Рататуй. Навчальний посібник для студентів, що навчаються у вищих навчальних закладах іii1V рівнів акредитації за напрямом Ветеринарна медицина
 Скачать 5.29 Mb.
|
|
Звивисті форми бактерій. Мають унікальну зігнуту, хвилясту чи штопороподібну форму. У залежності від кількості витків, товщини та довжини клітини звивисті форми бактерій поділяють на вібріони, спірили та спірохети . Вібріони (лат. vibrare – коливатись, тремтіти) – зігнуті палички, які нагадують кому. Ці бактерії широко розповсюджені в морях та витоках річок, на поверхні морських тварин та у вмістимому 33 кішківника. Деякі види виявлені також у прісній воді. Біля 10 видів є патогенними для людини, декілька видів викликають захворювання морських хребетних та безхребетних. Найбільш відомими збудниками захворювань людини є Vibrio cholerae– збудник холери, V. parahaemolyticus– збудник харчових отруєнь. Спірили (лат. spira – завиток, спіраль) – на відміну від вібріонів, їх клітини товщі, довші та більш звивисті. Спірили– бактерії, які мають декілька вигинів, що надає їм форму англійської букви S. Патогенним представником є спірила, яка викликає у людини содоку (хворобу укусу щурів). До цієї групи мікроорганізмів належать також кампілобактерії та гелікобактерії, які здатні спричиняти у людини захворювання шлунково-кишкового тракту, сечостатевої системи. Спірили можуть мати від 1 до 8-10 витків. Переважно це сапрофіти, які мешкають у стоячих, забруднених водоймах, а також гниючих рештках рослинного та тваринного походження, зокрема: S. volutans, S. minus S. volutans – зустрічаються у стоячих прісних водоймах. Мають понад 8 -10 і більше витків. Довжина їх клітини може сягати 500 мкм, проте діаметр збудників не перевищує - 0,3-1,5 мкм. Ззовні спірохети вкриті тонкою зовнішньою мембраною, яка обгортає протоплазматичний циліндр – цитоплазму з ядерною ділянкою, оточеною цитоплазматичною мембраною. Спірально закручений протоплазматичний циліндр обвитий периплазматичними аксіальними нитками. Один кінець кожної нитки закріплений поблизу полюса протоплазматичного циліндра, а інший – залишається вільним. З обох кінців клітини відходить однакова кількість ниток. Загальна кількість аксіальних фібрил варіює від 2 до 100 і більше, що визначається видовою належністю. 34 Аксіальні нитки є компонентом рухового апарату клітини. Серед спірохет є сапрофіти, які зустрічаються у прісних та солоних озерах, донних відкладеннях (Spirochaeta plicatilis, S. isovalerica) та види, зокрема трепонеми(trepo - повертати, nemo - нитка), борелії(за прізвищем французького бактеріолога А. Боррела) ілептоспіри (leptos - тонкий, ніжний). Трепонеми викликають у людини сифіліс, борелії - поворотний тиф, лептоспіри у людини і тварин - лептоспіроз ( рис. 2.7). В патології тварин найбільше значення мають лептоспіри. Інші форми бактерій У природі існує немало бактерій, які не відповідають зовсім або ж частково критеріям, притаманним вищеописаним основним морфологічним групам. В окрему морфологічну групу можуть бути виділені мікобактерії Mycobacterium tuberculosis, M. leprae. Це прямі, або зігнуті палички , інколи ниткоподібні або ж міцелієподібні. Останні дві структури легко розпадаються на палички або коки. Існують бактерії, що отримали назву нитчастих. Нитчасті бактерії- переважно паличкоподібні одноклітинні і багатоклітинні організми, їхні нитки утворені багатьма клітинами, з'єднаними за допомогою слизу, чохлів, піхв, плазмодесмів тощо. Нитчасті бактерії частіше всього можна зустріти у воді ( ціанобактерії та ін.). Виявлені бактерії, які мають вигляд зімкненого або розімкненого кільця (тороїдна форма), правильної шестикутної зірки, трикутника, пласких квадратових пластинок, гантелей та бактерій, що утворюють вирости - простеки (рис.2.8). Останні отримали назву простекобактерії Це переважно одноклітинні організми трикутної або іншої форми. У деяких з них виявлена променева симетрія. Вони нерухливі, спор не утворюють.. Виявляються у водоймах та ґрунтах. 35 Форма клітин прокаріотів визначається твердою (ригідною) оболонкою. Для більшості клітин бактерій форма є сталою видовою ознакою. Однак є й деякі винятки з цього правила. У циклі розвитку низки бактерій спостерігається зміна форми клітин, наприклад у представників роду Arthrobacter. Для мікоплазм і L-форм бактерій, які не мають щільної оболонки, а оточені лише мембраною, властива здатність приймати різні форми, тобто для них є характерним явище плеоморфізму. Залежить форма у багатьох випадках і від середовища, у якому перебуває мікроорганізм. Немало видів бактерій, вирощених на штучних живильних середовищах, суттєво відрізняються від тих, що перебувають в організмі людини чи тварин (збудник сибірки, збудник пастерельозу та ін.). Останнє слід мати на увазі під час ідентифікації бактерій. В історії мікробіології зустрічались дослідники, які категорично заперечували мінливість мікроорганізмів .- Це мономорфісти. Інші, навпаки, гіперболізували останню. Вони відомі як плеоморфісти. Нижче будуть детально охарактеризовані фактори,які впливають на мінливість мікроорганізмів, проте і на етапі знайомства з матеріалом цього розділу слід зрозуміти , що механізми спадковості і мінливості – притаманні всьому живому атрибути, забезпечують продовження виду, який постійно еволюціонує разом з еволюцією всього живого на планеті. Ультраструктура бактеріальної клітини. Бактеріальні клітини є прокаріотичними живими системами. Між ними та еукаріотами існують суттєві відмінності, які дозволяють віднести бактерії до самостійного царства. Слід пам'ятати, що у вищих еукаріотів тканини та органи складаються з окремих клітин, що знаходяться у 36 фізіологічній метаболічній залежності і не можуть існувати окремо. Мікробна клітина - абсолютно автономний складний організм, здатний до самостійного, індивідуального існування Найбільш суттєвою ознакою прокаріотів є відсутність структоризованого ядра. Його роль відіграє нуклеоїд - ядерна речовина, яка розташована в цитоплазмі та не відмежована від неї каріолемою. У бактерій немає таких органел, як мітохондрії, апарат Гольджі, ендоплазматичний ретикулюм, хлоропласти, мікротільця. Проте вони мають мезосоми, функція яких аналогічна мітохондріальній, рибосоми константа седиментації яких складає 70S, в той час як в еукаріотів – 80S. Існують і інші суттєві відмінності. Незважаючи на згадані кардинальні відмінності в структурі клітин різних систем, загальний план їх будови залишається подібним. Прокаріотний організм містить основні притаманні клітинам еукаріотів елементи: оболонку, цитоплазму, ядерний апарат, включення (рис.2.9). Нуклеоїд - ядерний апарат бактеріальної клітини займає її центральну частину, має неправильну форму і не відмежовується від цитоплазми оболонкою. Він складається з однієї суперспіралізованої дволанцюгової ДНК діаметром до 2 нм, замкнутої в кільце, інтегрованої з РНК-полімеразою. Довжина цієї гігантської молекули може сягати 3 мм. Молекулярна маса нуклеоїда коливається в межах (1-3)х10" дальтон, і містить він до 8x10" пар нуклеїнових основ. Вміст пар основ А+Т і Г+Ц в молекулі кожної клітини є постійним для певного виду бактерій. Як правило, в клітині нуклеоїд представлено однією копією, проте під час поділу клітини число цих копій може збільшуватись до 2-9. 37 Досить часто бактерії поруч із хромосомною містять позахромосомну ДНК значно менших розмірів, також скручену в кільце і локалізовану в цитоплазмі. Такі елементи одержали назву плазміди.Вони детермінують синтез деяких речовин, ферментів, токсинів, забезпечують стійкість бактерій до антибіотиків та ін. Ядерну субстанцію мікробів можна виявити в ультратонких зрізах при дослідженні їх в електронному мікроскопі, за допомогою імунофлуоресцентної, радіоімунної мікроскопії, радіоавтографії, а також забарвлюючи її за методами Робіноу-Фельгена, Пікарського тощо. Цитоплазма бактерійних клітин має рідку консистенцію, прозора, гомогенна, відмежовується від зовнішнього середовища цитоплазматичною мембраною. Вона є колоїдним розчином органічних сполук у воді та розчином мінеральних сполук: білків, ліпідів, ДНК і РНК, вуглеводів, полісахаридів та ін. В'язкість її у 800- 8000 разів перевищує аналогічний показник води. Структура і консистенція цитоплазми залежать від віку мікроба - гомогенна у молодих клітин, вона поступово набуває дрібнозернистого вигляду в старих, стає схожою з щільниками. У ній з'являються вакуолі, волокнисті утворення, збільшується її густина, за консистенцією вона нагадує гель. При ультрацентрифугуванні цитоплазми можна одержати "розчинну" фракцію, до якої входять різноманітні ферменти, і фракцію “часток" з мембран та рибосом. Рибосоми виконують роль фабрики синтезу білка, їх розмір досягає 16x18 нм. Складаються вони з двох білкових субодиниць 30S-50S. Клітина може містити до 5000- 50000 рибосом, число їх збільшується при активному синтезі білка. 38 Часом рибосоми збираються у скупчення, які називають полірибосомами або полісомами. У процесі життєдіяльності мікроорганізмів у цитоплазмі з'являються морфологічно диференційовані частки, які називають включеннями.Вони бувають різними за своєю природою і виконують різноманітні функції. Запасні речовини прокаріотів представлено полісахаридами, ліпідами, поліпептидами, поліфосфатами, сіркою. Як полісахариди вони відкладаються у крохмаль, глікоген, гранульозу. У несприятливих умовах вони забезпечують клітину вуглецем та енергією. Ліпіди можуть накопичуватись у вигляді гранул оксимасляної кислоти, їх можна побачити навіть при звичайній мікроскопії, забарвлюючи препарати Суданом III або Суданом чорним. Широко розповсюджений тип поживних речовин - поліфосфати. Вони містяться у гранулах, які називають волютиновими, і використовуються клітинами як джерело фосфору. Крім того, вони мають макроенергічні фосфатні зв'язки, отже, забезпечують потреби клітини в енергії. Зерна волютина називають ще метахроматичними включеннями, тому що вони забарвлюються в колір, невластивий основному барвнику. Наприклад, метиленова синька забарвлює їх у темно-фіолетовий колір, в той час як цитоплазму клітини - в голубий. Вперше включення такого типу було знайдено у Spirillum volutans, звідки вони й одержали таку назву. Наявність зерен волютину характерна для коринебактерій , зокрема, для збудника дифтерії. Аналогічну функцію забезпечення енергетичних потреб клітини можуть виконувати включення колоїдної сірки, а в деяких анаеробних мікроорганізмів вона виступає ще й донором електронів у біохімічних процесах. 39 Деколи у бактерій з'являються особливі утворення, які називають вакуолями, їм відводять роль сховища різноманітних бактеріальних ферментів, а також резервуара, де скупчуються непотрібні клітині продукти обміну. Оболонка бактерій складається з цитоплазматичної мембрани, клітинної стінки, а у деяких видів також і з капсули. Цитоплазматична мембрана знаходиться на межі цитоплазми мікробної клітини та клітинної стінки. Цю структуру прийнято називати елементарною мембраною. Її будова у прокаріотів і еукаріотів подібна. Мембрана - обов'язковий структурний компонент мікробної клітини, без неї вони гинуть. За хімічним складом вона є білково-ліпідним комплексом із невеликою кількістю вуглеводів. Формуючи всього 8-15% маси клітини, мембрана містить до 70-90%її ліпідних субстанцій. Дослідження під електронним мікроскопом показали, що мембрана єбагатошаровим утворенням. Вона складається з подвійного шару фосфоліпідних молекул. Гідрофобні їх кінці спрямовані всередину, а гідрофільні - назовні. Такий тип розташування стабілізує мембрану. В цей шар вмонтовано інтегральні білки, які пронизують його наскрізь. Деякі групи білків прикріплюються до поверхні мембрани, тому їх називають периферійними. Деколи мембрана покривається ще одним особливим типом білка - поверхневим. Елементарна мембрана здатна утворювати інвагінати, які називаються мезосомами. Останнівідіграють велику роль у життєдіяльності клітини, постачаючи її енергією та беручи активну участь у процесах реплікації нуклеоїда. 40 Функції мембранного комплексу різноманітні: він забезпечує селективну проникність та транспорт різноманітних речовин із зовні всередину клітини і навпаки, завдяки існуванню в ньому особливих білків-ферментів пермеаз;здійснює транспорт електронів та окисне фосфорилювання субстратів; генерує електрохімічну енергію трансмембранного потенціалу; виділяє гідролітичні ферменти; проявляє біосинтетичну активність; є місцем прикріплення джгутиків. Виявити цитоплазматичну мембрану можна в ультратонких зрізах бактерій під електронним мікроскопом. Клітинна стінка. Клітинна стінка створює захисний шар, який врівноважує високий внутрішній осмотичний тиск бактерій (5-20 атмосфер). Таку міцність забезпечує речовина - муреїн, пептидоглікан. Хімічний склад та будова клітинної стінки постійні для певного виду бактерій і є важливою діагностичною ознакою. Залежно від будови клітинної стінки бактерії поділяють на дві групи – грампозитивні та грамнегативні. Метод диференційного фарбування був запропонований Х. Грамом у 1884 р. Суть методу полягає в тому, що деякі компоненти клітинної стінки при взаємодії з барвниками трифенілметанового ряду (кристалічний фіолетовий, генціановий фіолетовий) у поєднанні з йодом утворюють стійкий комплекс, який не знебарвлюється спиртом (або ацетоном). Ці бактерії отримали назву грампозитивних. У грамнегативних бактерій відбувається вимивання цього комплексу, такі клітини сприймають додатковий (контрастний) барвник (наприклад, розчин фуксину). Клітинні стінки грампозитивних та грамнегативних прокаріот відрізняються як за хімічним складом (табл. 2.1), так і за ультраструктурою (рис. 2.11). Основною складовою частиною клітинної 41 стінки, як грампозитивних, так і грамнегативних прокаріот є біополімер мукопептид (пептидоглікан, муреїн). Молекула пептидогікану має скелет, який утворюється залишками N-ацетилглюкозаміну і N-ацетилмурамової кислоти, з’єднаних між собою β-1,4-глюкозидними зв’язками. N-ацетилглюкозамін – це похідне глюкози, в якому гідроксильна група при другому атомі вуглецю заміщена аміногрупою. Молекула N- ацетилмурамової кислоти – це ефір N-ацетилглюкозаміну і молочної кислоти. Ця сполука є унікальною, зустрічається лише у прокаріот. До карбоксильної групи молочної кислоти в молекулі N-ацетилмурамової кислоти приєднується пептидний залишок (у більшості випадків тетрапептид), який включає L- та D-форми амінокислот (L-аланін, D- глутамін, m-діамінопімелінова кислота, D-аланін), що чергуються між собою. Таблиця 2.1. Хімічний склад клітинних стінок грампозитивних і грамнегативних прокаріот Грамнегативні прокаріоти Компоненти клітинної стінки Грам- позитивні прокаріоти вн.шар зовн. шар - Пептидоглікан + + - - Тейхоєві кислоти + - - - Полісахариди + - + - Білки + - + 42 - Ліпіди + - + - Ліпополісахариди - - + - Ліпопротеїди - ± ± У грампозитивних прокаріот клітинна стінка щільно прилягає до ЦПМ і під електронним мікроскопом має вигляд гомогенної електронно- щільної структури товщиною 20-80 нм. На долю пептидоглікану (основної складової клітинної стінки прокаріот) припадає 50-90 %. У грамнегативних бактерій клітинна стінка має багатошаровий склад. Електронно-щільний шар товщиною 2-3 нм не щільно прилягає до ЦПМ. Назовні від пептидоглікану розташована зовнішня мембрана, яка має хвилястий вигляд. Між ЦПМ та зовнішньою мембраною клітини грамнегативних бактерій є елекронно-прозорий проміжок, який називають периплазматичним . Пептидними містками такі гетерополімерні ланцюги зв'язуються між собою, утворюючи гігантський муреїновий мішок. Те, що до складу бактерій входять речовини, відсутні в тваринних і рослинних клітинах (N-ацетилмурамова кислота і N-ацетилглюкозамін), створює можливість цілеспрямованого знищення бактерій деякими антибіотиками (пеніциліни, цефалоспорини), оскільки клітинні стінки еукаріотів при цьому не пошкоджуються. Створена з муреїну структура виконує функцію опорного каркасу, надаючи форму мікробній клітині, крім того, з ним зв'язуються інші речовини. 43 За особливостями будови мікробного муреїнового каркасу і вміс- том деяких речовин у клітинній стінці можна відрізнити так звані грампозитивні бактерії від грамнегативних. Вміст пептидоглікану в грамнегативних значно менший – від 1 % до 10 % . У грампозитивних бактерій муреїновий шар складає 30-70 % маси клітинної стінки, утворюючи до 40 шарів. Замість мезодіамінопімелінової кислоти в ньому міститься LL- діамінопімелінова кислота або лізин. Суттєвою особливістю є наявність особливих тейхоєвих кислот. Під електронним мікроскопом таку клітинну стінку видно як губчасту структуру з порами діаметром 1-6 нм. Грамнегативні бактеріальні клітини мають значно складнішу будо- ву стінки. До її складу входить велике розмаїття біологічних молекул. Муреїновийшар у них одношаровий, складає до 10 % маси сітки. Він містить мезодіамінопімелінову кислоту, немає лізину, а міжпептидні містки відсутні. Тейхоєвих кислот у стінці також немає. Зовні до муреїнового шару прилягає шар ліпопротеїну, який переходить у зовнішню мембрану, що складається з білків, фосфоліпідів і ліпополісахаридів, типових для елементарних мембран. Над мембраною, інтегруючись із нею, розміщується ліпополісахарид.Він має внутрішнє й зовнішнє полісахаридне ядро, пов'язане з ліпідом А. За зовнішніми специфічними боковими ланцюгами ліпополісахаридів збудники можна диференціювати один від іншого, що використовується при ідентифікації. Ліпід А забезпечує токсичні властивості мікробної клітини, викликаючи в людини та тварини підвищення температури, пронос та інші прояви хвороби. Клітинна стінка, крім опорної та захисної, виконує ще ряд важливих функцій. Зокрема, вмонтовані у фосфоліпідний шар 44 трансмембранні білки (порини) – це заповнені водою канали, через які проходять низькомолекулярні сполуки. Периплазматичний простір між цитоплазматичною мембраною та клітинною стінкою у грамнегативних бактерій являється сховищем для різноманітних ферментів – деполімераз, протеїназ, нуклеаз, рестрикційних ферментів, відіграє важливу роль у забезпеченні осморегуляції. Під впливом різноманітних речовин клітинна стінка може бути зруйнована. Так, при дії лізоциму на суспензії грампозитивних мікрококів виникає їх швидкий лізис і просвітління середовища. Аналогічний ефект спричиняє пеніцилін. Лізоцим розриває в муреїні глікозидні зв'язки, а пеніцилін перешкоджає утворенню пептидоглікану, що супроводжується руйнуванням клітинної стінки. При цьому утворюються чутливі до осмотичних умов округлі клітини - протопласти,у яких повністю втрачена клітинна стінка. Під час дії вказаних препаратів на грамнегативні бактерії формуються клітини, які зберігають рештки клітинної стінки, їх називають сферопластами. Протопласти і сферопласти належать до субклітинних форм бактерій. Вони мають круглу форму, високочутливі до осмотичних умов середовища, утворюють спори, якщо був ініційований процес споруляції, але не мають здатності до розмноження. Сферопласти, на відміну від протопластів, здатні адсорбувати на своїй поверхні бактеріофаги і відновлюватись у вихідні форми у разі відміни дії чин- ників, які викликали їх утворення. В організмі людей і тварин при антибіотикотерапії (пеніцилін, бацитрацин, новобіоцин) створюються умови для порушення синтезу пептидоглікану, а бактерійні клітини, втрачаючи свою клітинну стінку, перетворюються в L-форми. Це клітини до 50 мкм у діаметрі, які зберігають тенденцію до перетворення у вихідні форми, 45 продукують токсини, гіалуронідазу. Виявлені такі форми у збудників туберкульозу, бруцельозу, черевного тифу, гонореї та інших. Вони здатні викликати у людини і тварини захворювання, які супроводжуються тривалим перебігом. Утворення таких форм мікроорганізмів вважають за спосіб переживання несприятливих факторів зовнішнього середовища. Слід відзначити, що в природі існують мікроорганізми, у яких немає клітинної стінки. Вони називаються мікоплазмами, останні мають виражені патогенні властивості – є збудниками ряда захворювань у людини, тварин та рослин. Клітинну стінку мікробів можна зруйнувати також лугом, ультразвуком, механічним методом. Виявити її можна різними способами: спостерігаючи в електронному, фазовоконтрастному та аноптральному мікроскопах, при мікроскопії автолізованих бактерій, застосовуючи спеціальні методи забарвлення (шафраніном, синьою вікторією). У лабораторних умовах легко дослідити наявність клітинної стінки, використовуючи явище плазмолізу. При цьому клітину занурюють у гіпертонічний розчин хлориду натрію або 0,2М розчин нітрату калію. Вода за градієнтом концентрації виходить із клітини назовні, цитоплазматична мембрана разом із цитоплазмою зморщуються, відшаровуючись від стінки, яка зберігає форму бактеріальної клітини і стає доступною для розгляду під мікроскопом. |