Тема: «Частная бактериология. Возбудители кровяных инфекций и инфекций наружных покровов»
|
|
Скачать 1.07 Mb.
|
|
II. Морфология и ультраструктура бактерий III. Генетика бактерий. Значение |
|
Тема: «Морфология и ультраструктура бактерий» План:
Содержание: I. Систематика, классификация и номенклатура микробов: Микробы (бактерии, грибы, простейшие, вирусы) систематизированы по их сходству, различиям и взаимоотношениям между собой. Этим занимается специальная наука - систематика микроорганизмов. Классификация – раздел систематики, распределяющий микробов по таксономическим категориям – таксонам ( от греч taxi расположение порядок) на основе сходства однородных признаков. В основу таксономии микроорганизмов положены их морфологические, физиологические, биохимические и молекулярно - биологические свойства. Чем больше сведений имеется о микроорганизмах, тем точнее их можно отнести к соответствующей таксономической категории. Различают следующие основные таксономические категории: царство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид. Номенклатура - это система названий таксономических категорий в соответствии с международными правилами. Выделяют отдельные царства микробов: прокариоты (бактерии), vira(вирусы), - царство Fungi (грибы) и подцарство Protozoa (простейшие). Грибы и простейшие являются эукариотами. Одной из основных таксономических категорий является вид. Вид - это совокупность особей, имеющих общее происхождение, близких между собой по генетическим, морфологическим и физиологическим признакам, приспособленных к определенной среде обитания, обладающих сходным обменом веществ и характером межвидовых отношений. В микробиологии, для обозначений вида бактерий принята двойная (бинарная) номенклатура, которая характеризуется тем, что каждый микроб имеет родовое и видовое название. Родовое название пишется с прописной буквы, видовое – название со строчной. Например, возбудитель брюшного тифа- Sallmonela typhi, гноеродный стафилококк – Staphylococcus aureus . При повторном написании вида родовое название сокращается до начальной буквы, например S. Typhi, S. aureus. Если при изучении бактерий обнаруживают отклонения от типичных видовых свойств, то такую культуру рассматривают как подвид. Различают также типы (варианты), т.е. внутривидовые подразделения, которые основаны на отличии особей какими – либо небольшими наследственными свойствами: антигенами - серовар (син. серотип), морфологическими- морфовар , биохимическими – хемовар , биологическими – биовар, чувствительности к фагам – фаговар и др. Совокупность однородных микроорганизмов, выросших на питательной среде, обладающая сходными морфологическими, тинкториальными (отношение к красителям), культуральными, называется чистой культурой. Чистая культура микроорганизмов, выделенных из определённого источника и отличающихся от других представителей вида, называется штаммом. Близким к штамму является понятие клона. Клон представляет собой совокупность особей, выращенных из одной микробной клетки. Американский микробиолог Д. Берги (1938-1999) выпустил первый международный определитель бактерий. Последующие издания определителя под названием «Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology) подготовлены Международным комитетом по систематике бактерий. В них детально и полно приводятся последние на время издания сведения о микроорганизма, их таксономии, номенклатуре и принципах идентификации, дана экологическая характеристика (место обитания, ниши) и другие свойства. В связи с постоянным появлением новых сведений о свойствах микробов каждое очередное издание определителя отличается от предыдущего. Бактерии относятся к прокариотам, т.е. доядерным организмам, поскольку у них имеется примитивное ядро без оболочки, ядрышкам, гистонов, а в цитоплазме отсутствуют высокоорганизованные органеллы (митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы). В основе классификации, приведенной в последнем определителе Берги, лежит строение клеточной стенки, на основании чего бактерии делятся на четыре отдела: грациликуты – с толстой клеточной стенкой, грамотрицательные; фирмикуты – с толстой клеточной стенкой, грамположительные, ; тенерикуты – без ригидной клеточной стенки, включающие микоплазмы; мендозикуты (архебактерии), отличающиеся дефектной клеточной стенкой, особенностями строения рибосом, мембран и рибосомных РНК (рРнк). Архебактерии- представители древних форм жизни , среди которых нет возбудителей инфекционных болезней. Среди грациликутных, т.е, тонкостенных, грамотрицательных бактерий различают извитые формы- спирохеты и спириллы, разнообразные палочковидные и шаровидные (гонококки и менингококки) , в том числе риккетсии и хламидии. К фирмикутным, т.е. толстостенным, грамположительным бактериям относят большинство шаровидных (стафилококки, стрептококки и др.) бактерий и разнообразные палочковидные бактерии, а также актиномицеты коринебактерии, микобактерии и бифидобактерии. ^ Различают несколько основных форм бактерий – кокковидные, палочковидные, извитые и ветвящиеся. Кокковидные бактерии (кокки) – шаровидные клетки размером 0,5-1,0 мкм, которые в зависимости от взаимного расположения делятся на микрококки, диплококки, стрептококки, стрептококки, сарцины и стафилококки. Микрококки – это отдельно расположенные клетки. Диплококки – это парные кокки (пневмококк, гонококк, менингококк). Пневмококк (возбудитель пневмонии) имеет с противоположных сторон ланцетовидную форму, а гонококк (возбудитель гонореи) и менингококк (возбудитель эпидемического менингита) - форму кофейных зерен. Стрептококки – клетки округлой или вытянутой формы, составляющие цепочку. Сарцины имеют вид пакетов из восьми и более кокков. Стафилококки – кокки, расположенные в виде грозди винограда. Такое расположение клеток характерно для чистой культуры, в мазках – возможно в виде единичных кокков. Палочковидные бактерии (палочки) различаются по размерам, форме концов клетки и взаимному расположению клеток. Длина клеток варьирует от 1,0 до 10,0 мкм, толщина - от 0,5 до 2,0мкм. По способности образовывать споры они подразделяются на бактерии, бациллы и клостридии. Бактерии - палочковидные бактерии, которые не образуют спор (кишечная, брюшнотифозная, паратифозная, дизентерийная, дифтерийная, туберкулёзная и другие палочки). У бацилл споры не превышают диаметр клетки (бациллы сибирской язвы) а у клостридии споры больше диаметра клетки (клостридии споры больше диаметра клетки (клостридии ботулизма, столбняка). По форме палочковидные бактерии бывают короткими (туляремийная), длинными (сибиреязвенными), с закругленными (большинство палочек) и заостренными (фузобактерии) или с утолщенными (коринебактерии) концами. К наиболее мелким палочковидным бактериям относятся риккетсии, которые являются облигатными внутриклеточными паразитами. Извитые формы – вибрионы, спириллы, спирохеты. Вибрионы - изогнутые палочки, напоминающие запятую (холерный вибрион, водные вибрионы). Спириллы – бактерии, имеющие изгибы с одним или несколькими оборотами спирали. Спирохеты - тонкие, длинные, извитые, штопорообразной формы бактерии. Спирохеты – представлены тремя родами : Treponema, Borrellia, Liptospira. Патогенными для человека среди них являются T. Pallidum - возбудитель сифилиса и T. Pertenue – возбудитель тропической болезни – фрамбезии; B – recurrentis – возбудитель возвратного тифа; L. Interrogans вызывает лептоспироз. Структура бактериальной клетки хорошо изучена с помощью электронной микроскопии. Бактериальная клетка состоит из оболочки, наружный слой которой называется клеточная стенка, а внутренний – цитоплазматическая мембрана, а также цитоплазмы с включениями и нуклеоида. Имеются дополнительные структуры; капсула, слизь, жгутик, пили, плазмиды; некоторые бактерии в неблагоприятных условиях способны образовывать споры. Клеточная стенка - прочная, упругая структура, придающая бактерии определенную форму и вместе с подлежащей цитоплазматической мембраной «сдерживающая» высокое осмотическое давление в бактериальной клетки . Она защищает клетку от действия вредных факторов внешней среды, учувствует в процессе ее деления и транспорте метаболитов. Наиболее толстая клеточная стенка у грамположительных бактерий (до 50 -60 нм), у грамотрицательных бактерий она составляет 15-20 нм. В клеточной стенке грамположительных бактерий содержится небольшое количество полисахаридов, липидов, белков. Основным компонентом клеточной стенки грамположительных бактерий является многослойной пептидогликан (муреин, мукопептид), составляющий 40 – 90 % ее массы. У грамотрицательных бактерий количество пептидогликана в клеточной стенке 5-20% Способность грамположительных бактерий при окраске по Грамму удерживать генциановый фиолетовый в комплексе с йодом (сине – фиолетовая окраска бактерий) связанна со свойством многослойного пептидогликана взаимодействовать с красителем. Кроме того, последующая обработка мазка бактерий спиртом вызывает сужение пор в пептидогликане и тем самым задержку красителя в клеточной стенке. Грамотрицательные бактерии, стенки которых содержат меньшее количество пептидогликана, после воздействия спиртом утрачивают краситель, обесцвечиваются и при обработке фуксином окрашиваются в красный цвет. В состав клеточной стенке грамотрицательных бактерий входит наружная мембрана, связанная посредством липопротеина с подлежащим слоем пептидогликана. Она представляет собой волнообразную трехслойную структуру, сходную с внутренней мембранной, которую называет цитоплазматической. Основным компонентом этих мембран служит (двойной) слой липидов. Наружная мембрана представлена липополисахаридами, фосфолипидами, и белками. С её внешней стороны расположен липополисахарид (ЛПС), обуславливающий токсичность, отождествляемый поэтому с эндотоксином. Между клеточной стенкой в цитоплазматической мембранами находится периплазматическое пространство, или периплазма, содержащая ферменты. Функции клеточной стенки: -защитная, осуществление фагоцитоза; -регуляция осмотического давления; -рецепторная; -участие в процессах деления клетки; -антигенная - определяется продукцией эндотоксина – основного соматического антигена бактерий; -стабилизирует форму и размер бактерии; -обеспечивает систему коммуникаций с внешней средой; -участвует в регуляции роста и деления клетки. При нарушении синтеза клеточной стенки бактерий под действием различных ингибиторов образуются клетки с измененной формой: протопласты – бактерии, полностью лишенные клеточной стенки; сферопласты - бактерии с частично сохранившейся клеточной стенкой. После удаления ингибитора клеточной стенки такие измененные бактерии могут реверсировать, т.е. приобретать полноценную клеточную стенку и восстанавливать исходную форму. Бактерии сферо - или протопластного типа, утратившие способность к синтезу пептидокликана под влиянием антибиотиков или других факторов и способные размножаться, называются L- формами (от названия института им. Д. Листера, где они были открыты). Цитоплазматическая мембрана прилегает к внутренней поверхности клеточной стенки бактерий и окружает наружную часть цитоплазмы бактерий. Она состоит из двойного слоя липидов, а также интегральных белков, пронизывающих ее насквозь. Цитоплазматическая мембрана участвует в регуляции осмотического давления, транспорте веществ и энергетическом метаболизме клетки. Цитоплазма - занимает основной объем бактериальной клетки и состоит из растворимых белков. В цитоплазме имеются различные включения в виде гранул гликогена, полисахарида, жирных кислот и полифосфатов. Они накапливаются при избытке питательного субстрата в окружающей среде и выполняют роль запасных веществ для питания и энергетических потребностей. Нуклеоид - эквивалент ядра у бактерий. Он расположен в цитоплазме бактерий в виде двухнитчатой ДНК, замкнутой в кольцо и плотно уложенной наподобие клубка. В отличие от ядра эукариот нуклеоид бактерий ядерной оболочки, ядрышка и основных белков (гистонов). Обычно в бактериальной клетке содержится одна хромосома, представленная замкнутой в кольцо молекулой ДНК. Кроме нуклеоида в бактериальной клетки могут находиться внехромосомные факторы наследственности - плазмиды, представляющие собой ковалентно замкнутые кольца ДНК и способные к репликации независимо от бактериальной хромосомы. Капсула - слизистая структура, прочно связанная с клеточной стенкой бактерий и имеющая четко очерченные внешние границы. Обычно капсула состоит из полисахаридов, иногда из полипептидов, например, у сибиреязвенной бациллы. Капсула препятствует фагоцитозу бактерий или могут образовываться при попадании микроорганизма в макроорганизм. Многие бактерии содержат микрокапсулу - слизистое образование, выявляемое лишь при электронной микроскопии. На поверхности бактериальной клетки имеются экзополисахариды , участвующие в адгезии , их называют гликокаликсом. Жгутики бактерий определяют подвижность клетки. Жгутики представляют собой тонкие нити, берущие начало от цитоплазматической мембраны, они прикреплены к цитоплазматической мембране и клеточной стенке специальными дисками, имеют большую длину, чем сама клетка. Они состоят из белка – флагеллина, закрученного в виде спирали. Количество и расположение жгутиков может быть различным:
О подвижностях бактерий судят, рассматривая живые микроорганизмы, либо косвенно - по характеру роста в среде Пешкова (полужидком агаре). Неподвижные бактерии растут строго по уколу, а подвижные дают диффузный рост. Ворсинки (пили) - нитевидные образования, более тонкие и короткие, чем жгутики. Пили отходят от поверхности клетки и состоит из белка пилина. Они ответственные за прикрепления бактерий к поражаемой клетке, за питание, водно-солевой обмен: половые пили характерны для так называемых мужских клеток «доноров». Споры - своеобразная форма покоящихся грамположительных бактерий, образующихся во внешней среде при неблагоприятных условиях существования бактерий (высушивание, дефицит питательных веществ и др.). Процесс спорообразования проходит несколько стадий, в течение которых часть цитоплазмы и хромосома отделяются, окружаются цитоплазматической мембранной, образуется проспора, затем формируется многослойная, плохо проницаемая оболочка, придающая споре устойчивость к температуре и другим неблагоприятным факторам. При этом внутри одной бактерии образуется одна спора. Спорообразование способствует сохранению вида и не является способом размножения, как у грибов. Споры бактерий могут долго сохраняться в почве (возбудители сибирской язвы и столбняка - десятки лет). В благоприятных условиях споры прорастают, при этом из одной споры образуется одна бактерия. ^ Наследственную функцию бактерий выполняет ДНК, молекула которой состоит из двух полинуклеотидных цепочек (нитей). Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара, дезоксирибозы и фосфатной группы. Наследственная информация у бактерий храниться в форме последовательности нуклеотидов ДНК, которые задают последовательность аминокислотных остатков при синтезе молекул белка. Каждому белку соответствует свой ген, т.е. дискретный участок на ДНК, отличающийся числом и специфичностью последовательности нуклеотидов. Совокупность всех генов называется геном (генотипом), а внешнее проявление генома - фенотипом. Бактериальная хромосома представлена одной двунитевой молекулой ДНК кольцевой формы, имеющий гаплоидный набор генов (всего до 5000 генов), которые кодируют жизненно важные для клетки функции. Плазмиды бактерий - это двунитевые молекулы ДНК, расположенные изолировано от бактериального генома. С плазмидами связаны функции, не являющиеся основными для жизнедеятельности бактериальной клетки, но дающие бактерии преимущества при попадании в неблагоприятные условия существования. Фенотипическими признаками, сообщаемыми плазмидами бактериальной клетки, являются, например устойчивость к антибиотикам, расщепление сложных органических веществ, выработка факторов бактериоциногенности, продукция факторов патогенности. Особое значение в медицинской микробиологии имеют плазмиды, ответственные за устойчивость бактерий к антибиотикам (R- плазмиды), и плазмиды обеспечивающие продукцию факторов патогенности, которые способствуют развитию инфекционного процесса в макроорганизме. R-плазмиды (факторы резистентности) содержат гены, детерминирующие синтез ферментов, которые разрушают антибактериальные препараты (антибиотики). В результате наличия такой плазмиды бактериальная клетка становиться устойчивой (резистентной) к действию целой группы лекарственных веществ. Плазмиды, детерминирующие синтез факторов патогенности, обнаружены у многих бактерий, являющих возбудителями инфекционных заболеваний человека. Изменение бактериального генома, а следовательно, и свойств бактерий могут происходить в результате мутаций и рекомбинаций. Мутации у бактерий - наследственные изменений в последовательности отдельных нуклеотидов ДНК (геноме), которые приводят к появлению микробов с основными свойствами Фенотипическим проявлением мутации могут быть: изменения морфологии бактериальной клетки, возникновение потребности в факторах роста (аминокислотах, витаминах) появление устойчивости к антибиотикам; изменение чувствительности к температуре, снижение вирулентности. Мутации бывают спонтанными, т.е. возникающими самопроизвольно и индуцированными. Спонтанные мутации появляются в результате ошибок репликации ДНК вследствие перемещения подвижных генетических элементов в процессе роста и размножения популяции бактерий. Индуцированные мутации возникают вследствие воздействия на микробы мутагенов. Различают физические (УФ-лучи, Y-радиация), химические (аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований, азотистая кислота) и биологические (транспозоны, нуклеиновые кислоты, вирусы антибиотики ) мутагены. Существуют крупные и мелкие (точечные) мутации. К крупным относятся мутации, которые характеризуются выпадением большого участка гена. Точечная мутация происходит внутри гена и представляет собой замену, вставку (дупликация), выпадение (делеция) одной пары азотистых оснований ДНК. В результате точечных мутаций происходит наследственное изменение каких- либо свойств микробной клетки, которая, как правило, остается жизнеспособной. Рекомбинация у бактерий. К этой группе изменчивости относятся рекомбинации генов, которые происходят в результате конъюгации, трансдукции, и трансформации. В процессе рекомбинации учувствуют клетки-доноры (передающие генетический материал) и клетки – реципиенты (воспринимающие его). В результате их взаимодействия возникают клетки - рекомбинанты, у которых имеются признаки обоих родителей: основной набор генов реципиента и определенная часть генов донора. Рекомбинационная изменчивость детерминируется специальными генами (rec-генами) Коньюгация - передача генетического материала от клетки донора в клетку – реципиента, при непосредственном половом контакте клеток. Необходимые условия конъюгации является наличие в клетке – доноре трансмиссивной F-плазмы (фертильности, плодовитости). Эта плазмида способна передаваться от донора к реципиенту, она кодирует синтез половых пилей, образующих конъюгационный мостик между клеткой-донором и клеткой – реципиентом, по которому происходит передача плазмидной и клеточной ДНК. В результате такого переноса клетка – реципиент получает донорские свойства. Трансдукция - передача бактериальной ДНК посредством бактериофага. В процессе репликации фага внутри бактерий фрагмент бактериальной ДНК проникает в фаговую частицу и переносится в бактерию – реципиент во время фаговой инфекции. Существуют два типа трансдукции: общая и специфическая Общая трансдукция (неспецифическая) - перенос бактериофагом фрагмента любой части бактериальной хромосомы. Специфическая трансдукция – перенос в клетку – реципиент строго определенного участка бактериальной ДНК донора. Трансформация - передача генетической информации с молекулой ДНК, выделенной из клетки – донора. Процесс трансформации может самопроизвольно происходить в природе некоторых видов бактерий, чаще грамположительных, когда ДНК из погибших клеток захватывается реципиентными клетками. Благодаря трансформации показано, что ДНК, экстрагированная из патогенных (имеющих капсулу) пневмококков, может трансформировать непатогенные (некапсулированные) пневмококки в патогенные. На различных видах микроорганизмов (сенная палочка, менингококки кишечная палочка и др.) установлено, что при трансформации от донора к реципиенту могут передаваться гены, детерминирующие резистентность к антибиотикам, фаголизабельность и другие свойства. Таким образом, с помощью трансформации было впервые доказано, что именно ДНК служит носителем генетической информации. В настоящее время трансформация является основным методическим приемом в генной инженерии, используемым при конструировании рекомбинантных штаммов с заданным геномом. При культивировании растительных клеток получают фармацевтические вещества (мочегонные, сердечно сосудистые препараты и др.), а животные клетки используют для накопления вирусов с целью изготовления вакцин, антигенов, гормонов и других биологических активных веществ. Культивирование животных и растительных клеток значительно сложнее и дороже, чем культивирование бактерий. Поэтому в биотехнологии интенсивно разрабатываются и уже используются рекомбинантные штаммы бактерий, способные синтезировать продукты растительной и животной природы, в том числе биологически активные вещества, свойственные человеку (гормоны, ферменты и др.). Генная инженерия – наука, занимающаяся созданием организмов с новыми свойствами. Материалом для работы в генной инженерии являются нуклеиновые кислоты прокариот, эукариот и вирусов. Расшифровка генома человека открывает для генной инженерии большое будущее и позволит решить проблему генотерапии, генопрофилактики и генодиагностики инфекционных и неинфекционных болезней. 
|
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям