ВВЕДЕНИЕ
ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ МЕДИЦИНСКОЙ МИКРОБИОЛОГИИ
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕДИЦИНСКОЙ МИКРОБИОЛОГИИ
СИСТЕМАТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
Основы морфологии бактерий
БАКТЕРИИ
ВВЕДЕНИЕ
Наша планета населена огромным числом живых существ. Микроорганизмы наиболее древняя форма жизни на Земле, они появились 3-4 млрд. лет тому назад. Их можно обнаружить в почве, в пыли, в воде, в воздухе, на покровах животных и растений, внутри организмов и даже в горячих источниках, в космосе. Все живые организмы, населяющие нашу планету, относятся к макро- или микромиру.
К макромиру принадлежат организмы, видимые невооруженным глазом:
млекопитающие
пресмыкающиеся
птицы, рыбы и др.
К микромиру - представители живой природы, которых можно наблюдать с помощью микроскопа:
бактерии
простейшие
С точки зрения медицины все микробы можно разделить на 3 группы:
Ø Бактерии и грибы разрушают органическое вещество и участвуют в круговороте веществ в природе.
Ø Разлагая органические вещества, микроорганизмы являются причиной порчи продуктов.
Ø Некоторые микроорганизмы в результате своей жизнедеятельности разрушают человеческие строения, чем наносят огромный ущерб.
Ø Человек использует бактерии для очистки сточных вод.
Ø Человек получает с помощью микроорганизмов множество незаменимых продуктов (хлеб и сыр, вино и кумыс, льняная пряжа).
Ø Некоторые микроорганизмы являются причиной инфекционных заболеваний человека.
Ø В кишечнике человека и других животных живут многие бактерии-симбионты, которые приносят огромную пользу организму.
Ø Бактерии, живущие внутри организма, выделяют дополнительное тепло.
Ø Человек заставил микробы вырабатывать бактериальные удобрения, антибиотики, витамины, препараты для защиты растений. Такое техническое использование микроорганизмов называется биотехнологией.
Ø Методом генетической инженерии
получают многие белковые биологические вещества, представляющие ценность для
медицины.
ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ МЕДИЦИНСКОЙ
МИКРОБИОЛОГИИ
Микробиология (греч.micros - малый, лат.bios - жизнь, logos- учение) - наука, предметом изучения которой являются микроскопические существа, называемые микроорганизмами, или микробами, их биологические признаки, систематика, экология, взаимоотношения с другими организмами, населяющими нашу планету, - животными, растениями и человеком. Медицинская микробиология и иммунология тесно связаны со всеми медицинскими дисциплинами (инфектологией, терапией, педиатрией, хирургией, фтизиатрией, гигиеной, фармакологией и др.). Значительно возросла роль микробиологии, вирусологии и иммунологии в решении многих проблем здравоохранения.
Цель медицинской микробиологии - глубокое изучение структуры и важнейших биологических свойств патогенных микробов, взаимоотношения их с организмом человека в определенных условиях природной и социальной среды, совершенствование методов микробиологической диагностики, разработка новых, более эффективных лечебных и профилактических препаратов, решение такой важной проблемы, как ликвидация и предупреждение инфекционных болезней. Микробиология изучает многообразный мир микробов. В своем развитии она разделилась на несколько самостоятельных дисциплин. В первую очередь её можно разделить на общую и частную микробиологию.
В зависимости от решаемых задач делится:
микробиология
бактерия клетка морфология
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕДИЦИНСКОЙ
МИКРОБИОЛОГИИ
Медицинская микробиология развилась в результате изучения инфекционных болезней.
История развития медицинской микробиологии как самостоятельной научной дисциплины насчитывает несколько этапов, обусловленных не столько временными периодами, сколько уровнем развития науки и техники.
Эвристический этап - период догадок и случайных находок. О существовании микробов догадывались уже древние мыслители и врачи. «Отец медицины» Гиппократ считал, что некоторые болезни человека вызываются какими-то невидимыми частицами, которые он называл миазами. О живой природе миазм начали догадываться значительно позднее. Римский поэт Веррон уже определенно считал миазмы живыми существами. Итальянский врач Джироламо Фракасторо, живший в середине века, писал, что заболевания передаются от человека человеку «живыми контагиями». Он создал учение о живом «контагии» - «мельчайших и недоступных нашим чувствам частиц», которые, проникая в организм человека, вызывают болезнь.
Величайшее открытие эвристического периода в медицинской микробиологии было сделано в конце 18 в. Э.Дженнером, который предложил вакцинацию против черной оспы путем нанесения на кожу человека содержимого оспин (пустул) от больных коров. Вирус коровьей оспы, содержащийся в пустулах, предохранял человека от заражения черной оспы. Еще не была доказана роль микробов в патологии, еще не была разработана теория защитных прививок, но микробиология начала реально помогать людям.
Морфологический этап микробиологии начался в 17 в., когда голландский натуралист А. Левенгук впервые увидел микробы, находящиеся в воде, травяных настоях, пищевых продуктах, ротовой полости, кишечнике и т.д. Для своих наблюдений он использовал двояковыпуклые линзы (лупы), приготовленные им самим. Они давали увеличение в 160 - 200 раз. Увиденные микробы А. Левенгук назвал ничтожными «зверушками» и подробно описал их в письмах в Британское королевское научное общество. все его описания форм микробов (шарообразные, палочковидные, извитые и др.) были настолько точны, что до настоящего времени сохранили свое значение.
Прообраз микроскопа как систему двух линз (объектива и окуляра) создал в 1590г. голландец З. Янсен. В последующие годы этот прибор многократно усовершенствовался. В результате в середине ХIХ века появился микроскоп, который по техническим возможностям не уступал современным световым микроскопам. Он мог увеличивать рассматриваемые предметы в 1000 раз. Создание микроскопов стимулировало развитие микробиологии. Начался период «охотников за микробами».
Первыми были открыты возбудители заболеваний волос и кожи человека: парши (Шенлейн), стригущего лишая (Груби), отрубевидного лишая (Эйхштедт) и молочницы (Лагенбек, Груби). Так зародилась наука о патогенных грибах - микология.
Развитие микробиологии ускорилось после того, как Р.Кох в конце ХIХ века разработал твердые питательные среды для получения чистых культур микроорганизмов, а также предложил использовать красители для изучения морфологии микробных клеток.
Различные микробиологические методики, разработанные Р. Кохом, позволили изучить возбудителей почти всех инфекционных заболеваний. Р. Кох выделил чистую культуру возбудителя сибирской язвы, туберкулёза (палочка Коха) и холеры (запятая Коха).
Среди всех «охотников за микробами» самым знаменитым был французский ученый Л. Пастер. Он доказал патологическую роль микробов родильной горячки, абсцессов и остеомиелита.
В последующие годы Т. Эшерих открыл кишечную палочку, Э. Ру - дифтерийную палочку, Д. Сальмон - возбудителей кишечных инфекций. Вслед за ними последовали новые открытия. К. Шига описал возбудителей дизентерии и коклюша, Г. Ганзен - проказы, С. Китазато - столбняка и чумы, а Ф. Шаудин и Э. Гофман - сифилиса.
Важнейшим событием в микробиологии было обнаружение ядовитых веществ (токсинов), выделяемых микробами. Это было сделано учеником Л. Пастера - Э. Ру, которые доказал, что основные симптомы и тяжесть течения дифтерии обусловлены токсином, выделяемым дифтерийной палочкой. Им был предложен способ лечения дифтерии при помощи специфических белков сыворотки крови (антител), нейтрализующих микробный токсин. Все перечисленные «охотники за микробами» заложили основы медицинской микробиологии.
Еще в конце ХIХ века обнаружено, что болезни человека могут быть вызваны не только бактериями, но и простейшими. Русские ученые Ф.А. Леш и П.Ф. Боровский открыли возбудителей амёбной дизентерии и кожного лейшманиоза. В дальнейшем доказана патогенная роль малярийного плазмодия, трихомонад, токсоплазм, балантий и других простейших. Зародилось новое направление в медицинской микробиологии - протозоология.
Русский ученый И.И. Мечников, работавший в институте Л. Пастера, первым изучил мир собственной микрофлоры организма и других микробов, окружающих человека. Он первым указал на большое значение микрофлоры для жизнедеятельности человека в норме и при патологии. Болезнетворные свойства микробов аутофлоры и окружающей среды проявляются только при ухудшении здоровья человека (условно-патогенные микробы). Таким образом, И.И. Мечников является основоположником нового раздела микробиологии - экологической микробиологии.
Морфологический период развития микробиологии не окончен, так как ученые делают все новые и новые открытия. Всего к настоящему времени было выделено и изучено около 4000 видов бактерий.
Развитие микробиологической техники, создание мелкопористых фильтров с определенным размером пор, использование метода культуры клеток позволили открыть вирусы. Период «охотников за микробами» сменился периодом «охотников за вирусами». Первым из них был русский ученый Д.И. Ивановский, выделивший в чистом виде (1892) вирус табачной мозаики. Вслед за ним Ф. Леффлер и П. Фрош открыли вирус ящура, поражающего животных, Т. Смит - вирус желтой лихорадки, вызывающий поражение печени у людей, Ф. Дэрелль - бактериофаг (вирус, поражающий бактерии), В. Смит с соавторами - вирус гриппа, Л.А. Зильбер - вирус энцефалита и онкогенные вирусы. Возникла новая наука - вирусология.
Развитию вирусологии способствовало изобретение в 30-е годы ХХ века электронного микроскопа, в котором в качестве осветителя используется источник электронов, фокусируемых электростатическими линзами. Электронный микроскоп в 10 000 раз увеличивает изображение объекта. Его создание позволило увидеть «портреты» вирусов.
Изучение патогенных вирусов продолжается. В 1982 году Л. Монтанье и Р. Гало открыли вирус иммунодефицита человека (ВИЧ/СПИД). В 2003 году китайские ученые описали вирус, вызывающий острый респираторный синдром (SARS) - атипичную пневмонию.
В 1963 году американский ученый К. Гайдушек доказал существование принципиально нового инфекционного начала, названного прионом. В отличие от всех других микробов прионы не содержат нуклеиновых кислот и являются белками с низкой молекулярной массой (инфекционные белковые молекулы). Они поражают клетки ЦНС, вызывают их разрыв и губкообразное перерождение, что закономерно заканчивается гибелью организма. Вызываемые прионами болезни стали называть «медленными инфекциями», так как между заражением и гибелью организма проходило от 5 до 20 лет. До настоящего времени не разработано средств лечения этих заболеваний.
Обнаружение возбудителей болезней сопровождалось изучением их биологических свойств. За морфологическим периодом развития микробиологии последовал ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ. В этот период изучены процессы обмена веществ и дыхания у микробов, их ферментативная активность, размножение и рост на питательных средах. Физиологический период развития микробиологии связан с именем Л. Пастера. Он открыл ферментативную природу брожения, вызываемого жизнедеятельностью микробов, и заложил основы промышленной микробиологии, основал принципы стерилизации питательных сред. Изучение особенностей жизнедеятельности микробов привело к появлению противобактериальных препаратов, способных убивать микробы в организме или препятствовать их размножению (сульфаниламиды и антибиотики). Основоположниками химиотерапии можно считать П. Эрлиха, синтезировавшего сульфаниламид - стрептоцид. Первый антибиотик пенициллин выделен в химически чистом виде английским ученым А. Флемингом и отечественным микробиологом З. В. Ермольевой. С каждым годом расширяется список противобактериальных препаратов. В настоящее время их количество исчисляется сотнями. Были получены препараты, обладающие противовирусной активностью (интерферон).
С именами Л. Пастера, И.И. Мечникова и П. Эрлиха связан иммунологический этап развития микробиологии. В медицинскую практику вошли профилактические вакцины, приготовленные из микробов против многих инфекционных заболеваний, а также лечебные сыворотки, содержащие специфические антитела против микробных токсинов.
В ХХ веке начался этап развития
молекулярно-генетической микробиологии и иммунологии. В это время изучали
основы молекулярного строения микробов, антител, генетического аппарата клеток
и, наконец, генетического кода человека, обеспечивающего, в частности, иммунный
ответ организма.
СИСТЕМАТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ
МИКРООРГАНИЗМОВ
М/о - это организмы, невидимые невооруженным глазом из-за их незначительных размеров.
Базовая категория (таксон) биологической классификации, отражающая определенную стадию эволюции отдельной популяции организмов - вид. Вид - эволюционно сложившаяся совокупность особей, имеющая единый генотип, который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, биохимическими и другими признаками. Принципы таксономии и номенклатуры микроорганизмов
Живые организмы (микроорганизмы) М/о относятся к 3 царствам:
Прокариоты PROCARIOTAE:
Эубактерии
Грациликуты (тонкая клеточная стенка)
Фирмикуты (толстая клеточная стенка)
Спирохеты, риккетсии, хламидии, микоплазмы, актиномицеты. Архебактерии
Мендосикуты
Эукариоты EUCARIOTAE: Животные Растения Грибы ПростейшиеНеклеточные формы жизни VIRA: Вирусы Прионы Плазмиды
Для микроорганизмов приняты следующие категории (таксоны) таксономической иерархии (по восходящей): Вид - Род - Семейство - Порядок - Класс - Отдел - Царство.
Названия видов биноминальны
(бинарны), то есть обозначаются двумя словами. Первое слово обозначает Род и
пишется с заглавной буквы, второе слово обозначает Вид и пишется со строчной
буквы.
Схема формирования биноминального названия микроорганизмов.
Примеры конструирования биноминального названия бактерий.
|
Вид бактерий |
Условное обозначение принадлежности к: |
|
|
|
||
|
Bacillus anthracis |
Bacillus (палочка) |
anthracis (уголь - «антрацит») |
|
Clostridium tetanus |
Clostridium (веретено) |
tetanus (судороги) |
|
Staphilococcus aureus |
Staphilococcus (гроздья винограда, шар) |
aureus (золотистый цвет колонии) |
|
Shigella dysenteriae |
dysenteriae (расстройство кишечника) |
|
|
coli (кишка) |
||
|
Salmonella typhi |
typhus («туман» - бред) |
|
ОСНОВЫ МОРФОЛОГИИ БАКТЕРИЙ
Специализированные термины:
Штамм - культура микроорганизмов, выделенная из определенного конкретного источника (организма или объекта окружающей среды).
Форма бактерий. Размер бактерий.
Строение бактериальной клетки.
Характеристика некоторых групп бактерий.
ФОРМА БАКТЕРИЙ. РАЗМЕР БАКТЕРИЙ
Отдельным видам бактерий с достаточным постоянством присущи определенные формы и размер.
Выделяют три основные формы бактерий - шаровидные, палочковидные и извитые.
Шаровидные бактерии, или кокки
Форма шаровидная или овальная.
Микрококки - отдельно расположенные клетки.
Диплококки - располагаются парами.
Стрептококки - клетки округлой или вытянутой формы, составляющие цепочку.
Сарцины - располагаются в виде
«пакетов» из 8 и более кокков. Стафилококки - кокки, расположенные в виде
грозди винограда в результате деления в разных плоскостях.
Рис. 1. Шаровидные бактерии
(энтерококки). Электронная микрофотография (ЭМ).
Палочковидные бактерии. Форма палочковидная, концы клетки могут быть заостренными, закругленными, обрубленными, расщепленными, расширенными. Палочки могут быть правильной и неправильной формы, в том числе ветвящиеся, например у актиномицетов.
По характеру расположения клеток в мазках выделяют:
Монобактерии - расположены отдельными клетками.
Диплобактерии - расположены по две клетки.
Стрептобактериии - после деления образуют цепочки клеток.
Палочковидные бактерии могут
образовывать споры: бациллы и клостридии.
Рис. 2. Палочковидные бактерии
(кишечная палочка). ЭМ.
Извитые бактерии
Форма - изогнутое тело в один или несколько оборотов.
Вибрионы - изогнутость тела не превышает одного оборота.
Спирохеты - изгибы тела в один или
несколько оборотов.
Рис. 3. Извитые бактерии (холерный
вибрион). ЭМ.
Размер бактерий
Микроорганизмы измеряются в микрометрах и нанометрах.
Средние размеры бактерий - 2 - 3 х 0,3 - 0,8 мкм.
Форма и размер - важный диагностический признак.
Способность бактерий изменять свою форму и величину называется полиморфизм.
БАКТЕРИИ
СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ
Строение бактерий.
Тело бактерии состоит из цитоплазмы (с различными включениями) и цитоплазматической мембраны, окруженных клеточной стенкой.
Цитоплазма занимает основной объем бактериальной клетки. Важнейшим компонентом цитоплазмы является нуктеотид, который считается эквивалентом ядра и расположен в центральной зоне бактерии. Кроме нуклеотида, в цитоплазме находятся плазмиды, являющиеся факторами наследственности (их может быть от 1 до 200).
Цитоплазматическая мембрана ограничивает цитоплазму (участвует в транспорте питательных веществ).
Между клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной находится пространство - периплазма, содержащая ферменты.
Клеточная стенка - прочная структура, придающая бактерии определенную форму. По типу строения клеточной стенки бактерии подразделяют на грамположительные с толстой стенкой и грамотрицательные с тонкой клеточной стенкой.
Основным компонентом клеточной стенки у грамположительных бактерий является пептидоглюкан, способный удерживать краску генцианвиолет в комплексе с йодом (сине-фиолетовый цвет) при обработке препарата спиртом.
Клетки бактерий в процессе жизнедеятельности образуют защитные органеллы - капсулы и споры.
Капсула - внешний уплотненный слизистый слой, примыкающий к клеточной стенке. Это защитный орган, который появляется у некоторых бактерий при попадании их в организм человека или животных. Капсула предохраняет м/о от защитных факторов организма (препятствуют захвату бактерий фагоцитами).
Спора - форма грамположительных бактерий, образующаяся при неблагоприятных условиях существования клетки (высушивание, дефицит питательных веществ, изменение температуры и др). Образование спор способствует сохранению вида и не имеет отношения к размножению бактерий.
Спорообразующие аэробные бактерии называются бациллами, а анаэробные - клостридиями.
Споры отличаются по форме, размерам и
расположению в клетке. Они могут располагаться:
Жгутики обеспечивают подвижность микроба, их имеют только палочковидные бактерии, они берут начало от цитоплазматической мембраны.
По числу жгутиков различают:
Монотрих (один у холерного вибриона);
Перитрих (до сотен у кишечной палочки)
Амфитрихи - по одному или нескольку жгутиков на противоположных концах микробной клетки (спириллы)
Лофотрихи - имеют пучок жгутиков на одном из концов клетки.
Ворсинки, или пили, - нитевидные
образования, более короткие, чем жгутики. Они отходят от поверхности бактерии,
состоят из белка пилина и ответственны за прилипание микроба к поражаемой
клетке. Среди пилей выделяют половые пили, присущие "мужским"
клеткам-донорам, содержащим трансмиссивные плазмиды (F, R, Col). Бактериальная клетка состоит из
клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, цитоплазмы с включениями и так
называемым нуклеоидом. Имеются дополнительные структуры: капсула, микрокапсула,
жгутики, пили. Некоторые бактерии в неблагоприятных условиях способны
образовывать споры.
Рис. 4. Строение бактериальной клетки
(схема). Сapsule - капсула; Сell wall - клеточная стенка; Cytoplasmic membrane
- цитоплазматическая мембрана; Mesosome - мезосома; Flagellum - жгутик; Pili -
пили; Cytoplasma - цитоплазма; Nucleoid - нуклеоид; Ribosomes - рибосомы;
Granular inclusion - включения.
Рис. 5. Определите форменные элементы
бактериальной клетки.
Грамположительные бактерии имеют толстую (многослойную) клеточную стенку.
Окрашиваются по Граму в фиолетовый цвет.
Грамотрицательные бактерии имеют
тонкую клеточную стенку, прикрытую снаружи тройным липидсодержащим слоем
(внешняя мембрана).Окрашиваются по Граму в красный цвет.
Рис. 6. Строение клеточной стенки
грамположительных (А) и грамотрицательных (Б) бактерий (схема).
У грамположительных бактерий (А) основной слой - пептидогликан - многослойный и пронизан тейхоевыми кислотами (толстая клеточная стенка); у грамотрицательных бактерий (Б) тонкий пептидогликан и над ним расположена внешняя мембрана, содержащая липиды (тонкая клеточная стенка).
Тинкториальные свойства - восприимчивость микроорганизмов к различным красителям.формы - бактерии, полностью лишенные клеточной стенки и способные размножаться.
Споры и спорообразование
Споры бактерий - своеобразная форма покоящихся бактерий, форма сохранения наследственной информации в неблагоприятных условиях внешней среды и не является способом размножения, как у грибов.
Процесс спорообразования: спорогенная зона - проспора - спора.
В благоприятных условиях споры
прорастают за 4-5 часов. Образуют споры в течение 18-20 часов.
Рис. 7. Спора внутри бактериальной клетки (ЭМ).
Рис. 8. Споры сибиреязвенной палочки (светооптическая микроскопия, СМ).
Лекция № 2Тема «Принципы классификации микроорганизмов. Морфология микроорганизмов .»
Систематика микроорганизмов.
Классификации:
Номенклатура (биноминальная классификация)
Морфология бактерий
Систематика микроорганизмов
Систематика - распределение микроорганизмов в соответствии с их происхождением и биологическим сходством. Систематика занимается всесторонним описанием видов организмов, выяснением степени родственных отношений между ними и объединением их в различные по уровню родства классификационные единицы- таксоны.
Классификация - распределение (объединение) организмов в соответствии с их общими свойствами (сходными генотипическими и фенотипическими признаками) по различным таксонам.
Таксономия - наука о методах и принципах распределения (классификации) организмов в соответствии с их иерархией. Наиболее часто используют следующие таксономические единицы (таксоны) - штамм, вид, род. Последующие более крупные таксоны - семейство, порядок, класс.
Номенклатура - название микроорганизмов в соответствии с международными правилами. Для обозначения видов бактерий используют бинарную латинскую номенклатуру род/вид, состоящую из названия рода (пишется с заглавной буквы) и вида (со строчной буквы). Примеры- Shigella flexneri, Rickettsia sibirica.
Первой общей биологической классификацией была созданная в XVIII веке система шведского ученого К. Линнея, основная на морфологических признаках и включавшая животный и растительный мир. С развитием науки в классификации стали учитывать не только морфологические, но и физические, биохимические и генетические особенности микроорганизмов. В настоящее время невозможно говорить об единой классификации всех живых организмов: сохраняя единые принципы, классификации макро- и микроорганизмов имеют свои особенности.
Основными ступенями всех классификаций являются царств о - отдел-класс (группа) - порядок - семейство-род -вид. Главной классификационной категорией является в и д -совокупность организмов, имеющих общее происхождение, сходные морфологические и физиологические признаки и обмен веществ.
Микроорганизмы относятся к царству прокариотов, представители которых, в отличие от эукариотов, не обладают оформленным ядром. Наследственная информация у прокариотов заключена в молекуле ДНК, располагающейся в цитоплазме клетки.
Для микроорганизмов принята в 1980 г. единая международная классификация, в основе которой лежит система, предложенная американским ученым Берги. Для того чтобы определить, к какому виду относится \ микроорганизм, необходимо с помощью различных методов изучить его особенности (форму клетки, спорообразование, подвижность, ферментативные свойства) и по определителю найти его систематическое положение - идентифицировать.
Внутри вида существуют варианты: морфоварианты отличаются по морфологии, биоварианты - по биологическим свойствам, хемоварианты - по ферментативной активности, сероварианты - по антигенной структуре, фаговарианты -- по чувствительности к фагам.
Для обозначения микроорганизмов принята общебиологическая бинарная или биноминальная (двойная) номенклатура, введенная К. Линнеем. Первое название обозначает род и пишется с прописной буквы. Второе название обозначает вид и пишется со строчной буквы. Например, Staphylococcus aureus - стафилококк золотистый. В названиях могут быть отражены имена исследователей, открывших микроорганизмы: бруцеллы - в честь Брюса, эшерихии - в честь Эшериха и т. д. В ряд наименований включены органы; которые поражает данный микроорганизм: пневмококки - легкие, менингококки- мозговую оболочку и т. д.
В микробиологии часто используется и ряд других терминов для характеристики микроорганизмов.
Штамм - любой конкретный образец (изолят) данного вида. Штаммы одного вида, различающиеся по антигенным характеристикам, называют серотипами (серовариантами - сокращенно сероварами), по чувствительности к специфическим фагам - фаготипами, биохимическим свойствам - хемоварами, по биологическим свойствам- биоварами и т.д.
Колония - видимая изолированная структура при размножении бактерий на плотных питательных средах, может развиваться из одной или нескольких родительских клеток. Если колония развилась из одной родительской клетки, то потомство называется клон.
Культура - вся совокупность микроорганизмов одного вида, выросших на плотной или жидкой питательной среде.
Основной принцип бактериологической работы - выделение и изучение свойств только чистых (однородных, без примеси посторонней микрофлоры) культур.
Морфология.
1 .Морфологические - форма, величина, особенности взаиморасположения, структура.
2. Тинкториальные - отношение к различным красителям (характер окрашивания), прежде всего к окраске по Граму. По этому признаку все микроорганизмы делят на грамположительные и грамотрицательные.
Морфологические свойства и отношение к окраске по Граму позволяют как правило отнести изучаемый микроорганизм к крупным таксонам - семейству, роду.
3 .Культуральные - характер роста микроорганизма на питательных средах.
4 .Биохимические - способность ферментировать различные субстраты (углеводы, белки и аминокислоты и др.), образовывать в процессе жизнедеятельности различные биохимические продукты за счет активности различных ферментных систем и особенностей обмена веществ.
5 .Антигенные - зависят преимущественно от химического состава и строения клеточной стенки, наличия жгутиков, капсулы, распознаются по способности макроорганизма (хозяина) вырабатывать антитела и другие формы иммунного ответа, выявляются в иммунологических реакциях.
6 .Физиологические - способы углеводного (аутотрофы, гетеротрофы), азотного (аминоавтотрофы, аминогетеротрофы) и других видов питания, тип дыхания (аэробы, микроаэрофилы, факультативные анаэробы, строгие анаэробы).
7 .Подвижность и типы движения.
8. Способность к спорообразованию, характер спор.
9 .Чувствительность к бактериофагам, фаготипирование.
10 .Химический состав клеточных стенок - основные сахара и аминокислоты, липидный и жирнокислотный состав.
11 .Белковый спектр (полипептидный профиль).
12 .Чувствительность к антибиотикам и другим лекарственным препаратам.
13 .Генотипические (использование методов геносистематики).
По форме выделяют следующие основные группы микроорганизмов .
1.Шаровидные или кокки (с греч.- зерно).
2.Палочковидные.
3.Извитые.
Кокковидные бактерии (кокки) по характеру взаиморасположения после деления подразделяются на ряд вариантов.
1.Микрококки . Клетки расположены в одиночку. Входят в состав нормальной микрофлоры, находятся во внешней среде. Заболеваний у людей не вызывают.
2.Диплококки . Деление этих микроорганизмов происходит в одной плоскости, образуются пары клеток. Среди диплококков много патогенных микроорганизмов - гонококк, менингококк, пневмококк.
3.Стрептококки . Деление осуществляется в одной плоскости, размножающиеся клетки сохраняют связь (не расходятся), образуя цепочки. Много патогенных микроорганизмов - возбудители ангин, скарлатины, гнойных воспалительных процессов.
4.Тетракокки . Деление в двух взаимоперпендикулярных плоскостях с образованием тетрад (т.е. по четыре клетки). Медицинского значения не имеют.
5.Сарцины . Деление в трех взаимоперпендикулярных плоскостях, образуя тюки (пакеты) из 8, 16 и большего количества клеток. Часто обнаруживают в воздухе.
6.Стафилококки
(от лат.- гроздь винограда). Делятся беспорядочно в различных плоскостях, образуя скопления, напоминающие грозди винограда. Вызывают многочисленные болезни, прежде всего гнойно-воспалительные.
Палочковидные формы микроорганизмов
.
1.Бактерии - палочки, не образующие спор.
2.Бациллы - аэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры обычно не превышает размера (“ширины”) клетки (эндоспоры).
3.Клостридии - анаэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры больше поперечника (диаметра) вегетативной клетки, в связи с чем клетка напоминает веретено или теннисную ракетку.
Необходимо иметь в виду, что термин “бактерия” часто используют для обозначения всех микробов-прокариот. В более узком (морфологическом) значении бактерии - палочковидные формы прокариот, не имеющих спор.
Извитые формы микроорганизмов.
1.Спириллы - имеют 2- 3 завитка.
2.Спирохеты - имеют различное число завитков, аксостиль - совокупность фибрилл, специфический для различных представителей характер движения и особенности строения (особенно концевых участков). Из большого числа спирохет наибольшее медицинское значение имеют представители трех родов- Borrelia, Treponema, Leptospira.
Характеристика морфологии риккетсий, хламидий, микоплазм, более подробная характеристика вибрионов и спирохет будет дана в соответствующих разделах частной микробиологии.
Современная систематика относит представителей семейства Mycoplasmatacea к классу Mollicutes (молликут - "мягкокожих"), объединяющему микоплазмы, уреаплазмы, ахолеплазмы (первые три рода молликут встречаются у человека, среди них встречаются патогенные и сапрофитические виды), спироплазмы и анаэроплазмы.
Морфология
Наиболее типичны мелкие кокковидные формы, выражен полиморфизм.
СПИРОХЕТЫ
Спирохеты (от лат. speira -изгиб, chaite - волосы)-тонкие, извитые, подвижные одноклеточные организмы, имеющие размеры от 5 до 500 мкм в длину и 0,3-0,75 мкм в ширину. С простейшими их роднит способ движения путем сокращения внутренней осевой нити, состоящей из пучка фибрилл. Характер движения спирохет различен: поступательное, вращательное, сгибательное, волнообразное. В остальном строение клетки типичное для бактерий. Некоторые спирохеты слабо окрашиваются анилиновыми красителями. Спирохеты разделяют на роды по количеству и форме завитков нити и ее окончанию. Кроме сапрофитных форм, распространенных в природе и организме человека, среди спирохет имеются болезнетворные -возбудители сифилиса и других заболеваний.
риккетсии
Среди вирусов выделяют группу фагов (от лат. phagos - пожирающий) вызывающих лизис (разрушение) клеток микроорганизмов. Сохраняя присущие вирусам свойства и состав, фаги отличаются структурой вириона. Они не
вызывают заболеваний человека и животных.
Контрольные вопросы для закрепления:
1. Систематика микроорганизмов.
2.Принципы современной классификации.
3.Классификация Берджи: ц. Бактерии (порядки: Истинные бактерии, Спирохеты, Риккетсии), ц. Грибы, ц. Вирусы.
4.Номенклатура.
5.Морфология бактерий.
Вирусы - мельчайшие микробы, не имеющие клеточного строения, белоксинтезирующей системы, содержащие только ДНК или РНК. Относятся к царству Vira. Являясь облигатными внутриклеточными паразитами, вирусы размножаются в цитоплазме или ядре клетки. Они - автономные генетические структуры. Отличаются особым - разобщенным (дисъюнктивным) способом размножения (репродукции): в клетке отдельно синтезируются нуклеиновые кислоты вирусов и их белки, затем происходит их сборка в вирусные частицы. Сформированная вирусная частица называется вирионом.
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 липопротеиновой 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 - скопление вирионов или отдельных их компонентов в цитоплазме или ядре клеток, выявляемые под микроскопом при специальном окрашивании. Вирус натуральной оспы образует цитоплазматические включения - тельца Гварниери; вирусы герпеса и аденовирусы - внутриядерные включения.
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. 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, суперспирализованной РНК, не содержащие белка, вызывающие заболевания у растений.
Антигены: определение, основные свойства.
Под антигенностью понимают потенциальную способность молекулы антигена активировать компоненты иммунной системы и специфически взаимодействовать с факторами иммунитета. Иными словами, антиген должен выступать специфическим раздражителем по отношению к иммунокомпетентным клеткам. При этом взаимодействие компоненты иммунной системы происходит не со всей молекулой одновременно, а только с ее небольшим участком, который получил название «антигенная детерминанта», или «эпитоп». Иммуногенность - потенциальная способность антигена вызывать по отношению к себе в макроорганизме специфическую защитную реакцию. Степень иммуногенности зависит от ряда факторов, которые можно объединить в три группы: 1. Молекулярные особенности антигена; 2. Клиренс антигена в организме; 3. Реактивность макроорганизма. К первой группе факторов отнесены природа, химический состав, молекулярный вес, структура и некоторые другие характеристики. Большое значение имеет размер и молекулярная масса антигена.
Вторая группа факторов связана с динамикой поступления антигена в организм и его выведения. На иммунный ответ влияет количество поступающего антигена: чем его больше, тем более выражен иммунный ответ. Третья группа объединяет факторы , определяющие зависимость иммуногенности от состояния макроорганизма. В этой связи на первый план выступают наследственные факторы.
Специфичностью называют способность антигена индуцировать иммунный ответ к строго определенному эпитопу. Это свойство обусловлено особенностями формирования иммунного ответа - необходима комплементарность рецепторного аппарата иммунокомпетентных клеток к конкретной антигенной детерминанте. Поэтому специфичность антигена во многом определяется свойствами составляющих его эпитопов.
Антигены бактериальной клетки. В структуре бактериальной клетки различают жгутиковые, соматические, капсульные и некоторые другие антигены. Жгутиковые, или Н-антигены, локализуются в локомоторном аппарате бактерий - их жгутиках. Они представляют собой эпитопы сократительного белка флагеллина. При нагревании флагеллин денатурирует, и Н-антиген теряет свою специфичность. Фенол не действует на этот антиген. Соматический, или О-антиген, связан с клеточной стенкой бактерий. Его основу составляют ЛПС. О-антиген проявляет термостабильные свойства - он не разрушается
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.
Принято считать одноклеточных организмов, размер которых не превышает 0,1 мм. Представители этой многочисленной группы могут иметь различную клеточную организацию, морфологические признаки и возможности метаболизма, то есть главным признаком, объединяющим их, является размер. Сам термин «микроорганизм» не наделен таксономическим смыслом. Микробы принадлежат к самым разным таксономическим единицам, причем другие представители этих единиц могут быть многоклеточными и достигать больших размеров.
Общие подходы к классификации микроорганизмов
В результате постепенного накопления фактического материала о микробах возникла необходимость введения правил для их описания и систематизации.
Для классификации микроорганизмов характерно наличие следующих таксонов: домен, филум, класс, порядок, семейство, род, вид. В микробиологии ученые используют биномиальную систему характеристики объекта, то есть номенклатура включает названия рода и вида.
Для большинства микроорганизмов характерно крайне примитивное и универсальное строение, следовательно, их разбиение на таксоны невозможно осуществить только по морфологическим признакам. В качестве критериев привлекаются и функциональные особенности, и молекулярно-биологические данные, и схемы протекания биохимических процессов и т. д.
Особенности идентификации
Чтобы идентифицировать неизвестный микроорганизм проводят исследования по изучению следующих свойств:
- Цитология клеток (прежде всего принадлежность к про- или эукариотическим организмам).
- Морфология клеток и колоний (в конкретных условиях).
- Культуральные характеристики (особенности роста на разных средах).
- Комплекс физиологических свойств, на котором основана классификация микроорганизмов по типу дыхания (аэробные, анаэробные)
- Биохимические признаки (наличие или отсутствие определенных метаболических путей).
- Набор молекулярно-биологических свойств, включающий учет последовательности нуклеотидов, возможности гибридизации нуклеиновых кислот с материалом типовых штаммов.
- Хемотаксономические показатели, подразумевающие учет химического состава различных соединений и структур.
- Серологические характеристики (реакции «антиген - антитело»; особенно для патогенных микроорганизмов).
- Наличие и характер чувствительности к специфическим фагам.
Систематика и классификация микроорганизмов, относящихся к прокариотам, осуществляется с помощью «Руководства Берджи по систематике бактерий». А идентификация осуществляется с использованием определителя Берджи.
Различные способы классификации микробов
Чтобы определить таксономическую принадлежность того или иного организма, применяют несколько методов классификации микроорганизмов.
При формальной нумерической классификации все признаки считаются одинаково значимыми. То есть учитывается наличие или отсутствие того или иного признака.
Морфофизиологическая классификация подразумевает изучение совокупности морфологических свойств и особенностей протекания метаболических процессов. В данном случае наделяется смыслом и значимость того или иного свойства у объекта. Помещение микроорганизма в ту или иную и присвоение имени зависят прежде всего от типа клеточной организации, морфологии клеток и колоний, а также характера роста.
Учет функциональных характеристик предусматривает возможность использования микроорганизмами различных питательных веществ. Также важна зависимость от определенных физико-химических факторов среды, а в частности пути получения энергии. Есть такие микробы, для идентификации которых необходимо проведение хемотаксономических исследований. Патогенные микроорганизмы нуждаются в серодиагностике. Для интерпретации результатов вышеуказанных тестов применяется определитель.
При молекулярно-генетической классификации анализируют строение молекул важнейших биополимеров.
Порядок идентификации микрорганизмов
В наше время идентификация конкретного микроскопического организма начинается с выделения его чистой культуры и проведения анализа нуклеотидной последовательности 16S рРНК. Таким образом, осуществляется определение места микроба на филогенетическом древе, а последующая конкретизация по роду и виду проводится с помощью традиционных микробиологических методов. Значение совпадений, равное 90 % позволяет определить родовую принадлежность, а 97 % - видовую.
Еще более четкая дифференцировка микроорганизмов по роду и виду возможна при использовании полифилетической (полифазной) таксономии, когда определение последовательностей нуклеотидов сочетается с использованием информации различных уровней, вплоть до экологического. То есть предварительно осуществляется поиск групп схожих штаммов с последующим определением филогенетических позиций этих групп, фиксацией различий между группами и их ближайшими соседями, сбором данных, позволяющих дифференцировать группы.
Основные группы эукариотических микроорганизмов: водоросли
Этот домен включает в себя три группы, где есть микроскопические организмы. Речь идет о водорослях, простейших и грибах.
Водоросли являются одноклеточными, колониальными или многоклеточными фототрофами, осуществляющими оксигенный фотосинтез. Разработка молекулярно-генетической классификации микроорганизмов, относящихся к этой группе, еще не закончена. Поэтому на данный момент на практике применяется классификация водорослей на основе учета состава пигментов и запасных веществ, строения клеточной стенки, наличия подвижности и способа размножения.
Типичными представителями этой группы являются одноклеточные организмы, принадлежащие к динофлагеллятным, диатомовым, эвгленовым и зеленым водорослям. Для всех водорослей характерно образование хлорофилла и различных форм каротиноидов, а вот способность к синтезу других форм хлорофиллов и фикобилинов у представителей группы проявляется по-разному.
Сочетание тех или иных пигментов обусловливает окрашивание клеток в различные цвета. Они могут быть зелеными, бурыми, красными, золотистыми. Пигментация клеток является видовой характеристикой.
Диатомовые водоросли являются одноклеточными планктонными формами, у которых имеет вид кремниевого двустворчатого панциря. Часть представителей способна к передвижению по типу скольжения. Размножение как бесполое, так и половое.
Местами обитания одноклеточных являются пресноводные водоемы. Передвигаются при помощи жгутиков. Клеточной стенки нет. Способны к росту в условиях темноты за счет процесса окисления органических веществ.
У динофлагеллят особое строение клеточной стенки, она состоит из целлюлозы. У этих планктонных одноклеточных водорослей имеются два боковых жгутика.
Для микроскопических представителей местами обитания являются пресные и морские водоемы, почва и поверхность разных наземных объектов. Есть неподвижные виды, а некоторые способны к передвижению с использованием жгутиков. Так же как у динофлагеллят, у зеленых микроводорослей есть целлюлозная клеточная стенка. Характерно запасание крахмала в клетках. Размножение осуществляется как бесполым, так и половым способом.
Эукариотические организмы: простейшие
Основные принципы классификации микроорганизмов, принадлежащих к простейшим, основаны на морфологических характеристиках, которые сильно различаются у представителей данной группы.
Они могут вести неподвижный образ жизни или передвигаться с помощью различных приспособлений: жгутиков, ресничек и ложноножек. Внутри таксономической группы простейших есть еще несколько групп.
Представители простейших
Амебы осуществляют питание путем эндоцитоза, передвигаются при помощи ложноножек, суть размножения заключается в примитивном надвое. Большая часть амеб - свободноживущие водные формы, однако есть и такие, которые вызывают болезни человека и животных.
В клетках инфузорий имеются два разных ядра, бесполое размножение заключается в поперечном делении. Есть представители, для которых характерно половое размножение. В движении принимает участие скоординированная система ресничек. Эндоцитоз осуществляется путем захвата пищи специальной ротовой полостью, а остатки выводятся через отверстие на заднем конце. В природе инфузории обитают в загрязненных органическими веществами водоемах, а также рубце жвачных животных.
Для жгутиконосцев характерно наличие жгутиков. Поглощение растворенных питательных веществ осуществляется всей поверхностью ЦПМ. Деление происходит только в продольном направлении. Среди жгутиконосцев есть как свободноживущие, так и симбиотические виды. Основные симбионты человека и животных - трипаносомы (вызывают сонную болезнь), лейшмании (вызывают труднозаживающие язвы), лямблии (приводят к кишечным расстройствам).
У споровиков из всех простейших самый сложный жизненный цикл. Самый известный представитель споровиков - малярийный плазмодий.
Эукариотические микроорганизмы: грибы
Классификация микроорганизмов по относит представителей этой группы к гетеротрофам. Для большинства характерно образование мицелия. Дыхание, как правило, аэробное. Но встречаются и факультативные анаэробы, которые могут переключиться на спиртовое брожение. Способы размножения - вегетативное, бесполое и половое. Именно этот признак служит критерием для дальнейшей
Если говорить о значении представителей этой группы, то наибольший интерес здесь представляет сборная нетаксономическая группа дрожжей. Туда входят грибы, у которых отсутствует мицелиальная стадия роста. Среди дрожжей много факультативных анаэробов. Однако встречаются и патогенные виды.
Основные группы микроорганизмов-прокариотов: археи
Морфология и классификация микроорганизмов-прокариотов объединяет их в два домена: бактерии и археи, представители которых имеют много существенных отличий. У архей нет типичных для бактерий пептидогликановых (муреиновых) клеточных стенок. Для них характерно наличие другого гетерополисахарида - псевдомуреина, в котором нет N-ацетилмурамовой кислоты.
Археи делятся на три филума.
Особенности строения бактерий
Принципы классификации микроорганизмов, объединяющие микробов в данный домен, основаны на особенностях строения клеточной оболочки, а в частности содержании в ней пептидогликана. На данный момент в домене насчитывается 23 филума.
Бактерии - это важное звено круговорота веществ в природе. Суть их значения в этом глобальном процессе состоит в разложении растительных и животных остатков, очищении загрязненных органикой водоемов, модифицировании неорганических соединений. Без них существование жизни на Земле стало бы невозможным. Эти микроорганизмы живут везде, их метом обитания могут быть почва, вода, воздух, организм человека, животных и растений.
По форме клеток, наличию приспособлений для движения, сочленению клеток между собой этого домена осуществляется внутри последующая классификация микроорганизмов. Микробиология рассматривает следующие типы бактерий исходя из формы клеток: округлые, палочковидные, нитчатые, извитые, спиралевидные. По типу движения бактерии могут быть неподвижными, жгутиковыми или передвигаться за счет выделения слизи. Исходя из способа сочленения клеток друг с другом, бактерии могут быть изолированными, сцепленными в виде пар, гранул, также встречаются ветвящиеся формы.
Патогенные микроорганизмы: классификация
Патогенных микроорганизмов много среди палочковидных бактерий (возбудители дифтерии, туберкулеза, брюшного тифа, сибирской язвы); простейших (малярийный плазмодий, токсоплазма, лейшмания, лямблия, трихомонада, некоторые патогенные амебы), актиномицетов, микобактерий (возбудители туберкулеза, проказы), плесневых и дрожжеподобных грибов (возбудители микозов, кандидоза). Грибы способны вызвать всевозможные поражения кожи, например разные виды лишая (за исключением опоясывающего, в появлении которого участвует вирус). Некоторые дрожжи являясь постоянными обитателями кожи, в условиях нормальной работы иммунной системы не оказывают пагубного влияния. Однако если активность иммунитета снижается, то они вызывают появление себорейного дерматита.
Группы патогенности
Эпидемиологическая опасность микроорганизмов является критерием для объединения всех болезнетворных микробов в четыре группы, соответствующие четырем категориям риска. Таким образом, группы патогенности микроорганизмов, классификация которых приведена ниже, представляют наибольший интерес для микробиологов, так как напрямую влияют на жизнь и здоровье населения.
Наиболее безопасная, 4-я группа патогенности, включает микробов, не представляющих угрозы здоровью отдельного человека (или риск этой угрозы ничтожно мал). То есть опасность заражения очень мала.
3-я группа характеризуются умеренным риском заражения для отдельного индивида, низким риском для общества в целом. Такие патогены теоретически могут вызвать заболевание, и даже если это произойдет, то имеются проверенные эффективные методы лечения, а также комплекс профилактических мер, способных предотвратить распространение инфекции.
Во 2-ю группу патогенности входят микроорганизмы, представляющие высокие показатели риска для индивидуума, но низкие для общества в целом. В этом случае патоген может вызывать тяжелое заболевание у человека, однако распространения его от одного инфицированного к другому не происходит. Эффективные методы лечения и профилактики имеются.
1-я группа патогенности характеризуется высоким риском как для индивидуума, так и для общества в целом. Патоген, вызывающий тяжелое заболевание у человека или животного, может легко передаваться различными способами. Эффективные методы лечения и профилактические меры обычно отсутствуют.
Патогенные микроорганизмы, классификация которых определяет их принадлежность к той или иной группе патогенности, приносят большой урон здоровью общества, только если относятся к 1-й или 2-й группе.
