Будова бактерій - мікробіологія з технікою мікробіологічних досліджень
Незважаючи на мікроскопічні розміри і зовнішню простоту пристрою бактерії за своєю будовою є складними організми. Їх тонку структуру вдалося встановити за допомогою електронної мікроскопії і Мікрохімічний дослідженнями (рис. 4).
За сучасними уявленнями тіло бактерій побудовано за типом рослинних клітин і складається з оболонки, внутрішнього вмісту (цитоплазми) і ядра.
Оболонка бактерій тонка і безбарвна. Вона обумовлює збереження бактеріями відносногосталості форм і поверхневі властивості бактеріальної клітини - поверхневий натяг, електричний заряд, осмотичний стан.
В оболонці є три шари: 1) внутрішній - цитоплазматична мембрана, 2) середній - клітинна стінка і 3) зовнішній - слизовий. Вони захищають клітину від шкідливих факторів навколишнього середовища.
Цитоплазматична мембрана знаходиться під клітинною стінкою і становить зовнішній шар цитоплазми. Її товщина - 50-75 А. На її поверхні знаходяться різні ферменти. Одні з них беруть участь у синтезі білків, інші - в процесі дихання.
Клітинна стінка має величину 100-200А. Вона досить щільна, надає бактеріям певну форму і володіє виборчої здатністю до речовин навколишнього середовища і продуктів обміну самої клітини. Клітинна стінка деяких грамнегативних бактерій характеризується багатошаровим будовою і складається з макромолекул вуглеводів, ліпоїдів і білків. Така ж багатошарова структура властива і грампозитивних бактерій, у яких глибокий шар, що межує з цитоплазматичної мембраною, складається з білків, а більш поверхнево розташований рібонуклеат магнію.
Наявність клітинної стінки у бактерій можна довести при явищах плазмолізу або плазмоптіз а. Сутність плазмолізу полягає в наступному.
Мал. 4. Схематичне зображення будови бактерійної клітини.
Якщо бактерії помістити в гіпертонічний розчин цукру або кухонної солі, то цитоплазма зневоднюється, зморщується і разом з цитоплазматичної мембраною відходить від клітинної стінки, яка стає чітко помітною як в забарвлених, так і незабарвлених препаратах. При зворотному відношенні концентрації, т. Е. Коли бактерії знаходяться в гіпотонічних розчинах або дистильованої води, клітини розбухають до крайніх меж, розриваються і клітинна стінка чітко виявляється в пофарбованому або незабарвленому стані (плазмоптіз).
Капсула. Клітинна стінка зовні покрита шаром слизу. У деяких бактерій цей слизовий шар може досягати значної товщини і тоді навколо клітини утворюється подобу футляра - капсула. Діаметр капсули іноді у багато разів перевищує розміри самого мікробного тіла. Капсули добре видно при спеціальному методі забарвлення по Гінсу, на темному фойє препарату виділяється пофарбований мікроб, оточений обідком безбарвної слизу (див. Рис. 19). Патогенні бактерії (пневмокок, бацили сибірської виразки та ін.) Утворюють капсулу тільки в організмі хворої людини або тварини. Для деяких мікроорганізмів (група капсульних бактерій - бактерії пневмонії, озени і риносклероми) наявність капсули є їх постійною ознакою, т. Е. Вони утворюють капсулу як в організмі, так і поза ним. Капсули для патогенних бактерій є корисним освітою, що захищає їх від шкідливого впливу макроорганізму (фагоцитозу, дії антитіл). Це можна бачити на прикладі пневмококів і сибіркових бацил, які в організмі утворюють капсулу, а потрапляючи в зовнішнє середовище, втрачають її.
Хімічний склад капсул неоднорідний. У одних бактерій слизовий шар складається з високомолекулярних полісахаридів і глюкопротеидов (наприклад, у пневмокока), у інших з протеїнів (у бацил сибірської виразки).
Цитоплазма мікробів є сумішшю колоїдів, має рідку консистенцію. До її складу входить вода, білки, вуглеводи, ліпіди, нуклеїнові кислоти і інші речовини. При електронній мікроскопії в цитоплазмі виявляють дрібні зерна (гранули) 100-200 А в діаметрі, що містять дегідрази, різні цитохроми, рибонуклеїнової кислоту. Гранули, багаті РНК, називаються рибосомами, в них відбувається синтез білків і ферментів. Гранулярні структури мають біохімічної активністю. Нерідко в цитоплазмі містяться різноманітні включення - сірка, краплі жиру (ліпопротеїдні тільця), гранулеза, глікоген, зерна пігменту. З білкових речовин зустрічаються зерна волютина, які представляють собою нуклеопротеїд і містять значну кількість метафосфатов та інших сполук фосфору. Особливо добре розвинені ці зерна у Spirillum volutans і тому вони отримали назву волютиновими. Зерна волютина відрізняються метахромозіей, т. Е. Забарвлюються темніше цитоплазми або вибірково беруть інше забарвлення, ніж цитоплазма. Звідси ще одна їхня назва - метахроматичні зерна. Наявність зерен волютина є одним з діагностичних ознак при визначенні мікроорганізмів (наприклад, у дифтерійної палички). Ліпопротеїдні тільця і гранули волютина використовуються бактеріями при нестачі поживних речовин в середовищі. У деяких мікробів (кишкова паличка, мікобактерії, сальмонели та ін.) Зустрічаються округлі або еліпсоїдні зерна різної величини і містять фосфоліпіди (м ітохондріі). Мітохондрії мають системою окислювально-відновних ферментів і беруть участь в дихальних процесах і анаеробному броділиюм розпаді речовин. У цитоплазмі зустрічаються також вакуолі (6-10 і більше), що складаються з різних розчинених у воді речовин. Вакуолі оточені мембраною - тонопластом. Роль вакуолей в життєдіяльності бактерій не з`ясована. На периферії цитоплазми виявляються тільця - Мезосома, які відіграють велику роль в утворенні клітинної стінки і розподілі.
У деяких бактерій вдається впливом пеніциліну, лізоциму або бактеріофага відокремити цитоплазму від клітинної стінки. Бактерії, позбавлені клітинної стінки, називаються протопластами. Вони являють собою сферичної форми тіла, які при відповідних осмотичних умовах мають здатність до зростання, диханню, синтезу ферментів, протеїнів, нуклеїнових кислот, спорообразованію. На відміну від бактерій протопластів не розмножуються, вельми чутливі до змін осмотичного тиску, механічних впливів і аерації, дії антибактеріальних речовин.
При часткової втрати клітинної стінки спостерігається утворення сферою ластів. На відміну від протопластів сферопласти зберігають здатність адсорбувати на собі бактеріофаги.
Ядро. У бактерій (нуклеоїд) ядро є найважливішим органоїдом клітини, які беруть участь в життєдіяльності, розподілі та спорообразовании. Компактне ядро зустрічається у великих мікроорганізмів (дріжджових і дріжджоподібних грибах) і добре видно в звичайному оптичному мікроскопі при спеціальних методах забарвлення. У бактерій ядро дрібне і стає видимим тільки в електронному мікроскопі. За допомогою електронного мікроскопа було доведено не тільки наявність у бактерій ядра у вигляді щільного хроматинового тяжа, а й виявлені зміни його форми, розмірів і ступеня компактності. Доведено також, що більш зрілим і старим клітинним формам властиві більш компактні ядра. Наявність хроматиновой субстанції у бактерій доведено і за допомогою Мікрохімічний нуклеальной реакції на тімонуклепновую кислоту, яка є обов`язковою частиною хроматину.
Ядерна структура мікробної клітини складається з дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) і виконує основні функції ядра - самоудвоение, контролювання синтезу специфічних білків, передача спадкових ознак потомству.
Спори. Для багатьох бактерій характерне утворення спор. На відміну від вегетативних форм, які представляють собою активну стадію бактеріальної клітини, коли енергійно виявляються всі фізіологічні функції, суперечки - це спочиваюча форма мікроорганізму. Спорообразование відбувається зазвичай тоді, коли у зовнішньому середовищі для бактерій створюються несприятливі умови: накопичення шкідливих продуктів обміну, відповідна температура, дія сонячних променів, старіння культури мікроорганізму на живильному середовищі і т. П. В організмі людини і тварин спорообразование не спостерігається.
Та обставина, що спорообразование настає за умов, несприятливих для життєдіяльності бацил, свідчить про те, що суперечки є пристосуванням, службовцям не для розмноження клітин, а для збереження виду. Це підтверджується ще і тим, що одна бактеріальна клітина здатна утворювати лише одну спору.
Спори у різних бацил відрізняються один від одного за формою, розміром і розташуванням в клітці. Наприклад, суперечки у правцевий палички кругла, розташована на кінці (термінально) і діаметр її більше діаметра тіла бацил (див. Рис. 17), а спори збудника сибірської виразки розташовуються центрально, мають овальну форму і діаметр їх не перевищує діаметра мікробної клітини (см . рис. 97). Субтермінально (ближче до одного кінця) розташування суперечки характерно для збудників газової гангрени, ботулізму.
Процес спороутворення відбувається у бактерій у відносно короткий термін (приблизно протягом 24 годин). Сутність процесу полягає в тому, що вміст мікробної клітини поступово ущільнюється і, концентруючись в одному місці, покривається щільною оболонкою. Поступово вегетативна частина бактеріальної клітини відмирає. Оболонка спори складається з двох шарів: зовнішнього і внутрішнього. Зовнішній шар важко проникний для води і різних речовин, з внутрішнього при проростанні спори утворюється клітинна оболонка бактерій. Потрапивши в умови, сприятливі для розвитку (наявність необхідної живильного середовища, вологості, температури), суперечки швидко проростають, перетворюються у вегетативні форми. При цьому оболонка суперечки спочатку розбухає, а потім розчиняється або розривається, завдяки дії ферментів і з неї виходить бактерійний проросток, одягнений в тонку оболонку і перетворюється потім в вегетативну клітину.
Процес проростання суперечка займає зазвичай 4-5 годин. Мала проникність оболонки спор є причиною того, що при звичайних методах забарвлення вони залишаються безбарвними. Щоб їх забарвити, потрібно застосувати енергійні дії, що призводять до розпушення оболонки. Хімічний склад суперечки характеризується малою кількістю вільної води і великим вмістом липоидов, що в значній мірі обумовлює стійкість спор до дії ряду несприятливих фізичних і хімічних чинників. Наприклад, температура 100 ° не вбиває суперечки-для їх знищення необхідно вплив більш високих температур. Низькі температури і висушування суперечки витримують протягом багатьох років. Спорообразование характерно для бацил, серед кокова форм воно зустрічається рідко (у сечовий сарціпи, ентерококка).
Джгутики. Всі бактерії поділяються на рухомі і нерухомі. Серед рухливих зустрічаються плазують і плаваючі. Повзають бактерії повільно пересуваються (повзуть) по опорній поверхні в результаті хвилеподібних скорочень їх тіла (наприклад, Myxobacterium). Плаваючі бактерії вільно пересуваються в рідкому середовищі за допомогою джгутиків. Джгутики - це найтонші, еластичні покручені нитки, що починаються від базальних гранул в цитоплазмі і виходять назовні через оболонку. Їх діаметр вимірюється сотими частками мікрона (0,02-0,05 мк), а довжина їх іноді в багато разів перевищує розміри тіла самого мікроба. Джгутики - тендітні освіти і швидко відриваються від клітин при струшуванні, інших механічних впливах і обробці різними хімічними речовинами. Число і розташування джгутиків у різних мікроорганізмів неоднакові. В цьому відношенні рухливі бактерії поділяються на кілька типів (рис. 5).
- Монотріхі - бактерії з одним джгутиком на кінці (наприклад, холерний вібріон).
Мал. 5. Жгутики у бактерій.
- Лофотрихи - бактерії з пучком джгутиків на одному з полюсів клітини (наприклад, Bact. Faecalis alcaligenes).
- Перітріхі - бактерії з джгутиками, розташованими навколо всього тіла мікроба (наприклад, бактерії тифо-паратифозної групи).
Джгутики настільки тонкі, що їх не вдається бачити при звичайній мікроскопії препаратів з живими або убитими мікробами. Виявити джгутики можна наступним чином:
а) при мікроскопірованіі в затемненому полі зору зі спеціальним конденсором, що створює сильне бічне освітлення, в приготовленої «висячої» або «роздавленою» краплі (див. стор. 53).
б) в препараті з рухомими бактеріями після спеціальної обробки протравов, наприклад розчином таніну. Цим досягається набухання джгутиків і збільшення їх розміру (діаметра). Після забарвлення відповідним барвником такого препарату джгутики стають видимі при звичайному мікроскопірованіі.
Мал. 6. Жгутики під електронним мікроскопом.
Мал. 7. бахромка (вії) під електронним мікроскопом.
При електронній мікроскопії (рис. 6) можна не тільки добре побачити джгутики, але й ознайомитися з деталями їх будови. Вони мають спиралевидную форму і Гвинтоподібне будова. Осьова нитка джгутиків складається з двох перевитих ниток, покритих чохлом. До складу джгутиків входить особливий білок - флажеліну, скороченням якого визначається інтенсивність і характер руху бактерій. Найбільш швидкі і прямолінійні руху здійснюють монотрихи і лофотрихи. Наприклад, холерний вібріон пересувається зі швидкістю 30 мк в секунду, що перевершує його розмір в 30 разів. Перітріхі притаманні менш енергійні і більше безладні рухи. Характер руху бактерій залежить також від віку і властивостей культури (молоді клітини рухаються більш енергійно), температури (оптимальна температура сприяє руху), наявності хімічних речовин та інших факторів. При несприятливих умовах існування бактерії можуть позбутися джгутиків, зберігаючись в такому стані в ряді наступних поколінь. Поверхня тіла у ряду бактерій покрита численними бахромками - віями, ворсинками (рис. 7). Роль бахромок в життєдіяльності бактерій поки не з`ясована. Вважають, що бахромками мікроби прикріплюються до поверхні певних субстратів і можливо беруть участь у харчуванні бактеріальної клітини.
спірохети
До групи спірохет відносяться мікроорганізми, які мають звиту форму і за своїми біологічними властивостями займають проміжне положення між бактеріями і найпростішими. Тіло спірохет складається з цитоплазми, яка у вигляді спіралі розташована навколо центральної осьової нитки, утворюючи первинні завитки. Вигини осьової нитки утворюють вторинні завитки, число яких і форма характерні для різних видів спірохет. Вони не мають клітинної оболонки і компактного, оформленого ядра. Деякі спірохети мають довгі тонкі джгути, розташовані пучками на кінцях тіла і видимі в електронному мікроскопі. Спірохети рухливі, що обумовлюється сократимостью їх цитоплазми і еластичністю осьової нитки. Розрізняють обертальні, згинальні і поступальні рухи. Розмножуються спірохети шляхом простого поперечного ділення, важко культивуються на живильних середовищах. До патогенних спирохетам відносяться збудник сифілісу - бліда спірохета, спирохета поворотного тифу (рис. 8 на вклейці) і лептоспіри, що викликають у людини жовтяничний і безжовтяничний лептоспіроз.
Мал. 8. Спірохети поворотного тифу в крові.
рикетсії
Рикетсії складають групу мікроорганізмів, що займають проміжне місце між бактеріями і вірусами. Форма їх різноманітна: кругла, паличкоподібна і ниткоподібна, довжина варіює від 0,3 до 40 мк. Звичайними аніліновими фарбами фарбуються погано, що залежить від ліпоїдному їх оболонки. Для їх забарвлення застосовують спеціальні методи. За Романовським- Гімзою цитоплазма риккетсий забарвлюється в блакитний колір, а хроматіновие зерна - в червоний. За Здродовського рикетсії фарбуються в рубіново-червоний колір, цитоплазма клітин, в яких вони знаходяться, - в блакитний, а їх ядра - в синій колір. Відсутність у риккетсий здатності розмножуватися па штучних поживних середовищах і внутрішньоклітинний паразитизм зближують їх з вірусами.
П. Ф. Здродовскнй розрізняє чотири типи риккетсий:
- Тип а, або кокковидной рикетсії, у вигляді дуже дрібних овоїдів або еліпсоїдів ( «коккобацілламі») діаметром близько 0,5 мк, часто утворюють діплоформи або ланцюжка.
- Тип в, або паличкоподібні рикетсії, у вигляді ніжних коротких паличок діаметром від 1 до 1,5 мк.
- Тип с, або бацилярних (довгі паличкоподібні) рикетсії, у вигляді подовжених і зазвичай вигнутих тонких паличок розміром 3-4 мк.
- Тип d, або ниткоподібні рикетсії, у вигляді довгих нерідко гігантських химерно вигнутих ниток, нагадують великі спірили розміром 10 20-40 мк і більше.
Патогенні рикетсії викликають захворювання у людини і тварин, типовим представником риккетсий є Rickettsia provaceki - збудник висипного тифу.
ВІРУСИ
Ряд інфекційних хвороб людини, тварин і рослин, викликається такими бактеріями, розміри яких обчислюються в миллимикрон. До вірусних захворювань відносяться: віспа, сказ, поліомієліт, грип, кір тощо. В даний час налічується більше 500 вірусів, що вражають людину і тварин.
Будова вірусів є вивчення лише при великих збільшеннях електронного мікроскопа. Форма їх буває круглої, палочковидной, кубоідалиюй і ниткоподібної. Розміри вірусів коливаються від 10 до 350 ммк. Найбільші віруси називаються елементарними тільцями. Якщо їх величина більше 0,2 мк, то вони видимі в звичайному, оптичному мікроскопі за допомогою імерсійної системи. Елементарні тільця при віспі (розмір їх близько 0,2 мк) можуть бути виявлені в оптичному мікроскопі тільки при спеціальному методі обробки (метод Морозова).
За даними електронномікроскопічних досліджень, центральна частина вірусу являє собою нуклеїнових кислот - нуклеоїд, утворення, що нагадує ядро, укладену в оболонку - капсиду, що складається з окремих білкових суб`едіненій - до а п с ом е р про в. Більш складно влаштовані віруси, крім капсиди, мають зовнішню оболонку, до складу якої входять вуглеводи, ліпіди. При деяких вірусних інфекціях в клітинах уражених тканин виявляються особливі включення, будова яких і розташування завжди характерні для певного вірусу. Так, при сказі в цитоплазмі нервових клітин головного мозку виявляються включення у вигляді тілець Бабеша - Негрі, в цитоплазмі клітин епітелію при віспі - тільця Гварніері і т. Д. Величина внутрішньоклітинних включень коливається від 0,25 до 20-30 мк, форма їх кругла і овальна, грушоподібна, веретеноподібна або серповидная. Знаходяться вони в цитоплазмі або ядрах клітин, а іноді і в цитоплазмі і ядрі. Природа внутрішньоклітинних включень точно не з`ясована. Вважають, що вони є реактивними утвореннями клітин, в яких нагромаджується вірусні частки (колонія вірусів). Для виявлення внутрішньоклітинних утворень, що має велике діагностичне значення, готують мазки або зрізи з тканини і забарвлюють їх спеціальними методами (по Морозову, по Туревич, або по Муромцеву).
