Спирохеты это эукариоты или прокариоты

К прокариотам относятся архебактерии, бактерии и синезеленые водоросли. Прокариоты — одноклеточные организмы, у которых отсутствуют структурно оформленное ядро, мембранные органоиды и митоз.

Строение бактериальной клетки

Размеры — от 1 до 15 мкм. Основные формы: 1) кокки (шаровидные), 2) бациллы (палочковидные), 3) вибрионы (изогнутые в виде запятой), 4) спириллы и спирохеты (спирально закрученные).

Формы бактерий:
1 — кокки; 2 — бациллы; 3 — вибрионы; 4—7 — спириллы и спирохеты.

Строение бактериальной клетки:
1 — цитоплазматическая мемб­рана; 2 — клеточ­ная стенка; 3 — слизис­тая кап­сула; 4 — цито­плазма; 5 — хромо­сомная ДНК; 6 — рибосомы; 7 — мезо­сома; 8 — фото­синтети­ческие мемб­раны; 9 — вклю­чения; 10 — жгу­тики; 11 — пили.

Бактериальная клетка ограничена оболочкой. Внутренний слой оболочки представлен цитоплазматической мембраной (1), над которой находится клеточная стенка (2); над клеточной стенкой у многих бактерий — слизистая капсула (3). Строение и функции цитоплазматической мембраны эукариотической и прокариотической клеток не отличаются. Мембрана может образовывать складки, называемые мезосомами (7). Они могут иметь разную форму (мешковидные, трубчатые, пластинчатые и др.).

На поверхности мезосом располагаются ферменты. Клеточная стенка толстая, плотная, жесткая, состоит из муреина (главный компонент) и других органических веществ. Муреин представляет собой правильную сеть из параллельных полисахаридных цепей, сшитых друг с другом короткими белковыми цепочками. В зависимости от особенностей строения клеточной стенки бактерии подразделяются на грамположительные (окрашиваются по Граму) и грамотрицательные (не окрашиваются). У грамотрицательных бактерий стенка тоньше, устроена сложнее и над муреиновым слоем снаружи имеется слой липидов. Внутреннее пространство заполнено цитоплазмой (4).

В бактериальной клетке отсутствуют все мембранные органоиды, характерные для эукариотической клетки (митохондрии, пластиды, ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы).

В цитоплазме бактерий находятся рибосомы 70S-типа (6) и включения (9). Как правило, рибосомы собраны в полисомы. Каждая рибосома состоит из малой (30S) и большой субъединиц (50S). Функция рибосом: сборка полипептидной цепочки. Включения могут быть представлены глыбками крахмала, гликогена, волютина, липидными каплями.

У многих бактерий имеются жгутики (10) и пили (фимбрии) (11). Жгутики не ограничены мембраной, имеют волнистую форму и состоят из сферических субъединиц белка флагеллина. Эти субъединицы расположены по спирали и образуют полый цилиндр диаметром 10–20 нм. Жгутик прокариот по своей структуре напоминает одну из микротрубочек эукариотического жгутика. Количество и расположение жгутиков может быть различным. Пили — прямые нитевидные структуры на поверхности бактерий. Они тоньше и короче жгутиков. Представляют собой короткие полые цилиндры из белка пилина. Пили служат для прикрепления бактерий к субстрату и друг к другу. Во время конъюгации образуются особые F-пили, по которым осуществляется передача генетического материала от одной бактериальной клетки к другой.

Редко у бактерий наблюдается половой процесс, при котором происходит рекомбинация генетического материала. Следует подчеркнуть, что у бактерий никогда не образуются гаметы, не происходит слияние содержимого клеток, а имеет место передача ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту. Различают три способа передачи ДНК: конъюгация, трансформация, трансдукция.

Конъюгация — однонаправленный перенос F-плазмиды от клетки-донора в клетку-реципиента, контактирующих друг с другом. При этом бактерии соединяются друг с другом особыми F-пилями (F-фимбриями), по каналам которых фрагменты ДНК и переносятся. Конъюгацию можно разбить на следующие этапы: 1) раскручивание F-плазмиды, 2) проникновение одной из цепей F-плазмиды в клетку-реципиента через F-пилю, 3) синтез комплементарной цепи на матрице одноцепочечной ДНК (происходит как в клетке-доноре (F + ), так и в клетке-реципиенте (F - )).

Трансдукция — перенос фрагмента ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту с помощью бактериофагов.

Вирусы

Вирусы состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белков, образующих оболочку вокруг этой нуклеиновой кислоты, т.е. представляют собой нуклеопротеидный комплекс. В состав некоторых вирусов входят липиды и углеводы. Вирусы содержат всегда один тип нуклеиновой кислоты — либо ДНК, либо РНК. Причем каждая из нуклеиновых кислот может быть как одноцепочечной, так и двухцепочечной, как линейной, так и кольцевой.

Размеры вирусов — 10–300 нм. Форма вирусов: шаровидная, палочковидная, нитевидная, цилиндрическая и др.

Капсид — оболочка вируса, образована белковыми субъединицами, уложенными определенным образом. Капсид защищает нуклеиновую кислоту вируса от различных воздействий, обеспечивает осаждение вируса на поверхности клетки-хозяина. Суперкапсид характерен для сложноорганизованных вирусов (ВИЧ, вирусы гриппа, герпеса). Возникает во время выхода вируса из клетки-хозяина и представляет собой модифицированный участок ядерной или наружной цитоплазматической мембраны клетки-хозяина.

Если вирус находится внутри клетки-хозяина, то он существует в форме нуклеиновой кислоты. Если вирус находится вне клетки-хозяина, то он представляет собой нуклеопротеидный комплекс, и эта свободная форма существования называется вирионом. Вирусы обладают высокой специфичностью, т.е. они могут использовать для своей жизнедеятельности строго определенный круг хозяев.

Только паразитируя в клетке-хозяине, вирус может репродуцироваться, воспроизводить себе подобных.

В цикле репродукции вируса можно выделить следующие стадии.

Вирус иммунодефицита человека поражает главным образом CD₄-лимфоциты (хелперы), на поверхности которых есть рецепторы, способные связываться с поверхностным белком ВИЧ. Кроме того, ВИЧ проникает в клетки ЦНС, нейроглии, кишечника. Иммунная система организма человека утрачивает свои защитные свойства и оказывается не в состоянии противостоять возбудителям различных инфекций. Средняя продолжительность жизни инфицированного человека составляет 7–10 лет.

Источником заражения служит только человек — носитель вируса иммунодефицита. СПИД передается половым путем, через кровь и ткани, содержащие вирус иммунодефицита, от матери к плоду.

Смотреть оглавление (лекции №1-25)

Существуют представители прокариот, занимающие промежуточное морфо-физиологическое положение как между бактериями и вирусами (хламидии, микоплазмы, риккетсии), так между бактериями и простейшими (спирохеты) или бактериями и грибами (актиномицеты). Изучение их морфологических особенностей представляет особый интерес для современной медицинской микробиологии, так как они являются возбудителями заболеваний, требующих особых метов диагностики и лечения

Хламидии по своим свойствам занимают промежуточное положение между истинными бактериями и вирусами.

Общие признаки хламидий с бактериями:

структурная организация – клеточная

содержание ДНК и РНК в характерном для бактерий сочетании: доля Г-Ц у С. trachomatis – 45%, C. psittaci – 40%.

имеют рибосомы прокариотического типа - 70S, подразделенного на 30 S и 50 S.

размножаются путем бинарного деления.

чувствительны к антибактериальным препаратам тетрациклинового ряда, макролидам и др..

Общие признаки хламидий с вирусами:

абсолютные внутриклеточные паразиты, размножаются в цитоплазме клеток хозяина.

оказывают цитопатическое действие на клетки хозяина.

культивировируются в желточном мешке куриных эмбрионов и тканевых культур.

Морфологические и тинкториальные свойс­тва. Хламидии — это мелкие грамотрицательные бактерии шаровидной (кокковидной) или овоидной формы. Не образуют спор, не имеют жгутиков и капсулы.

В 1998 году R.S. Stephens с командой ученых сообщили о секвенировании генома Chlamydia trachomatis. Геном хламидий имеет небольшой размер и составляет не более 15% генома кишечной палочки. Он состоит из хромосомы, содержащей 1042519 пар оснований (58,7%) и плазмиды, имеющей в своем составе 7493 пар оснований.

Длительное время считалось, что хламидии имеют характерный дефект ряда ферментных систем и не способны самостоятельно окислять глутамин и пируват, а также осуществлять фосфорилирование и эффективное окисление глюкозы. Хламидии являясь облигатными внутриклеточными энергетическими паразитами, используют метаболическую энергию эукариотической клетки в виде АТФ и других макроэргических соединений, но в настоящее время анализ генома показал, что хламидии способны синтезировать АТФ, хотя и в незначительных количествах, путем гликолиза и расщепления гликогена. Гликолитический цикл редуцирован, поскольку не обнаружены некоторые ферменты, что компенсируется через пентозофосфатный и гексозофосфатные шунты. Хламидии в процессе приспособления к внутриклеточному паразитизму выработали уникальные структуры и биосинтетические механизмы, не имеющие аналогов у других бактерий. Не объяснен тот факт, что у хламидии не обнаружен высококонсервативный ген Ftsz, абсолютно необходимый для клеточного деления всех прокариот, поскольку он ответственен за образование клеточной перегородки во время деления клетки.

Хламидии полиморфны что связанно с особенностями репродукции. Жизненный цикл хламидий существенно отличается от бактерий. Хламидии существуют в двух формах, различающихся по морфологическим и биологическим свойствам. Высокоинфекционной, внеклеточной формой является элементарное тельце (ЭТ), и вегетативной, репродуцирующейся, внутриклеточной - ретикулярное тельце (РТ).

Элементарные тельца представляют собой мелкие (размер 0,2-0,3 мкм) метаболически неактивные инфекционные частицы, кото­рые располагаются вне клетки. Они имеют толстую оболочку, состоящую из внутрен­ней и наружной мембран, что определяет их относительно высокую устойчивость к не­благоприятным условиям окружающей сре­ды. В ЭТ содержится больше дисульфидных связей, что позволяет им противостоять осмотическому давлению. Элементарные тельца окрашиваются по Романовскому – Гимзе в красный цвет. Внутри клеток элементарные трансформируются в ретикулярные тельца.

Ретикулярные тельца являются вегетативной формой хламидий, обычно имеют овоидную форму и крупнее элементарных телец в не­сколько раз (их размер 0,4+0,6x0,8-5-1,2 мкм). РТ имеет структуру типичных грамотрицательных бактерий размером около 1 мкм. Они располагаются внутриклеточно около ядра и окрашиваются по Романовскому – Гимзе в голубой или фиолетовый цвет. Инфекционность ретикулярных телец по сравнению с элементарными крайне мала.

Жизненный цикл. Первый этап инфекционного процесса - адсорбция ЭТ на плазмалемме чувствительной клетки хозяина. Важную роль на этом этапе играют электростатические силы. Внедрение хламидий происходит путем эндоцитоза. Инвагинация участка плазмалеммы с адсорбированным ЭТ происходит в цитоплазму с образованием фагоцитарной вакуоли. Эта фаза занимает 7-10 часов. После этого уже в клетке в течение 6-8 часов происходит реорганизация ЭТ в вегетативную форму-ретикулярное тельце, способное к росту и делению Именно на этой фазе эффективно курсовое применение антибактериальных препаратов, поскольку ЭТ к ним не чувствительно.

Размножение хламидий ведет к формированию включений, известных под названием телец Гальберштедтера–Провачека. В течение 18-24 часов развития они локализованы в цитоплазматическом пузырьке, образованном из мембраны клетки хозяина. Во включении может содержаться от 100 до 500 хламидий. Остановка процесса на этой стадии ведет к персистенции хламидийной инфекции. Далее начинается процесс созревания ретикулярных телец через переходные (промежуточные) тельца в течение 36-42 часа развития в ЭТ следующего поколения. Полный цикл репродукции хламидий равен 48-72 часам и завершается разрушением пораженной клетки, в случае возникновения для хламидий неблагоприятных метаболических условий этот процесс может затягиваться на более длительный период.

Рис. Жизненный цикл хламидий (рис. О.И. Немченко)

Хламидии могут высвобождаться из инфицированной клетки через узкий ободок цитоплазмы. При этом клетка может сохранять жизнеспособность, что объясняет бессимптомность течения хламидийной инфекции.

Микоплазмы – особая группа мелких, простоорганизованных, полиморфных, грамотрицательных микроорганизмов, отличающихся полным отсутствием клеточной стенки и минимальным набором генов, а их плазматическая мембрана содержит антигены, сходные с человеческими..

Можно полагать, что микоплазмы являются наиболее близкими потомками исходных прокариотных клеток.

Впервые с этой группой микроорганизмов встретился Пастер, изучая плевропневмонию крупнорогатого скота. Позднее эти микроорганизмы были выделены из других объектов внешней среды, из организма животных и человека. Их стали называть PPLO (pleuropneumoniae – lake organs)

Отличительной особенностью является:

отсутствие ригидной клеточной стен­ки и ее предшественников, что обуславливает ряд биологических свойств:

полиморфизм клеток, выделяют шаровидные, вакуолизированные, нитевидные, гранулярные (элементарные тельца) формы микоплазм. Минимальной репродуцирующей формой является элементарное тельце – в ранней стадии размножения образуются клетки сферической или овальной формы – затем нитевидные – а потом снова элементарное тельце.

способность проходить через поры с диаметром 0,22 мкм.

нечувствительность к бета-лактамным антибиотикам и другим агентам, угнетающим синтез клеточ­ной стенки (из-за ее отсутствия);

Хотя по размеру микоплазмы очень близки к вирусам, они, как и бактерии, содержат обе нуклеиновые кислоты – РНК и ДНКРазмер генома – самый маленький для прокариот. В связи с этим микоплазмы и имеют целый ряд особенностей: чень малые размеры (100-450 нм), благодаря чему могут проходить (фильтроваться) через бактериальные фильтры;

наличие минимальных количеств органелл (цитоплазматическая мембрана, нуклеоид, рибосомы);

сравнительно низкое суммарное содержание Г+Ц в ДНК (от 23-35 мол% – у некоторых видов до 39-46 мол% – у других).

Обычно неподвижные, но некоторые виды обладают скользящей подвижностью.

а) бинарного поперечного деления шаровидных и нитевидных (фрагментация) клеток,

б)почкования и высвобождения множества элементарных телец, образующихся в нитях.

в) фрагментации нитевидных форм – элементарные тельца.

Большинство видов микоплазм для роста нуждаются в стеролах и включают их непосредственно в свою трехслойную мембрану, которая состоит главным образом из липидов и белков. Поэтому микоплазмы являются паразитами мембран эукариотических клеток и способны длительное время персистировать на мембранах различных клеток человека, млекопитающих, птиц, рыб, моллюсков, насекомых и растений.

Микоплазмы способны размножаться в условиях искусственных питательных сред.

Данные о наличии микротрубочек у спирохет — пиллотин получены тремя разными методами. Во-первых, это прямое электронно-микроскопическое наблюдение фиксированных глутаральдегидом микротрубочек у Pillotina, Diplocalyx и родственных видов спирохет. Во втором методе использовались флуоресцентные антитела к различным тубулинам эукариот. Эти антитела прямо добавляли к разнообразным препаратам спирохет и наблюдали их распределение с помощью флуоресцентного микроскопа. Третий метод состоит в выделении из спирохет растворимых белков, мигрирующих в полиакриламидном геле вместе с тубулином из мозга млекопитающих. Предполагаемый тубулиноподобный белок был выделен из содержимого кишечника термитов, из фракций, где находились только прокариоты, главным образом те крупные спирохеты, у которых наблюдались микротрубочки.

Приведены электронные микрофотографии представителей трех родов спирохет из кишечника термитов. В норме эти спирохеты всегда подвижны. В некоторых случаях на срезах этих пиллотин, взятых из подземных термитов Reticulitermes flavipes и R. hesperus и питающихся сухой древесиной термитов Kalotermes (Incisitermes) schwartzi, I. minor и Pterotermes Occidentis, были видны микротрубочки. Эти микротрубочки обычно уложены в продольном направлении, и часто кажется, что они повторяют спиральные контуры спирохеты; однако они видны далеко не на всех срезах и немногочисленны. Сходные, если не идентичные, внутрицитоплазматические микротрубочки наблюдались у неидентифицированных длинных, тонких безжгутиковых бактерий, выделенных от термитов. Микротрубочек не находили у мелких трепоземоподобных спирохет, а также у размножающихся в культуре спирохет Treponema reiteri. Однако более мелкие трубочки описаны у Leptonema.

Антитела к белкам микротрубочек были получены несколькими исследователями. Эти антитела, связанные с флуоресцеином, использовались в качестве цитологического маркера для флуоресцентной микроскопии. Этот метод сходен с тем, который применяли Фуллер и его сотрудники для идентификации тубулина митотического веретена. В результате были получены предварительные данные, указывающие на присутствие у спирохет из Kalotermes schwartzi и Pterotermes occidentis материала, дающего перекрестную реакцию с антителами к тубулину.

По всей длине крупных спирохет регулярно наблюдалась интенсивная флуоресценция. Положительную реакцию давали также длинные палочковидные бактерии. Свечение спирохет было сравнимо по интенсивности со свечением ундулиподий полимастигот и гипермастигот, неизбежно присутствующих в препаратах задней кишки термитов. Столь интенсивная флуоресценция заставляет предполагать, что пиллотины и неидентифицированные палочковидные бактерии содержат значительные количества тубулина, не организованного в трубочки.

Хотя для проверки того, что флуоресценция обусловлена именно тубулином, было поставлено много контролей, результаты опытов с иммунофлуоресценцией нельзя считать бесспорными. Для более прямого биохимического сравнения предполагаемого тубулина спирохет с хорошо изученными тубулинами эукариот был применен электрофорез в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия. Однако эта работа не дала однозначных результатов из-за невозможности выращивания пиллотин в чистой культуре.

Предпринималось много попыток выделить эти спирохеты из поверхностно стерилизованных термитов, но без достаточного успеха. Опубликован состав лучшей из использованных сред, на которой удается поддерживать небольшое число активно движущихся крупных спирохет в смешанной культуре в течение 3-5 дней. Эта среда далеко не адекватна. Однако в герметизированных препаратах для микроскопирования пиллотины выживали в течение суток и более, что позволило изучить их поведение. Дольше других выживали спирохеты, выделенные из крупных термитов с более концентрированным содержимым кишечника.

Так как нормальные термиты содержат огромные количества спирохет, их удается отделить от остальных микробов кишечника дифференциальным центрифугированием. Растворимые белки из спирохет, жгутиковых и тканей термитов исследовали стандартными методами электрофореза в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия. В этих опытах использовали максимально очищенную фракцию спирохет из термитов каждого вида. Во всех случаях, кроме тех, где исследовали чистую культуру трепонемы Рейтера или же единственным источником белка служил срез кишки термита, среди примерно дюжины выявленных полос была интенсивная до л оса белка, мигрирующего вместе с тублином из мозга млекопитающего. Но это указывает лишь на присутствие в препаратах спирохет белка, сходного с тубулином по заряду и молекулярной массе; доказать, что это действительно тубулин, можно только с помощью более прямых биохимических методов.

Те же методы использовались для поиска белка микротрубочек у Treponema reiteri, выращенной в аксенической культуре. Была сделана попытка выявить флуоресценцию спирохет, обработанных антителами к тубулину мозга, а белок трепонем выделяли и подвергали электрофорезу в полиакриламидном геле. Кроме того, в опытах с этими трепонемами применяли подофиллотоксин, β-пельтатин и винбластин — вещества, ингибирующие полимеризацию белков микротрубочек. Treponema reiteri не флуоресцировала при обработке антителами к тубулину, у нее не оказалось белка, мигрирующего вместе с тубулином, и ее рост не подавлял ни один из исследованных антимитотических агентов. Эти результаты согласуются с очень четкими данными ультраструктурного исследования, при котором в протоплазматических цилиндрах этих спирохет не было найдено микротрубочек с диаметром 20 нм. Трубочки и тубулиноподобные белки, несомненно, имеются не у всех спирохет; свойственны ли они всем пиллотинам или каким-либо другим прокариотам, пока неизвестно.

В этих исследованиях может быть несколько источников ошибок. Прокариоты могут содержать отличный от тубулина белок с очень близкой молекулярной массой, мигрирующий при гель-электрофорезе вместе с тубулином; флуоресценция может быть артефактом; микротубулярные структуры могли возникнуть конвергентно, и их сходство с соответствующими структурами эукариот может быть чисто случайным. Пожалуй, еще труднее исключить возможность того, что тубулин получен пиллотинами от протестов в результате переноса некой плазмиды в перенаселенном кишечнике термита. Окончательно решить вопрос смогут только детальные биохимические исследования на чистых культурах спирохет, содержащих микротрубочки. Однако гипотезу о том, что ундулиподиальная система эукариот была приобретена в результате ассоциации со спирохетами и лишь позднее сильно модифицирована и использована в механизме митоза, можно проверить и с помощью косвенных данных.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

К прокариотическим организмам относятся бактерии — прежде всего бактерии в традиционном смысле этого термина, затем сине-зеленые водоросли (цианобактерии) и недавно открытые зеленые водорослеподобные организмы (хлороксибактерии), а также некоторые многоклеточные организмы, такие как актинобактерии (актиномицеты) и миксобактерии, образующие плодовые тела.

Хромосомы построены из ДНК и белков, но препараты изолированных хромосом часто содержат также значительную примесь РНК из других областей ядра. Эта РНК, вероятно, как информационная, так и рибосомная — легко прилипает к изолированным хромосомам. Эукариотическое ядро содержит также ядрышки, состоящие из предшественников цитоплазматических рибосом — из цепей РНК различной длины и большого числа белков. Другие органеллы, свойственные только эукариотическим клеткам, — это митохондрии, пластиды, центриоли и кинетосомы с их ундулиподиями. За исключением микротрубочек, которые встречаются как внутри, так и вне ядра, все эти органеллы лежат с наружной стороны от ядерной мембраны.

Все двигательные органеллы эукариотической клетки имеют толщину около 0,25 мкм; из них более длинные (от 10 до 15 мкм) и представленные у каждой клетки в небольшом числе по традиции называют жгутиками, а более короткие и многочисленные-ресничками. Электронная микроскопия выявила поразительное структурное сходство всех эукариотических ресничек и жгутиков: на поперечном разрезе во всех случаях можно видеть одно и то же расположение белковых микротрубочек (9 + 2), диаметр каждой из которых составляет около 0,024 мкм. Эти органеллы гораздо сложнее бактериальных жгутиков и имеют совершенно иную структуру и иной белковый состав. Пришло время, чтобы их названия отразили новые сведения; поэтому в нашей книге для ресничек, жгутиков и родственных им органелл эукариот (например, для осевой нити в хвосте спермия, для структурных единиц цирруса у инфузорий и других структур типа 9 + 2 и их производных, развивающихся из кинетосом, которые сами имеют на поперечном разрезе структуру 9 + 0) используется термин ундулиподия. Название жгутик оставлено для тонких бактериальных жгутиков и гомологичных им структур, таких как аксиальные фибриллы спирохет; обычно жгутики слишком малы, чтобы их можно было видеть с помощью обычного светового микроскопа. Эта менее двусмысленная терминология основана на соображениях Т. Яна и его коллег.

Общеизвестные прокариоты и эукариоты

Настоящие бактерии: сероводородные бактерии, Е. coli, псевдомонады, некоторые железобактерии, бациллы, метанообразующие бактерии, азотфиксирующие бактерии, спирохеты, микоплазмы, риккетсии, Chlamydia, Bedsonia

Протисты: амебы, радиолярии, фораминиферы, инфузории, споровики, некоторые динофлагелляты. Некоторые дрожжи

Сине-зеленые и зеленые прокариотические водоросли (т. е. цианобактерии и хлороксибактерии), другие фотосинтезирующие бактерии, хемоавтотрофные бактерии

Водоросли: красные, бурые, харовые, диатомовые; некоторые динофлагелляты, хлореллы, Cyanidium. Растения: мхи, печеночники, папоротники, цикадовые, хвойные, цветковые

Мицелиальные и многоклеточные организмы

Актинобактерии (актиномицеты), некоторые скользящие и почкующиеся бактерии

Водные плесени, хитриды, шляпочные грибы, дождевики, аскомицеты, слизевики. Растения. Животные: губки, гребневики, кишечнополостные, плеченогие, мшанки, аннелиды, брюхоногие моллюски, членистоногие, иглокожие, оболочники, рыбы, млекопитающие

Различия между прокариотами и эукариотами

Клетки большей частью мелкие (1-10 мкм); некоторые больше 50 мкм

Клетки большей частью крупные (10-100 мкм); некоторые больше 1 мм

Некоторые — микроорганизмы; большинство-крупные организмы. Одноклеточные, колониальные, мицелиальные или многоклеточные. Морфологически наиболее сложны позвоночные животные и покрытосеменные растения. Все имеют ядро с пограничной мембраной

Немитотическое, прямое, чаще всего путем расщепления надвое или почкования. Генофор содержит ДНК, но не содержит белка; не дает реакции Фёльгена. Центриолей, митотического веретена и микротрубочек нет

Различные формы митоза. Обычно имеется много хромосом, содержащих ДНК, РНК и белки и дающих ярко-красную окраску по Фёльгену. У многих форм имеются центриоли, а также. митотическое веретено или упорядоченно расположенные микротрубочки

У большинства форм отсутствуют; если имеются, то осуществляют однонаправленный перенос генетического материала от донора к реципиенту

У большинства форм имеются; равное участие обоих родителей в оплодотворении

Отсутствует многоклеточное развитие, начинающееся от диплоидных зигот; нет выраженной дифференциации тканей. Только одиночные или колониальные формы. Нет сложных межклеточных соединений. Метаморфоз редок

Гаплоидные формы образуются в результате мейоза, диплоидные развиваются из зигот; у многоклеточных — далеко идущая дифференциация тканей. Плазмодесмы, десмосомы и другие сложные межклеточные соединения. Метаморфоз обычен

Устойчивость к кислороду

Строгие или факультативные анаэробы, микроаэрофилы или аэробы

В основном аэробы. Исключения — явно вторичные модификации

Различные схемы метаболизма; нет специализированных, ограниченных мембранами органелл с ферментами, предназначенными для окисления органических молекул (нет митохондрий)

Во всех царствах одинаковая схема окислительного метаболизма: имеются мембранные органеллы (митохондрии) с ферментами окисления трикарбоновых органических кислот

Фотосинтез (если он имеется); липиды и др.

Ферменты фотосинтеза связаны с клеточными мембранами (хроматофоры), а не упакованы в виде отдельных органелл. Встречается анаэробный и аэробный фотосинтез с выделением серы, сульфата или кислорода. Донорами водорода могут быть H₂, H₂O, H₂S или (H₂CO)_n. Липиды: вакциновая и олеиновая кислоты, гопаны; стероиды крайне редки. Образуют аминогликозидные антибиотики

Ферменты фотосинтеза находятся в пластидах, ограниченных мембранами. Большей частью фотосинтез с выделением кислорода; донором водорода всегда служит H₂O. Липиды: обычны линолевая и линоленовая кислоты, стероиды (эргостерол, циклоартенол, холестерол). Обычны (особенно у растений) алкалоиды, флавоноиды, ацетогенины и другие вторичные метаболиты

Некоторые имеют простые бактериальные жгутики, состоящие из флагеллина; другие передвигаются путем скольжения. Внутриклеточное движение встречается редко или отсутствует; нет фагоцитоза, пиноцитоза и циклоза

Гликопептиды — производные диаминопимелиновой и мурамовой кислот; гликопротеиды редки или отсутствуют; аскорбиновая кислота не требуется

Хитин или целлюлоза; обычны гликопротеиды с гидроксилированными аминокислотами; необходима аскорбиновая кислота

Устойчивы к высыханию; теплоустойчивые эндоспоры содержат дипиколинат кальция; актиноспоры

Сложные, варьируют в зависимости от типа; нет дипиколината кальция; в спорах спорополленин; эндоспор нет

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Посоветуйте книгу друзьям! Друзьям – скидка 10%, вам – рубли

Вопрос 1. Основы микробиологии. Классификация микроорганизмов

Микробиология как самостоятельная наука, имеющая свои объекты и методы исследования, сформировалась во второй половине 19 века благодаря работам Пастера, Коха, Эрлиха, Мечникова, Ру и др., но и в настоящее время, также как и тесно связанные с ней, биотехнология и генная инженерия, постоянно и интенсивно развивается.

Зародившись, как наука о возбудителях болезней, т. е. как отрасль медицины, к настоящему времени в зависимости от решаемых задач делится на:

Предметом изучения медицинской микробиологии являются микроорганизмы – представители нормальной микрофлоры тела человека и возбудители различных заболеваний человека, а также методы лабораторной диагностики, специфической профилактики и этиотропной терапии вызываемых ими заболеваний.

Микроорганизмы – это организмы, невидимые невооруженным глазом из-за их незначительных размеров. Этот критерий – единственный, который их объединяет. В остальном мир микроорганизмов еще более разнообразен, чем мир макроорганизмов. Согласно современной систематике, микроорганизмы относятся к трем царствам:

• Vira– к ним относятся вирусы;

• Eucariotae – к ним относятся простейшие и грибы;

• Procariotae – к ним относятся истинные бактерии, риккетсии, хламидии, микоплазмы, спирохеты, актиномицеты.

Основные отличия прокариот от эукариот состоят в том, что прокариоты не имеют:

• морфологически оформленного ядра (нет ядерной мембраны и отсутствует ядрышко), его эквивалентом является нуклеоид, или генофор, представляющий собой замкнутую кольцевую двунитевую молекулу ДНК, прикрепленную в одной точке к цитоплазматической мембране; по аналогии с эукариотами эту молекулу называют хромосомной бактерией;

• сетчатого аппарата Гольджи;

Имеется также ряд признаков или органелл, характерных для многих, но не для всех прокариот, которые позволяют отличать их от эукариотов:

• многочисленные инвагинации цитоплазматической мембраны, которые называются мезосомы, они связаны с нуклеоидом и участвуют в делении клетки, спорообразовании, и дыхании бактериальной клетки;

• специфический компонент клеточной стенки – муреин, по химической структуре – это пептидогликан (диаминопиеминовая кислота);

• плазмиды – автономно реплицирующиеся кольцевидные молекулы двунитевой ДНК с меньшей, чем хромосома бактерий молекулярной массой. Они находятся наряду с нуклеоидом в цитоплазме, хотя могут быть и интегрированы в него, и несут наследственную информацию, не являющуюся жизненно необходимой для микробной клетки, но обеспечивающую ей те или иные селективные преимущества в окружающей среде. Наиболее известны плазмиды:

– (F-плазмиды), обеспечивающие конъюгационный перенос между бактериями;

– (R-плазмиды) – плазмиды лекарственной устойчивости, обеспечивающие циркуляцию среди бактерий генов, детерминирующих устойчивость к используемым для лечения различных заболеваний химиотерапевтическим средствам.

Название рода обычно или основано на морфологическом признаке соответствующего микроорганизма (например, Staphylococcus, Vibrio, Mycobacterium) либо являются производными от фамилии автора, который открыл или изучил данный возбудитель (например, Neisseria, Shigella, Escherichia, Rickettsia, Gardnerella).

Видовое название часто связано с наименованием основного вызываемого этим микроорганизмом заболевания (например, Vibrio cholerae – холеры, Shigella dysenteriae – дизентерии, Mycobacterium tuberculosis – туберкулеза) или с основным местом обитания (например, Escherihia coli – кишечная палочка).

Кроме того, в русскоязычной медицинской литературе возможно использование соответствующего русифицированного названия бактерий (например, вместо Staphylococcus epidermidis – эпидермальный стафилококк; Staphylococcus aureus – золотистый стафилококк и т. д.).

Царство прокариот включает в себя отдел цианобактерий и отдел эубактерий, который, в свою очередь, подразделяется на порядки:

• собственно бактерии (отделы Gracilicutes, Firmicutes, Tenericutes, Mendosicutes);

Бактерии – это прокариотические, преимущественно одноклеточные микроорганизмы, которые могут также образовывать ассоциации (группы) сходных клеток, характеризующиеся клеточными, но не организменными сходствами.

Порядки подразделяются на группы. Основными таксономическими критериями, позволяющими отнести штаммы бактерий к той или иной группе, являются:

• морфология микробных клеток (кокки, палочки, извитые);

• отношение к окраске по Граму – тинкториальные свойства (грамположительные и грамотрицательные);

• тип биологического окисления – аэробы, факультативные анаэробы, облигатные анаэробы;

• способность к спорообразованию.

Дальнейшая дифференциация групп на семейства, рода и виды, которые являются основной таксономической категорией, проводится на основании изучения биохимических свойств. Этот принцип положен в основу классификации бактерий, приведенной в специальных руководствах – определителях бактерий.

• по биологическим свойствам (биовары или биотипы);

• по биохимической активности (ферментовары);

• по антигенному строению (серовары или серотипы);

• по чувствительности к бактериофагам (фаговары или фаготипы);

• по устойчивости к антибиотикам (резистентовары).

В микробиологии широко применяют специальные термины – культура, штамм, клон.

Культура – это видимая глазом совокупность бактерий на питательных средах. Культуры могут быть чистыми (совокупность бактерий одного вида) и смешанными (совокупность бактерий двух или более видов).

Штамм – это совокупность бактерий одного вида, выделенных из разных источников или из одного источника в разное время. Штаммы могут различаться по некоторым признакам, не выходящим за пределы характеристики вида.

Клон – это совокупность бактерий, являющихся потомством одной клетки.

Вопрос 2. Особенности морфологии микроорганизмов

Среди основных морфологических форм бактерий различают:

• шаровидные (кокковые), которые по характеру взаиморасположения делятся на:

– микрококки (отдельное изолированное расположение);

– диплококки (сцепленные попарно);

– тетракокки (сцепленные по четыре);

– стрептококки (сцепленные в цепочку);

– сарцины (сцепленные в пакеты по 8, 12, 16 и т. д.);

– стафилококки (сцепленные беспорядочно в виде виноградной грозди);

• палочковидные, которые различаются:

– правильная (энтеробактерии, псевдомонады);

– мелкие (бруцеллы, бордетеллы);

– средние (бактероиды, кишечная палочка);

– крупные (бациллы, клостридии);

по форме концов

– закругленные (сальмонеллы, псевдомонады);

по характеру взаиморасположения все палочки делятся на:

– диплобактерии и диплобациллы (сцепленные попарно);

– стрептобактерии и стрептобациллы (сцепленные в цепочку);

– извитые формы (по характеру и количеству завитков они делятся на:

вибрионы (слегка изогнутые палочки или неполные завитки);

спириллы (один или несколько завитков);

спирохеты, которые в свою очередь, делятся на:

лептоспиры (завитки с загнутыми крючкообразными концами – S-образная форма);

боррелии (4—12 неправильных завитков);

трепонемы (14–17 равномерных мелких завитков).

Структуру бактерий изучают в основном с помощью электронной микроскопии (техника ультратонких срезов), дифференциального ультрацентрифугирования, цитохимических методов.

Структурные компоненты бактериальной клетки делятся на обязательные и необязательные.

Обязательными структурными компонентами являются:

• цитоплазма с локализованными в ней рибосомами и ядерным аппаратом.

Необязательные структурные компоненты – капсула, микрокапсула, внеклеточная слизь, включения, жгутики, пили, споры.

Функции клеточной стенки состоят в том, что она:

• является осмотическим барьером,

• определяет форму бактериальной клетки,

• защищает клетку от воздействий окружающей среды,

• несет разнообразные рецепторы, способствующие прикреплению фагов, колицинов, а также различных химических соединений,

• через клеточную стенку в клетку поступают питательные вещества и выделяются продукты обмена,

• в клеточной стенке локализован О-антиген и с ней связан эндотоксин (липид А) бактерий.

Имеется 2 типа строения клеточной стенки у бактерий. В обоих случаях ее основу составляет пептидогликан муреин. У одних бактерий (1-й тип) он составляет до 90 % массы клеточной стенки и образует многослойный (до 10 слоев) каркас, при этом муреин ковалентно связан с тейхоевыми кислотами. Такие бактерии при окраске по методу Грама прочно удерживают комплекс генцианового фиолетового и йода; они окрашиваются в сине-фиолетовый цвет и называются грамположительными.

У бактерий со 2-м типом строения клеточной стенки поверх 2–3 слоев пептидогликана муреина располагается слой липополисахаридов. Эти бактерии при окраске по методу Грама не способны прочно удерживать комплекс генцианового фиолетового и йода и, соответственно, обесцвечиваются спиртом, прокрашиваясь дополнительным красителем – фуксином в розово-красный цвет. Они называются грамотрицательными.

В связи с различиями в строении клеточной стенки все бактерии делятся на 4 отдела:

• грациликуты – бактерии с тонкой клеточной стенкой, грамотрицательные, к ним относятся различные извитые, палочковидные, кокковые формы бактерий, а также риккетсии и хламидии;

• фирмикуты – бактерии с толстой клеточной стенкой, грамположительные, к ним относятся палочковидные, кокковые формы бактерий, а также актиномицеты, коринебактерии и микобактерии;

• тенерикуты – бактерии без ригидной клеточной стенки (микоплазмы);

• мендозикуты – архебактерии, отличающиеся дефектной клеточной стенкой, особенностями строения рибосом, мембран и рибосомальных РНК. Эта группа бактерий медицинского значения не имеет.

Из любой бактериальной клетки можно получить формы, полностью или частично лишенные клеточной стенки. Они называются, соответственно, протопласты и сферопласты, и, независимо от исходного морфологического типа бактерии, из-за отсутствия клеточной стенки принимают шарообразную или грушевидную форму. Кроме того, существуют L-формы бактерий, которые, в отличие от протопластов и сферопластов, способны к размножению, являясь вполне полноценными микробными клетками данного вида бактерий. L-формы разных видов бактерий морфологически неразличимы. Независимо от формы исходной клетки (кокки, палочки, вибрионы) они представляют собой сферические образования разных размеров. Различают стабильные L-формы, нереверсирующие в исходный морфотип, и нестабильные L-формы, реверсирующие в исходный при устранении причины, вызвавшей их образование. В процессе реверсии восстанавливается способность бактерий синтезировать пептидогликан (муреин) клеточной стенки. L-формы различных бактерий играют существенную роль в патогенезе многих хронических, рецидивирующих инфекционных заболеваний (бруцеллез, туберкулез, сифилис, хроническая гонорея и т. д.).

К клеточной стенке бактерий примыкает цитоплазматическая мембрана, строение которой аналогично мембранам эукариотов (состоит из двойного слоя липидов, главным образом фосфолипидов со встроенными поверхностными и интегральными белками). Она обеспечивает:

• селективную проницаемость и транспорт растворимых веществ в клетку,

• транспорт электронов и окислительное фосфорилирование,

• выделение гидролитических экзоферментов, биосинтез различных полимеров.

Цитоплазматическая мембрана ограничивает цитоплазму бактерий, которая представляет собой гранулярную структуру. В цитоплазме локализованы рибосомы и бактериальный нуклеоид, в ней также могут находиться включения и плазмиды (внехромосомная ДНК). Кроме обязательных структур бактериальные клетки могут иметь споры.

Вопрос 3. Необязательные структурные компоненты бактериальной клетки

Спорообразующие палочки называются бациллами.

Споры бактерий представляют собой бактериальные клетки в состоянии анабиоза и образуются при неблагоприятных условиях внешней среды (располагаются внутри клетки терминально, субтерминально или центрально).

В процессе спорообразования клетка почти полностью теряет воду, сморщивается, клеточная стенка уплотняется. Появляется новое вещество – дипиколинат кальция, которое образует комплексы с биополимерами клетки, устойчивые к действию температуры и ультрафиолетовых лучей. В окружающей среде споры бактерий могут сохраняться годами, но при попадании в благоприятные условия спора впитывает влагу, комплексы распадаются, дипиколинат разрушается, и спора превращается в вегетативную клетку.

Таким образом, спору следует рассматривать не как способ размножения, а только как форму существования бактериальной клетки в неблагоприятных условиях. При этом преобразования идут по следующей схеме: 1 клетка – 1 спора – 1 клетка, и увеличения количества бактериальных клеток не происходит.

Спорообразование характерно в основном для грамположительных бактерий. У грамотрицательных бактерий эквивалентом спорообразования является переход в так называемое некультивируемое состояние. В такой форме они также длительно сохраняются в окружающей среде.

При использовании окраски по Граму споры красители не воспринимают, поэтому на окрашенном фоне они бесцветны. Окрашиваются споры с помощью специальных методов окраски, например, по Ожешко или Клейну.

Многие бактерии имеют жгутики. Их количество и расположение у разных бактерий неодинаково. Монотрихии имеют только один жгутик (род Vibrio), лофотрихии – пучок жгутиков на одном полюсе клетки (род Pseudomonas), а у амфитрихов жгутики (один или пучок) расположены на обоих полюсах клетки (род Spirillum), а у перитрихов – по всей поверхности (род Escherichia, Salmonella).

По своему строению жгутики представляют собой спирально закрученные нити, состоящие из специфического белка флагеллина, который по своей структуре относится к сократительным белкам типа миозина.

На поверхности ряда бактерий обнаружены белковые образования – ворсинки (фимбрии, пили). Фимбрии отходят от поверхности клетки и состоят из белка, называемого пилином. Различают более 60 видов ворсинок, из которых наиболее изучены F-pili (половые пили) и common pili (пили, ответственные за адгезию).

Основное предназначение капсул – защита бактерий от фагоцитоза. При окраске мазков по Граму истинно капсульные бактерии имеют характерное взаиморасположение (на расстоянии друг от друга). При световой микроскопии капсулы четко не видны, в связи с чем наличие капсул у бактерий выявляется с помощью специальных методов окраски, например, по методу Гимзе. Для выявления капсул и бактерий, образующих их в организме, используют либо микроскопию мазков, приготовленных из патологического материала или мазков – отпечатков из органов погибших животных.

Вопрос 4. Питание и особенности метаболизма бактерий

По химическому составу и характеру биополимеров (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды) прокариотические клетки не отличаются от эукариотических. Основными химическими компонентами бактериальной клетки являются органогены (кислород, водород, углерод, азот, фосфор).

Процесс, в ходе которого бактериальная клетка получает из окружающей среды компоненты, необходимые для построения ее биополимеров (органоидов), называется питанием.

Бактериальные клетки не имеют специальных органов питания, т. е. являются голофитными. Поступление питательных веществ в микробную клетку может происходить:

• за счет осмоса и диффузии по градиенту концентрации без затрат энергии;

• за счет пассивного транспорта, который также осуществляется по градиенту концентрации с помощью белков-переносчиков, но без затрат клеткой энергии, и отличается от диффузии большей скоростью;

• за счет активного транспорта, который идет против градиента концентрации с затратой энергии и возможным частичным расщеплением субстрата, осуществляется белками-переносчиками или ферментами – пермеазами.

По источникам углерода, необходимого для построения биополимеров, бактерии делятся на следующие группы:

• автотрофы – микроорганизмы, которые используют как единственный источник углерода углекислый газ, и не нуждаются в сложных органических соединениях.

• гетеротрофы – микроорганизмы, которые используют в качестве источника углерода разнообразные органические углеродосодержащие соединения (углеводы, углеводороды, аминокислоты, органические кислоты) как биологического, так и не биологического происхождения.

В зависимости от источника получения энергии микроорганизмы делятся на:

• фототрофные, способные использовать солнечную энергию,

• хемотрофные, получающие энергию за счет окислительно-восстановительных реакций.

В дополнение к этой классификации в зависимости от природы доноров электронов микроорганизмы подразделяются на фототрофные литотрофы и, соответственно, хемотрофные литотрофы, т. е. использующие в качестве доноров электронов неорганические соединения, а также, соответственно фото– и хемоорганотрофы, использующие только органические соединения. К последним принадлежит значительное большинство бактерий, в том числе и патогенные для человека виды.

По источникам азота выделяют:

• азотфиксирующие микроорганизмы (способны усваивать молекулярный азот атмосферы),

• микроорганизмы, ассимилирующие неорганический азот солей аммония, нитратов или нитритов и, соответственно, называющиеся аммонифицирующими, нитратредуцирующими и нитритредуцирующими.

Однако большинство патогенных для человека микроорганизмов способны ассимилировать только азот органических соединений.

Микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения (углеводы, аминокислоты и др.) из указанных компонентов, называются прототрофами.

Микроорганизмы, не способные синтезировать какое-либо из необходимых соединений, и ассимилирующие их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного), называются ауксотрофами по этому соединению. Чаще всего ими являются патогенные или условно-патогенные для человека микроорганизмы.