Морфологія мікроорганізмів

Бактерії - прокаріоти, тому їх структура відрізняється  від структури клітин рослин і  тварин (евкаріотів). Бактерії не мають ядерної оболонки, мітохондрій та апарату Гольджі. Вони мають клітинну стінку, яка є лише в прокаріотів.

У бактеріальній  клітині розрізняють такі основні  частини: поверхневі структури, клітинну оболонку та цитоплазму з нуклеоїдом (мал. 3).

 

Деякі бактерії утворюють спори, містять включення  та пла-зміди.

Поверхневі структури. До них відносять капсулу, джгутики, мікровійки. Наявність або відсутність їх є постійною ознакою для даного виду. Це враховують під час ідентифікації мікроорганізмів.

Капсула. Розрізняють  мікро- та макрокапсулу, або слизовий шар.

Мікрокапсулу  виявляють за допомогою електронної  мікроскопії. Вона представлена мукополісахаридними фібрилами. Роль її остаточно не з'ясовано.

Макрокапсула - це стовщений слизовий шар, його мають не всі мікроорганізми. Оскільки капсула має гелеподібну консистенцію, вона не затримує барвників, тому при забарвленні за Буррі - Гінсом забарвлюється фон препарату та клітина, а сама капсула лишається безбарвною. У деяких мікроорганізмів (збудників пневмонії, сибірки та ін.) капсули утворюються в організмі людини або тварини, а в деяких - як у макроорганізмі, так і на штучних живильних середовищах (S. aureus, S. pyogenes, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella rhinoscleromatis та ін.). У патогенних мікроорганізмів капсула може оточувати одну (збудник чуми - Y. pestis) чи дві клітини (збудник пневмонії - S. pneumoniae), навіть цілий ланцюжок клітин (збудник сибірки). Капсула захищає клітину від бактеріофагів, фагоцитів та антитіл. Тому вона є фактором патогенності (пневмококи, що втрачають капсулу, стають непатогенними).

Вона обумовлює  антигенні властивості мікроорганізмів (К-антиген - капсульний антиген).

Слизовий шар. Бактерії часто виділяють велику кількість слизу, котрий утворює навколо них пухкий шар.

Джгутики мають  не всі мікроорганізми. За кількістю  та розміщенням джгутиків мікроорганізми поділяють на такі групи (мал. 4):

монотрихи - один джгутик розміщується на полюсі клітини (холерний вібріон);

лофотрихи - пучок джгутиків розміщується на одному кінці (синьогнійна паличка);

амфітрихи - пучок  джгутиків розміщується на обох кінцях (спірили);

перитрихи - джгутики розміщуються на всій поверхні клітини (сальмонели, ешерихії та ін.).

Такий поділ  мікроорганізмів є досить умовним. Дані електронної мікроскопії свідчать про те, що монотрихи мають кілька джгутиків, а амфітрихи - це дві клітини монотрихів, що не повністю поділилися.

Мал. 4.

Джгутики в  бактерій: а – монотрихи, б –  лофотрихи, в – амфітрихи, г –  перитрихи.  

За допомогою  джгутиків мікроорганізми рухаються. Для виявлення їх рухливості використовують такі методи:

1) мікроскопічний - фазово-контрастна або звичайна світлова мікроскопія "роздавленої" або "висячої" краплі;

2) бактеріологічний - посів штриком у стовпчик  напівщільного агару: рухливі  бактерії ростуть дифузне, а  нерухливі - тільки там, де зроблено  посів. 

Мікровійки. Окрім  джгутиків, поверхню бактерій вкривають мікровійки. Розрізняють 2 типи мікровійок: 1) фімбрії, або війки; 2) кон'югативні, або донорські (F-пілі).

Фімбрії - це короткі  тонкі волоски, їх може бути від 10 до кількох тисяч. Вони є фактором патогенності. За допомогою фімбрій бактерії прикріпляються до чутливих клітин (адгезія), де потім розмножуються (колонізація).

F-пілі - довгі  тонкі ниткоподібні структури.  Бактерія може мати 1 - 2 такі структури. Вони є апаратом кон'югації у бактерій, які є носіями плазмід. F-пілі забезпечують контакт між \ клітиною-донор ом і клітиною-реципієнтом, а також передачу спадкової інформації, що є в плазмідах.

Клітинна оболонка складається з клітинної стінки і цитоплазматичної мембрани.

Клітинна стінка. Забарвлення залежить від будови клітинної стінки, яка складається з двох шарів: внутрішнього (ригідного) та поверхневого (пластичного). У грампозитивних мікроорганізмів більш виражений ригідний шар, утворений пептидогліканом (до 90%), який містить тейхоєві кислоти. Пластичний шар майже не виражений. Крістіан Грам запропонував метод забарвлення мікроорганізмів генціановим фіолетовим і розчином Люголя, мікроорганізми при цьому забарвлюються у фіолетовий колір. Після обробки спиртом і промивання водою одні з них втрачали попереднє забарвлення і забарвлювалися фуксином Пфейффера в червоний колір, їх назвали грамнегативними. Мікроорганізми, які не втрачали фіолетового забарвлення, назвали грампозитивними.

У грамнегативних мікроорганізмів виражені пластичний і ригідний шари. Пластичний шар складається з ліпополісахариду (ЛПС) і поверхневої мембрани (вони мозаїчне переплітаються), а також ліпопротеїдів. ЛПС запускає синтез близько

20 сполук, що  виявляють хвороботворну дію  на макроорганізм. Він спричинює підвищення температури тіла. ЛПС ще називають ендотоксином (оскільки він знаходиться у клітинній стінці). ЛПС складається з ліпіду А (саме він і є токсичним) та полісахариду. Полісахарид є чужорідним для макроорганізму (О-антиген) і спричинює утворення антитіл. У різних видів бактерій полісахариди різні, а в бактерій одного виду - однакові. Це пояснює антигенну специфічність мікробів.

Патогенних мікроорганізмів  більше серед грамнегативних.

Поверхнева мембрана містить білки, які є рецепторами  для фагів і коліцинів. Ці білки зумовлюють адгезію мікробів (здатність прикріплюватися до клітини макроорганізму).

В експерименті (in vitro) можна зруйнувати клітинну стінку. Лізоцим руйнує лише пептидоглікан клітинної стінки грамнегативних мікроорганізмів, а поверхнева мембрана (або її частина) залишається неушкодженою. Бактерії, у яких частково зруйнована клітинна стінка, називають сфєропластами. Після обробки грампозитивних бактерій ферментами, які руйнують пептидоглікан, утворюються протопласти - структури, у яких повністю зруйнована клітинна стінка.

Грампозитивні та грамнегативні мікроорганізми мають  понад 20 відмінностей. Основні з них наведено в табл. 1.

 

Таблиця 1. Відмінності  між грамнегативними та грампозитивними  мікроорганізмами

 

Роль клітинної  стінки:

1) бере участь  у рості та поділі клітини; 

2) захищає від  дії факторів зовнішнього середовища  та макрофагів (знижує фагоцитарну активність макрофагів, гальмує їх міграцію);

3) є фактором  патогенності;

4) визначає антигенну  структуру мікроорганізмів (О-антиген).

В організмі  людини під дією антибіотиків, ферментів  та антитіл бактерії можуть перетворюватися на L-форми. Це бактерії, які втратили клітинну стінку, але зберегли здатність до розмноження. Незалежно від виду бактерій L-форми мають подібні морфологічні, культуральні, тинкторіальні та антигенні властивості, їх вірулентність знижена, всі вони нечутливі до хіміотерапевтичних препаратів і антитіл. L-форми зумовлюють тривале персистування збудника в організмі, перехід гострої інфекції в хронічну.

Цитоплазматична мембрана. Між клітинною стінкою та цитоплазматичною мембраною є першмазлштичніш простір. У грамнегативних мікроорганізмів він заповнений ферментами.

При інвагінації (вдавлюванні) цитоплазматичної мембрани утворюються мезосоми, які беруть участь у синтезі клітинної стінки, поділі бактерії і спороутворенні. Через цитоплазматичну мембрану здійснюється транспорт речовин у клітину. Вона напівпроникна (одні речовини пропускає, а інші - ні). Цитоплазматична мембрана є осмотичним бар'єром. На ній виявлено ферментні системи, які беруть участь у синтезі ферментів і токсинів.

Цитоплазма - складна  колоїдна система, яка містить нук-леоїд, плазміди, рибосоми та різні включення.

Нуклеоїд (хромосома, генофор) є еквівалентом ядра евкаріот, але не має ядерної мембрани. Нуклеоїд являє собою ДНК, замкнуту в кільце. За аналогією з евкаріотами цю структуру називають хромосомою (вона одна). Кількість закодованої інформації різна у різних видів (2500 - 3000 генів). Перед поділом ДНК подвоюється.

Плазміди - додаткова кільцева молекула ДНК. Нині їх розглядають як найпростіші організми, які не мають системи синтезу білка та енергії. Вони паразитують на бактеріях, наділяючи їх певними властивостями (стійкість до антибіотиків, вірулентність та ін.). Плазміди передаються під час кон'югації мікробних клітин та поділу.

Рибосоми. На рибосомах  відбувається синтез білка. Вони складаються  із субодиниць 50S і 30S, які об'єднуються  в рибосому 70S. Бактеріостатичні антибіотики (левоміцетин, тетрациклін, стрептоміцин) пригнічують синтез білка тільки на рибосомі 70S і не порушують його синтез на рибосомах людей і тварин (80S).

Запасні речовини. До них відносять крохмаль, глікоген і гранульозу, у грибів роду Candida - тригліцериди, у мікобактерій та нокардій - воски. Вони мають діагностичне значення (волютин - у коринебактерій).

Спора - стійка форма  бактерій (мал. 5). Зустрічається переважно  в паличкоподібних мікроорганізмів, дуже рідко - у коків і звивистих  бактерій. Утворюються спори протягом 18 - 20 год. Вони проростають протягом 4 - 5 год. Ніколи не утворюються в тканинах людей і тварин. Вони являють собою ущільнену ділянку цитоплазми з нуклеоїдом, укриту щільною багатошаровою оболонкою, яка містить ліпіди, велику кількість кальцію, мінімальну кількість води (близько 40 %) та інші сполуки, яких немає у вегетативних клітинах (наприклад, дипіколінову кислоту, завдяки якій спори є термостійкими).

Мал. 5

Спори бактерій (розміщення): а – термінальне (збудник правця); б – субтермінальне (збудник ботулізму); в – центральне (збудник сибірки).  

Спори стійкі до високих температур (спори збудників ботулізму витримують кип'ятіння протягом 1 - 6 год), висушування, зміни рН. На них не діють дезінфекційні розчини. Спори можуть упродовж десятків років зберігатися в несприятливих умовах зовнішнього середовища. Це слід ураховувати при виборі методів знезаражування, Матеріал, що містить спори, знезаражують в автоклаві за температури 132 °С або в сухо-жаровій шафі за температури 150- 170 °С.  

ХАРАКТЕРИСТИКА  НЕТИПОВИХ ПРЕДСТАВНИКІВ  ГРУП БАКТЕРІЙ

Представники  деяких груп бактерій відрізняються  будовою бактеріальної клітини, умовами існування, дією на макроорганізм та іншими ознаками.

Спірохети - це спіральне-звивисті рухливі бактерії (мал. 6), що мають  розміри 0,1-3 мкм 5-25 мкм (до 500 мкм). Не утворюють  спор та капсул. Тіло спірохет являє  собою спіралеподібний цитоплазматичний циліндр, оточений клітинною стінкою, що складається переважно з пептидоглікану. Він утворює постійні завитки першого порядку, їх кількість, тип, величина та кут нахилу у різних видів різні. Ці ознаки мають діагностичне значення. Вторинні завитки утворені вигинами всього тіла (наприклад, лептоспіри бувають S- і С-подібної форми). Між циліндром і поверхневою мембраною розміщуються ендоджгутики. Одним кінцем вони прикріплені до середини цитоплазматичного циліндра, другим - до полюсів, що обумовлює рухливість спірохет. Погано забарвлюються за Грамом, тому використовують мікроскопію в темному полі зору або забарвлюють за Романовським (збудник поворотного тифу забарвлюється в синьо-фіолетовий колір, сифілісу - у блідо-рожевий).

Хламідії та рикетсії за формою та будовою клітини подібні до бактерій. Вони чутливі до антибіотиків. Це внутрішньоклітинні паразити. Вони не ростуть на штучних живильних середовищах.