Файл: Новиков Д.К. Медицинская микробиология.pdf

Neisseriaceae и Pseudomonadaceae; в группу входят также патогенные и условно-

патогенные бактерии родов Acinetobacter, Afipia, Alcaligenes, Bordetella, Brucella, Flavobacterium, Francisella, Kingella, Moraxella.

Группа 5. Факультативно анаэробные грамотрицательные палочки. Образована тремя семействами – Enterobacteriaceae, Vibrionaceae и Pasteurellaceae, каждое из ко-

торых включает патогенные виды, а также патогенные и условно-патогенные бакте-

рии родов Calymmobacterium, Cardiobacterium, Eikenella, Gardnerella и Streptobacillus

Группа 6. Грамотрицательные анаэробные прямые, изогнутые и спиральные бактерии. Патогенные и условно-патогенные виды входят в состав родов Bacteroides, Fusobacterium, Porphyromonas и Prevotella.

Группа 7. Бактерии, осуществляющие диссимиляционное восстановление сульфата или серы. Не включает патогенные виды.

Группа 8. Анаэробные грамотрицательные кокки. Включает условно-патогенные бактерии рода Veillonella.

Группа 9. Риккетсии и хламидии. Три семейства – Rickettsiaceae, Bartonellaceae и Chlamydiaceae, каждое из которых содержит патогенные для человека виды.

Группы 10 и 11. Включают анокси- и оксигенные фототрофные бактерии, непатогенные для человека.

Группа 12. Аэробные хемолитотрофные бактерии и родственные организмы. Объединяет серо-, железо- и марганецокисляющие и нитрифицирующие бактерии (не вызывают поражений у человека).

Группы 13 и 14. Включают почкующиеся и/или бактерии с выростами и бактерии, обладающие чехлом. Представлены свободноживущими видами, непатогенными для человека.

Группы 15 и 16 Объединяют скользящие бактерии, не образующие плодовых тел, и скользящие бактерии, образующие плодовые тела (непатогенны для человека).

Группа 17. Грамположительные кокки. Включает условно-патогенные виды ро-

дов Enterococcus, Leuconostoc, Peptococcus, Peptostreptococcus, Sarcina,

Staphylococcus, Stomatococсus и Streptococcus.

Группа 18. Спорообразующие грамположительные палочки и кокки. Включает патогенные и условно-патогенные палочки родов Clostridium и Bacillus.

Группа 19. Неспорообразующие грамположительные палочки правильной формы. Включает условно-патогенные виды родов Erysipelothrix и Listeria.

Группа 20. Неспорообразующие грамположительные палочки неправильной формы. В состав группы входят патогенные и условно-патогенные виды родов

Actinomyces, Corynebacterium, Gardnerella, Mobiluncus и др.

Группа 21. Микобактерии. Включает единственный род Mycobacterium, объединяющий патогенные и условно-патогенные виды.

Группы 22-29. Актиномицеты. Среди многочисленных видов лишь нокар-

диоформные актиномицеты (группа 22) родов Gordona, Nocardia, Rhodococcus, Tsukamurella, Jonesia, Oerskovia и Terrabacter способны вызывать поражения у чело-

века.

Группа 30. Микоплазмы. Патогенны для человека виды, включенные в состав родов Acholeplasma, Mycoplasma и Ureaplasma.

23

Не содержат патогенных для человека видов – метаногенные бактерии (груп-

па 31), сульфатредуцирующие бактерии (32), экстремально галофильные аэробные археобактерии (33), археобактерии, лишенные клеточной стенки (34), и экстремальные термофилы и гипертермофилы, метаболизирующие серу (35 группа).

2.2. Структура бактериальной клетки и химический состав микроорганизмов

Бактерии I и II отделов – это простейшие одноклеточные организмы, не имеют хлорофилла. Содержат нуклеиновую кислоту, белки, полисахариды, липиды, минеральные вещества, воду, микроэлементы. У них всегда присутствуют оболочка, цито-

плазма и нуклеоид. Не у всех бактерий имеются капсула, жгутики, фибриллы, пили, споры, включения.

Все эти структуры выявлены различными методами. Их величину определяют ультрацентрифугированием, ультрафильтрацией, микроскопией с использованием микрометра. Она колеблется от 0,1 нм до 10-20 нм (1000 нм=1 мкм; 1000 мкм=1 мм).

Оболочка бактерий состоит из трех слоев: слизистого (поверхностного), собственно клеточной стенки и ЦПМ – цитоплазматической мембраны.

Слизистый слой располагается поверх клеточной стенки, состоит из высокополимерных мукополисахаридов, которые не имеют с клеточной стенкой постоянной и прочной связи.

Клеточная стенка бактерий и грибов располагается между цитоплазматической мембраной и капсулой (если она имеется) или ионизированным слоем внешней среды

(рис. 1 и 2).

Толщина клеточной стенки колеблется от 10 до 35 нм. Клеточная стенка составляет 10-50% сухой массы бактерий, построена из полимеров или блоков, включающих липопротеиды, липополисахариды, протеины, тейхоевые кислоты.

Главным и специфичным для клеточной стенки компонентом является муреин или пептидогликан. Он имеется только у эубактерий (кроме микоплазм). Пептидогликан включает в себя остов и два набора пептидных цепочек – боковых и поперечных. Остов состоит из остатков N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, связанных между собой -гликозидными связями. Основу пептидов связи составляют тетрапептиды, состоящие из чередующихся L- и D-аминокислот, например, L-аланин- D-глютаминовая кислотамезодиаминопимелиновая кислота-D-аланин.

В тетрапептидной боковой цепочке у большинства грамотрицательных бактерий имеется диаминопимелиновая кислота – уникальный компонент клеточной стенки, который имеется только у прокариотов.

У грамотрицательных бактерий клеточная стенка слоиста. Внутренний слой построен из пептидогликана (5-10%), не содержит тейхоевых кислот. Наружная мембрана имеет вид волнообразной трехслойной структуры, сходной с цитоплазматической мембраной. Основной компонент этих мембран – двойной слой липидов. Наружная мембрана представлена липополисахаридами, фосфолипидами и белками. В состав белков, заключенных в фосфолипидную матрицу, входят 3 или 4 основных («мажорных»), которые составляют 70% суммарных белков наружной мембраны; два из ос-

24

новных белков проходят через оба слоя мембраны и прочно связаны с пептидогликаном. Эти белки-порины располагаются в виде триплетов и образуют диффузионные поры, через которые в клетку проникают мелкие гидрофильные молекулы. Второстепенные белки участвуют в облегченной диффузии и активном транспорте молекул, участвуют в конъюгации (являются рецепторами для донорских ворсинок), в контроле репликации ДНК и регуляции клеточного деления.

С внешней её стороны располагается липополисахарид (ЛПС), состоящий из трех компонентов: липида А, базисной части (ядра) и О-специфической цепи полисахарида, образованной повторяющимися идентичными олигосахаридными последовательностями.

ЛПС грамотрицательных бактерий обладает токсическими свойствами (связан с эндотоксином) и выраженными антигенными свойствами (О-антиген определяет серогруппу, серовар), по которым можно дифференцировать бактерии. Кроме того, ЛПС в организме запускает синтез около 20 различных биологически активных соединений, которые опосредуют патогенез эндотоксикоза и обладают пирогенным действием.

Клеточная стенка грамположительных бактерий имеет однородную структуру, пластичный слой тонкий и ковалентно связан с ригидным слоем. Она толще, чем у грамотрицательных бактерий – 20-60 нм. У грамположительных бактерий клеточная стенка на 60-90% состоит из пептидогликана и тесно связанных с ним тейхоевых кислот. Тейхоевые кислоты (от греч. teichos – стенка) – растворимые в воде линейные полимеры, содержащие остатки глицерина или рибитола, связанные между собой фосфодиэфирными связями.

Способность грамположительных бактерий при окраске по Граму удерживать генцианфиолетовый в комплексе с иодом (сине-фиолетовая окраска бактерий) связана со свойством многослойного пептидогликана взаимодействовать с краской. Обработка окрашенного по Граму мазка бактерий спиртом вызывает сужение пор в пептидогликане и задержку красителя в клеточной стенке. Наоборот, грамотрицательные бактерии после воздействия спиртом утрачивают краситель, обесцвечиваются, поры открываются и при обработке фуксином бактерии окрашиваются в красный цвет.

Пептидогликан может разрушаться под действием фермента лизоцима (мурамидазы), гидролизующего связи между ацетилглюкозамином и ацетилмурамовой кислотой.

Клеточная стенка выполняет следующие функции:

проникают питательные вещества, а из клетки выделяются продукты метаболизма, токсины, ферменты;

обеспечивают рост клеточной стенки, а при гибели - аутолиз её;

25

цировать клетки на грамположительные и грамотрицательные;

Способы выявления клеточной стенки:

*опыт Фишера – клетку помещают в гипертонический раствор соли или сахара. Вещества из клетки выходят в сторону большего осмотического давления – клеточная стенка отслаивается от цитоплазмы и видна в световом микроскопе;

*электронная микроскопия и ультрацентрифугирование с учетом по константе седиментации;

*действие лизоцима или антибиотиков приводит к растворению клеточной стенки.

Если клеточная стенка полностью разрушается – образуются протопласты или L-формы бактерий. В отличие от протопластов, L-формы способны размножаться. Они бывают стабильные, если не восстанавливаются в исходную форму, и нестабильные (восстанавливаются). Если клеточная стенка растворяется частично, то образуется сферопласт.

Цитоплазматическая мембрана. Цитоплазматическая мембрана имеет три слоя

– двойной фосфолипидный и глобулярный белковый. Она ограничивает цитоплазму, поддерживает постоянство осмотического давления, необходимого для нормального метаболизма клетки, контролирует водный и солевой обмен, обеспечивает питание бактерий за счет ферментов-пермеаз, расположенных в ЦПМ. За счет окислительновосстановительных ферментов ЦПМ принимает участие в процессах дыхания. ЦПМ участвует в делении клетки, биосинтезе компонентов клеточной стенки и капсулы, в регуляции процессов репликации и сегрегации хромосом и плазмид.

Имеется система внутренних мембран – мезосомы – это аналоги митохондрий. Они являются производными ЦПМ, связаны с нуклеоидом. Принимают участие в делении клеток, в распределении дочерних нуклеоидов в делящихся клетках, участвуют в спорообразовании, в синтезе материала клеточной стенки, в энергетическом метаболизме.

Цитоплазма – это коллоидная масса, заключенная в оболочку. Химический состав её сложный (белки, полисахариды, липиды, РНК, микроэлементы, минеральные вещества).

В электронном микроскопе в цитоплазме выявлены: эндоплазматическая сеть, рибосомы и гранулярные образования.

Рибосомы – структуры, в которых идет синтез белка. В свободном состоянии рибосомы могут находиться в виде 2 субъединиц с константой седиментации 30S и 50S. Перед синтезом белка субъединицы объединяются в рибосому с константой седиментации 70S. Количество рибосом в клетке колеблется от 5 до 10000. Часто они группируются в полисомы – полирибосомы.

26

Гранулы гликогена, крахмала, жира, зерна волютина (полифосфаты) играют трофическую и диагностическую роль (у дифтерийной палочки зерна волютина располагаются по полюсам и интенсивно прокрашиваются «метахромазия»). В цитоплазме могут быть плазмиды – участки дополнительного генетического материала, представленные двойной нитью ДНК, обеспечивающие определенные свойства бактерий (см. в разделе генетики бактерий).

Нуклеоид (хромосома). Нуклеоид бактерий содержит циркулярно-замкнутую двойную нить ДНК, располагается в цитоплазме в виде клубка. У нуклеоида нет ядерной оболочки, ядрышек, белков гистонов и протаминов; при этом микробная клетка не делится митозом, т.к. нет митотического аппарата.

В нуклеоиде есть ДНК, РНК и ферменты, в частности РНК-полимераза. РНК и РНК-полимераза находятся в центре, а на них намотана ДНК, которая расположена компактно. Один конец ДНК связан с мезосомами ЦПМ, что способствует разделению дочерних хромосом при репликации. Бактерии – гаплоидные существа. Содержат 1 молекулу ДНК, ее можно рассматривать как одиночную хромосому, в расправленном состоянии ее длина 1 мм.

Форма нуклеоида различна: сферическая, палочковидная, подковообразная. В клетке в зависимости от физиологического состояния может быть один или кратное двум количество нуклеоидов. В молодых клетках – несколько, в старых – 1, у кокков – 1, у палочковидных – много.

Функции нуклеоида: хранитель генетической информации, которая закодирована в ДНК; принимает участие в генетических процессах (мутациях, рекомбинациях), а также в делении бактерий и спорообразовании.

Доказательства наличия нуклеоида:

–цитохимическая реакция Фельгена на ДНК. На мазок бактерий наносят соляную кислоту, при этом из дезоксирибозы образуются альдегиды, которые с фуксинсернистой кислотой реактива Шиффа дают фиолетовое окрашивание;

–люминесцентная микроскопия: при окраске мазка акридиновым оранжевым ДНК в ультрафиолете светится зеленым светом, РНК – красным;

–электронная микроскопия ультратонких срезов.

Жгутики – органы передвижения бактерий. Это тончайшие длинные нити (3- 5х12-25 нм), одетые чехлом белковой природы, берут начало в цитоплазме и связаны с телом клетки при помощи дисков. Наружный диск находится в клеточной стенке, внутренний в ЦПМ. В состав жгутиков входит белок флагеллин, он относится к числу сократительных белков, обладает высокой антигенной активностью и специфичностью (см. Н-антиген).

Для изучения жгутиков существуют прямые и косвенные методы. Прямые – это электронная микроскопия и световая после окраски по Лёффлеру. Косвенные – посев уколом в столбик полужидкого агара и микроскопия нативного материала в препаратах «висячая» и «раздавленная» капли в световом и фазово-контрастном микроскопах.

По наличию жгутиков и их расположению микробы разделяются на монотрихи – имеют 1 жгутик, лофотрихи – пучок жгутиков с одной стороны, амфитрихи – по одному жгутику или по пучку жгутиков по полюсам, перитрихи – жгутики по всей поверхности тела клетки, атрихи – без жгутиков.

27