Методичка по общей микробиологии для студентов медицинского факультета

Алисия Вермонт (2021)

Данная методичка является сборником тем по общей микробиологии для студентов медицинского факультета. Материал изложен доступным языком, прост в понимании и структурирован.

Тема 2. Морфология бактерий.

Бактериальная клетка состоит из клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, цитоплазмы с включениями, рибосом и ядерного аппарата, называемого нуклеоидом. Имеются другие необязательные структуры: мезосома, капсула, жгутики, пили, микроворсинки

1). Клеточная стенка.

Клеточная стенка — сложный биополимер, который обволакивают всю поверхность бактерий и основным компонентом которого является пептидогликан.

Пептидогликан состоит из двух параллельных остатков N — ацетилглюкозоаминовой и N — ацетилмускариновой кислот.

Существуют два типа бактерий: грамположительные и грамотрицательные. Клеточные стенки данных групп имеют отличия.

У грамположительных бактерий (А)

пептидогликан многослойный,

при этом пептидогликан пронизан липотейхоевыми кислотами и тейхоевыми кислотами. В отличие от липотейхоевых кислот, которые пронизывают весь пептидогликан, тейхоевые кислоты могут находиться, как на поверхности, так и в средней части пептидогликана.

При окраске по Граму окраска фиолетовая, так как грамположительные бактерии удерживают краситель анилин и не обесцвечиваются спиртом, поэтому окрашиваются генциан — фиолетом.

При действии лизосом грамположительные бактерии образуют сферобласты.

У грамотрицательных бактерий (Б)

Пептидогликан однослойный

Нет тейхоевых и липотейхоевых кислот

Присутствует внешняя мембрана мозаичного строения, которая состоит из липолисахаридного слоя и пронизан белком парином, который играет транспортную роль.

Липополисахаридный комплекс имеет следующие строение: сахар — базис — липид. Является эндотоксином.

При окраске по Граму окраска розовая, так как пропускает анилин и обесцвечиваются спиртом.

При действии

пенициллина образует протопласт

Функции клеточной стенки:

1. Определяет и сохраняет постоянную форму клетки.

2. Защищает клетку от механических и осмотических сил внешней среды.

3. Участвует в регуляции роста и деления клеток.

4. Обеспечивает коммуникацию с внешней средой через каналы и поры.

5. Несет на себе специфические рецепторы для бактериофагов.

6. Определяет во многом антигенную характеристику бактерий (природу и специфичность О — и К-антигенов).

7. Содержащийся в ее составе пептидогликан наделяет клетку важными иммунобиологическими свойствами.

8. Нарушение синтеза клеточной стенки бактерий является главной причиной их L-трансформации.

Метод выявления клеточной стенки — электронная микроскопия, плазмолиз.

2).Цитоплазматическая мембрана.

Цитоплазматическая мембрана при электронной микроскопии ультратонких срезов представляет собой трехслойную мембрану (2 темных слоя толщиной по 2,5 нм разделены светлым — промежуточным). По структуре она похожа на плазмалемму клеток животных и состоит из двойного слоя фосфолипидов с внедренными поверхностными, а также интегральными белками, как бы пронизывающими насквозь структуру мембраны. При избыточном росте (по сравнению с ростом клеточной стенки) цитоплазматическая мембрана образует инвагинаты — впячивания в виде сложно закрученных мембранных структур, называемые мезосомами. Менее сложно закрученные структуры называются внутрицитоплазматическими мембранами.

Функции цитологической мембраны:

Регуляция осмотического давления

Метаболическая

Выделительная

Энергетическая

Синтетическая

Имеет центры роста, которые активно участвуют во время деления клетки и спорообразования

3).Цитоплазма.

Цитоплазма состоит из растворимых белков, рибонуклеиновых кислот, включений и многочисленных мелких гранул — рибосом, ответственных за синтез (трансляцию) белков. В цитоплазме имеются различные включения в виде гранул гликогена, полисахаридов, бета-оксимасляной кислоты и полифосфатов (волютин). Они являются запасными веществами для питания и энергетических потребностей бактерий. Волютин обладает сродством к основным красителям и легко выявляется с помощью специальных методов окраски (например, по Нейссеру) в виде метахроматических гранул. Характерное расположение гранул волютина выявляется у дифтерийной палочки в виде интенсивно прокрашивающихся полюсов клетки.

Функции:

объединение всех клеточных структур (компонентов) и обеспечение их химического взаимодействия

поддерживает напряжение на стенки клетки

сохраняет давление

4).Рибосомы.

Внутриклеточная структура бактерий, состоящая из 60% РНК и 30% белков. Здесь находится 80% всех рибосом клетки. Имеют коэффициент седиментации 70S ( это скорость оседания при ультрацентрифугировании). Малая субъединица имеет 20 S, большая субъединица 50 S.

Функция: биосинтез белка.

5).Ядерный аппарат.

Ядерный аппарат представлен плазмидами и хромосомой, которая состоит из двухнитевидной замкнутый в кольцо молекулы ДНК, которая располагается в центре бактериальной клетки.

Плазмиды — нехромосомные мобильные гены структуры бактерий, представленные двухнитчатыми замкнутыми в кольцо молекулами ДНК. Они способны автономно копироваться, поэтому в одной клетке их может быть несколько, а может и не быть вовсе.

Плазмиды бывают:

Трансмиссивные: передаются из одной клетки в другую

Нетрансмиссивные

Признаки, которые передают плазмиды:

Устойчивость к антибиотикам

Способность образовывать колинициты

Способность синтезировать факторы патогенности

Способность расщеплять макромолекулы

Способность синтезировать ферменты рестрикции

Рестриктаза — фермент, относящийся к группе гидролаз, так как расщеплять ДНК на нуклеотидов. Место расщеплению называется сайтом рестрикции, который может быть вне клетки и внутри клетки. Сайты рестрикции используются в качестве генетических маркёров.

Функции: передача наследственной информации.

6).Дополнительные структуры бактериальной клетки. Жгутики.

Жгутики — органоиды движения белой природы, представляющий собой тонкие, длинные, нитевидные образования. Диаметр 12-30 нм, длина 9-80 мкм. Основной белок — флагеллин ( обладает сократительной функцией.

Жгутик состоит из трех частей:

Спирально-закрученная нить

Крючок

Базальное тельце, состоящее из центрального стержня, который заключён в систему колец.

У грамотрицательных бактерий (A) выделяют 2 пары колец:

Внешняя пара L и Р. Находятся они в клеточной стенке. L в липополисахаридном комплексе, Р в пептидогликане

Внутренняя пара S и М. S находиться в периплазмотическом пространстве. М в цитоплазматической мембране.

Грамположительные бактерии имеют (Б) одну пару колец S и М.

Виды бактерий по количеству жгутиков:

Монотрихии: один жгутик

Лофотрихии: на одном полюсе пучок жгутиков

Амфитрихии: жгутики на разных полюсах

Перетрихии: жгутики по всему периметру

Атрихии: нет жгутиков

Функция: направленное движение

7).Пили. Микроворсинки.

Пили (фимбрии, ) — нитевидные образования, более тонкие и короткие (3-10нм х 0, 3-10мкм), чем жгутики. Пили отходят от поверхности клетки и состоят из белка пилина, обладающего антигенной активностью. Различают пили:

ответственные за адгезию, то есть за прикрепление бактерий к поражаемой клетке

пили, ответственные за питание, водносолевой обмен

половые (F-пили), или конъюгационные пили.

Пили многочисленны — несколько сотен на клетку. Однако, половых пилей обычно бывает 1-3 на клетку: они образуются так называемыми «мужскими» клетками-донорами, содержащими трансмиссивные плазмиды (F-, R-, Col-плазмиды). Отличительной особенностью половых пилей является взаимодействие с особыми «мужскими» сферическими бактериофагами, которые интенсивно адсорбируются на половых пилях.

Поверхность многих бактерий покрыта цитоплазматическими выростами — микроворсинками. Обычно это волоски (числом от 10 до нескольких тысяч) толщиной 3-25 нм и длиной до 12 мкм. Микроворсинки встречают как у подвижных, так и у неподвижных бактерий. Эти выросты способствуют увеличению площади поверхности бактериальной клетки, что дает ей дополнительные преимущества в утилизации питательных веществ из окружающей среды.

8).Капсула.

Капсула — слизистая структура толщиной более 0,2мкм, прочно связанная с клеточной стенкой бактерий и имеющая четко очерченные внешние границы.

Капсула различима в мазках-отпечатках из патологического материала. В чистых культурах бактерий капсула образуется реже. Она выявляется при специальных методах окраски мазка (например, по Бурри-Гинсу), создающих негативное контрастирование веществ капсулы: тушь создает темный фон вокруг капсулы.

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 0,2мкм, выявляемое лишь при электронной микроскопии. От капсулы следует отличать слиэь — мукоидные экзополисахариды, не имеющие четких границ. Слизь растворима в воде.

Бактериальные экзополисахариды участвуют в адгезии (прилипании к субстратам), их еще называют гликокаликсом. Кроме синтеза

Экзополисахаридов бактериями, существует и другой механизм их образования: путем действия внеклеточных ферментов бактерий на дисахариды. В результате этого образуются декстраны и леваны.

9).Мезосомы.

Мезосомы — многочисленные инвагинации (впячивания) цитоплазматической мембраны в цитоплазму.

Мезосомы бактерий имеют разнообразную форму, размеры и локации в клетке. Выделяется три основные типа мезосом: ламеллярные (пластинцатые), везикулярные (имеющие форму пузырьков), тубулярные (трубчатые).

В клетках отдельных бактерий обнаруживаются мезосомы смешанного типа, состоящие из пластинок, пузырьков и трубочек. Сложно организованные и хорошо развитые мезосомы характерный признак грамположительных бактерий.

У грамотрицательных бактерий мезосомы встречаются реже и организованы достаточно просто.

По расположению в клетке различают мезосомы:

Формирующиеся в зоне клеточного деления и при формировании поперечной перегородки

К которым прикреплен нуклеотид

Сформированные в результате инвагинации (впячивания) внешней части участков цитоплазматической мембраны

Точная роль мезосом в бактериальной клетке определена не окончательно. Вероятнее всего они служат для усиления мембранзависимых функциональных активностей клетки, поскольку в мембранах, образующих мезосомы, присутствуют ферменты, принимающие активное участие в энергетическом метаболизме бактерий

Кроме того, мезосомы принимают участие:

в репликации ДНК и расхождении ее копий по дочерним клеткам;

в инициации и формировании поперечной перегородки при делении клетки;

в процессе спорообразования;

в процессе дыхания