Микробиология изучает строение, жизнедеятельность, условия жизни и развития мельчайших организмов, называемых микробами, или микроорганизмами.
Микробы были открыты голландцем А. Левенгуком (1632-1723) в конце XVII в., когда он изготовил первые линзы, дававшие увеличение в 200 и более раз. Увиденный микромир поразил его, Левенгук описал и зарисовал микроорганизмы, обнаруженные им на различных объектах. Он положил начало описательному характеру новой науки. Открытия Луи Пастера (1822-1895) доказали, что микроорганизмы отличаются не только формой и строением, но и особенностями жизнедеятельности. Пастер установил, что дрожжи вызывают спиртовое брожение, а некоторые микробы способны вызывать заразные болезни людей и животных. Пастер вошел в историю как изобретатель метода вакцинации против бешенства и сибирской язвы. Всемирно известен вклад в микробиологию Р. Коха (1843-1910) — открыл возбудителей туберкулеза и холеры, И. И. Мечникова (1845-1916) — разработал фагоцитарную теорию иммунитета, основоположника вирусологии Д. И. Ивановского (1864-1920), Н. Ф. Гамалея (1859-1940) и многих других ученых.
Классификация и морфология микроорганизмов
Микробы — это мельчайшие, преимущественно одноклеточные живые организмы, видимые только в микроскоп. Размер микроорганизмов измеряется в микрометрах — мкм (1/1000 мм) и нанометрах — нм (1/1000 мкм).
Микробы характеризуются огромным разнообразием видов, отличающихся строением, свойствами, способностью существовать в различных условиях среды. Они могут быть одноклеточными, многоклеточными и неклеточными.
Микробы подразделяют на бактерии, вирусы и фаги, грибы, дрожжи. Отдельно выделяют разновидности бактерий — риккетсии, микоплазмы, особую группу составляют простейшие (протозои).
Бактерии — преимущественно одноклеточные микроорганизмы размером от десятых долей микрометра, например микоплазмы, до нескольких микрометров, а у спирохет — до 500 мкм.
Различают три основные формы бактерий — шаровидные (кокки), палочковидные (бациллы и др.), извитые (вибрионы, спирохеты, спириллы) (рис. 1).
Шаровидные бактерии (кокки) имеют обычно форму шара, но могут быть немного овальной или бобовидной формы. Кокки могут располагаться поодиночке (микрококки); попарно (диплококки); в виде цепочек (стрептококки) или виноградных гроздьев (стафилококки), пакетом (сарцины). Стрептококки могут вызывать ангину и рожистое воспаление, стафилококки — различные воспалительные и гнойные процессы.
![]()
Рис. 1. Формы бактерий: 1 — микрококки; 2 — стрептококки; 3 — сардины; 4 — палочки без спор; 5 — палочки со спорами (бациллы); 6 — вибрионы; 7- спирохеты; 8 — спириллы (с жгутиками); стафилококки
Палочковидные бактерии самые распространенные. Палочки могут быть одиночными, соединяться попарно (диплобактерии) или в цепочки (стрептобактерии). К палочковидным относятся кишечная палочка, возбудители сальмонеллеза, дизентерии, брюшного тифа, туберкулеза и др. Некоторые палочковидные бактерии обладают способностью при неблагоприятных условиях образовывать споры. Спорообразующие палочки называют бациллами. Бациллы, напоминающие по форме веретено, называют клостридиями.
Спорообразование представляет собой сложный процесс. Споры существенно отличаются от обычной бактериальной клетки. Они имеют плотную оболочку и очень малое количество воды, им не требуются питательные вещества, а размножение полностью прекращается. Споры способны длительно выдерживать высушивание, высокие и низкие температуры и могут находиться в жизнеспособном состоянии десятки и сотни лет (споры сибирской язвы, ботулизма, столбняка и др.). Попав в благоприятную среду, споры прорастают, т. е. превращаются в обычную вегетативную размножающуюся форму.
Извитые бактерии могут быть в виде запятой — вибрионы, с несколькими завитками — спириллы, в виде тонкой извитой палочки — спирохеты. К вибрионам относится возбудитель холеры, а возбудитель сифилиса — спирохета.
Бактериальная клетка имеет клеточную стенку (оболочку), часто покрытую слизью. Нередко слизь образует капсулу. Содержимое клетки (цитоплазму) отделяет от оболочки клеточная мембрана. Цитоплазма представляет собой прозрачную белковую массу, находящуюся в коллоидном состоянии. В цитоплазме находятся рибосомы, ядерный аппарат с молекулами ДНК, различные включения запасных питательных веществ (гликогена, жира и др.).
Микоплазмы — бактерии, лишенные клеточной стенки, нуждающиеся для своего развития в ростовых факторах, содержащихся в дрожжах.
Некоторые бактерии могут двигаться. Движение осуществляется с помощью жгутиков — тонких нитей разной длины, совершающих вращательные движения. Жгутики могут быть в виде одиночной длинной нити или в виде пучка, могут располагаться по всей поверхности бактерии. Жгутики есть у многих палочковидных бактерий и почти у всех изогнутых бактерий. Шаровидные бактерии, как правило, не имеют жгутиков, они неподвижны.
Размножаются бактерии делением на две части. Скорость деления может быть очень высокой (каждые 15-20 мин), при этом количество бактерий быстро возрастает. Такое быстрое деление наблюдается на пищевых продуктах и других субстратах, богатых питательными веществами.
Вирусы — особая группа микроорганизмов, не имеющих клеточного строения. Размеры вирусов измеряются нанометрами (8-150 нм), поэтому их можно увидеть только с помощью электронного микроскопа. Некоторые вирусы состоят только из белка и одной из нуклеиновых кислот (ДНК или РНК).
Вирусы вызывают такие распространенные болезни человека, как грипп, вирусный гепатит, корь, а также болезни животных — ящур, чуму животных и многие другие.
Вирусы бактерий называют бактериофагами, вирусы грибов — микофагами и т. п. Бактериофаги встречаются повсюду, где есть микроорганизмы. Фаги вызывают гибель микробной клетки и могут использоваться для лечения и профилактики некоторых инфекционных заболеваний.
Риккетсии — микроорганизмы, занимающие промежуточное положение между бактериями и вирусами. Они представляют собой неподвижные палочки длиной не более 1,0 мкм, не образующие спор и капсул. Как и вирусы, они являются внутриклеточными паразитами.
Грибы являются особыми растительными организмами, которые не имеют хлорофилла и не синтезируют органические вещества, а нуждаются в готовых органических веществах. Поэтому грибы развиваются на различных субстратах, содержащих питательные вещества. Некоторые грибы способны вызывать болезни растений (рак и фитофтора картофеля и др.), насекомых, животных и человека.
Клетки грибов отличаются от бактериальных наличием ядер и вакуолей и похожи на растительные клетки. Чаще всего они имеют форму длинных и ветвящихся или переплетающихся нитей — гифов. Из гифов образуется мицелий, или грибница. Мицелий может состоять из клеток с одним или несколькими ядрами или быть неклеточным, представляя собой одну гигантскую многоядерную клетку. На мицелии развиваются плодовые тела. Тело некоторых грибов может состоять из одиночных клеток, без образования мицелия (дрожжи и др.).
Грибы могут размножаться разными путями, в том числе вегетативным путем в результате деления гиф. Большинство грибов размножаются бесполым и половым путями при помощи образования специальных клеток размножения — спор. Споры, как правило, способны длительно сохраняться во внешней среде. Созревшие споры могут переноситься на значительные расстояния. Попадая в питательную среду, споры быстро развиваются в гифы.
Отдельные виды грибов способны не только приводить к порче продуктов, но и вырабатывать токсические для человека вещества — микотоксины. К ним относятся некоторые виды грибов рода аспергиллус, рода фузариум и др.
Полезные свойства отдельных видов грибов используют в пищевой и фармацевтической промышленности и других производствах. Например, грибы рода пениииллиум применяются для получения антибиотика пенициллина и в производстве сыров (рокфора и камамбера), грибы рода аспергиллус — в производстве лимонной кислоты и многих ферментных препаратов.
Актиномицеты — микроорганизмы, имеющие признаки и бактерий, и грибов. По строению и биохимическим свойствам актиномицеты аналогичны бактериям, а по характеру размножения, способности образовывать гифы и мицелий похожи на грибы.
![]()
Рис. 2. Виды плесневых грибов: 1 — пениииллиум; 2- аспергиллус; 3 — мукор.
Дрожжи — одноклеточные неподвижные микроорганизмы размером не более 10-15 мкм. Форма клетки дрожжей бывает чаще круглой или овальной, реже палочковидной, серповидной или похожей на лимон. Клетки дрожжей своим строением похожи на грибы, они также имеют ядро и вакуоли. Размножение дрожжей происходит почкованием, делением или спорами.
Дрожжи широко распространены в природе, их можно обнаружить в почве и на растениях, на пищевых продуктах и различных отходах производства, содержащих сахара. Развитие дрожжей в пищевых продуктах может приводить к их порче, вызывая брожение или закисание. Некоторые виды дрожжей обладают способностью превращать сахар в этиловый спирт и углекислый газ. Этот процесс называется спиртовым брожением и широко используется в пищевой промышленности и виноделии.
Некоторые виды дрожжей кандида вызывают заболевание человека — кандидоз.
Основными морфологическими признаками палочковидных бактерий, которые определяются путем микроскопии, являются размеры палочек (средняя длина палочек – 2…7 мкм, диаметр в поперечнике - 0,5…1 мкм), взаимное расположение клеток, способность образовывать споры, подвижность.
Палочковидные бактерии могут располагаться поодиночке, попарно (диплобактерии) и цепочками (стрептобактерии, рис.2)
При микроскопии легко можно определить спорообразующие и не спорообразующие формы палочковидных бактерий. Вегетативные клетки хорошо адсорбируют красители на своей поверхности и полностью окрашиваются. Оболочка споры малопроницаема, краски в них почти не проникают и под микроскопом споры имеют вид округлых или овальных блестящих зерен.
Палочки, образующие споры называются бациллами и клостридиями (рис.2). У бацилл размер споры не превышает ширину клетки и поэтому при образовании споры форма клетки не меняется. У клостридий диаметр споры больше толщины клетки и поэтому при созревании споры клетка приобретает форму веретена (если спора располагается в центре клетки) или барабанной палочки (если спора располагается на одном из полюсов клетки).
Палочковидные бактерии бывают подвижные и неподвижные; клетки подвижных форм палочковидных бактерий снабжены специальными приспособлениями для движения – жгутиками.
![]()
Рис. 2. Морфология палочковидных бактерий: а - диплобактерии;
б - стрептобактерии; в - бациллы; г - клостридии
Шаровидные бактерии (кокки)
Кокками называют сферические или шаровидные бактерии. Различные виды бактерий этой группы различаются между собой:
- диаметром (диаметр шаровидных бактерий не превышает 1-2 мкм);
- взаимным расположением клеток.
У разных видов бактерий закономерность расположения клеток после деления неодинакова. В зависимости от этого кокковые формы (рис.3) делятся на:
монококки или микрококки - клетки кокков располагаются поодиночке;
диплококки - кокки располагаются попарно, так как деление клетки происходит в одной плоскости;
стрептококки - кокки располагаются в виде цепочек, напоминающих нити бус, деление клеток происходит в одной плоскости, причем клетки после деления не отделяются друг от друга;
стафилококки - скопления кокков неправильной формы, напоминающих гроздья винограда. Деление этих кокков осуществляется в нескольких плоскостях;
тетракокки - образуют скопления из четырех клеток, что обусловлено делением клеток в двух взаимно перпендикулярных плоскостях;
сарцины - имеют вид скоплений кубической формы в результате деления в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
Все кокки неподвижны и не образуют спор.
![]()
Рис. 3. Взаимные расположения кокков: а - микрококки; б - диплококки;
в - стрептококки; г - тетракокки; д - стафилококки; е - сарцины
Извитые бактерии
Извитые формы бактерий в зависимости от степени изогнутости подразделяются на вибрионы, спириллы и спирохеты (рис. 4).
Вибрионы - имеют вид запятой, самые мелкие из извитых форм. Длина клетки вибрионов не превышает 1-3 мкм.
Клетки спирилл длиной от 5 до 30 мкм имеют один или несколько завитков.
Характерная особенность спирохет - крайне малый диаметр клетки (0,1-0,6 мкм) при относительно большой (5-500 мкм) длине клетки. Клетки спирохет имеют вид штопора, покрыты эластичной оболочкой, позволяющей им винтообразно изгибать тело.
Все извитые формы подвижны. Движение осуществляется с помощью жгутиков (у вибрионов и спирилл) или за счет сокращения всей клетки (у спирохет).
Кроме этих наиболее распространенных в природе форм бактерий в почве и водоемах обнаружены новые формы бактерий: торроиды, простеки, нитчатые бактерии (рис. 5).
Торроиды имеют вид разомкнутого или замкнутого кольца.
Простеки имеют форму шестиугольной звезды, розетки, клетки с выростами.
Нитчатые бактерии - типичные водные организмы. Нити их имеют толщину в среднем 1 -7 мкм.
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
Рис. 4 Морфология извитых бактерий: а - вибрионы; б - спириллы; в – спирохеты
![]()
![]()
![]()
Рис. 5. Новые формы бактерий: а – торроиды; б – простеки; в – нитчатые бактерии
По форме (рис. 2.1) различают бактерии шарообразные (кокки), палочковидные, извитые, нитевидные и имеющие особую форму клеток.
![]()
Рис. 2.1. Формы бактерий:
а — кокки; б, в — диплококки; г — стрептококки; д — стафилококки; е — тетракокки; ж — сардины; з — палочковидные бактерии; и — стрептобактерии; к — клостридии;
л — вирионы; м — спирохеты
Шарообразные бактерии кокки (от греч. cokkos — зерно) подразделяются на следующие типы.
Микрококки (.монококки) (от лат. mikros — малый): деление клеток простое, как правило, это сапрофиты, патогенные для человека не обнаружены (рис. 2.2).
![]()
Рис. 2.2. Micrococcus luteus (электронная микрофотография)
Диплококки (от лат. diplos — двойной): деление происходит с образованием пар, клетки имеют бобовидную или ланцетовидную форму (рис. 2.3).
![]()
Рис. 2.3. Диплококки (электронная микрофотография) 1
Стрептококки (от лат. streptos — цепочка): деление происходит с образованием цепочек, т.е. размножающиеся клетки сохраняют связь и нередко напоминают бусы. Известны стрептококки, патогенные для человека, которые способны вызывать такие заболевания, как ангина, гнойные воспаления и др. (рис. 2.4).
![]()
Рис. 2.4. Стрептококки (электронная микрофотография)
1 Шлегель Г. Г. Общая микробиология : пер. с нем. М.: Мир, 1987 (Р. С. Вильямс). Здесь и далее в сноске указывается источник фотографии, а в скобках — ее автор.
Стафилококки (от лат. staphyle — гроздь винограда): образующиеся при делении клетки располагаются скоплениями (кистеобразные кластеры), они действительно похожи на гроздья винограда. Стафилококки вызывают более 100 различных заболеваний человека (рис. 2.5).
![]()
Рис. 2.5. Staphylococcus aureus (электронная микрофотография)
Тетракокки (от лат. tetra — четыре): клетки делятся с образованием объемных тетрад. В основном это сапрофиты, патогенных для человека почти нет.
Сарципы (от лат. sarcina — связка, тюк): деление клеток происходит с образованием компактно расположенного сочетания клеток из 8, 16 единиц и более. Очень распространены в воздухе, некоторые являются условно-патогенными (рис. 2.6).
![]()
Рис. 2.6. Клетки сарцин в виде пакетов (Х750) 1
Бактерия — это термин (от греч. hakteria — палочка), который давно применяют для всех прокариот. Этим же термином называют неспорообразующие палочковидные бактерии (цилиндрические). Спорообразующие палочки называются бациллы (от лат. bacillus — палочка).
Палочковидные бактерии бывают длинными: более 3—10 мкм (например, бактерии рода Clostridium), короткими: 1,5—3,0 мкм (многие возбудители кишечных заболеваний, в том числе Escherichia coll) и очень корот-
1 Шлегель Г. Г. Указ. соч. (Д. Клаус).
кими: менее 1,0 мкм — в виде коккобактерий (например, возбудитель бруцеллеза Brucella melitensis). Интересно, что концы палочковидных бактерий бывают закругленные, заостренные, обрезанные и даже вдавленные. Палочки могут иметь яйцевидную форму. Условно по толщине палочки делят на тонкие (0,2—0,4 мкм) и толстые (0,7—1,5 мкм).
По взаимному расположению клеток палочковидных бактерий (рис. 2.7) выделяют:
- • моиобактерии — клетки располагаются одиночно;
- • диплобактерии — клетки располагаются попарно;
- • стрептобактерии — клетки располагаются цепочкой.
![]()
Рис. 2.7. Палочковидные бактерии (электронная микрофотография)
Извитые (спиралевидные) бактерии подразделяются но количеству и характеру завитков и диаметру клеток следующим образом:
- • вибрионы (от лат. vibrio — изгибаюсь) — имеют один изгиб, или форму запятой (например, возбудитель холеры) (рис. 2.8);
- • спириллы (от лат. spira — завиток) — это клетки, имеющие достаточно большой диаметр и два-три завитка;
- • спирохеты (от лат. spira — завиток + греч. chaite — гребень, грива) — клетки с большим числом мелких витков (рис. 2.9).
![]()
Рис. 2.8. Холерный вибрион (электронная микрофотография)
![]()
Рис. 2.9. Спирохета (х2200)
(электронная микрофотография) 1
Нитевидными бывают бактерии, образующие временные нити, и бактерии, всегда существующие в виде нитей. Временные нити образуются некоторыми палочковидными бактериями при нарушении условий роста (рис. 2.10). Постоянные нитевидные формы образуются из палочковидных клеток, соединяющихся в длинные цепочки с помощью слизи или мостиков и даже объединенные общим чехлом. Примером являются серобактерии и железобактерии.
![]()
Рис. 2.10. Нитевидные бактерии
Ветвящиеся формы имеют актиномицеты, микобактерии и стрептоми- цеты.
Актиномицеты (от греч. aktis (aktinos) — луч + myces — гриб) долгое время не считали бактериями, они обладают способностью образовывать ветвящиеся гифы (рис. 2.11) с образованием мицелия в виде красивых колоний. Многие актиномицеты размножаются с помощью спор, образующихся на разнообразных спорангиях, которые могут быть очень интересными — спиралевидные, с завитками и др. К актиномицетам относятся бактерии семейств Mycobactenaceae и Streptomycetaccae.
Микобактерии представлены одним родом — Mycobacterium, для этих бактерий характерно образование ветвящихся форм в молодом возрасте. Многие микобактерии — почвенные всеядные сапрофиты, разлагающие органические соединения: белки, углеводы, жиры, воски и др. Среди мико-
1 Шлегель Г. Г. Указ. соч. (Д. Кун).
бактерий есть патогенные микроорганизмы, например возбудитель туберкулеза — М. tuberculosis (см. рис. 6.7 в гл. 6).
![]()
Рис. 2.11. Актиномицеты 1 :
1 — мицелий; 2 — спороносны
Стрептомицеты (рис. 2.12) очень разнообразцы, к семейству Streptomycetaccae относят более 500 видов. Для них характерны наличие хорошо развитого воздушного мицелия, размножение спорами и кусочками мицелия. Многие стрептомицеты активны против многих микроорганизмов: бактерий, грибов, водорослей, простейших, фагов и обладают противоопухолевым действием за счет синтеза антибиотиков.
Эти бактерии размножаются спорами, которые формируются на споро- носцах, они преимущественно аэробные, но встречаются и факультативно анаэробные, распространены в почве.
1 Шлегель Г. Г. Указ. соч. (II. А. Красильников).
![]()
Рис. 2.12. Стрептомицеты (электронная микрофотография)
Бактерии, имеющие особую форму клеток. К ним относятся бактерии, имеющие форму кольца, клетки с выростами, в виде шестиугольных звезд и др. (рис. 2.13).
![]()
Рис. 2.13. Необычные формы бактерий (электронная микрофотография) 1
1 Шлегель Г. Г. Указ. соч. (А, Б — Д. Стейли, В, Г — X. Хиппе).
Следует особо отметить, что многие бактерии отличаются высоким полиморфизмом (индивидуальной изменчивостью формы, не передающейся но наследству), особенно при культивировании на искусственных питательных средах. Под действием различных факторов (антибиотики, химические вещества) могут возникать необычные по форме и величине клетки, способные реверсировать (возвращаться) в исходное состояние при снятии действия этих факторов.
Читайте также:
Пожалуйста, не занимайтесь самолечением!При симпотмах заболевания - обратитесь к врачу.
Copyright © Иммунитет и инфекции
