Морфология и систематика микроорганизмов.

Морфология микроорганизмов изучает их внешний вид, форму и особенности строения, способность к движению, спорообразованию, способы размножения. Морфологические признаки играют большую роль в распознавании и классификации микроорганизмов. С древнейших времен живой мир делили на два царства: царство растений и царство животных. Когда был открыт мир микророганизмов, то их выделили в отдельное царство. Таким образом, до Х1Х века весь мир живых организмов делил на три царства. В начале в основу классификации микроорганизмов были положены морфологические признаки, так как больше о них человек ничего не знал. К концу Х1Х века было описано много видов; разные ученые, в основном ботаники делили микроорганизмы на группы принятые для классификации растений. В 1897 году для систематики микробов стали использовать наряду с морфологическими и физиологические признаки. Как выяснилось впоследствии, для научно обоснованной классификации одних каких-либо признаков бывает недостаточно. Поэтому используют комплекс признаков:

-морфологические(форма клеток, размеры, подвижность, размножение, спорообразование, окраска по Грамму);

- культуральные (характер роста на жидких и плотных питательных средах);

-физиолого-биохимические (характер накапливаемых продуктов);

-генотипические (физико-химические свойства ДНК).

Геносистематика позволяет определить вид микроорганизмов не по сходству, а по родству. Установлено, что нуклеотидный состав суммарной ДНК в процессе развития микроорганизмов в разных условиях не изменяется. Идентичны по составу ДНК S- и R-формы. Обнаружены и такие микроорганизмы. Которые имеют сходный нуклеотидный состав ДНК. Хотя и относятся к разным систематическим группам: кишечные палочки и некоторые коринебактерии. Это указывает на то, что при систематике (таксономии) микробов следует учитывать разные признаки.

До недавнего времени все живые существа клеточного строения в зависимости от взаимоотношения ядра и органелл с цитоплазмой, состава клеточной стенки и других признаков делили на две группы (царства):

Прокариоты-доядерные (отнесены – организмы, не имеющие четко выраженного ядра, представленного молекулой ДНК в форме кольца; в состав клеточной стенки входит пептидогликан (муреин) и тейхоевые кислоты; рибосомы имеют константы седиментации 70; энергетические центры клетки находятся в мезосомах и отсутствуют органеллы).

Эукариоты-ядерные (с четко выраженным ядром, отделенным от цитоплазмы оболочкой; в клеточной стенке отсутствует пептилдогликан и тейхоевые кислоты; рибосомы цитоплазмы крупнее; константа седиментации 80; энергетические процессы осуществляются в митохондриях; из органелл имеется комплекс Гольджи и др.).

В дальнейшем оказалось, что среди микроорганизмов есть и неклеточные формы-вирусы и поэтому выделили третье группу (царство) - вира.

Для обозначения микроорганизмов принята двойная (бинарная) номенклатура, которая включает в себя название рода и вида. Родовое название пишется с прописной буквы (заглавной), видовое (даже происходящее от фамилии)- со строчной (маленькой). Например, бациллу сибирской язвы называют Bacillus anthracis, кишечную палочку- Escherichia coli, аспергилл черный-Aspergillus niger.

Основной(низшей) таксономической единицей является вид. Виды объединяются в роды, роды- в семейства, семейства -в порядки, порядки- в классы, классы - в отделы, отделы- в царства.

Вид- это совокупность особей одного генотипа с явно выраженным фенотипическим сходством.

Культура - микроорганизмы, полученные от животного. Человека, растения или субстрата внешней среды и выращенные на питательной среде. Чистые культуру состоят из особей одного вида (потомство полученное из одной клетки - клон).

Штамм- культура одного и того же вида выделенная из различных сред обитания и отличающиеся незначительными изменениями свойств. Например, кишечная палочка, выделенная из организма человека, крупного рогатого скота, водоемов, почвы могут быть разными штаммами

Прокариоты (бактерии и актиномицеты). Бактерии(прокариоты)-это большая группа микроорганизмов (около 1600 видов), большинство из которых одноклеточные. Форма и размеры бактерий. Основные формы бакте­рий: шаровидная, палочковидная и извитая. Шаровидные бактерии - кокки имеют обыч­ную форму шара, встречаются уплощенные, овальной или бобовидной формы. Кокки могут быть в виде клеток оди­ночных — монококки (микрококки) или соединенных в различных сочетаниях: попарно — диплококки, по четыре клет­ки — тетракокки, в виде более или менее длинных цепо­чек - - стрептококки, а также в виде скоплений кубичес­кой формы (в виде пакетов) из восьми клеток, расположен­ных в два яруса один над другим, — сарцины. Встречаются скопления неправильной формы, напоминающие грозди ви­нограда, - стафилококки. Палочковидные бактерии могут быть одиноч­ными или соединенными попарно — диплобактерии, це­почками по три-четыре и более клеток — стрептобактерии. Соотношения между длиной и толщиной палочек быва­ют самыми различными.Извитые, или изогнутые, бактерии различа­ются длиной, толщиной и степенью изогнутости. Палочки, слегка изогнутые в виде запятой, называют вибрионами, палочки с одним или несколькими завитками в виде штопо­ра - спириллами, а тонкие палочки с многочисленными завитками — спирохетами. Благодаря использованию электронного микроскопа для изучения микроорганизмов в естественных природных суб­стратах были обнаружены бактерии, имеющие особую фор­му клеток замкнутого или разомкнутого кольца (тороиды); с выростами (простеками); червеобразной фор­мы — длинные с загнутыми очень тонкими концами; а так­же в виде шестиугольной звезды.

Размеры бактерий очень малы: от десятых долей мик­рометра (мкм) до нескольких микрометров. В среднем раз­мер тела большинства бактерий 0,5—1 мкм, а средняя дли­на палочковидных бактерий - - 2—5 мкм. Встречаются бак­терии, размеры которых значительно превышают среднюю величину, а некоторые находятся на грани видимости в обыч­ных оптических микроскопах. Форма тела бактерий, как и их размеры, может изме­няться в зависимости от возраста и условий роста. Однако при определенных, относительно стабильных условиях бак­терии сохраняют присущие данному виду размеры и форму. Масса бактериальной клетки очень мала, приблизительно 4- 10-^1:!г.

Строение бактериальной клетки. Клетка прокариотных организмов, к которым относятся бактерии, обладает принципиальными особенностями ультраструктуры. Клеточная стенка (оболочка)- важный структурный элемент большинства бактерий. На долю клеточ­ной стенки приходится от 5 до 20% сухих веществ клетки. Она обладает эластичностью, служит механическим барье­ром между протопластом и окружающей средой, придает клетке определенную форму. В состав клеточной стенки вхо­дит специфическое для прокариотных клеток гетерополимерное соединение - пептидогликан (муреин), отсутству­ющий в клеточных стенках эукариотных организмов. По методу окраски, предложенному датским физиком X. Грамом (1884 г.), бактерии делятся на две группы: грам положительные и грамотрицателъные. Грамположительные клетки удерживают краску, а грамотрицателъные не удер­живают ее, что обусловлено различиями в химическом со­ставе и ультраструктуре их клеточных стенок. У грамположительных бактерий клеточные стенки более толстые, амор­фные, в них содержится большое количество муреина (от 50 до 90% сухой массы клеточной стенки) и тейхоевые кис­лоты. Клеточные стенки грамотрицательных бактерий бо­лее тонкие, слоистые, в них содержится много липидов, мало муреина (5—10%) и отсутствуют тейхоевые кислоты.

Клеточная стенка бактерий часто бывает покрыта сли­зью. Слизистый слой может быть тонким, едва различимым, но может быть и значительным, может образовывать кап­сулу. Нередко по размеру капсула намного пре­вышает бактериальную клетку. Ослизнение клеточных сте­нок иногда бывает настолько сильным, что капсулы отдель­ных клеток сливаются в слизистые массы (зоогели), в кото­рые вкраплены бактериальные клетки. Образуемые некото­рыми бактериями слизистые вещества не удерживаются в виде компактной массы вокруг клеточной стенки, а диф­фундируют в окружающую среду. При быстром размноже­нии в жидких субстратах слизеобразующие бактерии могут превратить их в сплошную слизистую массу. Такое явление наблюдается иногда в сахаристых экстрактах из свеклы при производстве сахара. За короткое время сахарный сироп может превратиться в тягучую слизистую массу. Ослизнению подвергаются мясо, колбасы, творог; наблюдается тя­гучесть молока, рассолов, квашеных овощей, пива, вина. Интенсивность слизеобразования и химический состав сли­зи зависят от вида бактерий и условий культивирования. Капсула обладает полезными свойствами, слизь предох­раняет клетки от неблагоприятных условий — у многих бак­терий в таких условиях усиливается слизеобразование. Кап­сула защищает клетку от механических повреждений и вы­сыхания, создает дополнительный осмотический барьер, служит препятствием для проникновения фагов, антител, иногда она является источником запасных питательных ве­ществ. Цитоплазматическая мембрана отделяет от клеточной стенки содержимое клетки. Это обязательная струк­тура любой клетки. При нарушении целостности цитоплазматической мембраны клетка теряет жизнеспособность. На долю цитоплазматической мембраны приходится 8—15% су­хого вещества клетки. В мембране содержится до 70—90% липидов клетки, толщина ее 7—10 нм¹. На срезах клеток в электронном микроскопе она видна в виде трехслойной струк­туры — одного липидного слоя и двух примыкающих к нему с обеих сторон белковых слоев. Цитоплазматическая мемб­рана местами впячивается внутрь клетки, образуя всевоз­можные мембранные структуры. В ней находятся различ­ные ферменты; она полупроницаема, играет важную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой. Цитоплазма бактериальной клетки представляет собой полужидкую, вязкую, коллоидную систему. Мес­тами она пронизана мембранными структурами — мезосомами, которые произошли от цитоплазматической мембра­ны и сохранили с ней связь. Мезосомы выполняют различные функции; в них и в связанной с ними цитоплазматической мембране имеются ферменты, участвующие в энергетических процес­сах — в снабжении клетки энергией. Хорошо развитые мезосомы обнаружены только у грамположительных бактерий, у грамотрицательных они развиты слабо и имеют более про­стое строение. В цитоплазме содержатся рибосомы, ядерный аппарат и различные включения. Рибосомы рассеяны в цитоплазме в виде гра­нул размером 20—30 нм; рибосомы состоят примерно на 60% из рибонуклеиновой кислоты (РНК) и на 40% из белка. Рибо­сомы ответственны за синтез белка клетки. В бактериальной клетке в зависимости от ее возраста и условий жизни мо­жет быть 5—50 тыс. рибосом. Ядерный аппарат бактерий называют нуклеоидом или нуклеотидом. Электронная микроскопия ультратонких срезов клетки бактерий позволила установить, что носителем генетической информации клетки является молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). ДНК имеет форму двойной спиральной нити, замкнутой в кольцо; ее еще называют "бактериальная хромосома". Она расположена в определенном участке цитоплазмы, но не отделена от нее собственной мембраной.

Цитоплазматические включения бактериальной клет­ки разнообразны, в основном это запасные питательные ве­щества, которые откладываются в клетках, когда они раз­виваются в условиях избытка питательных веществ в среде, и потребляются, когда клетки попадают в условия голода­ния. В клетках бактерий откладываются полисахариды: гли­коген, крахмалоподобное вещество гранулеза, которые ис­пользуются в качестве источника углерода и энергии. Липи-ды обнаруживаются в клетках в виде гранул и капелек. Жир служит хорошим источником углерода и энергии. У многих бактерий накапливаются полифосфаты; они содержатся в волютиновых гранулах и используются клетками как источ­ник фосфора и энергии. В клетках серных бактерий откла­дывается молекулярная сера.

Подвижность бактерий. Шаровидные бактерии, как правило, неподвижны. Палочковидные бактерии бывают как подвижные, так и неподвижные. Изогнутые и спиралевид­ные бактерии подвижны. Некоторые бактерии перемещаются путем скольжения. Движение большинства бактерий осуществляется с помощью жгутиков. Жгутики — это тонкие, спирально закрученные нити белковой природы, которые могут осуществлять вращатель­ные движения. Длина жгутиков различна, а толщина так мала (10—20 нм), что в световой микроскоп их можно уви­деть только после специальной обработки клетки. Наличие, число и расположение жгутиков - постоянные для вида признаки и имеют диагностическое значение. Бактерии с од­ним жгутиком на конце клетки получили название монотрихов; с пучком жгутиков - лофотрихов', с пучком жгу­тиков на обоих концах клетки - амфитрихов; бактерии, у которых жгутики находятся на всей поверхности клетки, называются перитрихами. Скорость передвижения бактерий ве­лика: за секунду клетка со жгутиками может пройти рас­стояние в 20—50 раз больше, чем длина ее тела. При небла­гоприятных условиях жизни, при старении клетки, при ме­ханическом воздействии подвижность может быть утрачена. Кроме жгутиков, на поверхности некоторых бактерий име­ются в большом количестве нитевидные образования, зна­чительно тоньше и короче, чем жгутики - фимбрии (или пили).

Размножение бактерий. Для прокариотных клеток характерно простое деление клетки надвое. Деление клет­ки начинается, как правило, спустя некоторое время после деления нуклеоида. Палочковидные бактерии делятся попе­рек, шаровидные формы в разных плоскостях. В зависи­мости от ориентации плоскости деления и их числа возника­ют различные формы: одиночные кокки, парные, цепочки, в виде пакетов, гроздьев. Особенностью размножения бактерий является быстро­та протекания процесса. Скорость деления зависит от вида бактерий, условий культивирования: некоторые виды де­лятся через каждые 15—20 мин, другие — через 5—10 ч. При таком делении число клеток бактерий за сутки достига­ет огромного количества. Это часто наблюдается на пищевых продуктах: быстрое скисание молока вследствие раз­вития молочно-кислых бактерий, быстрая порча мяса и рыбы за счет развития гнилостных бактерий и т.д.

Спорообразование. Споры у бактерий образуются обыч­но при неблагоприятных условиях развития: при недостат­ке питательных веществ, изменении температуры, рН, при накоплении продуктов обмена выше определенного уровня. Способностью образовывать споры обладают в основном па­лочковидные бактерии. В каждой клетке образуется только одна спора (эндоспора).

Спорообразование — сложный процесс, в нем различа­ют несколько стадий: сначала наблюдается перестройка ге­нетического аппарата клетки, изменяются морфология нук-леоида. В клетке прекращается синтез ДНК. Ядерная ДНК вытягивается в виде нити, которая затем разделяется; часть ее концентрируется у одного из полюсов клетки. Эта часть клетки называется спорогенной зоной. В спорогенной зоне происходит уплотнение цитоплазмы, затем этот участок обособляется от остального клеточного содержимого пере­городкой (септой). Отсеченный участок по­крывается мембраной материнской клетки, образуется так называемая проспора. Проспора — это структура, распола­гающаяся внутри материнской клетки, от которой она отде­лена двумя мембранами: наружной и внутренней. Между мембранами формируется кортикальный слой (кортекс), сходный по химическому составу с клеточной стен­кой вегетативной клетки. Помимо пептидогликана, в кортексе содержится дипиколиновая кислота (С₇Н₈О₄Мg), кото­рая отсутствует в вегетативных клетках. В дальнейшем по­верх проспоры образуется оболочка споры, состоящая из нескольких слоев. Число, толщина и строение слоев различ­ны у разных видов бактерий. Поверхность наружной оболоч­ки может быть гладкой либо с выростами разной длины и формы. Поверх оболочки споры нередко образуется еще тон­кий покров, окружающий спору в виде чехла, — экзоспориум.

Споры имеют обычно круглую или овальную форму. Диаметр спор некоторых бактерий превышает ширину клетки, вследствие чего форма спороносящих клеток, изменяет­ся. Клетка приобретает форму веретена (клостридиум), если спора расположена в ее центре, или форму барабанной па­лочки (плектридиум), когда спора приближена к концу клетки.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: