Систематика микроорганизмов

Межрегиональный центр компетенций.

ГАПОУ «Тюменский техникум индустрии питания, коммерции и сервиса».

СООБЩЕНИЕ

на тему: " Систематика микроорганизмов. Морфология и ультраструктура микроорганизмов"

                                                                      Выполнила студентка
                                                                                              группы ТЭУ 19-11-1
                                                                                              Мадиева Алиса
                                                                                              Преподаватель: Коробченко М.В

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. Основные вопросы, решаемые при систематике (три аспекта, три кита систематики)- классификация, идентификация и номенклатура.

Классификация - распределение (объединение) организмов в соответствии с их общими свойствами (сходными генотипическими и фентипическими 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.

В современном представлении вид в микробиологии - совокупность микроорганизмов, имеющих общее эволюционное происхождение, близкий генотип (высокую степень генетической гомологии, как правило более 60%) и максимально близкие фенотипические характеристики.

Нумерическая (численная) таксономия основывается на использовании максимального количества сопоставляемых признаков и математическом учете степени соответствия. Больщое число сравниваемых фенотипических признаков и принцип их равной значимости затрудняло классификацию.

При изучении, идентификации и классификации микроорганизмов чаще всего изучают следующие (гено- и фенотипические) характеристики:

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.

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 жинокислотный состав.

11.Белковый спектр (полипептидный профиль).

12.Чувствительность к антибиотикам и другим лекарственным препаратам.

13.Генотипические (использование методов геносистематики).

Морфология, ультраструктура бактерий.

Бактерии – прокариоты, 1 бесхлорофильные размером от 0,2 до 10 мкм. Они имеют очень низкую степень дифференциации и состоят из неструктурированного ядра, цитоплазмы, цитоплазматической мембраны, клеточной стенки. Некоторые бактерии имеют жгутики, ворсинки, капсулы и способны образовывать эндоспоры.

Бактерии относятся к доминиону Bacteria. Они являются одноклеточными прокариотическими (доядерными) организмами. Бактериальная клетка обладает характерными особенностями строения (ультраструктуры) и существенно отличается от эукариотической.

Бактерии имеют микроскопические размеры, большинство — в пределах разрешающей способности светооптической микроскопии (превышают 0,2 мкм), однако существуют и более мелкие формы.

Ядро. Функцию ядра выполняет циркулярно замкнутая и сильно спирализованная молекула ДНК, не отграниченная мембраной – нуклеоидом (геномом или хромосома). Обычно содержится 1 нуклеоид в виде плотного тела неправильных очертаний, обнаруживается при спец обработке мазка или при электронно–микроскопических исследованиях.

Цитоплазма. Это коллоидная смесь полисахаридов, липидов, белков и других соединений. У многих видов бактерий в ней содержатся эквивалентные (идентичные) нуклеоиду небольшие циркулярно замкнутые молекулы ДНК, или плазмиды (эписомальные или интегрированные), детерминирующие образование ферментов, которые расщепляют многие антибиотики, сульфаниламиды и другие антимикробные вещества, но эта информация не абсолютно необходима бактериальной клетке. В цитоплазме находятся также рибосомы (70S=30+50, антибиотики блокируют синтез белка только на этих рибосомах, не затрагивая 80S) и запасные внутриклеточные вещества, например, поли–b(бета)–оксибутирата у возбудителей кишечных инфекций и зерна волютина (полифосфаты) на концах коринебактерий дифтерии. При окраске щелочным метиленовым синим по Леффлеру (3–5 мин) гранулы волютина у дифтерийных коринебактерий приобретают темно–синий, а палочка – голубой цвет. При окраске по Нейссеру они окрашиваются в сине–черный, а бактерия – в желтый цвет.

Цитоплазматическая мембрана. Представляет собой обособленную от клеточной стенки и цитоплазмы полупроницаемую структуру толщиной 5–10 нм, состоящую из двойного слоя фосфолипидов, пронизанных белковыми молекулами. Она служит осмотическим барьером и главным местом метаболической активности бактерий. С нею связаны пермеазы, которые осуществляют транспорт питательных веществ, и ферменты синтеза различных классов макромолекул, в том числе основного компонента клеточной стенки – пептидогликана. При впячивании цитоплазматической мембраны внутрь клетки образуются мезосомы, которые выполняют функцию генераторов энергии и участвуют в репликации ДНК и построении поперечной перегородки при делении бактерий.

Между ЦПМ и клеточной стенкой находится периплазматическое пространство, заполненное ферментами (рибонуклеазы, фосфатазы, пенициллиназы и др.), у гр«–» бактерий ферменты свободно изливаются в окружающую среду.

Клеточная стенка. Это внешняя структура бактерий толщиной 10– 35 нм, отделенная от цитоплазматической мембраны очень узким ободком периплазматического пространства. Она несет в основном формообразующую и защитную функции.

Главным компонентом клеточной стенки бактерий является особый, только им присущий гетерополимер, который называется пептидогликаном (муреин). Это вещество состоит из параллельно чередующихся полисахаридных (гликановых, состоят из дисахаридов, включающих N-ацетилглюкозамин и N-ацетилмурамовая кислоты) цепей, поперечно скрепленных пептидными связями. Пептидогликан придает клеточной стенке бактерий большую прочность и защищает их от действия осмотического давления, которое может достигать внутри клетки 20–25 атм.

При действии лизоцима, пенициллина и некоторых других веществ, разрушающих пептидогликан или нарушающих его синтез, бактерии вначале превращаются в сферопласты, а далее, полностью утратив клеточную стенку, – в бесформенные протопласты, быстро подвергающиеся плазмолизу. Дефектные по клеточной стенке бактерии, которые образуются в организме, обладают жизнеспособностью и патогенностью, называют L–формами в честь института Листера, где они были открыты.

Количественное содержание пептидогликана определяет характер окраски бактерий и других прокариот по Граму. Те из них, которые содержат в клеточной стенке большое его количество (около 90 % пептидогликана, примерно 40 слоёв), окрашиваются по Граму в сине–фиолетовый цвет и их называют грамположительными, все другие, содержащие в оболочке 5–20 % пептидогликана (1-2 слоя), – в розовый цвет и их называют грамотрицательными. Толщина слоя пептидогликана в клеточной стенке грамположительных бактерий в несколько раз больше, чем у грамотрицательных.

Помимо пептидогликана, в клеточной стенке грамположительных бактерий содержатся тейхоевые кислоты, полисахариды и белки. Грамотрицательные бактерии покрыты наружной мембраной, в состав которой входят ЛПС (= липоид А + сердцевинные ПС + О-Аг (ПС, обладающий иммуногенными свойствами)) и базальные белки.

Т/же содержит аутолизины, необх для роста, разделения, образования спор.

Окраска по Граму легла в основу классификации прокариот на 4 подраздела. При этом тонкостенные бактерии раздела Gracilicutes, лишенные клеточной стенки протопласты и дефектные по клеточной стенке сферопласты, окрашиваются грамотрицательно, а толстостенные виды раздела Firmicutes – грамположительно.

Капсула. Это ослизненный слой клеточной стенки, состоящий из полисахаридов (стрептококк пневмонии) или полипептидов, включающих Д-глутаминовую кислоту (бацилла сибирской язвы). Способность к образованию микрокапсулы имеется у большинства бактерий, но четко выраженную макрокапсулу формируют только пневмококк, клебсиеллы пневмонии, озены, риносклеромы и возбудитель сибирской язвы. В организме человека и животных капсула защищает патогенные бактерии от фагоцитоза и сывороточных микробоцидных веществ. На искусственных питательных средах капсула обычно утрачивается, исключение составляет группа клебсиелл.

Жгутики. Это органы движения бактерий. Они представляют собой вращающиеся полужесткие спирально изогнутые нити из белка флагеллина, который обладает способностью сокращаться. Длина жгутиков, как правило, больше самих бактерий и колеблется от 5 до 10 мкм в длину. Увидеть их в оптическом микроскопе невозможно, потому что поперечник жгутиков составляет не более 10–30 нм. Отходят жгутики от базальных телец, вмонтированных в цитоплазматическую мембрану и клеточную стенку бактерий.

По типу расположения и числу жгутиков бактерии делят на четыре группы: 1) монотрихи – имеют один жгутик на полюсе клетки; 2) лофотрихи – с пучком жгутиков на одном из концов палочки; 3) амфитрихи – с двумя пучками жгутиков на полюсах; 4) перитрихи – с множеством жгутиков вокруг бактерии. Жгутикование характерно, например, для кишечных бактерий, столбняка и ботулизма (перитрихи), холерного вибриона (монотрих), возбудителей содоку – болезни крысиного укуса (амфитрихи), щелочеобразователя (лофотрихи).

Под иммерсионным микроскопом жгутики можно увидеть лишь после специальных методов их протравливания и импрегнации солями серебра или ртути; пучки их на полюсах у живых бактерий – мультитрихов сравнительно легко обнаруживаются в фазово–контрастном микроскопе.

Ворсинки (реснички, пили). Это субмикроскопические нитевидные образования белковой природы длиной 0,3–1 мкм и шириной 10 нм, покрывающие тело некоторых энтеробактерий. Они полифункциональны: обусловливают трансмиссивную передачу генов (конъюгацию), являются рецепторами для бактериальных РНК–вирусов (фагов), органом прикрепления бактерий к питательному субстрату.

Эндоспора. Особая форма существования или стадия развития отдельных видов бактерий в неблагоприятных условиях. У патогенных бактерий спорообразование происходит вне организма, например в конце развития культуры на искусственных питательных средах, когда в них накапливаются вредные продукты метаболизма, или же в окружающей среде, куда они попадают с выделениями человека и животных.

Формирование эндоспоры начинается с деления нуклеоида, уплотнения и обособления определенного участка цитоплазмы вегетативной клетки, а заканчивается образованием внутри бактерии круглого или овального тельца, покрытого плотной многослойной оболочкой, пропитанной большим количеством липидов, кальция, дипиколиновой кислоты. После полного созревания споры материнская бактерия лизируется, но если сохраняется, то внутри нее спора четко контурируется, напоминая блестящее зерно. Среди патогенных бактерий споры формируют только крупные палочки. По отношению к их длине у разных видов бактерий споры располагаются в центре, субтерминально или терминально. Если размер споры меньше поперечника палочки, то она имеет цилиндрическую форму и называется бациллой,а если больше, то бактерии вздуваются и становятся веретенообразными– клостридиями.Патогенной бациллой является возбудитель сибирской язвы.

Спора у нее круглая, находится в центре палочки. Клостридии анаэробной инфекции имеют типичную форму веретена, клостридии ботулизма с эллипсоидной спорой напоминают теннисные ракетки, а клостридии столбняка с круглой спорой – барабанную палочку.

Эндоспоры бактерий выдерживают длительное кипячение, действие горячего воздуха (140–150°С) и химических дезинфицирующих веществ, многие годы сохраняются в почве, на растительности и предметах. Попадая в организм человека и животных, споры патогенных бактерий прорастают в материнские клетки за несколько часов.

Водным фуксином, водно–спиртовым метиленовым синим и по Граму эндоспоры не окрашиваются, так как их плотная многослойная оболочка непроницаема для обычных красителей. В мазках из патологических материалов, культур бацилл и клостридии, окрашенных простыми красителями, споры выглядят в виде бесцветных телец внутри окрашенных в соответствующий цвет вегетативных клеток или вне их. Окрашивать их можно по методу Циля–Нельсена, используя для обесцвечивания мазков после обработки их фуксином Пиля не 5 %, а 1 % серную кислоту. При этом эндоспоры, так же как микобактерии туберкулеза, красятся в розовый цвет и будут хорошо видны на синем фоне бактерий. Чаще для окрашивания спор используют специальные методы по Пешкову или Шефферу–Фультону.