Принципы таксономии и номенклатуры микроорганизмов
Ж и в ы е о р г а н и з м ы (микроорганизмы)
Прокариоты:
Эубактерии
1. Грациликуты (тонкая клеточная стенка)
2. Фирмикуты (толстая клеточная стенка)
3. Тенерикуты (нет клеточной стенки)
Спирохеты, риккетсии, хламидии, микоплазмы, актиномицеты.
Архебактерии
4. Мендосикуты
Эукариоты: ЖивотныеРастенияГрибыПростейшие
Неклеточные формы жизни: ВирусыПрионыПлазмиды

Таксономия

Это наука, систематизирующая микроорганизмы

Вид – род – (триба) – семейством – порядок – класс – отдел – царство

Основной таксономической единицей является вид

Вид – это совокупность происходящих от одного предка, скрещивающихся популяций, обладающих общим генофондом и репродуктивной изоляцией.

Классификация бактерий с учетом особенности клеточной стенки (по Д. Берджини)

Д. Берджини предложил классифицировать бактерии прокариоты на 4 отдела:

1 группа: бактерии с тонкой клеточной стенкой, т.е. Гр- - Грациликуты;

2 группа: бактерии с толстой стенкой, т.е. Гр+ - Фирмикуты;

3 группа: бактерии, лишенные клеточные стенки – Тенерикуты;

4 группа: бактерии с дефектной клеточной стенкой (патогенных нет) – Мендозикуты – арибактерии.

Дифференциальные признаки микроорганизмов:

1. Морфологические (форма, размер) и тинкториальные свойства (способность воспринимать анилиновые красители);

2. Физиологическая активность;

3. Антигенная специфичность;

4. Биохимическая активность;

5. Генетическое родство;

6. Чувствительность к бактериофагам (?).

Морфология бактерий

По форме бактерии подразделяются на:

· Шаровидные (кокки) среди них различают - менингококки, пневмококки, гонококки, стафилококки, стрептококки, вейлонеллы;

· Палочковидные микроорганизмы – энтеробактерии, риккетсии, бациллы, клостридии, коринебактерии, микобактерии;

· Извитые микроорганизмы – вибрионы, спириллы, кампилобактерии, спирохеты (боррелии, лептоспиры, трепонемы).

 Отношение к молекулярному кислороду:

- строгие аэробы

- строгие анаэробы

- факультативные анаэробы

Структура бактериальной клетки. Основные отличия прокариотов и эукариотов. Функции отдельных структурных элементов бактериальной клетки. Особенности химического состава клеточных стенок грамположительных и грамотрицательных бактерий.

Ханс Христиан Грам (1853 – 1939 гг.). Предложил метод окаршивания бактерий. Окраска по Граму делит бактерии на основе структуры их клеточной стенки на две группы: Гр+ прочно удерживают аналиновые красители, не обсцвечиватся при обработке спиртом, окрашиваются в синий цвет. Гр- обесцвечиваются спиртом и поэтому дополнительно докрашиваются фуксином (красный цвет).

Гр+ бактерии имеют толстую клеточную стенку, которая состоит из 5-6 слоев пептидогликана, связаных с тейхоевыми и липотейхоевыми кислотами, которые берут своё начало от ЦПМ (цитоплазматическая мембрана).

Гр- бактерии имеют тонкую клеточную стенку, в ней выделяют два слоя. 1-ый слой пластичный предсавлен липополисахаридами, фосфолипидами, белками; 2-ой слой ригидный образован 1-2 слоями пептидогликана. Синоним – эндотоксин.

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ)
Это обязательная структура клетки, представляющая собой белково-липидный комплекс, нарушение ее приводит к гибели.Составляет 8-15% сухих веществ клетки.Содержание белка 50-75%Липидов 15-45%Толщина 7,5-8нм
Главный липидный компонент - фосфолипиды, набор которых родо- и видо - специфичен. Функции липидов - поддержание механической стабильности мембраны и придание ей гидрофобных свойств. Мембранные белки это в основном ферменты.
Структура ЦПМ для растительных, животных и микробных клеток сходна. Два слоя белков и между ними двойной фосфолипидный слой.
Консистенция мембраны пластичная, почти жидкая, прочная связь с КС отсутствует. ЦПМ – это важный центр метаболитической активности. Она ответственна за поступление питательных веществ в клетку и вывод продуктов обмена. ЦПМ прокариот может впячиваться (инвагинировать) образуя мезосомы – это энергетические депо клетки, где происходит синтез АТФ.
Цитоплазма – внутренние содержимое клетки. Содержание цитоплазмы определяет тургор, который характеризуется осмотическим давлением (ОД). В норме ОД клетки эквивалентно давлению раствора сахарозы с массовой долей 10-20%. Если соотношение ОД клетки и среды нарушается, клетка может погибнуть.
Генетическийаппарат у бактерий – нуклеоид (генофор) – молекула ДНК (бактериальная хромосома) сильно спирализованная, замкнутая в кольцо. Каких-либо оболочек отделяющих содержимое цитоплазмы от ядра нет. У прокариот могут быть внехромосомные молекулы ДНК – плазмиды. Они более короткие, необязательные структуры, могут утрачиваться или приобретаться при делении.

Жгутик на 98% состоит из белка – флагеллина. Крепится с помощью «крюка» к базальному тельцу, которое располагается в клетке на уровне КС и ЦПМ. Вращательное движение жгутика способствует перемещению бактерий (3000 об/мин).
Расположение жгутиков: 1.монотрихальное расположение (1 жгутик)2.политрихальное расположение (несколько жгутиков), может быть лофотрихальное, амфитрихальное, перитрихальное.

Споры - своеобразная форма покоящихся бактерий с грамположительным типом строения клеточной стенки.Спорообразование - это способ сохранения вида (генофора) во внешней среде при неблагоприятных условиях, а не способ размножения.Споры образуются при неблагоприятных условиях существования бактерий (высушивание, дефицит питательных веществ и др.). Внутри бактериальной клетки образуется одна спора (эндоспора). Расположение в клетке: терминальное (у возбудителя столбняка), субтерминальное (ботулизм, газовая гангрена), центральное (сибиреязвенная бацилла)

Рибосомы бактерий имеют размер около 20 нм и коэффициент седиментации 70S, в отличие от 80S-рибосом, характерных для эукариотических клеток. Поэтому некоторые антибиотики, связываясь с рибосомами бактерий, подавляют синтез бактериального белка, не влияя на синтез белка эукариотических клеток

Капсула — слизистая структура толщиной более 0,2 мкм, прочно связанная с клеточной стенкой бактерий и имеющая четко очерченные внешние границы. Капсула различима в мазках-отпечатках из патологи-ческого материала. В чистых культурах бактерий капсула образуется реже. Капсула состоит из полисахаридов (экзополисахаридов), иногда — из полипептидов; например, у сибиреязвенной бациллы она состоит из полимеров D-глутаминовой кислоты. Капсула гидрофильна, препятствует фагоцитозу бактерий. Капсула антигенна: антитела против капсулы вызывают ее увеличение (реакция набухания капсулы).Многие бактерии образуют микрокапсулу — слизистое образование толщиной менее 0,2 мкм, выявляемое лишь при электронной микроскопии.Функции. 1. В организме предохраняет бактерии от фагоцитоза и действия антител.2. Во внешней среде предохраняет бактерии от высыхания.

Пили (pili), синонимы: ворсинки, фимбрии, - тонкие полые нити белковой природы, покрывающие поверхность бактериальных клеток. В отличие от жгутиков не выполняют двигательную функцию. Пили отходят от поверхности клетки и состоят из белка пилина. По своему функциональному назначению подразделяются на 2 типа.1) Пили первого типа имеются у большинства бактерий, поэтому они получили название "ворсинки общего типа" (common pili). Обусловливают прикрепление или адгезию бактерий к определенным клеткам организма хозяина. Адгезия является первоначальной стадией любого инфекционного процесса.
2) Пили второго типа (синонимы: конъюгативные, или половые - sex pili) имеются только у бактерий-доноров, имеющих специальную плазмиду. Их количество невелико - 1-4 на клетку.

Половые пили выполняют следующие функции:

1. Участвуют в передаче генетического материала от одной клетки к другой при конъюгации бактерий.

2. На них адсорбируются специфические вирусы бактерий - бактериофаги.

5. Основные методы изучения морфологии бактерий. Бактериоскопический метод. Методы окраски микробов и их отдельных структур. Методы микроскопии (люминесцентная, темнопольная, фазово-контрастная, электронная).

Методы микроскопии (люминесцентная, темнопольная, фазово-контрастная, электронная).

Люминесцентная (или флюоресцентная) микроскопия. Осно­вана на явлении фотолюминесценции.

Люминесценция — свечение веществ, возникающее после воз­действия на них каких-либо источников энергии: световых, элек­тронных лучей, ионизирующего излучения. Фотолюминесцен­ция — люминесценция объекта под влиянием света. Если осве­щать люминесцирующий объект синим светом, то он испускает лучи красного, оранжевого, желтого или зеленого цвета. В ре­зультате возникает цветное изображение объекта.

Темнопольная микроскопия. Микроскопия в темном поле зре­ния основана на явлении дифракции света при сильном боковом освещении взвешенных в жидкости мельчайших частиц (эффект Тиндаля). Эффект достигается с помощью параболоид- или кардиоидконденсора, которые заменяют обычный конденсор в био­логическом микроскопе .

Фазово-контрастная микроскопия. Фазово-контрастное приспособление дает возможность увидеть вмикроскоп прозрачные объекты. Они приобретают высокую контрастность изображения, которая может быть позитивной или негативной. Позитивным фазовым контрастом называют темное изображение объекта в светлом поле зрения, негативным — светлое изображение объек­та на темном фоне.

Для фазово-контрастной микроскопии используют обычный микроскоп и дополнительное фазово-контрастное устройство, а также специальные осветители.

Электронная микроскопия. Позволяет наблюдать объекты, размеры которых лежат за пределами разрешающей способно­сти светового микроскопа (0,2 мкм). Электронный микроскоп применяется для изучения вирусов, тонкого строения различных микроорганизмов, макромолекулярных структур и других субмик­роскопических объектов.

Простые и сложные методы окраски микробов Бактериоскопический метод исследования предусматривает изучение микроорганизмов в живом или фиксированном и окрашенном состоянии. Для изучения микроорганизмов в живом состоянии используют метод раздавленной капли и метод висячей капли. Наиболее часто применяют микроскопию бактерий в фиксированном и окрашенном состоянии. Для приготовления фиксированного и окрашенного препарата на обезжиренное предметное стекло наносят каплю воды или изотонического раствора хлорида натрия, в которую петлей вносят исследуемый материал и распределяют его таким образом, чтобы получить тонкий и равномерный мазок диаметром около 1-1,5 см. Если исследуют жидкий материал, то его непосредственно петлей наносят на предметное стекло и готовят мазок. Мазки высушивают на воздухе. Для фиксации используют физические и химические методы. Для фиксации мазка физическим методом предметное стекло медленно проводят 3 раза через пламя горелки. Мазки крови, мазки-отпечатки органов и тканей фиксируют химическим методом путем погружения их на 5-20 минут в метиловый или этиловый спирт и другие фиксирующие жидкости. Для окрашивания микробов используют простые и сложные методы. При простом методе фиксированный мазок окрашивают каким-либо одним красителем, например, водным раствором фуксина (1-2 минуты) или метиленовым синим (3-5 минут), промывают водой, высушивают и микроскопируют. Сложные методы окрашивания включают использование нескольких красителей. Это позволяет выявить определенные структуры клеток и дифференцировать одни виды микроорганизмов от других. Окраска по Граму: 1. На фиксированный мазок наносят карболово-спиртовый раствор генцианового фиолетового через полоску фильтровальной бумаги. Через 2-3 минуты ее снимают, а краситель сливают. 2. Наносят раствор Люголя на 1-2 минуты. 3. Обесцвечивают препарат этиловым спиртом в течение 30-60 секунд до прекращения отхождения фиолетовых струек красителя. 4. Промывают препарат водой. 5. Докрашивают мазок водным раствором фуксина в течение 1-2 минут, промывают водой, высушивают и микроскопируют. Грамположительные бактерии окрашиваются в фиолетовый цвет, грамотрицательные – в красный цвет. При окраске по методу Грама в модификации Синева на первом этапе используют фильтровальные бумажки, пропитанные генциановым или кристаллическим фиолетовым. Для этого полоски бумаги пропитывают 1% раствором красителя и высушивают. На фиксированный мазок помещают пропитанную красителем бумажку, заливают небольшим количеством воды и выдерживают в течение 2 минут. После этого бумажку удаляют пинцетом, сливают краску и, не промывая препарат водой, наносят раствор Люголя. Последующее окрашивание проводят общепринятым методом. Распределение микроорганизмов в зависимости от окраски по Граму: 1. Грамположительные бактерии: - кокки (за исключением гонококков и менингококков); - бациллы и клостридии (спорообразующие палочки); - микобактерии, коринебактерии и листерии. 2. Грамотрицательные бактерии: - некоторые кокки (гонококки и менингококки); - все остальные палочковидные бактерии; - все извитые формы (вибрионы, спириллы, спирохеты).

6. Рост и размножение бактерий. Фазы размножения.

Жизнедеятельность бактерий характеризуется ростом — формированием структурно-функциональных компонентов клетки и увеличением самой бактериальной клетки, а также размножением — самовоспроизведением, приводящим к увеличению количества бактериальных клеток в популяции.

Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам, реже путем почкования. Актиномицеты, как и грибы, могут размножаться спорами. Актиномицеты, являясь ветвящимися бактериями, размножаются путем фрагментации нитевидных клеток. Грамположительные бактерии делятся путем врастания синтезирующихся перегородок деления внутрь клетки, а грамотрицательные — путем перетяжки, в результате образования гантелевидных фигур, из которых образуются две одинаковые клетки.

Делению клеток предшествует репликация бактериальной хромосомы по полуконсервативному типу (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной нитью), приводящая к удвоению молекул ДНК бактериального ядра — нуклеоида.

Репликация ДНК происходит в три этапа: инициация, рост цепи, и терминация.

Размножение бактерий в жидкой питательной среде. Бактерии, засеянные в определенный, не изменяющийся объем питательной среды, размножаясь, потребляют питательные элементы, что приводит в дальнейшем к истощению питательной среды и прекращению роста бактерий. Культивирование бактерий в такой системе называют периодическим культивированием, а культуру — периодической. Если же условия культивирования поддерживаются путем непрерывной подачи свежей питательной среды и оттока такого же объема культуральной жидкости, то такое культивиро­вание называется непрерывным, а культура — непрерывной.

При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается придонный, диффузный или поверхностный (в виде пленки) рост культуры. Рост периодической культуры бактерий, выращиваемых на жидкой питательной среде, подразделяют на несколько фаз, или периодов:

1. лаг-фаза;

2. фаза логарифмического роста;

3. фаза стационарного роста, или максимальной концентрации бактерий;

4. фаза гибели бактерий.

Лаг-фаза — период между по­севом бактерий и началом размножения. Продолжительность лаг-фазы в среднем 4—5 ч. Бактерии при этом увеличиваются в раз­мерах и готовятся к делению; нарастает количество нуклеино­вых кислот, белка и других компонентов.

Фаза логарифмического (экспоненциального) роста является периодом ин­тенсивного деления бактерий. Продолжительность ее около 5— 6 ч. При оптимальных условиях роста бактерии могут делиться каждые 20—40 мин. Во время этой фазы бактерии наиболее ра­нимы, что объясняется высокой чувствительностью компонен­тов метаболизма интенсивно растущей клетки к ингибиторам синтеза белка, нуклеиновых кислот и др.

Затем наступает фаза стационарного роста, при которой количество жиз­неспособных клеток остается без изменений, составляя макси­мальный уровень (М-концентрация).

Завершает процесс роста бактерий фаза гибели, характеризующаяся отмиранием бактерий в условиях истощения источников питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма бактерий.

Размножение бактерий на плотной питательной среде. Бактерии, растущие на плотных питательных средах, образуют изолированные колонии округлой формы с ровными или неровными краями (S- и R-формы), различной консистенции и цвета, зависящего от пигмента бактерий. Наиболее распространены среди микроорганизмов такие пигменты, как каротины, ксантофиллы и меланины.