Место микробиологии и иммунологии в современной медицине. Роль отечественных ученых в развитии микробиологии, вирусологии иммунологии.

Микробиология - наука, изучающая строение, жизнедеятельность и экологию микроорганизмов - мельчайших форм жизни растительного или животного проис­хождения, не видимых невооруженным глазом. Микробиология изучает всех представителей микромира (бактерии, грибы, про­стейшие, вирусы). По своей сути микробиология является био­логической фундаментальной наукой. Для изучения микроорга­низмов она использует методы других наук, прежде всего фи­зики, биологии, биоорганической химии, молекулярной биоло­гии, генетики, цитологии, иммунологии. Как и всякая наука, микробиология подразделяется на общую и частную. Общая мик­робиология изучает закономерности строения и жизнедеятель­ности микроорганизмов на всех уровнях - молекулярном, кле­точном, популяционном; генетику и взаимоотношения их с ок­ружающей средой. Предметом изучения частной микробиологии являются отдельные представители микромира в зависимости от проявления и влияния их на окружающую среду, живую при­роду, в том числе человека. К частным разделам микробиоло­гии относятся: медицинская, ветеринарная, сельскохозяйствен­ная, техническая (раздел биотехнологии), морская, космическая микробиология.

Многочисленные открытия в области микробиологии, изуче­ние взаимоотношений между макро- и микроорганизмами во второй половине XIX в. способствовали началу бурного разви­тия иммунологии. Вначале иммунология рассматривалась как наука о невосприимчивости организма к инфекционным болез­ням. В настоящее время она стала общемедицинской и общеби­ологической наукой. Доказано, что иммунная система служит для защиты организма не только от микробных агентов, но и от любых генетически чужеродных организму веществ с целью со­хранения постоянства внутренней среды организма, т.е. гомеостаза.

Иммунология является основой для разработки лабораторных методов диагностики, профилактики и лечения инфекционных и многих неинфекционных болезней, а также разработки имму­нобиологических препаратов (вакцин, иммуноглобулинов, иммуномодуляторов, аллергенов, диагностических препаратов). Разра­боткой и производством иммунобиологических препаратов зани­мается иммунобиотехнология - самостоятельный раздел имму­нологии.

Современная медицинская микробиология и иммуно­логия достигли больших успехов и играют огромную роль в ди­агностике, профилактике и лечении инфекционных и многих не инфекционных болезней, связанных с нарушением иммунной системы (онкологические, аутоиммунные болезни, транспланта­ция органов и тканей и др.).

После работ Л. Пастера появилось множество исследований, в которых пытались объяснить причины и механизмы формиро­вания иммунитета после вакцинации. Выдающуюся роль в этом сыграли работы И. И. Мечникова и П. Эрлиха.

Исследования И. И. Мечни­кова (1845-1916) показали, что большую роль в формировании иммунитета играют особые клетки - макро- и микрофаги. Эти клетки поглощают и переваривают чужеродные частицы, в том числе бактерии. Исследования И. И. Мечникова по фагоцитозу убедительно доказали, что, помимо гуморального, существует клеточный иммунитет. И. И. Мечников, ближайший помощник и последователь Л. Пастера, заслуженно считается одним из ос­новоположников иммунологии. Его работы положили начало изу­чению иммунокомпетентных клеток как морфологической основы иммунной системы, ее единства и биологической сущности.

Д.И.Ивановский (1864- 1920) открыл вирусы - представителей царства vira. Один из основоположников вирусологии. Впервые открыл проходящий через бактериологические фильтры возбудитель табачной мозаики, названный впоследствии вирусом. Труды по фитопатологии и физиологии растений.

Здровский (1890-1976 года), российский микробиолог, иммунолог и эпидемиолог, академик АМН. Исследования по проблемам тропических болезней, бруцеллеза и др. Под руководством Здродовского разработаны методы вакцинации против столбняка, дифтерии и др. инфекций. Автор книги "Учение о риккетсиях и риккетсиозах"

Смородинцев , российский вирусолог и иммунолог. Труды по этиологии и профилактике гриппа, энцефалитов и др. вирусных инфекций. Совместно с М. П. Чумаковым разработал и внедрил вакцину против полиомиелита.

Ермольева , российский микробиолог. Получила первые отечественные образцы антибиотиков - пенициллина, стрептомицина и др.; интерферона.

Жданов , российский вирусолог. Труды по вирусным инфекциям, молекулярной биологии и классификации вирусов, эволюции инфекционных болезней.

Основные этапы развития микробиологии и иммунологии. Работы Л.Пастера, Р. Коха и их значение для развития микробиологии и иммунологии .

Основные этапы развития микробиологии и имунологии.

Историю развития микробиологии можно разделить на пять этапов: эвристический, морфологический, физиологический, им­мунологический и молекулярно-генетический.

Пастер сделал ряд выдающихся от­крытий. За короткий период с 1857 по 1885 г. он доказал, что брожение (молочнокислое, спиртовое, уксуснокислое) не явля­ется химическим процессом, а его вызывают микроорганизмы; опроверг теорию самозарождения; открыл явление анаэробио­за, т.е. возможность жизни микроорганизмов в отсутствие кис­лорода; заложил основы дезинфекции, асептики и антисепти­ки; открыл способ предохранения от инфекционных болезней с помощью вакцинации.

Многие открытия Л. Пастера принесли человечеству огром­ную практическую пользу. Путем прогревания (пастеризации) были побеждены болезни пива и вина, молочнокислых продук­тов, вызываемые микроорганизмами; для предупреждения гной­ных осложнений ран введена антисептика; на основе принципов Л. Пастера разработаны многие вакцины для борьбы с инфекционными болезнями.

Однако значение трудов Л. Пастера выходит далеко за рамки только этих практических достижений. Л. Пастер вывел микро­биологию и иммунологию на принципиально новые позиции, показал роль микроорганизмов в жизни людей, экономике, про­мышленности, инфекционной патологии, заложил принципы, по которым развиваются микробиология и иммунология и в наше время.

Л. Пастер был, кроме того, выдающимся учителем и органи­затором науки.

Работы Л. Пастера по вакцинации открыли новый этап в раз­витии микробиологии, по праву получивший название имму­нологического.

Принцип аттенуации (ослабления) микроорганизмов с помо­щью пассажей через восприимчивое животное или при выдерживании микроорганизмов в неблагоприятных условиях (темпе­ратура, высушивание) позволил Л. Пастеру получить вакцины против бешенства, сибирской язвы, куриной холеры; этот прин­цип до настоящего времени используется при приготовлении вакцин. Следовательно, Л. Пастер является основоположником научной иммунологии, хотя и до него был известен метод пре­дупреждения оспы путем заражения людей коровьей оспой, разработанный английским врачом Э. Дженнером. Однако этот метод не был распространен на профилактику других болезней.

Роберт Кох . Физиологический период в развитии микробиологии связан также с именем немецкого ученого Роберта Коха, которому при­надлежит разработка методов получения чистых культур бактерий, окраски бактерий при микроскопии, микрофотографии. Известна также сформулированная Р. Кохом триада Коха, которой до сих пор пользуются при установлении возбудителя болезни.

Основные принципы классификации микробов .

Микробы, или микроорганизмы (бактерии, грибы, простейшие, вирусы), систематизиро­ваны по их сходству, различиям и взаимо­отношениям между собой. Этим занимается специальная наука - систематика микроор­ганизмов. Систематика включает три части: классификацию, таксономию и идентифика­цию. В основу таксономии микроорганизмов поло­жены их морфологические, физиологические, биохимические и молекулярно-биологические свойства. Различают следующие таксономи­ческие категории: царство, подцарство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид, подвид и др. В рамках той или иной таксономичес­кой категории выделяют таксоны - группы организмов, объединенные по определенным однородным свойствам.

Микроорганизмы представлены доклеточными формами (вирусы - царство Vira) и клеточными формами (бактерии, архебактерии, грибы и простейшие). Различают 3 доме­на (или «империи»): «Bacteria», «Archaea» и «Eukarya»:

□ домен «Bacteria» - прокариоты, пред­ставленные настоящими бактериями (эубактериями);

□ домен «Archaea» - прокариоты, пред­ставленные архебактериями;

□ домен «Eukarya» - эукариоты, клетки которых имеют ядро с ядерной оболочкой и ядрышком, а цитоплазма состоит из высоко­организованных органелл - митохондрий, аппарата Гольджи и др. Домен «Eukarya» вклю­чает: царство Fungi (грибы); царство животных Animalia (включает прстейшие – подцарство Protozoa); царство растений Plante. Домены включают царства, типы, классы, порядки, семейства, роды, виды.

Вид . Одной из ос­новных таксономических категорий является вид (species ). Вид - это совокупность особей, объединенных по близким свойствам, но от­личающихся от других представителей рода.

Чистая культура . Совокупность однородных микроорганиз­мов, выделенных на питательной среде, характеризующихся сходными морфологичес­кими, тинкториальными (отношение к кра­сителям), культуральными, биохимическими и антигенными свойствами, называется чис­той культурой.

Штамм . Чистая культура микроорганизмов, выделен­ных из определенного источника и отличаю­щихся от других представителей вида, называ­ется штаммом. Штамм - более узкое понятие, чем вид или подвид.

Клон . Близким к понятию штам­ма является понятие клона. Клон представляет собой совокупность потомков, выращенных из единственной микробной клетки.

Для обозначения некоторых совокупностей микроорганизмов, отличающихся по тем или иным свойствам, употребляется суффикс var (разновидность) вместо ранее применявшегося type .

Принципы классификации бактерий.

Для бактерий ре­комендованы следующие таксономические категории: класс, отдел, порядок, семейство, род, вид. Название вида соответствует бинар­ной номенклатуре, т. е. состоит из двух слов. Например, возбудитель сифилиса пишется как Treponema pallidum . Первое слово - название рода и пишется с прописной буквы, второе слово обозначает вид и пишется со строчной буквы. При повторном упоминании вида родовое название сокращается до на­чальной буквы, например: Т. pallidum .

Бактерии относятся к прокариотам, т. е. доядерным организмам, поскольку у них имеется примитивное ядро без оболочки, ядрышка, гистонов, а в цитоплазме отсутс­твуют высокоорганизованные органеллы (митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы и др.).

Бактерии делят на 2 домена: « Bacteria » и « Archaea ».

В домене « Bacteria » можно выделить следующие бактерии:

1) бактерии с тонкой клеточной стенкой, грамотрицательные;

2) бактерии с толстой клеточной стенкой, грамположительные;

3) бактерии без клеточной стенки (класс Mollicutes - микоплазмы)

Архебактерии не содержат пептидогликан в клеточной стенке. Они имеют особые рибосомы и рибосомные РНК (рРНК).

Среди тонкостенных грамотрицательных эубактерий различают:

Сферические формы, или кокки (гонококки, менингококки, вейлонеллы);

Извитые формы - спирохеты и спириллы;

Палочковидные формы, включая риккетсии.

К толстостенным грамположительным эубактериям относят:

Сферические формы, или кокки (стафилококки, стрептококки, пневмококки);

Палочковидные формы, а также актиномицеты (ветвящиеся, нитевидные бактерии), коринебактерии (булавовидные бак­терии), микобактерии и бифидобактерии.

Тонкостенные грамотрицательные бактерии: Менингококки, гонококки, Вейлонеллы, Палочки, Вибрионы, Кампилобактерии, Хеликобактерии, Спириллы, Спирохеты, Риккетсии, Хламидии.

Толстостенные грамположительные бактерии: Пневмококки, Стрептококки, Стафилококки, Палочки, Бациллы, Клостридии, Коринебактерии, Микобактерии, Бифидобактерии, Актиномицеты.

Принципы классификации грибов.

Грибы относятся к царству Fungi (Mycetes, Mycota). Это мно­гоклеточные или одноклеточные нефотосинтезирующие (бес-хлорофильные) эукариотические микроорганизмы с клеточной стенкой.

Классификация грибов. Грибы можно разделить на 7 классов: хитридиомицеты, гифохитридиомицеты, оомицеты, зигомицеты, аскомицеты, базидиомицеты, дейтеромицеты.

Эумицеты представлены аскомицетами и базидиомицетами (со­вершенные грибы), а также дейтеромицетами (несовершенные грибы). Аскомицеты (или сумчатые грибы) объединяют группу грибов, имеющих септированный мицелий и отличающихся спо­собностью к половому размножению. Свое название аскомице­ты получили от основного органа плодоношения - сумки, или аска, содержащего 4 или 8 гаплоидных половых спор (аскоспор). К аскомицетам относятся представители родов Aspergillus, Penicillium и др., отличающиеся особенностями формирования плодоносящих гиф. У Aspergillus (леечная плесень) на концах пло­доносящих гифконидиеносцев имеются утолщения - стеригмы, на которых образуются цепочки спор - конидии. Некоторые виды аспергилл могут вызывать аспергиллезы и афлатоксикозы.

Плодоносящая гифа у грибов рода Penicillium (кистевик) на­поминает кисточку, так как из нее (на конидиеносце) образу­ются утолщения, разветвляющиеся на более мелкие структуры - стеригмы, на которых находятся цепочки конидий. Пеницициллы могут вызывать заболевания (пенициллинозы). Многие виды аскомицетов являются продуцентами антибиотиков.

Базидиомицеты - шляпочные грибы с септированным ми­целием.

Дейтеромицеты - несовершенные грибы (Fungi imperfecti) - являются условным классом грибов, объединяющим грибы с сеп­тированным мицелием, не имеющих полового размножения. Они размножаются только бесполым путем, образуя конидии.

К несовершенным грибам относятся грибы рода Candida, по­ражающие кожу, слизистые оболочки и внутренние органы (кандидоз). Они имеют овальную форму, диаметр 2-5 мкм; делятся почкованием (бластоспоры), образуют псевдомицелий (почкующиеся клетки из ростковой трубочки вытягиваются в нить), на концах которого находятся хламидоспоры. Эти грибы называют дрожжеподобными. Истинные дрожжи (аскомицеты) образуют аскоспоры, не имеют псевдомицелия и хламидоспор.

Подавляющее большинство грибов, вызывающих заболевания у человека (микозы), относятся к несовершенным грибам.

Гифальные

Гифы низших

Гифы высших

Дрожжевые

Принципы классификации простейших.

Простейшие представлены 7 типами, из которых четыре типа ( Sarcomastigophora , Apicomplexa , Ciliopkora , Microspora ) включают возбудителей заболеваний у человека.

К подтипу Sarcodina

Тип Apicomplexa . В классе Sporozoa (споровики) па­тогенными представителями являются возбудители токсоплазмоза, кокцидиоза, саркоцистоза и малярии. Жизненный цикл возбудителей малярии характеризуется чередо­ванием полового размножения (в организме комаров Anopheles) и бесполого (в клетках тканей и эритроцитах человека они раз­множаются путем множественного деления). Токсоплазмы имеют форму полулуний. Токсоплазмозом человек заражается от живот­ных. Токсоплазмы могут передаваться через плаценту и поражать центральную нервную систему и глаза плода.

Тип Ciliophora . Патогенный представитель - возбудитель балантидиаза - поражает толстый кишечник человека. Балантидии имеют многочисленные реснички и поэтому подвижны.

Принципы классификации вирусов.

В основу классификации вирусов положены следующие кате­гории:

Тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), ее структура, ко­личество нитей (одна или две), особенности воспроизводства вирусного генома;

Размер и морфология вирионов, количество капсомеров и тип симметрии;

Наличие суперкапсида;

Чувствительность к эфиру и дезоксихолату;

Место размножения в клетке;

Антигенные свойства и пр.

Вирусы имеют уникальный геном, так как содержат либо ДНК, либо РНК . Поэтому различают ДНК-содержащие и РНК-содержащие вирусы. Они обычно гаплоидны, т.е. име­ют один набор генов. Геном вирусов представлен различными видами нуклеиновых кислот: двунитчатыми, однонитчатыми, линейными, кольцевыми, фрагментированными. Среди РНК- содержащих вирусов различают вирусы с положительным (плюс-нить РНК) геномом. Плюс-нить РНК этих вирусов выполняет наследственную функцию и функцию информационной РНК (иРНК). Имеются также РНК-содержащие вирусы с отрицатель­ным (минус-нить РНК) геномом. Минус-нить РНК этих виру­сов выполняет только наследственную функцию.

Морфологию вирусов изучают с помощью электронной микроскопии, так как их размеры малы (18-400 нм) и срав­нимы с толщиной оболочки бактерий.

Форма вирионов может быть различной: палочковидной (вирус табачной мозаики), пулевидной (вирус бешенства), сферической (вирусы полио­миелита, ВИЧ), нитевидной (филовирусы), в виде спермато­зоида (многие бактериофаги). Различают просто устроенные и сложно устроенные вирусы.

Тип симметрии Икосаэдрический Спираль­ный

(Морфология микробов)

Морфологические свойства бактерий.

Морфологические свойства бакте­рий . Бактерии- микроорганизмы, не имеющие оформлен­ного ядра (прокариоты).

Бактерии имеют разнообразную форму и довольно сложную структуру, определяющую многообразие их функциональной дея­тельности. Для бактерий характерны основные формы: сферическая (шаровидная), цилиндрическая (палочковидная), извитая.

Бактерии шаровидной формы - кокки - в зависимости от плоскости деления и расположения относительно друг друга от­дельных особей подразделяются на микрококки (отдельно лежащие кокки), диплококки (парные кокки), стрептококки (цепочки кокков), стафилококки (имеющие вид виноградных гроздьев), тетракокки (образования из четырех кокков) и сарцины (паке­ты из 8 или 16 кокков).

Палочковидные бактерии располагаются в виде оди­ночных клеток, дипло- или стрептобактерий.

Извитые формы бактерий - вибрионы и спириллы, а так­же спирохеты. Вибрионы имеют вид слегка изогнутых палочек, спириллы - извитую форму с несколькими спиральными завит­ками.

Размеры бактерий колеблются от 0,1 до 10 мкм. В состав бак­териальной клетки входят капсула(микро, слиз.чехол), клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана и цитоплазма, в которой содержатся нуклеоид, рибосомы, плазмиды и включения. Некоторые бактерии снабжены жгутиками и пили(адгезивные и половые). Ряд бактерий образуют споры, которые располагаются терминально, субтер­минально или центрально; превышая поперечный раз­мер клетки, споры придают ей веретенообразную форму.

Структура и химический состав бактериальной клетки. Особенности строения грамположительных и грамотрицательных бактерий.

В состав бак­териальной клетки входят капсула(микро, слиз.чехол), клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана и цитоплазма, в которой содержатся нуклеоид, рибосомы, плазмиды и включения. Некоторые бактерии снабжены жгутиками и пили(адгезивные и половые). Ряд бактерий образуют споры, которые располагаются терминально, субтер­минально или центрально; превышая поперечный раз­мер клетки, споры придают ей веретенообразную форму.

Клеточная стенка . В клеточной стенке грамположительных бактерий содержится небольшое количество полисахаридов, липидов, белков. Основным компонентом толстой клеточной стенки этих бактерий является многослойный пептидогликан (муреин, мукопептид), составляющий 40-90 % массы клеточ­ной стенки. С пептидогликаном клеточной стенки грамположительных бактерий ковалентно связаны тейхоевые кислоты (от греч. teichos - стенка).

В состав клеточной стенки грамотрицательных бакте­рий входит наружная мембрана, связанная посредством липопротеина с подлежащим слоем пептидогликана. На ультратонких срезах бактерий наружная мембрана имеет вид волнообразной трехслойной структуры, сходной с внутрен­ней мембраной, которую называют цитоплазматической. Основным компонентом этих мембран является бимолекулярный (двойной) слой липидов. Внутренний слой наружной мембраны представлен фосфолипидами, а в наружном слое расположен липополисахарид.

Функции клеточной стенки : 1. Обусловливает форму клетки. 2. Защищает клетку от механических повреждений извне и выдерживает значительное внутреннее давление. 3. Обладает свойством полупроницаемости, поэтому через нее избирательно проникают из среды питательные вещества. 4. Несет на своей поверхности рецепторы для бактериофагов и различных химических веществ.

Метод выявления клеточной стенки - электронная микроскопия, плазмолиз.

L-формы бактерий, их медицинское значение L-формы - это бактерии, полностью или частично лишенные клеточной стенки (протопласт +/- остаток клеточной стенки), поэтому имеют своеобразную морфологию в виде крупных и мелких сферических клеток. Способны к размножению.

Цитоплазматическая мембрана располагается под клеточной стенкой (между ними - периплазматическое пространство). По строению является сложным липидобелковым комплексом, таким же, как у клеток эукариот (универсальная мембрана).

Функции цитоплазматической мембраны: 1. Является основным осмотическим и онкотическим барьером. 2. Участвует в энергетическом метаболизме и в активном транспорте питательных веществ в клетку, так как является местом локализации пермеаз и ферментов окислительного фосфорилирования. 3. Участвует в процессах дыхания и деления. 4. Участвует в синтезе компонентов клеточной клетки (пептидогликана). 5. Участвует в выделении из клетки токсинов и ферментов.

Цитоплазматическая мембрана выявляется только при электронной микроскопии.

Морфология грибов.

Грибы относятся к царству Fungi (Mycetes, Mycota). Это мно­гоклеточные или одноклеточные нефотосинтезирующие (бесхлорофильные) эукариотические микроорганизмы с клеточной стенкой.

Грибы имеют ядро с ядерной оболочкой, цитоплазму с органеллами, цитоплазматическую мембрану и многослойную, ригидную клеточную стенку, состоящую из нескольких типов полисахаридов, а также белка, липидов и др. Некоторые грибы образуют капсу­лу. Цитоплазматическая мембрана содержит гликопротеины, фосфолипиды и эргостеролы. Грибы являются грамположительными микробами, вегетативные клетки - не­кислотоустойчивые.

Грибы состоят из длинных тонких нитей (гиф), спле­тающихся в грибницу, или мицелий. Гифы низших грибов - фикомицетов - не имеют перегородок. У высших грибов - эуми-цетов - гифы разделены перегородками; их мицелий многокле­точный.

Различают гифальные и дрожжевые формы грибов.

Гифальные (плесневые) грибы образуют ветвящиеся тонкие нити (гифы), сплетающиеся в грибницу, или мицелий (плесень). Гифы, врастающие в питательный субстрат, называются вегетатив­ными гифами (отвечают за питание гриба), а растущие над поверхностью субстрата - воздушными или репродуктив­ными гифами (отвечают за бесполое размножение).

Гифы низших грибов не имеют перегородок. Они пред­ставлены многоядерными клетками и называются ценоцитными.

Гифы высших грибов разделены перегородками, или сеп­тами с отверстиями.

Дрожжевые грибы (дрожжи), в основном, имеют вид от­дельных овальных клеток (одноклеточные грибы). По типу полового размножения они распределены среди высших грибов - аскомицет и базидиомицет. При бесполом размно­жении дрожжи образуют почки или делятся, что приводит к одноклеточному росту. Могут образовывать псевдогифы и ложный мицелий (псевдомицелий) в виде цепочек удлинен­ных клеток - «сарделек». Грибы, аналогичные дрожжам, но не имеющие полового способа размножения, называют дрожжеподобными. Они размножаются только бесполым способом - почкованием или делением.

Грибы размножаются спорами половым и бесполым спосо­бами, а также вегетативным путем (почкование или фрагмента­ция гиф). Грибы, размножающиеся половым и бесполым путем, относятся к совершенным. Несовершенными называют грибы, у которых отсутствует или еще не описан половой путь размно­жения. Бесполое размножение осуществляется у грибов с помо­щью эндогенных спор, созревающих внутри круглой структуры - спорангия, и экзогенных спор - конидий, форми­рующихся на кончиках плодоносящих гиф.

Типы грибов. Выделяют 3 типа грибов, имеющих половой способ размножения (так называ­емые совершенные грибы): зигомицеты (Zygomycota), аскомицеты (Ascomycota) и базидиомицеты (Basidiomycota). Отдельно выделяют условный, формальный тип/группу грибов - дейтеромицеты (Deiteromycota), у которых имеется только бесполый способ размножения (так называемые несовершенные грибы).

Морфология простейших.

Простейшие - эукариотические одноклеточные микроорганиз­мы, составляющие подцарство Protozoa царства животных (Animalia). Простейшие включают 7 типов, из которых четыре типа (Sarcomastigophora, Apicomplexa, Ciliophora, Microspora) имеют представите­лей, вызывающих заболевания у человека. Размеры простейших колеблются в среднем от 5 до 30 мкм.

Снаружи простейшие окружены мембраной (пелликулой) - аналогом цитоплазматической мембраны клеток животных. Не­которые простейшие имеют опорные фибриллы.

Цитоплазма и ядро соответствуют по строению эукариотическим клеткам: ци­топлазма состоит из эндоплазматического ретикулума, митохон­дрий, лизосом, многочисленных рибосом и др.; ядро имеет яд­рышко и ядерную оболочку.

Передвигаются простейшие посред­ством жгутиков, ресничек и путем образования псевдоподий.

Простейшие могут питаться в результате фагоцитоза или обра­зования особых структур. Многие простейшие при неблагопри­ятных условиях образуют цисты - покоящиеся стадии, устой­чивые к изменению температуры, влажности и др.

Простейшие окрашиваются по Романовскому-Гимзе (ядро - красного, ци­топлазма - синего цвета).

К подтипу Sarcodina (саркодовые) относится дизен­терийная амеба - возбудитель амебной дизентерии человека. Морфологически сходна с ней непатогенная кишечная амеба. Эти простейшие передвигаются путем образования псевдоподий. Питательные вещества захватываются и погружаются в цитоплазму клеток. Половой путь размножения у амеб отсутствует. При неблагоприятных условиях они образуют цисту.

Тип Apicomplexa . В классе Sporozoa (споровики) па­тогенными представителями являются возбудители токсоплазмоза, кокцидиоза, саркоцистоза и малярии. Жизненный цикл возбудителей малярии характеризуется чередо­ванием полового размножения (в организме комаров Anopheles) и бесполого (в клетках тканей и эритроцитах человека они раз­множаются путем множественного деления). Токсоплазмы имеют форму полулуний. Токсоплазмозом человек заражается от живот­ных. Токсоплазмы могут передаваться через плаценту и поражать центральную нервную систему и глаза плода.

Тип Ciliophora . Патогенный представитель - возбудитель ба-лантидиаза - поражает толстый кишечник человека. Балантидии имеют многочисленные реснички и поэтому подвижны.

Особенности морфологии вирусов.

Морфологию и структуру

Форма

Простые, или безоболочечные, вирусы состоят из нуклеиновой кисло­ты и белковой оболочки, называемой капсидом. Капсид состоит из повторяющихся морфологических субъединиц - капсомеров. Нуклеиновая кислота и капсид взаимодействуют друг с другом, образуя нуклеокапсид.

Сложные, или оболочечные, вирусы снаружи капсида окружены ли-попротеиновой оболочкой (суперкапсидом, или пеплосом). Эта оболоч­ка является производной структурой от мембран вирус-инфицированной клетки. На оболочке вируса расположены гликопротеиновые ши­пы, или шипики (пепломеры). Под оболочкой некоторых вирусов нахо­дится матриксный М-белок.

Тип симметрии . Капсид или нуклеокапсид могут иметь спираль­ный, икосаэдрический (кубический) или слож­ный тип симметрии. Икосаэдрический тип сим­метрии обусловлен образованием изометричес­ки полого тела из капсида, содержащего вирус­ную нуклеиновую кислоту (например, у вирусов гепатита А, герпеса, полиомиелита). Спираль­ный тип симметрии обусловлен винтообразной структурой нуклеокапсида (например, у вируса гриппа).

Включения

Размеры

Вирусы поражают позвоночных и беспозвоночных животных, а также растения и бактерии. Являясь основными возбудителя­ми инфекционных заболеваний человека, вирусы также участвуют в процессах канцерогенеза, могут передаваться различными пу­тями, в том числе через плаценту (вирус краснухи, цитомега ловирус и др.), поражая плод человека. Они могут приводить к постинфекционным осложнениям - развитию миокардитов, пан­креатитов, иммунодефицитов и др.

Кроме обычных вирусов , известны и так называемые нека­нонические вирусы - прионы - белковые инфекционные ча­стицы, являющиеся агентами белковой природы, имеющие вид фибрилл размером 10-20x100-200 нм. Прионы, по-видимому, являются одновременно индукторами и продуктами автономно­го гена человека или животного и вызывают у них энцефалопа­тии в условиях медленной вирусной инфекции (болезни Крейтц-фельдта-Якоба, куру и др.).

Другими необычными агентами , близкими к вирусам, явля­ются вироиды - небольшие молекулы кольцевой, суперспи-рализованной РНК, не содержащие белка, вызывающие забо­левания у растений.

Структура и химический состав бактериофагов.

Морфологию и структуру вирусов изучают с помощью элек­тронного микроскопа, так как их размеры малы и сравнимы с толщиной оболочки бактерий.

Форма вирионов может быть раз­личной: палочковидной (вирус табачной мозаики), пулевидной (вирус бешенства), сферической (вирусы полиомиели­та, ВИЧ), в виде сперматозоида (многие бактериофаги). Различают просто устроенные и сложно устроенные вирусы.

Простые, или безоболочечные, вирусы состоят из нуклеиновой кисло­ты и белковой оболочки, называемой капсидом. Капсид состоит из повторяющихся морфологических субъединиц - капсомеров. Нуклеиновая кислота и капсид взаимодействуют друг с другом, образуя нуклеокапсид.

Сложные, или оболочечные, вирусы снаружи капсида окружены ли-попротеиновой оболочкой (суперкапсидом, или пеплосом). Эта оболоч­ка является производной структурой от мембран вирус-инфицированной клетки. На оболочке вируса расположены гликопротеиновые ши­пы, или шипики (пепломеры). Под оболочкой некоторых вирусов нахо­дится матриксный М-белок.

Капсид и суперкапсид защищают вирионы от влияния окру­жающей среды, обусловливают избирательное взаимодействие (адсорбцию) с клетками, определяют антигенные и иммуногенные свойства вирионов. Внутренние структуры вирусов называ­ются сердцевиной.

Тип симметрии . Капсид или нуклеокапсид могут иметь спираль­ный, икосаэдрический (кубический) или слож­ный тип симметрии. Икосаэдрический тип сим­метрии обусловлен образованием изометричес­ки полого тела из капсида, содержащего вирус­ную нуклеиновую кислоту (например, у вирусов гепатита А, герпеса, полиомиелита). Спираль­ный тип симметрии обусловлен винтообразной структурой нуклеокапсида (например, у вируса гриппа).

Включения - скопление вирионов или отдельных их компонентов в цитоплазме или ядре клеток, выяв­ляемые под микроскопом при специальном окрашива­нии. Вирус натуральной оспы образует цитоплазмати-ческие включения - тельца Гварниери; вирусы герпеса и аденовирусы - внутриядерные включения.

Размеры вирусов определяют с помощью электронной мик­роскопии, методом ультрафильтрации через фильтры с извест­ным диаметром пор, методом ультрацентрифугирования. Одним из самых мелких вирусов является вирус полиомиелита (около 20 нм), наиболее крупным - натуральной оспы (около 350 нм).

Вирусы имеют уникальный геном , так как содержат либо ДНК, либо РНК. Поэтому различают ДНК-содержащие и РНК-содержащие вирусы. Они обычно гаплоидны, т.е. име­ют один набор генов. Геном вирусов представлен различными видами нуклеиновых кислот: двунитчатыми, однонитчатыми, линейными, кольцевыми, фрагментированными. Среди РНК-содержащих вирусов различают вирусы с положительным (плюс-нить РНК) геномом. Плюс-нить РНК этих вирусов выполняет наследственную функцию и функцию информационной РНК (иРНК). Имеются также РНК-содержащие вирусы с отрицатель­ным (минус-нить РНК) геномом. Минус-нить РНК этих виру­сов выполняет только наследственную функцию.

Тинкториальные свойства бактерий. Методы окраски.

Методы окраски . Окраску мазка производят просты­ми или сложными методами. Простые за­ключаются в окраске препарата одним красителем; сложные методы (по Граму, Цилю - Нильсену и др.) включают последо­вательное использование нескольких красителей и имеют диффе­ренциально-диагностическое значение. Отношение микроорганиз­мов к красителям расценивают как тинкториальные свойства. Существуют специальные методы окраски, которые используют для выявления жгутиков, клеточной стенки, нуклеоида и разных цитоплазматических включений.

При простых методах мазок окрашивают каким-либо одним красителем, ис­пользуя красители анилинового ряда (основные или кис­лые). Если красящий ион (хромофор) - катион, то краситель обладает основными свойствами, если хромо­фор - анион, то краситель имеет кислые свойства. Кис­лые красители - эритрозин, кислый фуксин, эозин. Ос­новные красители - генциановый фиолетовый, кристал­лический фиолетовый, метиленовый синий, основной фуксин. Преимущественно для окраски микроорганизмов используют основные красители, которые более интенсивно связываются кислыми компонентами клетки. Из сухих красителей, продающихся в виде порошков, готовят на­сыщенные спиртовые растворы, а из них - водно-спирто­вые, которые и служат для окрашивания микробных кле­ток. Микроорганизмы окрашивают, наливая краситель на поверхность мазка на определенное время. Окраску основным фуксином ведут в течение 2 мин, метиленовым синим - 5-7 мин. Затем мазок промывают водой до тех пор, пока стекающие струи воды не станут бесцветными, высушивают осторожным промоканием фильтровальной бумагой и микроскопируют в иммерсионной системе. Ес­ли мазок правильно окрашен и промыт, то поле зрения совершенно прозрачно, а клетки интенсивно окрашены.

Сложные методы окраски применяют для изуче­ния структуры клетки и дифференциации микроорганиз­мов. Окрашенные мазки микроскопируют в иммерсион­ной системе. Последовательно нанести на препа­рат определенные красители, различающиеся по химическому составу и цвету, протравы, спирты, кислоту и др.

Существуют несколько основных окрасок: по Граму(генциан виолет на 2 минуты, не промывая водой р-р Люголя на 1 мин, промываем водой, наносим спирт на 20-30сек,и фуксин на 2 мин фиолет+, красн-), по Цилю-Нильсону (кислотоустойчивые окраш в красный цвет, кислоточувствительные в синий), по Нейсснеру (зерна волютина в синий, цитоплазма в желтый), Бури-Гинсу(капсула в виде блого ободка на черно-коричневом фоне),по Романовскому –Гимзе(цитоплазма голубая, ядра-красно-фиолет),по Ожешко(споры-красные,тело-синее).

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

Люминесцентная микроскопия основана на способности ряда веществ биологического происхождения или некоторых красителей светиться под действием падающего на них света. Микроорганизмы, содержащие хлорофилл, витамин В12, алкалоиды, некоторые антибиотики, обладают первичной люминесценцией. Клетки микроорганизмов, в которых люминесценция слабо выражена или отсутствует, обрабатывают специальными красителями - флуорохромами (акридиновый оранжевый, примулин, родамин и др.) в виде сильно разбавленных водных растворов: 1:500 -1:100000. Такие растворы слабо токсичны, что дает возможность изучать неповрежденную клетку.

Темнопольная микроскопия основана на освещении объекта косыми лучами света (эффект Тиндаля). При таком освещении лучи не попадают в объектив, поэтому поле зрения выглядит темным. Если в исследуемом препарате содержатся клетки микроорганизмов, то косые лучи отражаются от их поверхности, отклоняются от своего первоначального направления и попадают в объектив. На интенсивно черном фоне видны сияющие объекты. Такое освещение препарата достигается использованием специального темнопольного конденсора, которым заменяют обычный конденсор светлопольного микроскопа.

При микроскопировании в темном поле можно увидеть объекты, величина которых измеряется сотыми долями микрометра, что находится за пределами разрешающей способности обычного светлопольного микроскопа. Однако наблюдение за объектами в темном поле позволяет исследовать только контуры клеток и не дает возможности рассмотреть ихвнутреннюю структуру.

Фазово - контрастная микроскопия ценна прежде всего тем, что с ее помощью можно наблюдать живые объекты, которые имеют коэффициенты преломления, близкие к коэффициентам преломления среды. С точки зрения увеличения изображения объекта, никакого выигрыша не происходит, однако прозрачные объекты видны более четко, чем в проходящем свете обычного светлопольного микроскопа. При отсутствии специального микроскопа обычный световой может быть оснащен специальным фазово-контрастным устройством, которое переводит фазовые изменения световых волн, проходящих через объект в амплитудные. В результате этого живые прозрачные объекты становятся контрастными и видными в поле зрения.

С помощью фазово-контрастной микроскопии изучают форму, размеры, взаимное расположение клеток, их подвижность, размножение, прорастание спор микроорганизмов и т. д.

основанную на превращении невидимых фазовых изменений световых волн, вносимых объектом, в амплитудные, различимые глазом.

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.

Обычный просвечивающий электронный микроскоп похож на световой, за тем исключением, что объект облучается не световым потоком, а пучком электронов, генерируемым специальным электронным прожектором. Полученное изображение проецируется на люминесцентный экран с помощью системы линз. Увеличение просвечивающего электронного микроскопа может достигать миллиона, однако, для атомно-силовых микроскопов и это не предел.

(ФИЗИОЛОГИЯ МИКРОБОВ )

Микроорганизмы - это невидимые невооруженным глазом представители всех царств жизни.

• 1. Эукариоты, или ядерные организмы (грибы, простейшие).
• 2. Прокариоты, или предъядерные организмы (эубактерии, архе- бактерии).
• 3. Акариоты (безъядерные организмы) - вирусы.

Их классификацию регламентируют соответствующие Международные комитеты по систематике. Классификация бактерий постоянно совершенствуется, что находит отражение в периодических изданиях «Определителя бактерий Берджи». По этой книге все известные бактерии отнесены к царству прокариотов и распределены по различиям в строении клеточной стенки на 4 отдела.

Отдел I. Gmcilicutes (от лат. gracilis - изящный, тонкий и cutis - кожа): включает грамотрицательные бактерии.

Отдел II. Firmicutes (от лат. firmus - крепкий): включает грамполо- жительные бактерии.

Отдел III. Tenericutes (от лат. tener - нежный): включает бактерии, лишенные клеточной стенки (микоплазмы и др.).

Отдел IV. Mendosicutes (от лат. mendosus - направленный): включает архебактерии, имеющие клеточную стенку особенного состава и строения.

Далее бактерии распределены на 17 частей, которые содержат представителей различных классов, семейств, родов и видов. Эти группы не являются формальными таксономическими категориями, а предназначены для подразделения бактерий на легко определяемые фенотипические единицы. Далее в пределах групп бактерии распределены по обязательным таксонам (класс, порядок, семейство, род, вид). Патогенные для человека бактерии входят в состав ограниченного числа групп.

Группа 1. Спирохеты. Патогенными для человека являются представители родов Borrelia, Leptospira, Treponema.

Группа 2. Грамотрицательные, аэробные и микроаэрофильные, подвижные, извитые и изогнутые бактерии. Патогенные для человека виды входят в состав родов Campylobacter, Helicobacter, Spirillum.

Группа 3. Грамотрицательные, неподвижные (редко подвижные), изогнутые бактерии. Не содержит патогенных для человека видов.

Группа 4. Грамотрицательные, аэробные и микроаэрофильные палочки и кокки. Патогенные и условно-патогенные для человека виды входят в состав семейств Legionellaceae, Neisseriaceae, Pseudomonaceae и ряда родов Acinetobacter, Alcaligenes, Afipia, Bordetella, Brucella, Chryseomonas, Flavobacterium, Francisella, Moraxella, Oligella.

Группа 5. Грамотрицательные, факультативно-анаэробные палочки. Патогенные и условно-патогенные виды входят в состав семейств Enterobacteriaceae, Vibrionaceae, Pasteurellaceae, а также родов Galymmatobacterium, Cardiobacterium, Eikanella, Gardnerella, Streptobacillus.

Группа 6. Грамотрицательные, анаэробные, прямые, изогнутые и спиральные бактерии. Патогенные и условно-патогенные виды входят в состав родов Bacteroides, Fusobacterium, Porphyromonas, Prevotella.

Группа 7. Бактерии, осуществляющие диссимиляционное восстановление сульфата или серы. Не содержит патогенных для человека видов.

Группа 8. Грамотрицательные, анаэробные, кокки. Включает условно-патогенные бактерии рода Veilonella.

Группа 9. Риккетсии и хламидии. Патогенные для человека виды содержат семейства Rickettsiaceae, Bartonellaceae, Chlamydiaceae.

Группа 10. Аноксигенные, фототрофные бактерии. Не содержит патогенных для человека видов.

Группа 11. Оксигенные, фототрофные бактерии. Не содержит патогенных для человека видов.

Группа 12. Аэробные, хемолитотрофные бактерии и родственные микроорганизмы. Не содержит патогенных для человека видов.

Группа 13. Почкующиеся и (или) обладающие выростами бактерии. Не имеет видов, патогенных для человека.

Группа 14. Бактерии, обладающие чехлом. Не содержит патогенных для человека видов.

Группа 15. Нефотосинтезирующие, не образующие плодовых тел, скользящие бактерии. Не содержит патогенных для человека видов.

Группа 16. Скользящие бактерии, образующие плодовые тела: миксобактерии. Не содержит видов, патогенных для человека.

Группа 17. Грамположительные кокки. Содержит патогенные и условно-патогенные виды родов Enterococcus, Leuconostoc, Peptococcus, Peptostreptococcus, Sarcina, Staphylococcus, Stomatococcus, Streptococcus.

Группа 18. Грамположительные, спорообразующие палочки и кокки. Включает патогенные и условно-патогенные виды родов

Clostridium и Bacillus.

Группа 19. Грамположительные, правильной формы, неспорообразующие палочки. Включает условно-патогенные виды родов

Erysipelothrix, Listeria, Kurthia.

Группа 20. Грамположительные, неправильной формы, неспорообразующие палочки. Содержит патогенные и условно-патогенные виды родов Actinomyces, Corynebacterium, Gardnerella, Mobiluncus.

Группа 21. Микобактерии. Содержит единственный род Mycobacterium , содержащий патогенные и условно-патогенные для человека виды.

Группа 22. Нокардиоформные актиномицеты. Содержит патогенные и условно-патогенные виды родов Gordona, Nocardia, Rhodococcus, Tsukamurella, Jonesia, Oerskovia, Terrabacter.

Группы 23-29. Актиномицеты. He содержат патогенных и условно-патогенных для человека видов.

Группа 30. Мико плазмы (молликуты): бактерии без клеточной стенки. Патогенные для человека виды входят в состав родов Acholeplasma, Mycoplasma, Ureaplasma.

Группы архебактерий: 31 (метаногены), 32 (сульфатредуцирующие археи), 33 (экстремально галофильные, аэробные бактерии, галобак- терии), 34 (архебактерии, лишенные клеточной стенки), 35 (экстремальные термофилы и гипертермофилы, метаболизирующие серу). Не содержат патогенных для человека видов.

Классификация нужна для выяснения родственных отношений между бактериями, объединением их во взаимосвязанные и взаимопод- чиненные группы (таксоны). Микробиология как наука возникла раньше, чем генетика. Поэтому классификация бактерий первоначально базировалась исключительно на изучении их фенотипических признаков. На основе методов феносистематики сформировалась традиционная (искусственная) классификация бактерий. Феносистематика изучает таксономические признаки микроорганизмов, т.е. любые признаки, по которым можно установить сходство и отличие классифицируемых групп микроорганизмов. Принято выделять также ключевые таксономические признаки (наиболее существенные, мало варьируемые).

К таксономическим признакам относятся:

• морфология клеток бактерий;
• подвижность;
• спорообразование;
• культуральные особенности;
• тинкториальные свойства (отношение к окраске по Граму);
• физиологические свойства (типы метаболизма, спектры ферментации или утилизации субстратов, отношение к кислороду);
• антигенная структура клеток;
• химический состав клеток (жирнокислотный и липидный состав, белковые спектры и др.);
• чувствительность к бактериофагам и антибиотикам.

Вместе с тем феносистематика имеет ряд существенных недостатков: субъективность выбора изучаемых признаков и их оценки, зависимость проявления признаков от условий их изучения (фенотипическая изменчивость), малая информативность (фенотипически проявляется 5-20% информации генома).

С целью повышения информативности и объективности исследования в конце XX в. получила развитие численная (нумерическая) таксономия. Числовая таксономия применяется в научных таксономических исследованиях, а в практической работе проводят идентификацию микроорганизмов по ограниченному набору (20-30) ключевых таксономических признаков.

Более объективным является построение естественной (филогенетической) классификации бактерий на методах геносистематики. Фенотип и генотип - неразрывные составляющие организма как целого, поэтому методы фено- и геносистематики нельзя противопоставлять. Геносистематика изучает организацию геномов, т.е. генетические программы организмов. Объект ее исследования - ДНК клетки. Первый метод геносистематики, разработанный в 1956-57 гг. отечественными учеными А.Н. Белозерским иА.С. Спириным и сотрудниками Института Пастера в Париже (К. Ли, Р. Вейль, Е. Барбю), состоял в определении гуанин-цитозинового коэффициента, т.е. соотношение молярных процентов гуанина (Г) и цитозина (Ц) нуклеотидного состава суммарной ДНК микроорганизма. Его определяли по температуре плавления ДНК или спектрофотометрически. В настоящее время геносистематика использует ряд методов, позволяющих выявлять родство микроорганизмов на различных таксономических уровнях, и изучать их эволюционные связи. К методам генетического анализа относятся:

• 1) молекулярная гибридизация ДНК-ДНК (метод выявления гомологии ДНК). Метод позволяет выявить родство на уровне вида и рода. При степени гомологии 70% и более бактерии относятся к одному геновиду;
• 2) молекулярная гибридизация ДНК с рибосомной РНК. Метод выявляет родство на уровне рода, семейства;
• 3) секвенирование ДНК- определение нуклеотидной последовательности генов или фрагментов (олигонуклеотидов) ДНК. Метод позволяет выявлять эволюционные связи на уровне царства, отдела, класса, семейства, рода, но недостаточно чувствителен на уровне вида;
• 4) рестрикционный анализ ДНК («фингерпринтинг»). Метод позволяет осуществлять внутривидовое типирование бактерий.

По «Международному кодексу номенклатуры бактерий» научным языком является латинский. Таксономические категории подразделяются на обязательные и необязательные.

Обязательные таксоны (по убывающей):

• Царство (Regium);
• Класс (Classis);
• Порядок (Ordo);
• Семейство (Familia);
• Род (Genus);
• Вид (Species).

Необязательные таксоны (по убывающей):

• Подкласс (Subclassis);
• Подсемейство (Subfamilia);
• Триба (Tribus):
• Подтриба (Subtribus);
• Подрод (Subgenus);
• Подвид (Subspecies).

Названия таксонов выше вида пишутся одним словом с прописной буквы и соответствующим таксону суффиксом. Род обозначается одним словом с прописной буквы (существительным в единственном числе). Вид обозначается бинарной (биноминальной) комбинацией, состоящей из названия рода (с прописной буквы) и видового эпитета (со строчной буквы). При первом упоминании в тексте приводится полное название вида. При повторном употреблении родовое слово сокращается до первой буквы, видовой эпитет сохраняется полностью. Например, Yersinia pestis и Y.pestis. Видовой эпитет дается произвольно, но чаще по происхождению вида, его особому свойству или в честь ученого, описавшего вид. Обычно видовой эпитет - существительное в родительном падеже, например Shigella sonnei.

Вид может иметь подвиды. Для их обозначения используется тройная комбинация, состоящая из названия рода, видового и подвидового эпитетов. Для разграничения видового и подвидового эпитетов перед последним ставится сокращенное слово subsp. (от лат. subspecies - подвид), например, Klebsiella pneumoniae subsp. ozenae. Вид также может иметь разновидности (varietas): серовары, биовары, хемовары идр., например, Vibrio cholerae biovar eltor. Термином штамм называют изо- лят микроорганизма, полученный из различных источников или в разное время. Его обозначают протокольным номером или по источнику выделения. Термином «клон» обозначают культуру микроорганизмов, полученную из одной клетки. Чистая культура - это популяция микроорганизмов, состоящая из особей одного вида.

Перечень названий всех изученных (опубликованных) видов бактерий представлен в издании Международного комитета по систематике бактерий. К сожалению, в микробиологии до сих пор нет четкого, общепринятого определения важнейшей таксономической категории вида бактерий. Это обусловлено отсутствием надежных критериев вида у прокариотов. Критерии, используемые для определения вида у растений и животных, непригодны для бактерий. Под термином «вид» у бактерий следует понимать наиболее близкую общность, характеризующихся близким содержанием ГЦ-пар.

Идентификация - определение принадлежности изучаемых бактерий к известному таксону. Для идентификации необходимо иметь чистую культуру исследуемых бактерий. Ее получают посредством рассева бактерий на поверхности плотных питательных сред приемом, обеспечивающим рост изолированных колоний. Колония бактерий - это потомство одной изолированной клетки, содержащее чистую культуру. Однако не всегда колония содержит потомство одной клетки. Чтобы гарантировать чистоту культуры, желательно повторить рассевы из одной колонии на питательные среды без ингибиторов.

Учитывая высокую фенотипическую изменчивость бактерий, необходимо использовать для идентификации стандартизованные методики тестов. Желательно использовать минимальное число наиболее важных и легко выполнимых тестов. Вначале используют тесты, определяющие принадлежность бактерий к определенному отделу и группе по «Определителю бактерий Берджи», например, морфология, окраска по Граму, подвижность, наличие спор, отношение к кислороду. Затем используют наиболее важные тесты, характеризующие предполагаемый таксон (род, вид).

Наиболее важным для идентификации является определение биохимических признаков бактерий. Их определяют преимущественно микрообъемной технологией с использованием соответствующих таксону коммерческих тест-систем или приборов автоматических систем идентификации. Для идентификации также широко используют серологические реакции, направленные на выявление антигенов бактерий и их таксонов.

Совокупность полученной информации о свойствах бактерий сопоставляют с характеристикой определенных таксонов в «Определителе бактерий Берджи» или других руководствах и дают заключение о таксономическом положении бактерий.

В последние годы все шире используются методы геноиндикации микроорганизмов, которые не требуют выделения чистых культур: метод ДНК-зондов, полимеразная цепная реакция (ПЦР) со специфическими праймерами. Эти методы отличаются высокой чувствительностью и позволяют быстро идентифицировать микроорганизмы непосредственно в исследуемом материале.

Минимальный перечень данных, необходимых для описания бактерий, включает в себя следующие признаки.

1. Морфологические и тинкториальные свойства - величина, форма, клеток, наличие капсулы, спор, жгутиков, способность окрашиваться красителями.

2.Тип дыхания – потребность в газообразном кислороде.

3. Биохимические свойства - способность ферментировать углеводы, расщеплять белки.

4. Антигенная структура – наличиеантигенов.

5. Чувствительность к бактериофагам.

6. Химический состав - содержание и состав углеводов, липидов, белков.

7. Генетическое родство с другими бактериями.

В микробиологии созданы определители для идентификации микроорганизмов: “Определитель бактерий и актиномицетов” Н.А. Красильникова (1949 г.), “Определитель микробов” Р.А. Циона (1948 г.) и “Определитель бактерий” Д.Х. Берджи.

Наиболее распространенной является классификация американского бактериолога Д.Х. Берджи. Определитель Берджи систематизирует все известные бактерии на 4 отдела:

Отдел I. Gracilicutes (лат. gracilis - изящ­ный, тонкий, cutis – кожа) - виды с тонкой клеточной стенкой, окрашивающиеся грамотрицательно.

Отдел II. Firmicutes (лат. firmus - крепкий, cutis – кожа) - бактерии с толстой клеточной стенкой, окрашивающиеся грамположительно.

Отдел III. Tenericutes (лат. tener - нежный, cutis – кожа) - бактерии, не имеющие клеточной стенки – микоплазмы.

Отдел IV. Mendosicutes (лат. mendosus - неправильный, cutis – кожа) - архебактерии. В этот отдел включены метанобразующие, сероокисляющие, микоплазмоподобные, термоацидофильные и другие наиболее древние по происхождению бактерии.

Морфология бактерий

Бактерии невооруженным глазом не видны. Для их изучения используют световые и электронные микроскопы. Клетки бактерий измеряют в микрометрах (1 мкм равен 10 -3 мм), а элементы тонкого строения бактерий измеряют в нанометрах (1 нм равен 10 -3 мкм). Средние размеры бактерий составляют 0,5-3 мкм.

По форме клеток бактерии подразделяются на 3 основные группы:

Шаровидные формы или кокки;

Палочковидные формы;

Извитые формы.

Кокки имеют сферическую форму в виде правильного шара, эллипса, боба. В зависимости от взаимного расположения клеток после деления различают следующие виды кокков:

- микрококки делятся в разных плоскостях и располагаются одиночно, парами или беспорядочно;

- стафилококки делятся в различных плоскостях и располагаются гроздьями;

- диплококки делятся в одной плоскости, располагаются попарно;

- стрептококки делятся в одной плоскости, располагаются в виде цепочки;

- тетракокки делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, располагаются по четыре;

- сарцины делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и образуют правильные пакеты по 8-16 клеток.

Палочковидные бактерии имеют цилиндрическую форму с округлыми, заостренными или тупыми концами. Палочковидные бактерии подразделяются на 2 группы:

- бактерии – не образующие спор палочки;

- бациллы - палочки, образующие споры. Палочки, у которых диаметр споры превышает ширину вегетативной клетки, называют клостридиями .

Извитые бактерии объединяют:

- вибрионы - имеют цилиндрическую изогнутую форму, образуя 1/2-1/4 завитка спирали, по форме напоминают запятую;

- спириллы имеют форму спирально извитых палочек с 4-6 витками;

- спирохеты спирально извитые формы, у которых существуют 2 типа витков: первичные витки, образованные изгибами протоплазматического цилиндра, и вторичные витки, представляющие изгибы всего тела.

Лекция № 2.

СИСТЕМАТИКА И НОМЕНКЛАТУРА.

4. Приспосабливаемость.

3 доме­на (или «империи »): «Bacteria », «Archaea » и «Eukarya »:

домен «Bacteria » эубактериями );

домен «Archaea » архебактериями ;

домен «Eukarya » Eukarya » вклю­чает: царство Fungi (грибы); царство животных Animalia Protozoa ); царство растений Plantae .

таксономия [от греч. taxis – расположение, порядок, + nomos таксоны

протисты [от греч. protistos эукариоты [от греч. eu- – хороший, добротный +karyon прокариоты [от греч. pro- – предшеству­ющий + karyon

Систематика микроорганизмов.

Естественная (филогенетическая) систематика микроорганизмов имеет конечной целью объединение родственных форм, связанных общностью происхождения, и установление иерархического соподчинения отдельных групп.

До настоящего времени отсутствуют единые принципы и подходы к объединению (или разделению) их в различные таксономические едини­цы, хотя для них пытаются использовать сходство геномов как общепринятый критерий. Очень многие микроорганизмы имеют одинаковые морфологические признаки, но различаются по строению геномов, родственные связи между ними часто бывают неясными, а эволюция многих просто неизвестна. Более того, краеугольное для каждой классификации понятие «вид» для бактерий до сих пор не имеет чёткого определения, а в ряде случаев истинное родство между бактериями может оказаться спорным, поскольку оно лишь отражает общность проис­хождения от одного далёкого предка. Такой упрощённый критерий, как размер, применявшийся на заре микробиологии, в настоящее время абсолютно неприемлем. Кроме того, микроорганиз­мы значительно различаются по своей архитектуре, системам биосинтезов, организации генети­ческого аппарата. Их разделяют на группы для демонстрации степени сходства и предполагае­мой эволюционной взаимосвязи. Базовый признак, используемый для классификации микроорганизмов – тип клеточной организации.

Искусственная (ключевая) систематика микроорганизмов, объединяющая организмы в группы на основе сходства их важ­нейших свойств.

Этихарактеристики применяют для определения и идентификации микроорганизмов. С позиций медицинской микробиологии микроорганизмы обычно подразделя­ют в соответствии с влиянием, которое они оказывают на организм человека: патогенные, условно-патогенные и непатогенные. Несмотря на очевидную важность этого утилитарного подхода, их систематика всё же основана на принципах, общих для всех форм жизни. Для
облегчения диагностики и принятия решений, касающихся ле­чения и прогноза заболевания, предложены идентификацион­ные ключи. Сгруппированные в таком ключе микроорганизмы не всегда находятся в филогенетическом родстве, но перечис­ляются вместе, поскольку обладают несколькими, легко выяв­ляемыми сходными свойствами. Разработаны разнообразные до­ступные и быстрые тесты, позволяющие, как минимум в общихчертах, идентифицировать выделенные от пациента микроорга­низмы. В отношении бактерий наибольшее распространение на­шли предложенные американским бактериологом Дэвидом Берджиподходы к систематизации, учитывающие один или несколько наиболее характерных признаков. «Определитель бактерий Берджи» – характерный пример искусственной систематики. Согласно его принципам, легко выявляемые свойства являются
основой для объединения бактерий в большие группы.

Род и выше.

Названия таксонов, имеющих ранг рода и выше, униноминальны (унитарны), то есть обозначаются одним словом, например Herpesviridae (семейство герпесвирусов).

Названия видов биноминальны (бинарны), то есть обозначаются двумя словами – название рода и вида. Например, Escherichiacoli (кишечная палочка). Второе слово бинарного названия вида, взятое отдельно, не имеет статуса в номенклатуре и не может быть использовано для научного обозначения микроорганизма. Исключением выступают вирусы, видовые названия которых не бинарны, то есть включают только видовое название (например, вирус бешенства).

Инфравидовые таксоны.

Систематика бактерий включает также внутривидовые таксоны, названия которых не подчиняются правилам «Международного кодекса номенклатуры бактерий».

Подвид.

Названия подвидов триноминальны (тринарны); для их обозначения применяют слово подвид (subspecies ) после видового названия, например Klebsiellapneumoniaesubsp.ozenae (палочка озены, где ozenae – название подвида).

Вариант.

Разнообразные механизмы изменчивости бактерий приводят к определённой не­стабильности признаков, совокупность которых определяет тот или иной вид. Поэтому в сис­тематике бактерий широко применяют понятие «вариант» . Различают морфологические, биоло­гические, биохимические, серологические и многие другие варианты. В медицинской бактерио­логии обычно выделяют серологические варианты (серовары), варианты, устойчивые к антибиотикам (резистенсвары), бактериофагам (фаговары), а также варианты, различаю­щиеся по биохимическим (хемовары), биологическим или культуральным признакам (биовары).

Штамм и клон.

В микробиологии также применяют специализированные термины – «штамм » и «клон ».

Штаммом [от нем. stammen – происходить] называют культуру микроорга­низмов, выделенную из определённого конкретного источника (какого-либо организма или объекта окружающей среды).

Клоном [от греч. klon – отводок] называют культуру микроорганизмов, по­лученную из одной материнской клетки.

Вироиды.

Вироиды [от virus и греч. eidos – сходство] – представляют собой мелкие кольцевые однонитевые суперспирализованные молекулы РНК (аналогичную организацию имеет геном вируса гепатита D). Поскольку у вироидов нет белковой оболочки, они не проявляют выраженных иммуногенных свойств, и поэтому их нельзя идентифицировать серологическими методами. Вироиды вызывают заболевания у растений.

Прионы.

Включены в царство Vira в качестве безымянного таксона.

Прионы [от англ. proteinaceousinfectious (particle ), белковоподобная инфекционная (частица)] – белковые инфекционные агенты, при­водящие к развитию летальных неврологических заболеваний (губча­тых энцефалопатий). Прионовые белки выделены как инфекционное начало скрепи у овец, спонгиоформной энцефалопатии крупного рога­того скота («коровье бешенство»), а у человека – куру, болезни Кройтцфельдта-Якоба, синдрома Герстманна-Штройсслера-Шайнкера и фатальной семейной бессоницы. Прионы передаются инокуляционно или алиментарным путём не только между особями одного биоло­гического вида, но и между животными разных видов, в том числе между животным и человеком.

Патогенез прионовых болезней связан с изменением характера укладки поли­пептидной цепи, то есть изменением конформации белка. В результате формируются конгломераты в виде палочек или лент размером 25~550 × 11 нм. Эти прионовые формы белков ус­тойчивы к кипячению, ультрафиолетовому (УФ) облучению, действию 70% этанола и формальдегида и сохраняются в тканях, фиксирован­ных 10% формалином. Попадая в здоровый организм человека или животного, патологические конформеры способствуют постепенному отложению амилоидоподобных структур, в состав которых входят и нормальные белки PrP C .

Кислотоустойчивые бактерии.

Клеточная стенка некоторых бактерий содержит большое количество липидов и восков, делающих их устойчивыми к последующему после окрашивания обесцвечиванию кислотами, щелочами или этанолом (например, виды Mycobacterium или Nocardia ). Подобные бактерии называют кислотоустойчивыми, их трудно окрашивать по Граму (хотя кислотоустойчивые бактерии рассматривают как грамположительные). Для их окраски применяют метод Циля-Нильсена.

Окрашивание по Граму или Цилю-Нильсену имеет диагностическую ценность в отношении бактерий, обладающих прочной клеточной стенкой. Они неприемлемы для окраски микоплазм (нет клеточной стенки) или спирохет (клеточная стенка тонкая и легко разрушается при окра­шивании). Для изучения последних применяют различные методы нанесения на их поверхность контрастных субстратов (например, серебрение).

Подвижность.

Важным дифференцирующим признаком является подвижность. В соответствии со способом передвижения выделяют скользящие бактерии, перемещающиеся за счёт волнообразных сокра­щений тела, и плавающие бактерии, движение которых обеспечивают жгутики или реснички.

Способность к спорообразованию.

Для классификации некоторых бактерий учитывают их способность к спорообразованию, размеры спор и их расположение в клетке.

Физиологическая активность.

Физиологическая активность является не менее важным отличительным признаком. Бакте­рии разделяют по способу питания, по типу получения энергии (дыхание, брожение, фотосин­тез), по отношению к рН с указанием пределов устойчивости и оптимума роста и т.д. Наиболее важным критерием считают отношение к кислороду.

Аэробные бактерии используют молекулярный О 2 в качестве конечного акцептора электро­нов в процессе дыхания. Большинство бактерий обладают связанной с мембра­ной цитохром-С-оксидазой, играющей ведущую роль в электрон-транспортной цепи. Для вы­явления фермента применяют оксидазный тест, основанный на способности бесцветного вещества NN -диметил-p -фенилендиамина приобретать при восстановлении малиновый цвет.

Анаэробные бактерии не утилизируют молекулярный О 2 в качестве конечного акцептора электронов. Подобные бактерии получают энергию либо в процессе брожения, где конечными акцепторами электронов служат органические соединения, либо при анаэробном дыхании, используя отличный от кислорода акцептор электронов (например, NO 3 ¯ , SO 4 2- или Fe 3+).

Факультативные бактерии могут получать энергию либо в процессе дыхания, либо при брожении в зависимости от наличия или отсутствия кислорода в окружающей среде.

Биохимические свойства.

Для дифференцировки бактерий изучают их способность ферментировать углеводы, образо­вывать различные продукты (сероводород, индол) или гидролизовать белки.

Антигенные свойства.

Антигенные свойства различных бактерий специфичны и связаны с особенностями строения клеточных структур, распознаваемых специальными антисыворотками как антигенные детерминанты. Типирование бактерий по антигенной структуре проводят в реакции агглютинации (РА), смешивая каплю антисыворотки с каплей бактериальной суспензии. При положительной реак­ции появляются отдельные агрегированные комочки в исходно однородной бактериальной сус­пензии. Выделяют следующие типы АГ:

родоспецифичные , выявляемые у всех представителей конкретного рода, включая отдель­ные штаммы;

видоспецифичные , выявляемые у отдельных видов и штаммов микроорганизмов;

сероваро- (штаммо-) специфичные , выявляемые у представителей различных подгрупп (штаммов) внутри конкретного вида.

Химический состав.

Важный классификационный признак – суммарный химический состав бактериальных клеток. Обычно определяют содержание и состав сахаров, липидов и аминокислот в клеточных стенках.

Генетическое родство.

Для филогенетической классификации бактерий лучший и наиболее информативный показа­тель – генетическое родство. При систематизации бактерий на основании генетического род­ства учитывают ряд показателей.

Способность обмениваться генетической информацией (например, в процессе трансформации или конъюгации), возможной только между организмами одного рода или вида.

Состав оснований ДНК (отношение гуанин-цитозин:аденин-тимин).

Сходство нуклеиновых кислот, выявляемое методом гибридизации.

Кодекс названий грибов.

Кодекс названий грибов содержит положения, предусматривающие присвоение отдельных наименований совершенной (половой, или сумчатой) и несовершенной (бесполой, или конидиальной) стадиям. У многих грибов известны бесполые стадии (анаморфы ) и неизвестны поло­вые стадии (телеоморфы ). Поэтому кодекс разрешает давать различным стадиям (если тако­вые есть) различные названия. Например, половые формы дрожжевого гриба Cryptococcusneoformans сероваровА и D систематизируют как Filobasidiellaneoformansvar. neoformans либо как Cryptococcusneoformansvar. neoformans . ТелеоморфысероваровВ и С - как Filobasidiellaneoformansvar. bacillispora либо как Cryptococcusneoformansvar. gatti .

Лекция № 2.

СИСТЕМАТИКА И НОМЕНКЛАТУРА.

Первостепенным, безусловно, является вопрос принадлежности окружающего нас многообразия форм существования к живой или неживой материи. Именно с развитием биологии вообще и микробиологической науки в том числе, открытием ранее не известных форм жизни были выдвинуты некоторые установленные критерии, отличающие живую материю. К их числу относятся:

1. Способность к росту и размножению;

2. Обладание наследственностью и изменчивостью;

3. Подверженность эволюции (прогрессивной и регрессивной);

4. Приспосабливаемость.

Все существующие классификации форм жизни крайне разнообразны и ни одна из них не является полной, всеобъемлющей и принятой повсеместно.

По новому высше­му уровню в иерархии классификации среди клеточных форм жизни различают 3 доме­на (или «империи »): «Bacteria », «Archaea » и «Eukarya »:

домен «Bacteria » - прокариоты, пред­ставленные настоящими бактериями (эубактериями );

домен «Archaea » - прокариоты, пред­ставленныеархебактериями ;

домен «Eukarya » - эукариоты, клетки которых имеют ядро с ядерной оболочкой и ядрышком, а цитоплазма состоит из высокоорганизованных органелл - митохондрий, аппарата Гольджи и др. Домен «Eukarya » вклю­чает: царство Fungi (грибы); царство животных Animalia (включает простейшие - подцарствоProtozoa ); царство растений Plantae .

Систематика живых организмов – одна из наиболее сложных задач биологии. Систематика концентрирует все основные достиже­ния науки – чем они более конкретны, тем более точна классифи­кация. Любая классификация живых организмов призвана пока­зать степень сходства и предполагаемой эволюционной взаимо­связи (при этом более высокие категории – ёмкие и широкие, а более низкие – конкретны и ограничены). Принципы классификации изучает особый раздел систематики – таксономия [от греч. taxis – расположение, порядок, + nomos – закон]. В рамках той или иной таксономичес­кой категории выделяют таксоны - группы организмов, объединенные по определенным однородным свойствам.

Все существующие классификации форм жизни весьма разнородны, ни одна из них не является полной, всеобъемлющей и принятой повсемест­но. Чёткие границы мира растений и мира животных рухнули после открытия микроорганизмов.

Для третьегоцарства жи­вых существ Эрнст Хеккель (1866) предложил собирательное назва­ние протисты [от греч. protistos – первейший]. Всех их отличает более простое, чем у животных и растений, строение клетки. Выс­шие протисты (грибы, водоросли и простейшие) – эукариоты [от греч. eu- – хороший, добротный +karyon – ядро] – имеют морфологи­чески обособленное ядро и митотически делятся, чем напоминают растительные и животные клетки. Более просто организо­ванную группу составляют прокариоты [от греч. pro- – предшеству­ющий + karyon – ядро] – бактерии и сине-зелёные водоросли, чьи клетки не имеют мембраны вокруг вещества ядра. Позднее предста­вителей микромира дополнили неклеточные формы жизни – виру­сы, плазмиды, вироиды и др.

Принципы классификации микроорганизмов.

Вид – совокупность особей с одинаковым фенотипом, дающих плодовитое потомство и обитающих в определённом ареале.

Для правильного понимания значения этого термина в классификации микроорганизмов необходимо знать различия видообразования между бактериями и высшими растениями и жи­вотными с обязательным половым размножением. Для видов последних характерно наличие популяций с относительно однородным набором генов, образовавшимся в результате перекрёст­ного скрещивания. Если отдельные части популяции изолировать друг от друга (например, географически), то вполне возможна их дивергентная эволюция. По прошествии определённого времени на географическую изоляцию накладывается физиологическая изоляция, приводящая к развитию отдельных частей популяции по собственному пути и образованию нового вида. В отличие от высших растений и животных, большая часть микроорганизмов не способна раз­множаться половым путём. Иными словами, у них отсутствуют механизмы, способные приво­дить к «прерывистому» видообразованию. В результате заполнения различных экологических ниш могут развиваться дивергентные эволюционные формы, но разница между ними обусловле­на лишь различиями между экологическими нишами. Таким образом, определение понятия вид, как его применяют для организмов с половым размножением, нельзя полностью применять в отношении микроорганизмов. В связи с этим понятие вид для них трактуется произвольно.

Микроорганизмами (микробами) называют одноклеточные организмы размером менее 0,1 мм, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. К ним относятся бактерии, микроводоросли, некоторые низшие мицелиальные грибы, дрожжи, простейшие (рис. 1). Их изучением занимается микробиология.

Рис. 1. Объекты микробиологии.

На рис. 2. можно увидеть некоторых представителей одноклеточных простейших. Иногда к объектам данной науки относят самые примитивные организмы на Земле — вирусы, не имеющие клеточную структуру и представляющие собой комплексы из нуклеиновых кислот (генетического материала) и белка. Чаще их выделяют в совершенно отдельную область исследования (Вирусологию), так как микробиология скорее направлена на изучение микроскопических одноклеточных.

Рис. 2. Отдельные представители одноклеточных эукариот (простейших).

Такие науки, как альгология и микология, изучающие водоросли и грибы, соответственно, являются отдельными дисциплинами, перекрывающимися с микробиологией в случае исследования микроскопических живых объектов. Бактериология является истинным разделом микробиологии. Данная наука занимается изучением исключительно прокариотных микроорганизмов (рис. 3).

Рис. 3. Схема прокариотической клетки.

В отличие от эукариот, к которым относятся все многоклеточные организмы, а также простейшие, микроскопические водоросли и грибы, у прокариот отсутствует оформленное ядро, содержащее генетический материал и настоящие органоиды (постоянные специализированные структуры клетки) .

К прокариотам относятся истинные бактерии и археи, по современной классификации обозначенные, как домены (надцарства) Archaea и Eubacteria (рис. 4).

Рис. 4. Домены современной биологической классификации.

Особенности строения бактерий

Бактерии являются важным звеном в круговороте веществ в природе, разлагают растительные и животные остатки, очищают загрязненные органикой водоемы, модифицируют неорганические соединения. Без них не могла бы существовать жизнь на земле. Данные микроорганизмы распространены везде, в почве, воде, воздухе, организмах животных и растений.

Бактерии различаются по следующим морфологическим особенностям:

1. Форма клеток (округлые, палочковидные, нитчатые, извитые, спиралевидные, а также различные переходные варианты и звездообразная конфигурация).
2. Наличие приспособлений для движения (неподвижные, жгутиковые, за счет выделения слизи).
3. Сочленение клеток друг с другом (изолированные, сцепленные в виде пар, гранул, ветвящиеся формы).

Среди структур, образуемых округлыми бактериями (кокками) выделяют клетки, находящиеся в паре после деления и затем распадающиеся на одиночные образования (микрококки) или остающиеся все время вместе (диплококки). Квадратичную структуру из четырех клеток образуют тетракокки, цепочку – стрептококки, гранулу из 8-64 единиц – сарцины, грозди – стафилококки.

Палочковидные бактерии представлены многообразием форм вследствие большой изменчивости длинны (0,1-15 мкм) и толщины (0,1-2 мкм) клетки. Форма последних также зависит от способности бактерий к образованию спор – структур с толстой оболочкой, позволяющей переживать микроорганизмам неблагоприятные условия. Клетки с такой способностью называет бациллами, а не обладающие такими свойствами просто палочковидными бактериями.

Особыми видоизменениями палочковидных бактерий являются нитчатые (вытянутые) формы, цепочки и ветвящиеся структуры. Последнюю образуют актиномицеты на определенной стадии развития. «Кривые» палочки называют извитыми бактериями, среди которых выделяют вибрионы; спириллы, имеющие два изгиба (15-20 мкм); спирохеты, напоминающие волнистые линии. Их длины клеток 1-3, 15-20 и 20-30 мкм, соответственно. На рис. 5 и 6 представлены основные морфологические формы бактерий, а также типы расположения споры в клетке.

Рис. 5. Основные формы бактерий.

Рис. 6. Бактерии по типу расположения споры в клетке. 1, 4 – в центре; 2, 3, 5 – концевое расположение; 6 – с боку.

Основные клеточные структуры бактерий: нуклеоид (генетический материал), предназначенные для синтеза белка рибосомы, цитоплазматическая мембрана (часть оболочки клетки), которая у многих представителей дополнительно сверху защищена , капсулой и слизистым чехлом (рис. 7).

Рис. 7. Схема бактериальной клетки.

По классификации бактерий выделяют более 20 типов. Например, экстремально термофильные (любители высоких температур) Aquificae, анаэробные палочковидные бактерии Bacteroidetes. Однако наиболее доминантным типом, включающим в себя многообразных представителей, является Actinobacteria. К нему относятся бифидобактерии, лактобациллы, актиномицеты. Уникальность последних заключается в способности формировать мицелий на определенной стадии развития.

В простонародье это называется грибница. Действительно, разветвления клеток актиномицет напоминают гифы грибов. Несмотря на такую особенность, актиномицеты относят к бактериям, так как они являются прокариотами. Естественно их клетки по особенностям структуры менее сходны с грибами.

Актиномицеты (рис. 8) являются медленно растущими бактериями, поэтому не имеют возможности конкурировать за легкодоступные субстраты. Они способны разлагать вещества, которые другие микроорганизмы не могут использовать в качестве источника углерода, в частности углеводороды нефти. Поэтому актиномицеты интенсивно исследуются в области биотехнологии.

Некоторые представители концентрируется в зонах нефтяных месторождений, и создают специальный бактериальный фильтр, препятствующий проникновению углеводородов в атмосферу. Актиномицеты являются активными продуцентами практически ценных соединений: витаминов, жирных кислот, антибиотиков.

Рис. 8. Представитель актиномицет Nocardia.

Грибы в микробиологии

Объектом микробиологии являются только низшие плесневые грибы (ризопус, мукор, в частности). Как все грибы они не способны синтезировать вещества сами и нуждаются в питательной среде. Мицелий у низших представителей данного царства примитивен, не разделен перегородками. Особую нишу в микробиологических исследованиях занимают дрожжи (рис. 9), отличающиеся отсутствием мицелия.

Рис. 9. Формы колоний дрожжевых культур на питательной среде.

В настоящее время об их полезных свойствах собраны многочисленные знания. Однако дрожжи продолжают исследоваться на способность синтезировать практически ценные органические соединения и активно применяются в качестве модельных организмов при проведении генетических экспериментов. С древних времен дрожжи использовались в бродильных процессах. Метаболизм у разных представителей отличается. Поэтому для какого-то конкретного процесса одни дрожжи больше подходят, чем другие.

Например, Saccharomyces beticus, более устойчивые к высоким концентрациям спирта, используются для создания крепких вин (до 24%). В то время как, дрожжи S. cerevisiae способны вырабатывать более низкие концентрации этанола. По направлениям их применения дрожжи классифицируются на кормовые, пекарские, пивные, спиртовые, винные.

Болезнетворные микроорганизмы

Болезнетворные или патогенные микроорганизмы встречаются повсеместно. Наряду с широко известными вирусами: гриппом, гепатитом, корью, ВИЧ и прочее опасными микроорганизмами являются риккетсии, а также стрепто- и стафилококки, вызывающие заражение крови. Среди палочковидных бактерий много возбудителей заболеваний. Например, дифтерия, туберкулез, брюшной тиф, (рис. 10). Немало опасных для человека представителей микроорганизмов встречается среди простейших, в частности малярийный плазмодий, токсоплазма, лейшмания, лямблия, трихомонада, патогенные амебы.

Рис. 10. Фотография бактерии Bacillus anthracis, вызывающей сибирскую язву.

Многие актиномицеты не опасны для человека и животных. Однако немало патогенных представителей встречается среди микобактерий, вызывающих туберкулез, проказу (лепру). Некоторые актиномицеты инициируют такое заболевание, как актиномикоз, сопровождающийся образованием гранулем, иногда повышением температуры тела. Отдельные виды плесневых грибов способны вырабатывать токсические для человека вещества – микотоксины. Например, некоторые представители рода Aspergillus, Fusarium. Патогенные грибы вызывают группу заболеваний, называемых микозами. Так, кандидоз или, попросту говоря, молочницу вызывают дрожжеподобные грибы (рис. 11). Они всегда содержаться в организме человека, но активизируются только при ослаблении иммунитета.

Рис. 11. Гриб Candida – возбудитель молочницы.

Грибы могут вызывать разнообразные поражения кожи, в частности всевозможные виды лишая, кроме опоясывающего (герпеса), который вызывается вирусом. Дрожжи Malassezia – постоянные обитатели кожи человека при спаде активности иммунной системы могут вызвать . Не стоит сразу бежать мыть руки. Дрожжи и условно патогенные бактерии при хорошем здоровье выполняют важную функцию, препятствуют развитию болезнетворных микроорганизмов.

Вирусы как объект микробиологии

Вирусы – самые примитивные организмы на земле. В свободном состоянии в них не происходят никакие обменные процессы. Только при попадании в клетку-хозяина вирусы начинают размножаться. У всех живых организмов носителем генетического материала является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Только среди вирусов встречаются представители с генетической последовательностью типа рибонуклеиновой кислоты (РНК).

Часто вирусы не относят к истинно живым организмам.

Морфология вирусов очень разнообразна (рис. 12). Обычно их диаметральные размеры колеблются в пределах 20-300 нм.

Рис. 12. Разнообразие вирусных частиц.

Отдельные представители достигают в длину 1-1,5 мкм. Структура вируса заключается в окружении генетического материала специальным белковым каркасом (капсидом), отличающимся разнообразием форм (спиральный, икосаэдрический, шарообразный). Некоторые вирусы сверху имеют еще оболочку, сформированную из мембраны клетки-хозяина (суперкапсид). Например, (рис. 13) известен как возбудитель заболевания, которое носит название (СПИД). Он содержит в качестве генетического материала РНК, поражает определенный тип клеток иммунной системы (т-лимфоциты хелперы).

Рис. 13. Строение вируса иммунодефицита человека.