Строение бактериальной клетки

СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ (КАПСУЛЫ, СПОРЫ, ДЖГУТИКИ).
Спирохеты, хламидии, риккетсии.
Капсула. Внешне бактериальная клетка может быть покрыта веществом слизистого
характера. Она не имеет для микроорганизма жизнеобеспечивающего значения, однако
защищает его от воздействия неблагоприятных факторов внешней среды, придает
устойчивость к фагоцитозу, защи щает от проникновений бактериофагов, обеспечивает
вирулентные свойства возбудителей.
Различают: микрокапсулы - толщиной до 200 нм, невидимые в оптическом
микроскопе; макрокапсулы - более 200 нм; слизистые чехлы - образования, размеры
которых во много раз превышают размеры бактериальной клетки.
По химическому составу капсулы у разных видов бактерий могут отличаться.
Наиболее распространенными являются капсулы полисахаридной природы. У многих
бацилл капсула состоит из полипептидов. В некоторых микроорганизмов вещество
капсулы
представлено
гетерополисахаридами,
липидами
и
другими
высокомолекулярными соединениями. При исследовании в обычном световом
микроскопе капсулы имеют вид гомогенных структур. При электронной микроскопии
можно выявлять фибриллы, расположенные перпендикулярно или параллельно клеточной
стенке. Изредка фибриллы образуют сетчатую структуру. Капсульное вещество плохо
окрашивается, поэтому для его выявления используют специальные методы окрашивания,
основанные на явлении метахромазии. Лучше всего капсулы заметны в мазках из
бактерий, взятых из органов или тканевой жидкости. Характерным для капсулы есть
наличие большого количества воды.
В некоторых микроорганизмов капсула образуется только в организме животного
или человека (возбудители сибирской язвы, пневмококки, чумы и др.)., В других
(клебсиеллы) она присутствует постоянно, даже когда возбудитель растет на питательной
среде. Иногда капсула окружает вместе несколько клеток, тогда такие образования
называют зооглеямы.
Капсулу можно рассматривать в обычном световом микроскопе, если окрашивать
препараты простым методом. Однако для выявления капсул чаще используют метод
Бурри-Гинса, при котором фон препарата создают тушью, а микроорганизм
дополнительно окрашивается фуксином. В таких случаях на темном фоне видно красную
палочку, которая окружена светлым ободком - капсулой.
Техника окрашивания бактерий, которые имеют капсулу, за Бурри -Гинсом
заключается в следующем. Смешивают каплю взвеси микробных клеток с каплей туши и с
помощью стекла со шлифовальным краем делают мазок так же, как мазок крови,
высушивают и фиксируют химическим способом. Затем на препарат наносят водный
раствор фуксина на 1 - 2 минуты. Промывают его водой, высушивают на воздухе и
микроскопа. При таком окрашивании на темном дымчато-сером фоне контрастно
выделяются неокрашенные капсулы, внутри которых находятся ярко-красные тела
бактерий, в данном препарате клебсиелл.
Спорообразование у бактерий
Способностью образовывать внутри клетки особое тельце округлой или
эллиптической формы - спору, обладают палочковидные бактерии. С кокков
исключением являются лишь сарцины (Sarcina urea). Поскольку в каждой клетке
образуется, как правило, только одна спора, то спорообразования не является способом
размножения, как у грибов и дрожжей, а лишь обеспечивает перенос клеткой
неблагоприятных условий.
Причины образования споры : голодание, нехватка продуктов обмена, недостаток
биогенов, повышенное содержание О2, истощение материального субстрата,
неблагоприятные условия. Таким образом, у бактерий спорообразование - способ
перенесения неблагоприятных условий.
Классификация типов спорообразования
По положению споры внутри клетки выделяют следующие типы
спорообразования:
а) в центре клетки без ее деформации - бациллярный (Bacillus cereus)
б) на одном из полюсов - плектридиальний;
в) на одном из полюсов с деформацией клетки - клостридиальный (Clostridium
pasterianum)
Этапы спорообразования:
1. подготовительный (клетка теряет влагу и какбы усыхает);
2. формирование споры:
Формирование споры начинается с накопления белкового материала и уплотнения
цитоплазмы с ядерным веществом в так называемой спорогенной зоне клетки. Образуется
протопласт споры, постепенно отделяется от протоласта материнской клетки с помощью
образованной многослойной споровой оболочки, под которой потом формируется кора
(кортекс) и стенка споры, непосредственно прилегающей к протопласту споры. При
Спорообразование происходит накопление специфического для спор вещества дипиколиновой кислоты.
3. созревания споры (полное формирование споры):
Зрелые споры достаточно устойчивы, они переносят высушивание, нагревание
при высоких температурах а также длительное кипячение, с чем связана высокая
термостойкость некоторых бактерий.
Устойчивость спор связана с тем, что их покровы тяжелопроницательные, так как
содержат много липидов, а активность ферментов подавлена. Высокая термостойкость
спор обусловлена низкой концентрацией в них воды, что предохраняет белки от
денатурации при высоких температурах.
4. прорастание споры:
Споры бактерий могут сохранять жизнеспособность десятки и сотни лет. Попав в
благоприятные условия спора набухает вследствие поглощения воды, ее термостойкость
резко снижается, усиливается дыхание и увеличивается активность ферментов. В
оболочке споры под воздействием давления изнутри образуется трещина, через которую
выходит ростовая трубка, окруженная очень тонкой клеточной стенкой. Ростовая трубка
может образовываться или на одном конце споры - полярное прорастание, или в
середине ее части - латеральное прорастание. В результате ростовая трубка
превращается в вегетативную клетку.
Техника окрашивания препарата методом Циля-Нильсена
1 На фиксированный препарат положите
сухую полоску фильтровальной бумаги, нанесите
на бумагу 3-4 капли карболового фуксина Циля.
Удерживая предметное стекло пинцетом или
рукой, трижды нагрейте препарат над пламенем
спиртовки до появления пара. Время окраски - 5
минут. После охлаждения стекла снимите
фильтровальную бумагу из препарата и промойте
его водой.
2 Для обесцвечивания нанесите на препарат
5% раствор серной кислоты на 30 секунд.
3 Тщательно промойте препарат водой.
4 Нанесите на мазок несколько капель
водного раствора метиленового синего на 3-4
минуты.
5 Результат окраски по Цилю-Нильсену. Споротворные микроорганизмы
окрашиваются по Грамму положительно. Но спора при этом способе не окрашивается
вследствие особенностей структуры (плотная оболочка) и химического состава (высокое
содержание липидов) и определяется в виде бесцветного образования на фоне фиолетовой
цитоплазмы.
Микроскопическая картина:
Окраска по Цилю-Нильсену используется для дифференциации кислотоустойчивых
и некислотоустойчивых микроорганизмов. Устойчивость бактерий, например,
Mуcobacterium tuberculosis, в кислоте обусловлена повышенным содержанием в клеточной
стенке и цитоплазме липидов, воска и оксикислот. Принцип основан на том, что
кислотостойкие бактерии за счет названных веществ устойчиво связывают карболовый
фуксин при нагревании (т.е. окрашиваются в красный цвет) и не обесцвечиваются серной
кислотой, при использовании дополнительного красителя - метиленового синего - общий
фон окрашивается в голубой цвет.
Жгутики. Поверхность микробной клетки может быть покрыта особыми выростами,
которые называются жгутиками, которые обеспечивают локомоторную функцию, их
число, способ размещения, длина являются постоянными признаками для определенного
вида бактерий, что учитывается при проведении систематики прокариотических
организмов.
Длина жгутиков достигает 20 мкм, тогда как толщина - всего 12-18 нм, что лежит за
пределами разрешающей способности светового микроскопа.
Жгутики бактерий состоят из спирально закрученных нитьеособенного белка
флагелина, который образует спираль вокруг внутреннего полого пространства. В них
выделяют три основные части: спиральную нить, крюк и базальное тело (два - четыре
специальных кольца с центральным стержнем), с помощью которых жгутик закрепляется
в цитоплазматической мембране и клеточной стенке.
Жгутики ассоциируют с белковым Н-антигеном микробной клетки, определение
которого имеет определенное значение в лабораторной диагностике инфекционных
болезней.
По способу расположения жгутиков микроорганизмы делятся на монотрихы,
лофотрихы, амфитрихы и перитрихы.
Монотрихы - бактерии, содержащие жгутик на одном из полюсов клетки (холерный
вибрион). Такие микроорганизмы подвижная среди других: за 1 с они способны
перемещаться на расстояние, которое в 20 раз превышает длину их тела.
Лофотрихы имеют пучок жгутиков на одном из полюсов (псевдомонады).
В амфитрихов жгутики или их пучки расположены на обоих полюсах (спириллы).
Перитрихы имеют жгутики, расположенные по всей поверхности тела микроба
(протей, эшерихии, сальмонеллы), число их может достигать 1000.
Выявить жгутики можно с помощью прямых и косвенных методов. В первом случае
жгутики окрашивают красителями или солями металлов, предварительно нанеся на них
протраву для увеличения в размерах, или исследуют на ультратонких срезах под
электронным микроскопом.
При использовании косвенных методов наблюдают за движением микроорганизмов
в темном поле микроскопа, в "висячей" или "раздавленной" капле, с помощью фазовоконтрастной микроскопии.
Движение жгутиков обеспечивается энергией трансмембранного потенциала,
которая генерируется на цитоплазматической мембране. В большинстве микробов и з
полярным расположением жгутиков они вращаются со скоростью 3000 оборотов в 1 мин.
Жгутики придают клетке возможность перемещаться в жидкой среде в поисках
более благоприятных условий существования. В ответ на внешние раздражение
(химические вещества, температура и т.д.) спонтанно способны изменять характер своего
вращения и направление движения. Это называют таксисом. Согласно факторам,
вызывающих его, различают хемотаксис, фототаксис, аеротаксис.
Техника изготовления препарата "раздавленная капля"
В центр обезжиренного предметного стекла нанесите каплю жидкой бульонной
культуры или стерильного физиологического раствора и внесите в нее, с помощью
бактериологической петли, небольшое количество культуры бактерий, выращенную на
плотной среде, смешайте. На исследуемый материала положите покровное стекло так,
чтобы не было пузырьков воздуха. Каплю следует делать такой величины, чтобы она
занимала все пространство между покровным и предметным стеклами и не выступала за
края покровного. Если есть избыток жидкости, то его следует удалить фильтровальной
бумагой, следует сразу же погрузить в дезинфицирующий раствор.
Препарат можно рассматривать как с "сухими" системами так и с иммерсионной в
темном поле. Так, микроскопировать препараты следует используя объективы 40х или
90х.
Техника изготовления препарата "висячая капля":
Препарат готовят на покровном стекле, в центр которого нанесите одну каплю
бактериальной взвеси. Затем предметное стекло с лункой, края которой предварительно
смажьте вазелином, прижмите к покровному стеклу, так чтобы капля находилась в центре
лунки, в результате чего стекла склеиваются. Быстрым движением переверните препарат
покровным стеклом вверх. Таким образом, получается герметично закрытая камера, в
которой капля долго не высыхает. В правильно изготовленном препарате капля свободно
висит над лункой, не касаясь ее дна или края. Промикроскопируйте препарат со стороны
покровного стекла, причем сначала найдите край на малом увеличении и при прикрытой
диафрагме, используя объектив 8х, затем на большом (объектив 40x) и продолжайте
наблюдение.
Препараты "родавлена капля" и "висящая капля" промикроскопируйте и напишите
вывод в протокол.
Микроскопическая картина:
Подвижность в большинстве бактерий обусловлена наличием жгутиков.
Расположение и количество их в разных бактерий варьирует и имеет диагностическое
значение. По характеру движения бактерий в препарате можно предварительно сделать
вывод о наличие жгутиков. Если бактерия монотрих или лофотрих, то движение обычно
очень быстрое - "завинчующийся", без качания из стороны в сторону, при латеральном
или перитрихиальном расположении жгутиков клетки двигаются резко отклоняясь от оси
движения.
К поверхностным структурам бактериальной клетки относятся также пили. Пили
(фимбрии) - прямые цилиндрические структуры белковой природы, значительно мельче
жгутиков. Их длина колеблется в пределах 0,3 - 4 мкм, диаметр - 3-25 нм. Их число может
превышать 10000. Описанные пили двух типов. Пили общего типа (1-го класса)
обеспечивают адгезию (прикрепления) микроба к субстрату, через них внутрь клетки
могут проникнуть некоторые метаболиты и даже бактериофаги. Пили второго типа (2-го
класса) - половые, участвующих в передаче генетической информации от клетки к клетке
при конъюгации.
Характеристика риккетсий
Мелкие полиморфные (коккообразная форма, палочковидная, иногда нитевидная)
грамотрицательные бактерии, внутриклеточные паразиты.
Жизненный цикл риккетсий:
1 стадия - вегетативная.
2 стадия - покоя. Риккетсии, находящиеся в первой стадии, имеют палочковидную
форму, активно размножаются путем бинарного деления и активно двигаются. Хотя
риккетсии имеют собственную систему синтеза белка и мобилизации энергии, но их
жизнедеятельность тесно связана с метаболизмом клетки-хозяина, поэтому они не могут
размножаться вне ее. В стадии покоя - имеют сферическую форму и не размножаются.
Строение риккетсий
Как все типичные прокариоты, риккетсии имеют клеточную стенку, как у всех
грамотрицательных бактерий, цитоплазматическую мембрану, нуклеоид.
Примеры бактерий, относящиеся к роду Rickettsia:
Rickettsia prowazekii, R.typhi, R.canada, R.sibirica.
Характеристика хламидий
Мелкие грамотрицательные неподвижные бактерии, которые размножаются только в
цитоплазме еукаротических клеток. Метаболизм таких бактерий зависит от метаболизма
клетки-хозяина, потому что у них отсутствует способность синтезировать свои
собственные высокоэнергетические соединения (АТФ) ("энергетические паразиты").
Строение хламидий:
Хламидии имеют клеточную стенку, химический состав которой похож с клеточной
стенкой, как и у грамотрицательных бактерий, нуклеоид, рибосомы, цитоплазму,
цитоплазматическую мембрану.
Основные стадии жизненного цикла хламидий
1. Элементарные тельца.
2. Инициальные или ретикулярные
тельца.
3. Промежуточные тельца.
Жизненный цикл заканчивается
уплотнением промежуточных форм
и образованием элементарных телец.
1. Адсорбция элементарного тельца.
2. Проникновение элементарного
тельца в клетку.
3. Реорганизация элементарного
тельца в ретикулярное тельце.
4. Деление ретикулярного тельца.
5. Созревание ретикулярных телец в
элементарные.
6. Накопление элементарных телец в
ендосоме.
7. Выход хламидий из клетки.
Методы окраски, которые используются для выявления хламидий в
инфицированных клетках: Романовского-Гимзе, Кастенады, Макиавелли и др..
Примеры патогенных для человека хламидий: Chlamуdia trachomatis, Chlamydia
psittaci, Chlamydia pneumonia.
Характеристика микоплазм
Плеоморфные (коковидные, нитевидные) микроорганизмы, не имеющие клеточной
стенки. Микоплазмы окружены тонкой трехслойной мембраной. Размер генома у
микоплазм - самый маленький среди прокариот. Для микоплазм характерно минимальное
количество органелл: цитоплазматическая мембрана, нуклеоид, рибосомы. Размножаются
путем бинарного деления, почкования. Из-за отсутствия клеточной стенки микоплазмы
чувствительны к воздействию механических, физических и химических факторов.
Примеры патогенных для человека микоплазм: Mycoplasma pneumoniae,
M.hominis, M. arthritidis, Ureaplasma urealyticum
Группы извилистых (спиралевидных) бактерий:
1. Вибрионы.
2. Спирилы
3. Спирохеты
Характеристика спирохет
Спиралевидной
формы
подвижные
грамотрицательные
бактерии.
По
морфологическим, тинкториальным и биологическими свойствами спирохеты:
грамотрицательные, хемоорганотрофы, подвижные, размножаются поперечным делением;
эндоспор не образуют. Среди спирохет есть как аэробные, так и факультативноанаэробные виды.
Строение спирохет:
Центральная структура клетки является протоплазматическим цилиндром, в котором
содержится цитоплазма, нуклеоид, рибосомы и различные комплексы ферментов.
Протоплазматических цилиндр окружен цитоплазматической мембраной и клеточной
стенкой, содержащей пептидогликан. Протоплазматических цилиндр имеет постоянную
спиральную форму, благодаря пептидогликану, образует первичные завитки. Их
количество, тип, шаг, высота, угол наклона разные у каждого вида и играют важное
систематическое значение. Вокруг спиралевидного цитоплазматического цилиндра
располагается периплазматическое пространство, в котором находятся жгутики. Один
конец каждого жгутика прикреплен к одному из полюсов протоплазматического
цилиндра, а другой - примерно посередине. Периплазматические жгутики спиралевидно
обвивают протоплазматичечкий цилиндр, образуя осевую нить. Поверх жгутиков
размещается многослойная внешняя мембрана - внешняя оболочка. В результате такого
строения подвижность спирохет отличается от подвижности других бактерий.
Примеры спирохет патогенных для человека: представители рода Treponema,
Borrelia, Leptospira.
Характеристика спирохет
Особенности морфологии лептоспир
Концы этих спирохет загнуты в виде крючков с уплотнениями на концах. Образуя
вторичные завитки, они имеют вид букв S или C; имеют 2 осевые нити.
В связи с плохой окраской лептоспиры изучают в основном в нативных препаратах.
Подготовленный исследовательский материал наносят на тонкое предметное стекло и
накрывают покровным стеклом. Полученный препарат «раздавленная капля» изучают в
темнопольном микроскопе с объективами «сухой» системы.
При микроскопии обнаруживают подвижные тонкие нити лептоспир с
характерными изгибами на концах (вторичные завитки), которые предоставляют им вид
буквы С или S.
Особенности генетического аппарата боррелий
Генетический аппарат состоит из небольших по размеру линейный хромосом и
набора циркулярных и линейных плазмид.