Структурные элементы микробной клетки

Многие микроорганизмы особенно при росте на средах, богатых углеводам, имеют капсулу, которая окружает микробную клетку в виде слизистого слоя. Капсулы могут быть различной величины и химического состава. Чаще они состоят из высокомолекулярных полисахаридов, реже в их состав входят белки. Основная функция капсулы – защитная. Капсулы не воспринимают красители при обычных методах окраски. Для их выявления используют методы негативной окраски (негативного контрастирования).

Клеточная оболочка составляет приблизительно 20% всей массы микробной клетки. Характерными ее особенностями являются ригидность и сложный химический состав. Прочность клеточной оболочки и наличие в ней таких высокомолекулярных полимеров, как различные полисахариды и гликоконъюгаты (муреин, тейхоевые кислоты), а у грамотрицательных бактерий – липидов, требует специальных методов окраски с применением протрав.

Если у микробных клеток полностью удалить клеточную оболочку, то образуются особые структуры, называемые протопластами. При частичном разрушении клеточной оболочки или нарушении ее синтеза говорят об образовании сферопласта. Под микроскопом сферопласты и протопласты выглядят одинаково, как крупные сферические образования. Протопласты и сферопласты грамположительных микроорганизмов при окраске по Граму становятся грамотрицательными. Для разрушения клеточной оболочки обычно используют лизоцим (N-ацетилмурамидазу), пищеварительный сок яблочной улитки (сложный комплекс ферментов) и др. Протопласты и L-формы бактерий можно получить также с помощью пенициллина, который нарушает у них процесс синтеза элементов клеточной оболочки. Пенициллин действует только на молодую развивающуюся культуру микроорганизмов.

Многие микроорганизмы имеют специальные органоиды движения – жгутики, длина которых достигает 20 мкм, диаметр 10–20 нм.

Без специальной окраски жгутики можно видеть только в электронном микроскопе. Если микробная клетка имеет один жгутик, то она носит название монотриха. Клетки с пучком жгутиков на конце называются лофотрихами. Амфитрихи – бактерии, имеющие жгутики на обоих концах. Если жгутики располагаются по всей поверхности тела клетки, бактерии носят название перитрихов. К монотрихам относится, например, холерный эмбрион, к перитрихам – многие бациллы и бактерии (B. subtilis, E. coli).

Ядро у микроорганизмов, так же как ядра клеток любых других живых организмов, несет функцию сохранения и передачи наследственной информации. У эукариот (грибы, простейшие) ядро оформленное, отделено от цитоплазмы ядерной мембраной и имеет ядрышко. Прокариоты (бактерии, актиномицеты, спирохеты, риккетсии, хламидии) не имеют оформленного ядра, ядерное вещество (ДНК) не отделено от цитоплазмы и представлено так называемым нуклеоидом или ядерной субстанцией. Нуклеоид бактерий в электронном микроскопе выглядит в виде тяжа.

Окраску ядер и ядерных элементов клеток для исследования в световом микроскопе осуществляют с помощью краски Романовского-Гимзы – основной, имеющей сродство к ядерным элементам, которые проявляют большую кислотность, чем цитоплазма. Ядро окрашивают в препаратах микроорганизмов Sacchromyces cerevisiae, Aureobasidium pullulans и других дрожжей или нитчатых грибов.

Митохондрии выполняют энергетические функции у эукариотных организмов. Основной процесс, идущий в митохондриях, – окислительное фосфорилирование. У прокариот функции митохондрий выполняют цитоплазматическая мембрана и мезосомы. Мезосомы – впячивания внутреннего слоя цитоплазматической мембраны (инвагинации).

Споры у бацилл чаще образуются в неблагоприятных условиях существования и служат для сохранения вида. Спора в клетке может располагаться центрально, терминально (на конце) и субтерминально (находиться ближе к одному из концов). Если спора по диаметру больше вегетативной клетки и расположена в центре, то клетка приобретает веретенообразную, или клостридиальную, форму.

Образование крупной споры на конце приводит к появлению форм, напоминающих барабанную палочку или теннисную ракетку (плектридии). Бациллы могут образовывать капсулы, многие из них подвижны, по Граму окрашиваются положительно.

При наблюдении за живыми спорообразующими бактериями их споры можно различить по более сильному преломлению световых лучей. Споры кислотоустойчивы, поэтому с трудом окрашиваются красителями. Объясняется это большой плотностью оболочки, низкой концентрацией в ней свободной воды и высоким содержанием липидов в спорах. В препаратах, окрашенных простыми способами или по Граму, споры остаются бесцветными (негативная окраска).

В связи с особенностями физико-химического состава и плотной малопроницаемой оболочкой на первом этапе окраски применяют химические вещества, изменяющие структуру их оболочки. Однако при последующем прокрашивании споры одновременно прокрашивается и цитоплазма клетки, поэтому под микроскопом последняя выглядит однородно окрашенной. Для того чтобы на препарате оставались прокрашенными только споры, следует такой " перекрашенный" препарат частично обесцветить, забирая краситель у цитоплазмы и оставляя его в споре. Этого достигнуть нетрудно, так как краситель, адсорбированный спорой, удерживается прочнее, чем поглощенный цитоплазмой клетки.

Таким образом, все способы окраски спор основаны на едином принципе: сначала споры протравливают различными веществами: хромовой, соляной, серной, уксусной кислотами, аммиаком, едким натром или перекисью водорода, затем окрашивают клетку со спорой при нагревании и, наконец, обесцвечивают цитоплазму и дополнительно окрашивают ее контрастным красителем.