Рататуй. Навчальний посібник для студентів, що навчаються у вищих навчальних закладах іii1V рівнів акредитації за напрямом Ветеринарна медицина
 Скачать 5.29 Mb.
|
|
Капсула. Зовні бактеріальна клітина може бути вкрита речовиною слизового характеру (рис.2.13). Вона не має для мікроба життєзабезпечуючого значення, однак захищає його від дії несприятливих факторів зовнішнього середовища, надає стійкості до фагоцитозу, захищає від проникненя бактеріофагів, забезпечує вірулентні властивості збудників. Розрізняють: мікрокапсули – 46 товщиною до 200 нм, невидимі в оптичному мікроскопі; макрокапсули – більше 200 нм; слизові чохли – утвори, розміри яких у багато разів перевищують розміри бактеріальної клітини. За хімічним складом капсули у різних видів бактерій можуть відрізнятись. Найпоширенішими є капсули полісахаридної природи. Убагатьох бацил капсула складається з поліпептидів. У деяких мікроорганізмів речовина капсули представлена гетерополісахаридами, ліпідами та іншими високомолекулярними сполуками. При дослідженні у звичайному світловому мікроскопі капсули мають вигляд гомогенних структур. При електронній мікроскопії можна виявляти фібрили, розташовані перпендикулярно або паралельно клітинній стінці. Зрідка фібрили утворюють сітчасту структуру. Капсульна речовина погано фарбується, тому для її виявлення використовують спеціальні методи фарбування, які базуються на явищі метахромазії. Краще за все капсули помітні в мазках із бактерій, взятих з органів або тканинної рідини. Характерним для капсули є наявність великої кількості води. У деяких мікроорганізмів капсула утворюється тільки в організмі тварини або людини (збудники сибірки, пневмококи, чуми та ін.), у інших (клебсієли) вона присутня постійно, навіть коли збудник росте на живильному середовищі. Інколи капсула оточує разом декілька клітин , тоді такі утворення називають зооглеями.Стафілококи, збудники дифтерії, деякі стрептококи та інші бактерії здатні утворювати мікрокапсули,особливо при культивуванні на середовищах, багатих на вуглеводи. Капсулу можна розглядати у звичайному світловому мікроскопі, якщо забарвлювати нативні препарати простим методом. Однак для виявлення капсул частіше використовують метод Буррі-Гінса, при Рис. 2.13. Капсули Bacillus megaterium. 47 якому фон препарата створюють тушшю, а мікроорганізм додатково забарвлюється фуксином. У таких випадках на темному фоні видно червону паличку, яка оточена світлим ободком – капсулою. На щільному середовищі капсуло утворюючі бактерії ростуть у вигляді блискучих S- типу колоній. Джгутики. Поверхня мікробної клітини може бути вкрита особливими виростами, що називаються джгутиками, які забезпечують локомоторну функцію; їх число, спосіб розміщення, довжина є постійними ознаками для певного виду бактерій, що враховується при проведенні систематики прокаріотичних організмів (рис.2.14). Довжина джгутиків сягає 20 мкм, тоді як товщина - всього 12-18 нм, що лежить за межами роздільної здатності світлового мікроскопа. Джгутики бактерій складаються із спірально закручених ниток особливого білка флагеліну, який утворює спіраль навколо внутрішнього порожнистого простору. У них виділяють три основні частини: спіральну нитку, гак та базальне тіло (два - чотири спеціальних кільця з центральним стержнем), за допомогою яких джгутик закріплюється у цитоплазматичній мембрані та клітинній стінці. Джгутики асоціюють з білковим Н-антигеном мікробної клітини, визначення якого має певне значення в лабораторній діагностиці інфекційних хвороб. За способом розташування джгутиків мікроорганізми поділяють на монотрихи, лофотрихи, амфітрихи та перитрихи. Монотрихи- бактерії, що містять джгутик на одному з полюсів клітини (холерний вібріон). Такі мікроорганізми найрухоміші серед інших: за 1 с вони здатні переміщуватись на віддаль, яка у 20 разів 48 перевищує довжину їх тіла. Лофотрихимають пучок джгутиків на одному з полюсів ( псевдомонади). У амфітрихівджгутики або їх пучки розташовані на обох полюсах (спірили). Перитрихимають джгутики, розміщені по всій поверхні тіла мікроба (протей, ешерихії, сальмонели), число їх може сягати 1000. Виявити джгутики можна за допомогою прямих та непрямих методів. У першому випадку джгутики забарвлюють барвниками або солями металів, попередньо наносячи на них протраву для збільшення у розмірах, або досліджують на ультратонких зрізах під електронним мікроскопом. При використанні непрямих методів спостерігають за рухом мікроорганізмів у темному полі мікроскопа, у "висячій" чи "роздавленій" краплях, за допомогою фазово-контрастної, аноптральної мікроскопії. Рух джгутиків забезпечується енергією трансмембранного потенціалу, яка генерується на цитоплазматичній мембрані. У більшості мікробів із полярним розташуванням джгутиків вони обертаються зі швидкістю 3000 обертів за 1 хв. Джгутики надають клітині змогу переміщуватись у рідкому середовищі в пошуках більш сприятливих умов існування. У відповідь на зовнішні подразнення (хімічні речовини, температура тощо) спонтанно здатні змінювати характер свого обертання і напрям руху. Це називають таксисом. Відповідно до факторів, що його викликають, розрізняють хемотаксис, фототаксис, аеротаксис. До поверхневих структур бактерійної клітини належать також пілі ( лат. pilus - волос) . Пілі ( ворсинки, фімбрії ) – прямі циліндричні структури білкової природи, значно дрібніші за джгутики. Довжина їх коливається в межах 0,3 – 4 мкм, діаметр - 3-25 нм. Їх число може 49 перевищувати 10000,Описані ворсинки двох типів. Пілі загального типу (1-го класу) забезпечують адгезію (прикріплення) мікроба до субстрату, через них у середину клітини можуть проникнути деякі метаболіти і навіть бактеріофаги. Пілі другого типу ( 2-го класу) – статеві, беруть участь у передачі генетичної інформації від клітини до клітини при кон'югації. Спороутворення. На певній стадії свого розвитку бацил , коли запаси поживних речовин вичерпуються, бактерії всередині формують спору (ендоспору) округлої форми. Від вегетативних форм вони відрізняються пригніченням функціонування генетичного апарату, майже повною відсутністю обміну речовин (стан анабіозу), малою кількістю вільної води, підвищеною концентрацією іонів кальцію, появою у їх складі дипіколінової кислоти, з якою пов'язують термостійкість спор. Для них характерна поява додаткових оболонок, які запобігають дифузії та проникненню речовин із зовні, більш висока стійкість до пошкоджуючих факторів зовнішнього середовища і здатність тривалий час зберігати свою життєздатність. Спори утворюють переважно представники двох родів грампозитивних паличок - Bacillus (спора за діаметром менше поперечника палички) і Clostridium (спора перевищує розміри палички), здатний до спороутворення і деякі інші (Sarcina ureae, Desulfovibrio desulfuricans). Спори утворюються тільки при певних умовах. Так,збудник сибірки утворює спори лише у присутності атмосферного кисню, в температурних межах 12 – 42 о С. На відміну від грибів вони не виконують функцію розмноження. Процес спороутворення триває кілька годин (переважно 2 - 8) і включає ряд стадій: підготовчу, передспори, утворення оболонки і дозрівання. Існує думка, що спороутворення у деяких видів мікроорганізмів є важливим 50 компонентом їх розвитку і може відбуватись незалежно від впливу факторів зовнішнього середовища. Здатність до спороутворення детермінується комплексом генів – споруліном. Так, відомо, що B.subtilis має 42 оперони , кожен з яких включає 3 гени. В цілому, B. subtilis, має 150 – 200 генів, які контролюють процес споруляції. Події, що відбуваються в процесі спороутворення, цілком залежать від активності генів з різних оперонів. Спочатку в клітині при інвагінації мембрани виділяється особливе термінальне ядро,яке містить один клітинний геном, компоненти апарата синтезу білка і енергетичну систему. Воно вкривається власною мембраною та мембраною материнської клітини, які утворюють стінку спори. Остання складається з нормального пептидоглікану. Стінку оточує кора,яка містить незвичний, чутливий до лізоциму, пептидоглікан (автоліз його відіграє вирішальну роль у процесі проростання спори). Оболонка спори складається з кератиноподібного білка, і зумовлює практичну непроникність для рідини, що зумовлює стійкість його до хімічних речовин. Екзоспорійоточує всю спору і складається з ліпопротеїнів. Спори різних видів бактерій відрізняються за формою, розмірами та локалізацією в клітині. В залежності від локалізації розрізняють бацилярне, клостридіальне та плектридіальне розміщення спор. При бацилярному розміщенні спора локалізується центрально (Bacillus subtilis), ексцентрально (Bacillus megaterium) або субтермінально (B. thuringiensis) і не деформує клітину. При клостридіальномутипі локалізації спора розташовується центрально або ексцентрально, але має місце роздування спорангія, 51 що змінює форму вегетативної клітини – вона набуває вигляду веретена (Amphibacillus, Clostridium). Латеральне розташування спори характерне для B. laterosporus. При цьому має місце роздування клітини з одного боку – латерально. При плектридіальному розташуванні спора локалізується термінально і деформує клітину таким чином, що вона нагадує барабанну паличку (Clostridium, Desulfotomaculum, Sporohalobacter, Sporolactobacillus, Sulfobacillus, Syntrophospora). Спори тривалий час зберігаються в стані анабіозу. У ґрунті вони можуть вживати понад 200 років. Знайдено спорові мікроорганізми у льодовиках Антарктиди, вік яких оцінюється в 12 тис років. Ендоспори бактерій характеризуються високою термостійкістю. Наприклад, спори сінної палички витримують кип'ятіння протягом 3 год. Саме резистентність спор примусила мікробіологів винайти автоклав, розробити надійні способи стерилізації. При автоклавуванні під тиском 1,5-2 атмосфери і температурі 127-132 °С спори гинуть, протягом 0,5-1 год. Процес проростання спори відбувається у декілька етапів (фаз, стадій). На ініціальній(початковій) стадії спора за сприятливих умов починає проростати, поглинає воду, руйнується пептидоглікан кори. На стадії ростувнаслідок руйнування оболонок утворюється нова вегетативна клітина. Процес триває 4-6 годин. Виявлення здатності до спороутворення у бактерій може мати діагностичне значення. Спори мають здатність сильно заломлювати світло, тому на незафарбованих препаратах вони мають вигляд блискучих зерен. У зв'язку з тим, що спори стійкі до дії несприятливих факторів зовнішнього середовища, вони погано фарбуються. Для виявлення 52 спор використовують, зокрема, метод Ожешко, при якому спори попередньо протравлюють соляною кислотою, а потім забарвлюють за методом Ціля-Нільсена. Спори при цьому набувають червоного, а вегетативна клітина - голубого забарвлення. Цисти як форми спокою виявляються в різних груп бактерій: азотобактера, спірохет, міксобактерій, рикетсій. У більшості міксобактерій утворення цист (міксоспор) - це одна зі стадій життєвого циклу. Після завершення стадії активного розмноження клітини міксобактерій групуються й утворюють так звані плодові тіла, що являють собою масу слизу, в який занурені клітини. Всередині плодових тіл клітини переходять у стан спокою. Утворення міксоспор супроводжується синтезом специфічного білка. ДНК не синтезується, а переходить із вегетативної клітини. Міксоспора може мати три-чотири копії хромосоми. Цисти міксоспор більш стійкі до нагрівання, висушування, дії фізичних факторів, ніж вегетативні клітини. У деяких видів бактерій цисти морфологічно не відрізняються від вегетативних клітин, але в більшості випадків їх утворення супроводжується помітними морфологічними й структурними змінами: потовщується стінка вегетативної клітини, внаслідок чого утворюються оптично щільні структури, які сильно заломлюють світло. У представників роду Azotobacter утворення цист супроводжується зміною морфології клітини, втратою джгутиків, накопиченням у цитоплазмі гранул ПОМК, синтезом додаткових покривів: зовнішніх (екзини) і внутрішніх (інтини). Ці оболонки (покриви) відрізняються між собою як структурно, так і за хімічним складом. 53 Форми спокою деяких ціанобактерій називають акінетами. Вони більші за вегетативні клітини, мають подовжену або сферичну форму, товсту оболонку. Утворюються акінети в період затримки росту культури. Клітина при цьому збільшується в розмірах, у цитоплазмі накопичуються гранули запасних речовин (глікоген, поліфосфати, ціанофіцинові гранули), а також утворюються карбоксисоми. Одночасно потовщується пептидоглікановий шар, ущільнюється слизовий чохол. У цілому оболонки акінети містять більше ліпідів і полісахаридів, а цитоплазма - менше води, ніж вегетативна клітина. У процесі формування акінет збільшується вміст ДНК, кількість рибосом, зменшується кількість хлорофілу і фікобілінових пігментів. Сформовані форми спокою протягом різного часу можуть зберігати свою життєздатність і проростають у відповідних умовах з утворенням активних (щодо метаболізму) клітин. 4.2. Морфологія актиноміцетів Актиноміцети ( лат. aсtis - промінь, myсes - гриб) - одноклітинні бактерії, які раніше вважали грибами через здатність клітин галузитись. Вони належать до родини Actinomycetaceae, яка налічує понад 400 різноманітних видів. Актиноміцети, як правило, сапрофіти, вільно живуть у ґрунті, забезпечуючи його плодючість та обумовлюючи характерний запах, а також і в інших об'єктах зовнішнього середовища. Багато з них є продуцентами антибіотиків (стрептоміцин, тетрацикліни). Актиноміцети – переважно тоненькі прямі чи злегка зігнуті палички розміром 0,2-1,0 х 2-5 мкм. Кінці паличок нерідко булавоподібно потовщені. Типовою для актиноміцетів є і 54 ниткоподібна форма довжиною 10-50 нм. Ниткоподібні форми часто розгалужені, кінці їх – булавоподібні. Актиноміцети грампозитивні, проте нерідко фарбуються варіабельно (грампозитивно – основна маса клітин, грамнегативно – її булавоподібне потовщення). У більшості випадків актиноміцети аероби, рідше - факультативні чи облігатні анаероби. Хемогетеротрофи. Ряд видів актиноміцет патогенні для людей, тварин та рослин. Вони здатні викликати, зокрема, захворювання з хронічним перебігом - актиномікоз. Збудниками останнього є Actinomyces israelii, A.bovis, A.naeslundii. Найчастіше ушкоджуються шкіра, підшкірна клітковина, лімфатичні вузли, органи дихання. У тканинах, уражених актиноміцетами, знаходять особливі структури - скупчення видозміненого міцелію, так звані друзи, в центральній частині яких виявляються густо переплетені нитки, від яких відходять булавоподібно потовщені клітини (рис.2.17). При фарбуванні за Грамом в полі зору мікроскопа можна бачити позитивно зафарбовані клітини у центрі друз та негативно – колбоподібні структури на їх периферії. Розмножуються актиноміцети за допомогою спор або ж фрагментацією міцелію. Спори актиноміцетівформуються переважно на повітряному міцелії (спороносцях), а в окремих випадках – на субстратному. Розташування спороносних гілок у деяких актиноміцетів – ознака досить закономірна й постійна. За формою найчастіше зустрічаються спіральні (з множинними завитками, примітивні спіралі, розтягнуті або у вигляді клубочків) спороносці. Утворення спор актиноміцетами може відбуватися різними способами. До найбільш поширених належить утворення спор шляхом фрагментації або сегментації спороносних гілок. 55 Фрагментаційний процес характеризується тим, що навколо ядерних елементів, рівномірно розподілених по гіфі, концентрується цитоплазма, яка покривається власною оболонкою і перетворюється на зрілу спору. Оболонка спороносних ниток деякий час зберігається, але з часом розпадається, а спори висипаються і за відповідних умов знову проростають, утворюючи гіфи нових колоній актиноміцетів. При сегментаційному утворенні спор спостерігається простий поділ спороносних гілок. По всій довжині гілки утворюються поперечні перетинки, і спороносець ділиться на ряд рівномірних клітин-спор. Перед сегментацією в спороносній гілці відбувається поділ ядерної речовини – утворюється стільки зерен хроматину, скільки буде спор. Навколо хроматинових зерен концентрується цитоплазма клітини. Коли спора дозріває, спороносець розпадається на окремі спори. У деяких родів актиноміцетів (Actinoplanes, Ampullariella, Streptosporangium та ін.) утворюються спорангії-мішки, в яких містяться спори. Окремі актиноміцети утворюють незвичні структури. Так, представники родів Dermatophilus, Frankia, Geodermatophilus утворюють велику кількість спор у результаті поділу гіф у кількох площинах, а не перпендикулярно осі. Такі структури називають багатогніздовими спорангіями. Деяким актиноміцетам властиве утворення склероцій - кулястих структур, які містять не спори, а клітини, заповнені ліпідами. Склероцій проростає як єдине ціле, утворюючи одну ростову трубку. У представників родів Actinobifkia, Microbispora, Micromonospora, Micropolyspora спорангіїв немає. Поодинокі спори, їх пари або ланцюжки (до 20 спор) як форма розмноження та 56 спокою , містяться безпосередньо на гіфах міцелію або на дуже коротких спороносних гіфах (спорофорах). Спори актиноміцетів відрізняються між собою за формою. Вони бувають кулясті, циліндричні, паличкоподібні, грушоподібні. Поверхня спор різних видів актиноміцетів теж може бути різною. На ній виявляються структури шипоподібної, горбкуватої, волосоподібної форми. В окремих випадках поверхня оболонки гладенька. Спори актиноміцетів більш стійкі до дії несприятливих умов довкілля, ніж вегетативні клітини. Так, культури актиноміцетів, висушені до повітряно-сухого стану, можуть зберігати життєздатність протягом кількох років. Спори стійкі також до різних механічних впливів: при розтиранні культур у суміші з частинками піску спори не втрачають своєї життєздатності, тим часом, як відповідні їм за розмірами фрагменти вегетативного міцелію гинуть. Проростання спор актиноміцетів однотипне. На свіжому поживному середовищі вони спочатку дещо набухають, потім на їх поверхні з'являються горбочки - бруньки, які, подовжуючись, проростають. На щільному середовищі розрізняють три типи міцелію актино- міцетів: субстратний – нитки розвиваються в глибині щільного живильного середовища, через них відбувається асиміляція поживних речовин; надсубстратний (повітряний) – стелиться безпосередньо по поверхні середовища; повітряний – підіймається над поверхнею середовища у вигляді густої пухнастої, мучнистої, оксамитової, шкірястої маси. Повітряний міцелій може бути недорозвинутий. Колонії актиноміцетів щільної консистенції міцно з'єднуються з живильним середовищем, тому виймаються разом із субстратом. |