 |
Понятия: протопласты, сферопласты и l-формы.
|
|
|
|
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ПЯТИГОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»
МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КАФЕДРА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ И МИКРОБИОЛОГИИ
Е.Г. ДОРКИНА
МОРФОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
Методические указания для самостоятельной внеаудиторной работы студентов очной формы обучения по дисциплине
С2.Б.12 – микробиология
Пятигорск 2012
УДК 576. 8. 094 (07)
ББК 52. 6 я 73
Д 68
Рецензент: зав. каф. биологии и физиологии, к.б.н. Л.Е. Назарова
Е.Г. Доркина
Д 68 Морфология микроорганизмов: методические указания для самостоятельной внеаудиторной работы студентов заочной формы обучения по дисциплине С2.Б.12 – микробиология / Е.Г. Доркина. – Пятигорск: Пятигорская ГФА. 2012. – 43 с.
Методические указания для самостоятельной внеаудиторной работы студентов по микробиологии «Морфология микроорганизмов» составлены в соответствии с Примерной программой по микробиологии, утвержденной в соответствии с ФГОСТ-3 ВПО для студентов заочной формы обучения. В указаниях содержатся сведения о систематике и номенклатуре микроорганизмов, основных морфологических группах бактерий и основных структурных компонентах бактериальной клетки, об особенностях строения спирохет, актиномицетов, риккетсий, хламидий, микоплазм, грибов, простейших и о методах изучения морфологии различных групп микроорганизмов. Доступная форма изложения материала поможет студентам в усвоении материала, написании вопросов контрольной работы и решению задач и упражнений по данному разделу.
|
|
|
УДК 576. 8. 094 (07)
ББК 52.6 я 73
Допущено к внутривузовскому изданию
Председатель ЭМС
проф. _____________________ В.В. Гацан
Протокол № ___ от «__» ______ 2012 г.
Ó Пятигорская государственная фармацевтическая академия, 2012
Содержание
Введение …………………………………………………………….…….6
1. Принципы систематики и номенклатуры микроорганизмов………..…6
2. Номенклатура бактерий……………………………………………........8
3. Основные формы бактерий………………………………….…………..8
4. Обязательные структуры бактериальной клетки……..……………..…10
5. Понятия: протопласты, сферопласты и L-формы………………….…..13
6. Простые и сложные методы окраски микроорганизмов..……….….....13
7. Сущность метода и техника окраски по Граму………….………….….15
8. Строение и значение капсул у бактерий, методы их окраски……....16
9. Строение и значение жгутиков…………………………………….…....17
10. Строение и значение ворсинок и включений……….…………………18
11. Сущность, значение и техника окраски по Цилю-Нильсену……..….19
12. Строение, образование, значение и методы окраски спор у бактерий…………………………………………………...…………...20
13. Особенности строения спирохет………………………………...........22
14. Особенности строения и значение актиномицетов………………...…23
15. Особенности строения риккетсий……………………………….…….24
16. Особенности строения хламидий и микоплазм………………….…..25
17. Особенности строения грибов и их значение……………………......26
18. Особенности морфологии простейших и их патогенных представителей……………………………………………..…………….28
19. Особенности строения и классификация вирусов……………..……29
20. Размножение и свойства вирусов…………………………..…………32
21. Микроскопические методы обнаружения вирусов……………..…..34
22. Морфология и свойства бактериофагов………………………….….35
23. Особенности взаимодействия бактериофагов с клеткой…………....36
|
|
|
24. Получение и применение бактериофагов………………………..…..38
25. Механизм действия, достоинства и недостатки лечебно-профилактических препаратов бактериофагов………………………40
26. Применение лечебно-профилактических препаратов бактериофагов…………………………………………………..……….40
ВВЕДЕНИЕ
ЦЕЛЬ РАЗДЕЛА.
Сформировать у студентов четкое представление о систематике и номенклатуре микроорганизмов, об основных морфологических группах бактерий, о строении и функциях обязательных и необязательных структурных компонентов бактериальной клетки, полиморфизме микроорганизмов, протопластах, сферопластах, L-формах, особенностях строения спирохет, актиномицетов, риккетсий, хламидий, микоплазм, грибов и простейших. Изучить химический состав, структуру и функции вирусов и бактериофагов. Изучить простые и сложные методы окраски и методы исследования микробов в нативном состоянии, значение окраски по Граму, различия в структуре грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов. Научить студентов использовать эти знания для идентификации возбудителей инфекционных заболеваний животных, растений и человека.
УЧЕБНО-ЦЕЛЕВЫЕ ВОПРОСЫ РАЗДЕЛА.
Систематика и номенклатура микроорганизмов.Основные формы и размеры микроорганизмов: бактерий, грибов, простейших, вирусов. Химический состав и строение бактериальной клетки: клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма, нуклеоид, рибосомы, мезосомы, плазмиды, включения, споры, капсулы, жгутики, пили (реснички, фимбрии). Функции структурных элементов. Особенности строения актиномицетов, спирохет, риккетсий, хламидий, микоплазм. Полиморфизм микроорганизмов. Протопласты и сферопласты, L-формы. Простые и сложные методы окраски. Значение окраски по Граму. Различия в структуре грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов. Морфология грибов и простейших, особенности классификации. Химический состав, архитектоника и функции вирусов и бактериофагов.
1. ПРИНЦИПЫ СИСТЕМАТИКИ И НОМЕНКЛАТУРЫ МИКРООРГАНИЗМОВ.
1. Систематика - это наука, которая изучает разнообразие всех существующих и вымерших организмов. Главная ее составная часть – таксономия, которая занимается классификацией, т.е. распределением организмов на основании их сходства и различия в более или менее родственные группы – таксоны.
|
|
|
Элементарной таксономической единицей является вид. Самый крупный таксон – царство.
2. Микроорганизмы относятся к различным царствам живой природы. Микроорганизмами называют все организмы, которые имеют микроскопические размеры и не видны невооруженным глазом. Среди них имеются доклеточные, одноклеточные и многоклеточные формы, эукариоты и прокариоты.
3. Медицинская микробиология изучает патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, которые относятся к следующим царствам: Вирусы, Грибы, Бактерии, Простейшие.
4. Единицей классификации микроорганизмов, как и всех живых организмов, является вид. Под видом в микробиологии понимают совокупность особей, имеющих общий генотип, сходных по своим биологическим свойствам и обладающих наследственно закрепленной способностью вызывать в стандартных условиях качественно определенные процессы. Принадлежность к какому-либо виду устанавливают по совокупности морфологических, физиологических, биохимических и др. признаков.
Вид не является однородной структурой. Внутри вид может подразделяться на разновидности – группы микроорганизмов, отличающиеся какими-либо небольшими наследственными свойствами.
2. Номенклатура бактерий.
1. Бактерии – самая распространенная и многочисленная группа микроорганизмов, относящаяся к прокариотами выделенная в отдельное царство Бактерии.
2. Для названия вида бактерий, как и остальных микроорганизмов, принята бинарная (двойная) номенклатура. Вид имеет двойное название: первое слово обозначает род (производное от термина, обозначающего морфологический признак или от фамилии автора), пишется с прописной буквы, а второе слово обозначает вид (по источнику происхождения, по названию заболевания или по фамилии автора), пишется со строчной буквы. Международные названия даются на латинском языке. Например:
|
|
|
1) Bacillus anthracis – возбудитель сибирской язвы (бациллы – спорообразующие палочки, anthrax в переводе означает "углевик", т.к. на сибиреязвенных карбункулах образуется черная корочка);
2) Shigella dysenteria – возбудитель дизентерии (название рода – в честь японского микробиолога К. Шига, а вида – по заболеванию);
3) Salmonella typhi – возбудитель брюшного тифа (название рода – в честь Д. Сальмона, а вида – по заболеванию).
5. Для обозначения разновидностей бактерий употребляется суффикс var: морфовар (различаются по морфологическим признакам), серовар (по антигенам), фаговар (по чувствительности к фагам), биовар (по биологическим свойствам), резистенсвар (по устойчивости к антибиотикам) и т.д.
ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ БАКТЕРИЙ.
1. Бактерии – это одноклеточные организмы, но, не смотря на это – весьма сложные живые существа. При этом одна клетка соответствует целому организму со всеми присущими ему свойствами и функциями. Размеры клеток измеряются в микрометрах, в среднем d = 1 мкм, а l = 0,2-10 мкм.
2. Бактерии имеют различные размеры, форму и расположение клеток относительно друг друга. Эти признаки называются морфологическими и являются дифференциально-диагностическими признаками, позволяющими отличить бактерии друг от друга.
Выделяют 4 основные формы бактерий: шарообразная, цилиндрическая (палочковидная), извитая и нитевидная. В соответствии с этим все бактерии делятся на следующие группы: 1) кокки; 2) палочки; 3) извитые формы; 4) нитевидные формы.
3. Кокки имеют шаровидную (округлую) форму и размеры 0,5-1,5 мкм. В процессе деления молодые новые клетки могут сохранять связь между собой, образуя различные сочетания.
По взаимному расположению клеток кокки подразделяются на:
а) микрококки (р. Micrococcus) – клетки располагаются одиночно; сапрофиты, обитатели воды, воздуха;
б) диплококки (р. Diplococcus) – располагаются по две клетки, т.к. клетки делятся в одной плоскости и не расходятся; к патогенным диплококкам относятся пневмококки – возбудители пневмонии; гонококки – возбудители гонореи; менингококки – возбудители менингита;
в) стрептококки (р. Streptococcus) – располагаются в виде цепочки клеток, т.к. клетки делятся в одной плоскости и в одном направлении, и сохраняется связь между ними; вызывают гнойные воспалительные процессы у человека и животных;
г) тетракокки (р. Tetracoccus) – располагаются по 4 клетки, т.к. они делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и не расходятся; сапрофиты, крайне редко – возбудители заболеваний;
д) сарцины (р. Sarcina) – располагаются в виде пакетов (кубиков) клеток, т.к. они делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и не расходятся; сапрофиты, обитатели воздуха;
|
|
|
е) стафилококки (р. Staphylococcus) – образуют беспорядочные скопления в виде виноградной грозди, т.к. делятся в разных направлениях без особой правильности и не расходятся; играют большую роль в патологии человека, являясь гноеродными кокками.
Кроме круглой формы кокки могут иметь овальную или ланцетовидную форму – пневмококки; бобовидную (кофейное зерно) форму – менингококки, гонококки.
4. Палочки имеют цилиндрическую форму и размеры 1-8 х 0,5-2 мкм. Это самая многочисленная и разнообразная группа бактерий. Палочки могут быть правильной и неправильной формы, прямыми или слегка изогнутыми в виде запятой – вибрионы (например, холерный вибрион). Концы палочек могут быть как бы обрезанными, закругленными, заостренными или в виде утолщения, и тогда палочка похожа на булаву (возбудители дифтерии).
Те палочки, которые не образуют спор, называются бактериями (р. Bacterium, обозначается – Bact. или В.). Аэробные палочки, образующие споры, называются бациллами (р. Bacillus, обозначается - Bac.). Анаэробные палочки, образующие споры, называются клостридиями (р. Clostridium, обозначается – C.).
Большинство палочек располагается беспорядочно, поодиночке, т.к. после деления клетки расходятся. Но могут образовывать различные сочетания, если после деления клетки остаются связанными общими фрагментами клеточной стенки:
а) диплобактерии и диплобациллы – палочки, соединенные по две;
б) стрептобактерии и стрептобациллы – палочки, соединенные вцепочки;
в) палочки могут располагаться под углом друг к другу в виде V или Х (возбудители дифтерии).
Морфологические отличия палочек иногда играют существенную роль для дифференциации вида возбудителя при исследовании патологического материала под микроскопом (например, возбудитель сибирской язвы – бациллы прямоугольной формы с резко обрубленными концами, располагающиеся в виде дипло- или стрептобацилл).
Среди палочек насчитывается значительное количество болезнетворных видов.
5. Извитые формы имеют изгибы в виде одного или нескольких оборотов спирали. Клетки отличаются по длине и толщине, а также по количеству и характеру завитков. Длина клеток варьирует от 5 до 30 мкм при толщине 0,25-1 мкм.
К извитым формам относятся спириллы, которые имеют изгибы, напоминающие спираль. Представители рода Campylobacter имеют изгибы как у крыла летящей чайки. В основном – сапрофиты, обитатели воды.
К патогенным спириллам относятся возбудитель содоку (болезнь укуса крыс) – Spirillum minor и некоторые представители рода Campylobacter.
К этой группе бактерий можно отнести и спирохеты, которые имеют ряд отличительных особенностей.
6. Нитевидные формы бактерий имеют длинные нитевидные клетки. К ним относятся серо- и железобактерии – обитатели водоемов. Патогенных для человека видов нет.
Кроме указанных основных форм, выявлены бактерии, имеющие треугольную, звездообразную и др. формы.
7. У многих микроорганизмов форма и размеры клеток изменяются в зависимости от условий среды. Это свойство называется полиморфизмом. При определенных, относительно стабильных условиях микроорганизмы сохраняют присущие данному виду морфологические признаки, приобретенные в процессе эволюции, поэтому они являются важным критерием при их идентификации.
4. обязательные СТРУКТУРЫ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ.
1. Структура бактериальной клетки изучена при помощи электронной микроскопии и благодаря технике приготовления ультратонких срезов.
К обязательным или постоянным структурам бактериальной клетки относятся: клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана (ЦПМ), цитоплазма, нуклеоид, мезосомы, рибосомы. К необязательным или дополнительным структурам бактериальной клетки относятся: капсула, жгутики, фимбрии (пили), споры, плазмиды, включения.
2. Клеточная стенка покрывает клетку снаружи. Это прочная и упругая поверхностная структура. Клеточная стенка придает определенную форму бактериальной клетке, обеспечивает механическую защиту, препятствует проникновению вредных веществ, участвует в поддержании осмотического давления, в транспорте веществ, в питании и делении клетки, обусловливает антигенные свойства.
Химический состав и строение клеточной стенки бактерий значительно отличается от эукариотических клеток. Основу ее составляет пептидогликан (муреин). Именно пептидогликан обеспечивает механическую прочность и упругость клеточной стенки, что связано с особенностями его строения.
Пептидогликан
1) тетрапептид + 2) гетерополисахарид (гликан)
ковалентная связь
L-аланин; N-ацетилглюкозамин;
D-глутаминовая кислота; N-ацетилмурамовая кислота;
D-аланин;
LL-диаминопимелиновая кислота
(характерна только для бактерий)
Гетерополисахарид образует параллельно расположенные цепи, связанные между собой путем образования поперечных сшивок между тетрапептидами. В результате формируется прочная волокнистая структура. У разных групп бактерий клеточная стенка отличается по химическому составу и строению. Это является важным систематическим признаком. Различное строение клеточной стенки является основой разного отношения бактерий к окраске по Граму. По этому признаку бактерии делят на грамположительные и грамотрицательные.
3. Грамположительные бактерии имеют толстую клеточную стенку (от 15 до 80 нм). Она состоит из многослойного пептидогликана, который составляет 40-90 % вещества клеточной стенки, а также в ней присутствуют тейхоевые кислоты и небольшое количество белков, липидов и полисахаридов.
4. Грамотрицательные бактерии имеют тонкую клеточную стенку (10-15 нм). В ней можно выделить три слоя: а) однослойный пептидогликан (2-3 нм), составляющий всего 5-10 % и находящийся в основании клеточной стенки; б) наружная мембрана – волнообразная структура, которая соединяется с пептидогликаном при помощи молекул липопротеидов (при этом общее количество липидов в клеточной стенке составляет 10-20 %); наружная мембрана имеет такое же строение, как и ЦПМ: двойной слой фосфолипидов, в котором мозаично располагаются белки и липополисахариды; в) липополисахаридный слой, не закрывающий полностью фосфолипидный слой наружной мембраны.
Липополисахариды клеточной стенки состоят из: а) липида А, закрепленного в фосфолипидном слое наружной мембраны, который придает токсические свойства бактериям (является эндотоксином); б) полисахарида, который состоит из ядра (основной части) и специфического олигосахарида (О-специфическая цепь), построенного из 3-4 остатков сахаров, повторяющихся несколько раз. Полисахарид определяет антигенные свойства бактерий (серовар). Всю толщу наружной мембраны пронизывают белки – порины, ограничивающие гидрофильные каналы, служащие для диффузии веществ.
Между клеточной стенкой и ЦПМ находится периплазматическое пространство, в котором находятся экзоферменты.
5. ЦПМ бактериальной клетки имеет типичное трехслойное строение; ее основу составляет двойной слой фосфолипидов, покрытый с двух сторон белками. Белки могут частично или полностью погружаться в липидный слой или пронизывать его насквозь.
ЦПМ выполняет следующие функции: а) участвует в регуляции осмотического давления и водно-солевого обмена; б) участвует в активном транспорте различных веществ при помощи пермеаз и за счет создания градиента концентрации ионов на мембране при помощи Na+, K+-АТФазы; в) участвует в метаболических процессах (таких как синтез веществ клеточной стенки, окислительное фосфорилирование), т.к. в мембране находятся белки-ферменты; г) участвует в делении клетки (репликация ДНК, деление нуклеоида); д) участвует в спорообразовании у спорообразующих бактерий.
6. Цитоплазма – сложный зернистый коллоидный раствор, заполняющий полость клетки, в которой находятся органеллы. В растворе содержатся белки, ферменты, РНК, ДНК, пигменты и другие органические, а также неорганические вещества. Вода составляет 70-80 % цитоплазмы. Цитоплазматический раствор (цитозоль) это не только место хранения биомолекул, в нем протекают и некоторые важнейшие метаболические процессы (гликолиз, синтез жирных кислот, некоторых аминокислот и др.). Цитоплазма объединяет в одно целое нуклеоид и другие органоиды клетки, обеспечивает их взаимодействие и деятельность клетки как единой целостной живой системы.
7. Нуклеоид – эквивалент ядра, содержит одну молекулу ДНК, представляющую собой двойную спираль, замкнутую в кольцо и плотно упакованную в виде клубка (М.в. 2-3 ´ 109), а также РНК и негистоновые белки; не имеет мембраны, ядрышка, не делится митозом.
Нуклеоид участвует в хранении и передаче наследственной информации и является как бы одной кольцевой хромосомой, поэтому бактериальные клетки гаплоидны. В зависимости от фазы развития в клетке может быть от 1 до 2-4 нуклеоидов.
В других участках цитоплазмы могут находиться особого рода молекулы ДНК – плазмиды, отвечающие за передачу ряда признаков (например, лекарственной устойчивости); они не являются жизненно необходимыми.
8. Рибосомы – рибонуклеопротеидные частицы, участвующие в биосинтезе белка; размер составляет 20 нм; имеют округлую или слегка удлиненную форму; состоят из двух субъединиц (малой и большой); их коэффициент седиментации в отличие от рибосом эукариот составляет 70 S. Некоторые антибиотики избирательно связываются с рибосомами бактерий, блокируя бактериальный синтез и не оказывая влияния на синтез белка эукариотических клеток. В цитоплазме клетки содержится до 10000 рибосом (что и придает ей зернистость); они могут объединяться по 10-20 рибосом, образуя полисомы.
9. Мезосомы – производные ЦПМ, образуются путем ее впячивания внутрь клетки (инвагинации) и последующего закручивания; имеют форму клубков, петель и пузырьков (везикулярное строение), пластинок (ламеллярное строение), трубочек (тубулярное строение); они остаются связанными с ЦПМ и образуют связь с нуклеоидом.
Основные функции: участвуют в делении клетки, в секреции веществ, в спорообразовании, обеспечивая эти процессы энергией. Полагают, что в мембранах мезосом находятся ферменты дыхания, а у фотосинтезирующих бактерий – и пигменты фотосинтеза. Т.о., мезосомы участвуют в организации и координации определенных ферментных систем в клетке.
ПОНЯТИЯ: ПРОТОПЛАСТЫ, СФЕРОПЛАСТЫ И L-ФОРМЫ.
1. При нарушении синтеза клеточных стенок бактерий под влиянием фермента лизоцима или антибиотика пенициллина, которые нарушают синтез пептидогликана, а также под влиянием защитных факторов макроорганизма образуются клетки с измененной, часто шаровидной формой.
2. Протопласты – это бактерии, полностью лишенные клеточной стенки, а сферопласты – бактерии с частично сохранившейся клеточной стенкой. Они становятся осмотически хрупкими, более проницаемыми, менее биохимически активными и не способными к делению. После удаления ингибитора синтеза клеточной стенки они могут реверсировать, т.е. приобретать клеточную стенку и восстанавливать исходную форму.
3. Бактерии сферопластного и протопластного типов, утратившие способность к синтезу пептидогликана под влиянием антибиотиков или других факторов, но способные к размножению, называются L-формами.
L-формы получены у многих разнообразных бактерий – палочек, кокков и др. При этом они становятся морфологически неразличимыми, их внешний вид одинаков – шаровидные клетки разной величины, в том числе и проходящие через бактериальные фильтры, осмотически чувствительные, у крупных клеток часто имеются вакуоли.
Нестабильные L-формы сохраняют некоторые элементы клеточной стенки и способны к реверсии в исходный вид. Стабильные L-формы не способны к реверсии.
|
|
|
