Систематика и морфология микроорганизмов. Тема: Морфология бактерий

Студент должен знать: морфологию бактерий, методы микроскопических исследований, правила окраски бактерий.

Ключевые слова и термины: нуклеоид. Капсула. Спора. Жгутики. Цитоплазматическая мембрана. Клеточная стенка.

МОРФОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ

Бактерии могут иметь округлую, палочковидную или извитую форму. Круглые бактерии называются кокками (одна клетка - кокк). Слово «кокк» произошло от греческого слова «коккос», что значит семя. Обычно кокки имеют правильную шарообразную форму. Некоторые кокки после деления в одной плоскости остаются связанными парами. Это диплококки. Реже они несколько заострены, как пневмококки - возбудители бактериальных пневмоний (рис. 2.1), или имеют вид кофейных зерен или бобов, как менигококки - возбудители менингитов. Точно так же выглядят и гонококки - возбудители венерической болезни гонореи (рис. 2.2).

По расположению клеток после деления кокки могут быть подразделены на несколько групп, у некоторых из них после деления клетки расходятся и располагаются поодиночке. Такие формы называются микрококками. Иногда кокки при делении образуют скопления, напоминающие по форме гроздья винограда. Подобные формы называются стафилококками (рис. 2.3).

Рис. 2.1.

У стрептококков деление также происходит в одной плоскости, но клетки не отделяются друг от друга, и поэтому образуются различной длины цепочки (рис. 2.4).

Рис. 2.4.

Некоторые кокки делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, что приводит к образованию своеобразных скоплений кубической формы. Такие скопления кокков называются сардинами (рис. 2.5). Если после деления в двух взаимно перпендикулярных плоскостях клетки располагаются в виде сочетаний из четырех кокков, то такие скопления называются тетракокками (рис. 2.6).

Рис. 2.5.

Рис. 2.6.

У палочковидных бактерий концы бывают округлыми или заостренными. Разнообразно и расположение клеток после деления - одиночные палочки, по две, цепочками и т.п. (рис. 2.7).

Рис. 2.7.

Нередко встречаются извитые, или спиральные, бактерии. Имеются две группы извитых форм бактерий. К первой группе относятся спириллы, имеющие форму длинных изогнутых (один или несколько завитков) палочек и вибрионы, представляющие лишь часть витка спирали и похожие на запятую. Вторая группа извитых бактерий - спирохеты - представляет собой длинные и тонкие клетки с большим количеством мелких завитков (рис. 2.8).

Бактериальные клетки очень малы, их размеры исчисляются микрометрами (мкм). Кокки имеют диаметр около 0,5-1,0 мкм. Ширина палочковидных форм бактерий составляет от 0,5 до 1,0 мкм, а длина может достигать нескольких десятков мкм. Размер бактерий может значительно изменяться в зависимости от температуры, состава среды и т.д.

Бактериальная клетка окружена оболочкой. В цитоплазме содержатся ядерный аппарат, вакуоли, аналоги митохондрий - мезозомы, рибосомы, а также различного рода включения, обычно образующиеся в процессе обмена веществ (рис. 2.9).

Клеточная оболочка обладает определенной ригидностью (жесткостью), вместе с тем эластичностью и способна изгибаться. Клеточную оболочку можно разрушить ультразвуком, ферментом лизоцимом, тонкой иглой и т.д. При этом содержание клетки - цитоплазма - с ее включениями вытекает и приобретает шаровидную форму. Отсюда следует, что оболочка придает бактериальной клетке определенную форму.

Клеточные оболочки обнаруживают определенную организацию. Масса клеточной оболочки составляет около 20% всей массы клетки. Клеточная оболочка часто бывает окружена слизистым слоем, который различается у отдельных бактерий как по толщине, так и по консистенции. Этот слой называется капсулой (рис. 2.10).

Рис. 2.10.

По химическому составу капсулы бактерий можно разделить на 2 типа. Один тип капсул состоит из полисахаридов - декстранов, другой из полипептидов. Многие бактерии содержат в капсуле пептиды, состоящие главным образом из цепочек молекул глутаминовой кислоты.

Капсула защищает клетку от неблагоприятных воздействий окружающей внешней среды. Бактерии, обладающие капсулами, могут жить в такой среде, в которой рост некапсулированных бактерий ограничен. В некоторых случаях вещество капсулы может использоваться бактериями как пищевой резерв, когда отсутствует другая пища.

К клеточной оболочке бактериальной клетки тесно прилегает внешний слой цитоплазмы - цитоплазматическая мембрана. Это не ригидное образование, иногда называемое осмотическим барьером клетки, действует как полупроницаемая мембрана и контролирует транспорт ионов и молекул в клетку и из клетки. Цитоплазматическая мембрана составляет около 10% сухой массы клетки, состоит из полипротеидов и содержит до 75% липидов клетки. Нередко мембрана дает внутрицитоплазматические ответвления (инвагинации), приводящие к образованию особых телец - мезосом.

Мембрана и мезосомы выполняют функции, свойственные митохондриям высших организмов, в которых локализованы разнообразные ферментные системы.

Под цитоплазматической мембраной находится цитоплазма. Она обычно рассматривается как коллоидная система, состоящая из воды, белков, жиров, углеводов, минеральных соединений и других веществ, соотношение которых зависит от вида бактерий и их возраста.

Детальные исследования микромолекулярной организации и субмикроскопической структуры цитоплазмы выявили ее мелкогранулярный характер. Многие из этих гранул являются рибосомами - частицами с богатым содержанием белка и рибонуклеиновой кислоты. В бактериальной клетке содержится приблизительно до 10 000 рибосом, осуществляющих синтез белков в бактериальной клетке.

В цитоплазме бактерий имеются гранулы запасных питательных веществ. В качестве резервных питательных веществ в клетках бактерий могут накапливаться вещества, состоящие из углеводов - гликогена (животного крахмала) или гранулезы (близкой к крахмалу). При недостаточном поступлении углеродсодержащих веществ в среду гликоген или гранулеза постепенно исчезают из клеток бактерий.

У некоторых видов бактерий в клетках накапливаются жир и во- лютин. Последний состоит из неорганических полифосфатов и полиметафосфатов, а также веществ, близких к нуклеиновым кислотам. Волютин обнаруживается в виде крупных, хорошо видимых гранул, образующихся в больших количествах на средах, богатых глицерином или углеводами.

В цитоплазме бактериальных клеток расположен ядерный аппарат (иногда называемый нуклеоидом). У бактерий постоянно обнаруживаются дискретные (прерывистые) форменные структуры, содержащие дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), а также белок и обладающие функцией ядра или, точнее, хромосом высших форм организмов. Обычно ядерное образование (по одному на клетку) располагается в центральной части внутреннего содержимого клетки бактерий. В отличие от клеток высокоорганизованных организмов нуклеоид бактерий не отделен от цитоплазмы мембраной.

Многие бактерии передвигаются с помощью особых нитевидных придатков - жгутиков, обусловливающих подвижность бактерий благодаря своим спиральным волнообразным движениям вследствие ритмичных сокращений (рис. 2.11).

Рис. 2.11.

Кокки, за исключением отдельных видов, не имеют жгутиков. Среди цилиндрических форм бактерий приблизительно около половины имеют жгутики. Из спиралевидных бактерий большинство подвижны.

Бактерии с одним жгутиком называются монотрихами, имеющие на одном или на обоих концах тела пучок жгутиков - лофо- трихами. Перитрихами называются бактерии, имеющие жгутики по всей поверхности тела. Количество жгутиков у различных видов бактерий может значительно изменяться. Например, вибрионы имеют 1-3 жгутика, а у палочковидных бактерий обнаружено от 50 до 100 жгутиков.

Толщина жгутиков - около 0,01 мкм, а длина их во много раз больше длины тела бактерий. В химическом отношении жгутики представляют собой белок и денатурируются при нагревании.

Жгутики не являются жизненно важной структурой для бактериальной клетки. Так, бактерии, обладающие жгутиками, можно вырастить в таких условиях, при которых у них не развиваются жгутики. У подвижных бактерий наблюдаются «фазовые вариации», т.е. жгутики присутствуют в течение одной фазы развития и отсутствуют в другой. Жгутики бактерий можно разрушить, но клетка будет оставаться жизнеспособной.

Свое начало жгутики берут от плотного тельца в цитоплазме, но вместе с тем они прикрепляются не только к цитоплазматической мембране, но и к клеточной. Протопласты, освобожденные от клеточной оболочки, сохраняют жгутики.

Бактериальные клетки - монотрихи, перемещаясь с помощью жгутика вдоль своей оси, совершают волнообразное движение. У пе- ритрихов наблюдается оживленное кувыркание.

Скорость движения бактериальных клеток зависит от особенностей их аппарата движения и свойств среды - ее вязкости, температуры, pH, осмотического давления идр. Некоторые бактерии могут передвигаться при благоприятных условиях на расстояние, превышающее размеры клетки в 10-15 раз. Большинство же бактерий за секунду проходит расстояние, равное размеру их клетки.

Кроме жгутиков клетки бактерий могут иметь прямые отростки - фимбрии. Фимбрии значительно короче и тоньше жгутиков, но более многочисленны и обнаружены как у подвижных, так и у неподвижных организмов.

Некоторые бактерии способны образовывать споры (эндоспоры), тельца сферической или эллиптической формы, очень устойчивые против неблагоприятных условий. Споры преломляют свет и четко видны в световом микроскопе. Обычно в клетке образуется одна спора - эндоспора. Споры можно рассматривать как приспособление организма для перенесения неблагоприятных внешних условий. Они не являются органами размножения (рис. 2.12).

Формирование спор зависит от условий роста. Споры могут оставаться живыми в условиях, когда вегетативные клетки, т.е. не образовавшие спор, погибают. Большинство спор хорошо переносит высушивание, многие споры нельзя убить даже при кипячении в течение нескольких часов. В сухом состоянии споры погибают лишь при сильном нагревании (15-160 °С) в течение нескольких часов. Споры отдельных видов бактерий отличаются своей термоустойчивостью.

Рис. 2.12. Споры бактерий

В спорах содержится мало воды (вследствие обезвоживания), что предохраняет белки от денатурации при высоких температурах. Устойчивость спор к неблагоприятным факторам определяется также специальной структурной формой, которую принимает белок споры в процессе спорообразования.

Диаметр споры приблизительно равен диаметру клетки, в которой она образовалась, или несколько превышает его. У некоторых бактерий спора формируется на конце клетки, которая при этом несколько расширяется. Клетка в таком случае приобретает вид барабанной палочки. У других бактерий спора образуется в центре клетки, которая либо не меняет формы (род Bacillus ), либо в середине расширяется и принимает вид веретена (род Clostridium). Вегетативная часть клетки разрушается и исчезает, и остается только преломляющая свет спора. Спора трудно окрашивается красителями.

Попадая в благоприятные условия, спора начинает «прорастать». При этом она разбухает не только в результате поглощения воды, но и вследствие роста клетки за счет резервного материала. Затем оболочки под влиянием давления, вызванного ростом, разрываются и дают трещину. Возникает новая вегетативная клетка. Способ, которым клетка выходит из споры, различается у разных видов и может использоваться в качестве видовой характеристики.

Имеются микроорганизмы, образующие относительно устойчивые к неблагоприятным условиям клетки - цисты. Цистам свойственна утолщенная оболочка.

Благодаря жесткости своей стенки клетка сохраняет форму: шаровидную, палочковидную или извитую. Оболочка защищает клетку, сохраняя ее структурную целостность при изменении внешних условий, в частности при осмотических воздействиях. Наряду с мембраной она действует как полупроницаемый барьер, обеспечивающий избирательное проникновение питательных веществ из окружающей среды и выделение высокомолекулярных соединений - токсинов или ферментов, участвующих во внеклеточном переваривании субстратов. Клеточная стенка детерминирует антигенную специфичность видов, является местом адсорбции фагов на клетке и участвует в процессах движения и деления.

При изучении химического состава клеточных стенок грамполо- жительных и грамотрицательных бактерий выявились существенные различия в их качественном и количественном составе (рис. 2.13).

За механическую прочность стенки у этих групп микроорганизмов ответствен один и тот же гетерополимер - пептидогликан, хотя количественное содержание его и локализация различны. Атакой компонент клеточной стенки, как тейхоевые кислоты, содержится в стенках только грамположительных бактерий. Электронномикроскопическое изучение срезов поверхностных слоев грамположительных и грамотрицательных бактерий также подтвердило неоднородность структуры их клеточных стенок.

Морфология бактерий (прокариот)

Бактерии (греч. bakterion — палочка) — микроорганизмы с прокариотным типом строения. Преимущественно это одноклеточные организмы, однако существует немало форм, состоящих из многих клеток. Термин «прокариоты» равнозначен термину «бактерии».

Форма и размеры бактерий

По форме клеток бактерии подразделяются на три основные группы: шаровидные, или кокки, палочковидные и извитые (рис. 1).

Кокки (греч. kokkos — зерно, лат coccus — ягода). Имеют сферическую форму в виде правильного шара, эллипса, боба, ланцета. В зависимости от взаимного расположения клеток после деления различают: микрококки, или монококки, стафилококки, диплококки, стрептококки, тетракокки и сарцины.

Рис. 1. Основные формы бактерий

а — микрококки; б — диплококки и тетракокки; в — сарцины; г — стрептококки; д — стафилококки; е. ж — палочковидные бактерии; з — вибрионы; и — спириллы; к — спирохеты

Микрококки (лат. micrococcus — маленький) делятся в равных плоскостях и располагаются одиночно, парами или беспорядочно. Сапрофиты, обитают в почве, воде, воздухе. Например, Micrococcus luteus.

Стафилококки (греч. staphyle — виноградная гроздь) — кокки, делящиеся в различных плоскостях и располагающиеся несимметричными гроздями, иногда одиночно, парами, тетрадами. Сапрофиты и патогенные. Например, Staphylococcus aureus.

Диплококки (греч. diploos — двойной) делятся в одной плоскости, образуя попарно соединенные кокки. Например, Azotobacter chroococcum.

Стрептококки (греч. streptos — цепочка) — кокки, расположенные в виде цепочки, встречаются одиночные и парные клетки, иногда тетрады. Образуются при делении в одной плоскости. Сапрофиты и патогенные. Например, Streptococcus pyogenes.

Тетракокки (греч. tetra — четыре) — кокки, которые делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и располагаются по четыре.

Сарцины (лат. sarcio — связываю) — кокки, делящиеся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и образующие правильные пакеты по 8—16 клеток и более. Сапрофиты, встречаются в воздухе, почве, кишечнике животных и человека. Например, Sarcina ureae.

Палочковидные бактерии. Это самая многочисленная группа прокариот. Они имеют осевую симметрию и цилиндрическую форму тела с округлыми или заостренными концами. Палочковидные формы делят на две группы: неспоровые палочки — бактерии (Bacterium) и палочки, образующие споры, — бациллы (Bacillus). Палочки, у которых диаметр споры превышает ширину вегетативной клетки, принято называть клостридиями (Clostridium).

В зависимости от взаимного расположения клеток палочковидные бактерии подразделяют на одиночные и бессистемные скопления, диплобактерии и диплобациллы (располагающиеся попарно), а также стрептобактерии и стрептобациллы (формы, образующие длинные или короткие цепочки). Сапрофиты и патогенные виды. Например, Bacillus anthracis, Clostridium tetani.

К палочковидным формам также относят коринебактерии и фузобактерии.

Коринебактерии….греч. korync — булава) — прямые или изогнутые палочки с булавовидными утолщениями на концах. Сапрофиты, патогенны для животных и человека. Например, Corynebacterium pseudotuberculosis и др.

Фузобактерии — длинные, толстые, с заостренными концами палочки. Имеются патогенные виды — возбудитель некробактсриоза (Fusobacterium necrophorum).

Извитые бактерии. Обладают спиральной симметрией. К ним относятся вибрионы, спириллы и спирохеты.

Вибрионы (лат. vibrio — извиваюсь). Клетки вибрионов имеют цилиндрическую изогнутую форму, образуя 1/4—1/2 завитка спирали, и напоминают запятую. Сапрофиты и патогенные. Например, Vibrio cholerae.

Спириллы (лат, spira — изгиб) — бактерии, имеющие форму спирально извитых палочек с 4—6 витками. Обитают в пресной и морской воде. Преимущественно сапрофиты (Spirillum volutans); к патогенным видам относятся S. minus и кампилобактсры (Campylobacter fetus).

Спирохеты (spirochaeta; греч. speira — изгиб и chaite — длинные волосы) — прокариоты спирально извитой формы. У спирохет выявляется два типа витков: первичные — образованные изгибами протоплазматического цилиндра, и вторичные — представляющие изгибы всего тела. Спирохеты — эластичные спиралевидные длинные клетки, состоящие из осевой нити (аксистиля), цитоплазмы с рибосомами и включениями, нуклеоида, мезосом, цитоплазматической мембраны и клеточной стенки. Тонкая эластичная клеточная стенка состоит из наружной липопротеидной мембраны и несплошного слоя паптидогликана. Осевая нить растянута на всю длину клетки, выполняет локомоторную и опорную функции, содержит пучок из 2—150 аксиальных (опорных) фибрилл, состоящих из аминосахара кутина. Количество и величина фибрилл у разных видов неодинаковы. Протоплазматический цилиндр упакован спиралевидно и окружен аксиальными фибриллами, прикрепляющимися к дискам на его концах. Фибриллы заключены в перипласте (между цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой). Движение спирохет осуществляется за счет активного сокращения осевой нити и протоплазматического цилиндра; формы движения разнообразны: вращательное, поступательное, сгибательное.

Размножаются поперечным делением. В неблагоприятных условиях спирохеты могут переходить в цисту — укороченную и свернутую в спираль, окруженную прочной оболочкой клетку.

По морфологии (размерам, числу и форме завитков), количеству осевых фибрилл, характеру движения, типу биологического окисления, экологии, патогенности в пределах группы спирохет дифференцируют: спирохеты, кристиспиры, трепонемы, боррелии и лептоспиры.

Спирохеты и кристиспиры обитают в открытых водоемах, иле, сточных водах; для позвоночных непатогенны. Кристиспиры — гигантские прокариоты (28—150 мкм) спирально изогнутой формы с плоской зернистой килевидной мембраной (криста), идущей вдоль тела клетки. Число фибрилл более 100.

Трепономы — спиралевидно извитые эластичные бактерии, размер 0,1—0,5, 5—20 мкм; осевая нить состоит из 1 или 4 фибрилл; хорошо выражены равномерные или неравномерные завитки; подвижны. Типовой вид — Treponema pallidum.

Боррелии — извитые нитевидные бактерии, размер 0,2— 0,5 Х5—30 мкм; осевая нить состоит из 15—20 параллельных фибрилл.

Лептоспиры — спиралевидные бактерии диаметром 0,1—0,25 мкм и длиной 6—30 мкм, формирующие около 20 мелких, тесно расположенных первичных завитков и 1—2 вторичных, придающих клетке форму, букв Г, S, С. Осевая нить состоит из 2 фибрилл. Главный тип движения — вращательно-поступательный. Например, Leptospira interrogans.

Бактерии не видимы невооруженным глазом. Поэтому для их изучения используют световые и электронные микроскопы. Клетки бактерий измеряются в микрометрах (1 мкм =10" м), элементы тонкого строения — в нанометрах (1нм = 10 м). Предел разрешения светового микроскопа составляет 0,2 мкм, современных моделей электронных микроскопов — 0,15—0,3 нм. Средние размеры прокариот лежат в пределах 0,5—3 мкм. Наиболее стабильны кокчи — их размер 0,5—2 мкм. Палочковидные формы обычно длиной 2—10 и шириной 0,5—1 мкм, мелкие палочки соответственно 0,7—1,5 и 0,2—0,4 мкм.

В 1967 г. Адлер описал мини-клетки. Они примерно в 10 раз меньше исходных бактерий, не содержат хромосомную ДНК и имеют только плазмидную. Среди бактерий могут быть гиганты, достигающие в длину 125 мкм и более. Размеры спирохет 0,2—0,75 х 5—500 мкм.

Морфология микроорганизмов - это наука, занимающаяся изучением их формы, строения, способов размножения и передвижения.

Основы и открытие

Данная наука достаточно обширная и занимается изучением многих вопросов. Несмотря на то что все микроорганизмы невидимы для человеческих глаз, они все же существуют и бывают как «хорошими» для организма, так и плохими.

Микробы можно встретить во всех сферах проявления жизни: в воде, почве, воздухе, а также в других организмах.

Впервые о бактериях узнал знаменитый ученый Левенгук, занимающийся изготовлением первых линз, позволяющих увеличивать предметы до двухсот раз. И то, что он увидел, полностью поразило его. Ученый узнал, что микробы повсюду, и все они отличаются друг от друга. Таким образом, Левенгук стал открывателем микроорганизмов.

Луи Пастер начал заниматься таким вопросом, как морфология микроорганизмов, и выяснил, что они имеют не только разное строение и форму, но также отличаются и способами передвижения и размножения. Им было установлено, что некоторые для человеческого организма, а некоторые, наоборот, полезны. Также он открыл, что такие микробы, как дрожжи, способны приводить к процессам брожения.

Морфология организмов дала возможность многим ученым изобрести различные вакцины, помогающие справляться со смертельно опасными человеческими заболеваниями.

Классификация

Микроорганизмы считаются мельчайшими представителями, обитающими на планете Земля. Чаще всего они являются одноклеточными, и рассмотреть их можно только в очень мощный микроскоп.

Размер данной формы жизни измеряется в микрометрах и нанометрах. В природе их встречается огромное количество, поэтому они имеют значительные различия в строении, способах существования и передвижения.

Согласно установленной делятся на неклеточные, одноклеточные и многоклеточные. При этом разделяются они на такие категории: грибы, дрожжи, фаги, бактерии и вирусы.

Немного о бактериях

При изучении такой темы, как морфология микроорганизмов, большое внимание нужно уделить бактериям. Чаще всего они являются одноклеточными организмами (хотя существуют и исключения) и имеют довольно разнообразные размеры. Некоторые из них достигают 500 мкм.

Существует несколько видов бактерий, различающихся своей формой. Сюда можно отнести палочковидных, шаровидных и извитых организмов. Рассмотрим подробнее каждый вид.

В медицине имеют название «кокки». Чаще всего они круглой формы, хотя иногда встречаются также овальные и бобовидные микроорганизмы. Могут располагаться не только поодиночке, но и парами, в виде цепочек или виноградных лоз.

Многие из них оказывают отрицательное влияние на человеческий организм. Например, стрептококки вызывают аллергию, а стафилококки становятся причиной образования гнойных и воспалительных процессов.

Бактерии, имеющие форму палочек, считаются самыми распространенными. К ним относятся микроорганизмы, приводящие к туберкулезу, брюшному тифу, дизентерии.

Некоторые виды палочек при плохих условиях окружающей среды образуют споры. Называются такие бактерии бациллами.

Образование спор - это очень интересный и сложный процесс, так как сама клетка такого типа очень сильно отличается от обычной бациллы. Каждая спора имеет плотную и крепкую оболочку, обладая при этом ничтожно малым количеством воды. Такая клетка вообще не нуждается в питательных веществах, она перестает двигаться и размножаться. При этом споры могут находиться в ужасных для жизнедеятельности условиях, таких как слишком высокие или низкие температуры. Но как только наступает благоприятная для них среда, они сразу же начинают свою жизнедеятельность.

Извитые бактерии чаще всего встречаются в виде запятой или завитков. Обычно подобные микроорганизмы вызывают такие заболевания, как сифилис и холера.

Многие бактерии способны передвигаться, и делают они это с помощью жгутиков различной формы и длины.

Бактерии размножаются с помощью деления. Такой процесс проходит очень быстро (каждые пятнадцать-двадцать минут). Самое быстрое размножение можно заметить на пищевых продуктах и в другой среде, обладающей высокой питательностью.

Вирусы

Вирусы можно отнести к особой группе микроорганизмов, которая не имеет клеточного строения. Такие формы жизни крайне малы, поэтому увидеть их можно только под электронным микроскопом. Некоторые виды вирусов могут состоять лишь из белков и нуклеиновой кислоты.

Каждый человек хотя бы раз в жизни сталкивался с заболеваниями, вызываемыми данными микроорганизмами. Сюда можно отнести грипп, гепатит, корь и многие другие заболевания.

Грибы

Данная группа микроорганизмов тоже является особой. Грибы не имеют в составе хлорофилла, а также не производят синтез органических веществ. Они нуждаются в уже готовых продуктах пропитания. Именно поэтому грибы чаще всего можно встретить на плодородных почвах или на пищевых продуктах.

Для грибов характерны разные способы размножения. Сюда можно отнести не только бесполый и половой способ, но также и вегетативный.

Дрожжи

Дрожжи являются одноклеточными неподвижными организмами, имеющими самую разнообразную форму. Встречаются как круглые и овальные виды, так и палочковидные и серповидные.

Этот вид микроорганизмов довольно широко распространен. Их можно встретить на растениях, в почве, а также в пищевых продуктах, которые при этом портятся. Некоторые из них способны превращать сахара в углекислый газ и этиловый спирт. Такой процесс называется брожением. Он очень востребован в пищевой промышленности.

Морфология микроорганизмов: бактерии

Стоит учесть, что бактерии - это форма жизни, появившаяся на нашей планете самой первой. Их основная особенность заключается в строении клетки. В отличие от эукариот (клетки, содержащие ядро), прокариоты (бактерии) ядра не содержат.

Такие микроорганизмы обитают во всех сферах жизни и непосредственно влияют на человеческую жизнь в том числе.

Ученые классифицируют бактерии также по принципу полезности. Существуют полезные виды и вредные. Полезные участвуют в процессе фотосинтеза, оказывают положительное влияние на пищеварительную систему человека, а также очень часто применяются в промышленности.

Изучение морфологии микроорганизмов дает общее представление об их существовании, а также дает возможность узнать их пользу и вред в тех или иных ситуациях.

Стандартная клетка бактерии состоит из таких составляющих:

Плазматическая мембрана. Данный элемент клетки ничем не отличается от мембраны эукариот.

Мезосома - особая составляющая, с помощью который возможно прикрепление к клетке наследственного материала.

Нуклеотид. Представляет собой не полностью сформированное ядро. В нем находятся все хромосомы.

Рибосомы - особые органоиды, занимающие около сорока процентов клеточного пространства.

Кроме перечисленных выше элементов, в состав клетки прокариот также входят: капсула, стенка клетки и слизистый чехол. Многие бактерии умеют самостоятельно передвигаться и цепляться за поверхности. Делают они это с помощью специальных жгутиков и ворсинок.

Морфология микроорганизмов: микробиология вирусов, грибов и дрожжей

Вирус - это особый организм, не имеющий клеточного строения. Каждая его частица состоит из оболочки, а также из расположенной по центру сердцевины информации.

А вот строение сложнее, чем у других микроорганизмов. В состав их клеток также входят ядра и вакуоли. По строению они очень похожи на растительные, но имеют другую форму. Выглядят как длинные и ветвящиеся нити, которые называются гифами. Обычно такие гифы образуют мицелий.

Клетки дрожжей имеют в составе все элементы эукариотов, однако кроме этого, им присущи и другие компоненты. Их уникальность состоит в том, что они обладают качествами как животных, так и растений.

Обменные процессы

Морфология и физиология микроорганизмов позволяют разобраться в основных этапах их жизнедеятельности. Бактерии, точно так же как и более сложные формы жизни, осуществляют синтез липидов, жиров и углеводов. Но при этом процессы, протекающие в их клетках, отличаются.

Ученые выделяют два типа эукариотов: автотрофы и гетеротрофы.

Первый тип способен синтезировать органические вещества из неорганических соединений, а вот второй производит процессы трансформации органических компонентов.

Существуют также сапрофиты. Они питаются за счет синтезированных веществ умершими организмами.

Морфология строения микроорганизмов - это довольно важная составляющая изучения жизни бактерий. Однако кроме строения клетки также стоит учитывать и типы метаболизма. Конструктивный тип был рассмотрен выше. Существует также и энергетический обмен.

Ученые выделяют такие типы получения энергии:

Фотосинтез. Данная процедура может осуществляться как при наличии кислорода, так и без него.

Брожение. Эта энергетическая реакция происходит благодаря отрыву молекул, которые переносят фосфорную кислоту на АДФ.

Дыхание. Микроорганизмы могут дышать не только за счет кислорода, но также и с помощью органических и минеральных соединений.

Передача наследственной информации

Существует несколько способов передачи наследственной информации прокариотами (морфология и систематика микроорганизмов также описаны в этой статье). Рассмотрим подробно каждый из них:

конъюгация - метод передачи наследственной информации от одного микроорганизма к другому только методом их непосредственного контакта;

трансформация - тип передачи, во время которого доноры делятся информацией с реципиентами;

трансдукция - метод непосредственной передачи наследственного материала с помощью фагов.

Методы исследования морфологии микроорганизмов

Для наиболее точного изучения строения прокариот используют такие методы, как микроскопия и окрашивание.

Морфологии микроорганизмов производятся за счет электронных и световых микроскопов. Специалисты разработали несколько методов для наиболее точного получения результатов.

Морфологический метод исследования позволяет с помощью микроскопа рассмотреть строение клетки, а также ее подвижность и способность к размножению.

Физиологический метод позволяет рассмотреть реакцию микроорганизмов на различные раздражители, а также способность к адаптации к различным условиям.

С помощью культурального метода можно провести исследования микроорганизма в питательной среде. Эта методика позволяет выявлять способности к росту и размножению.

Морфология микроорганизмов (микробиология) - это очень важная наука, занимающаяся изучением бактерий и других одноклеточных. Не стоит думать, что бактерии причиняют только вред природе и человеческому организму. Это далеко не так. Без них жизнь на планете Земля была бы невозможной.

Систематика и номенклатура микроорганизмов

Таксон - группа организмов, объединенная по определенным однородным свойствам в рамках той или иной таксономической категории. Самой крупной таксономической категорией является царство, более мелкими - подцарство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид, подвид и др.

В основу таксономии микроорганизмов положены их морфологические, физиологические, биохимические, молекулярно-биологические свойства. Весь мир микробов подразделяется на три царства:
. царство эукариотов (грибы и простейшие);
. царство прокариотов (бактерии, риккетсии, микоплазмы);
. царство вирусов.

Эукариоты подобны клеткам растений и животных. Они имеют поверхностную мембрану и внутриклеточную систему элементарных мембран, составляющих эндоплазматическую ретикулярную сеть и комплекс Гольджи. В цитоплазме эукариотов содержится оформленное ядро, митохондрии, рибосомы и ряд других органелл. Размножаются простые эукариоты половым и бесполым путями.

Прокариоты - организмы, не имеющие отграниченного ядра, внутриклеточной системы элементарных мембран и митохондрий, а некоторые лишены также клеточной стенки. Размножаются простым поперечным делением или почкованием.

Одной из основных таксономических категорий является вид (species) - совокупность особей, имеющих общий корень происхождения, сходный генотип и максимально близкие фенотипические признаки и свойства.

Совокупность однородных микроорганизмов, выделенных на питательной среде, характеризующаяся сходными морфологическими, тинкториальными (отношение к красителям), культуральными, биохимическими и антигенными свойствами, называется чистой культурой.

Чистая культура микроорганизмов, выделенных из определенного источника и отличающихся от других представителей вида, называется штаммом. Штамм - более узкое понятие, чем вид или подвид. Близким к штамму является понятие клона; клон - это совокупность потомков, выращенных из одной микробной клетки.

Решением Международного конгресса для микроорганизмов рекомендованы следующие таксономические категории: царство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид.

Название вида соответствует бинарной номенклатуре, т. е. состоит из двух слов. Например, кишечная палочка пишется как Escherichia coli. Первое слово - название рода, которое начинается с прописной буквы, второе слово обозначает вид и пишется со строчной буквы. При повторном написании вида родовое название сокращается до начальной буквы, например E. Сoli.

Формы бактерий

Различают 4 основные формы бактерий (рис. 1.1): шаровидные (сферические), или кокковидные (от греч. kokkos - зерно); палочковидные (цилиндрические); извитые (спиралевидные); нитевидные. Кроме того, существуют бактерии, имеющие треугольную, звездообразную, тарелкообразную форму. Обнаружены так называемые квадратные бактерии, которые образуют скопления из 8-ми или 16-ти клеток в виде пласта.

Рис. 1.1. Формы одноклеточных бактерий: а - микрококки; б - диплококки; в - стрептококки; г - стафилококки; д - сарцины; е - палочковидные бактерии; ж - спириллы; з - вибрионы

1. Микрококки (от лат. Micros - малый). Клетки делятся в одной плоскости и чаще всего сразу же отделяются от материнской. Располагаются поодиночке, беспорядочно (рис. 1.1. а).

2. Диплококки (от лат. diplos - двойной). Деление происходит в одной плоскости с образованием пар клеток, имеющих либо бобовидную, либо ланцетовидную форму (рис. 1.1. б).

3. Стрептококки (от лат. streptos - цепочка). Деление клеток происходит в одной плоскости, но размножающиеся клетки сохраняют между собой связь и образуют различной длины цепочки, напоминающие нити бус. Многие стрептококки являются вредными для человека и вызывают различные заболевания: скарлатину, ангину, гнойные воспаления и др. Например Streptococcus pyogenes (рис. 1.1.в).

4. Стафилококки (от лат. staphyle - гроздь винограда). Клетки делятся в нескольких плоскостях, а образующиеся клетки располагаются скоплениями, напоминающими гроздья винограда (рис. 1.1. г).

5. Тетракокки (от лат. tetra - четыре). Деление происходит в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с образованием тетрад.

6. Сарцины (от лат. sarcina - связка, тюк). Деление происходит в трех взаимно перпендикулярных плоскостях с образованием пакетов (тюков) из 8-ми, 16-ти, 32-х и большего числа особей. Особенно часто встречаются в воздухе (рис. 1.1.д).

Палочковидные (цилиндрические формы) (рис. 1.1.е). По расположению палочки подразделяют:
- на одиночные или беспорядочно расположенные - монобактерии. Например, Escherihia coli;
- располагающиеся попарно (по одной линии) - диплобациллы, диплобактерии. Например, Pseudomonas;
- располагающиеся цепочкой - стрептобациллы, стрептобактерии. Например, Bacillus.

Палочки, образующие спору, подразделяют:
- на бациллы - аэробные спорообразующие бактерии. Спора у таких палочек располагается, как правило, центрально, и её диаметр не превышает ширины бактерии.
- клостридии - анаэробные спорообразующие бактерии. Спора у них располагается терминально или субтерминально. Она крупная, что растягивает оболочку бактерий, и они внешне напоминают веретено или теннисную ракетку.

Извитые (спиралевидные) формы

2. Спириллы (от греч. speira - завиток) - клетки, имеющие большой диаметр и малое (2-3) количество завитков. Например - Spirillium minor (рис. 1.1. ж).

3. Спирохеты (от греч. speira - завиток, chaita - волос) - спиралевидной формы подвижные бактерии.

Нитевидные формы

Временные нити (иногда с ветвлениями) образуют палочковидные бактерии при нарушении условий их роста или регуляции клеточного деления (микобактерии, коринебактерии, а также риккетсии, микоплазмы, многие грамотрицательные и грамположительные бактерии). При восстановлении механизма регуляции деления и нормальных условий роста эти бактерии восстанавливают обычные для них размеры.

Постоянные нитевидные формы образуются из палочковидных клеток, соединяющихся в длинные цепочки либо с помощью слизи, либо чехлами, либо мостиками (серобактерии, железобактерии).

Для изучения тинкториальных свойств микроорганизмов и их морфологии используют анилиновые красители (основные, кислые и нейтральные).

Наибольшее применение имеют основные краски: метиленовый синий, основной фуксин, генцианвиолет, везувин, хризоидин и др. Реже применяются нейтральные (нейтральный красный) и кислые (эозин) краски. Из названных красок готовят спиртовые, водно-спиртовые и водные растворы. В некоторых случаях для повышения красящей силы раствора к нему добавляют протравы, например карболовую кислоту, щелочь и др.

Для определения формы бактерий и их взаимного расположения в мазке используют простые методы окраски, т. е. окраска осуществляется одним красителем и мазок получается окрашенным одним цветом. Например, метиленовый синий. Эта окраска позволяет лучше выявить бобовидную форму и парное расположение кокков.

Для изучения структуры бактериальной клетки и выявления особенностей её строения применяют сложные методы окраски, которые включают в себя целый ряд красящих веществ, протравы и дифференцирующие вещества. К сложным методам окраски относятся методы Грама, Нессера, Ожешко и др.

Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик

Микроорганизмов.

Форма и размеры микроорганизмов весьма разнообразны.

По форме выделяют следующие основные группы микроорганизмов.

1.Шаровидные или кокки (с греч.- зерно).

2.Палочковидные.

3.Извитые.

Кокковидные бактерии (кокки) по характеру взаиморасположения после деления подразделяются на ряд вариантов.

1.Микрококки . Клетки расположены в одиночку. Входят в состав нормальной микрофлоры, находятся во внешней среде. Заболеваний у людей не вызывают.

2.Диплококки. Деление этих микроорганизмов происходит в одной плоскости, образуются пары клеток. Среди диплококков много патогенных микроорганизмов - гонококк, менингококк, пневмококк.

3.Стрептококки. Деление осуществляется в одной плоскости, размножающиеся клетки сохраняют связь (не расходятся), образуя цепочки. Много патогенных микроорганизмов - возбудители ангин , скарлатины, гнойных воспалительных процессов.

4.Тетракокки . Деление в двух взаимоперпендикулярных плоскостях с образованием тетрад (т. е. по четыре клетки). Медицинского значения не имеют.

5.Сарцины . Деление в трех взаимоперпендикулярных плоскостях, образуя тюки (пакеты) из 8, 16 и большего количества клеток. Часто обнаруживают в воздухе.

6.Стафилококки (от лат.- гроздь винограда). Делятся беспорядочно в различных плоскостях, образуя скопления, напоминающие грозди винограда. Вызывают многочисленные болезни, прежде всего гнойно-воспалительные.

Палочковидные формы микроорганизмов.

1.Бактерии - палочки, не образующие спор.

2.Бациллы - аэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры обычно не превышает размера (“ширины”) клетки (эндоспоры).

3.Клостридии - анаэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры больше поперечника (диаметра) вегетативной клетки, в связи с чем клетка напоминает веретено или теннисную ракетку.

Необходимо иметь в виду, что термин “бактерия” часто используют для обозначения всех микробов-прокариот. В более узком (морфологическом) значении бактерии - палочковидные формы прокариот, не имеющих спор.

Извитые формы микроорганизмов.

1.Спириллы - имеют 2- 3 завитка.

2.Спирохеты - имеют различное число завитков, аксостиль - совокупность фибрилл, специфический для различных представителей характер движения и особенности строения (особенно концевых участков). Из большого числа спирохет наибольшее медицинское значение имеют представители трех родов - Borrelia, Treponema, Leptospira.

Строение бактериальной клетки.

Обязательными органоидами являются : нуклеоид, цитоплазма, цитоплазматическая мембрана.

Необязательными (второстепенными) структурными элементами являются : включения, капсула, споры, пили, жгутики.

1.В центре бактериальной клетки находится нуклеоид - ядерное образование, представленное чаще всего одной хромосомой кольцевидной формы. Состоит из двухцепочечной нити ДНК. Нуклеоид не отделен от цитоплазмы ядерной мембраной.

Основные свойства вирусов , по которым они отличаются от остального живого мира.

1.Ультрамикроскопические размеры (измеряются в нанометрах). Крупные вирусы (вирус оспы) могут достигать размеров 300 нм, мелкие - от 20 до 40 нм. 1мм=1000мкм, 1мкм=1000нм.

3.Вирусы не способны к росту и бинарному делению.

4.Вирусы размножаются путем воспроизводства себя в инфицированной клетке хозяина за счет собственной геномной нуклеиновой кислоты.

6.Средой обитания вирусов являются живые клетки - бактерии (это вирусы бактерий или бактериофаги), клетки растений, животных и человека.

Все вирусы существуют в двух качественно разных формах: внеклеточной - вирион и внутриклеточной - вирус. Таксономия этих представителей микромира основана на характеристике вирионов - конечной фазы развития вирусов.

Строение (морфология) вирусов.

1.Геном вирусов образуют нуклеиновые кислоты, представленные одноцепочечными молекулами РНК (у большинства РНК-вирусов) или двухцепочечными молекулами ДНК (у большинства ДНК- вирусов).

2.Капсид - белковая оболочка, в которую упакована геномная нуклеиновая кислота. Капсид состоит из идентичных белковых субъединиц - капсомеров. Существуют два способа упаковки капсомеров в капсид - спиральный (спиральные вирусы) и кубический (сферические вирусы).

При спиральной симметрии белковые субъединицы располагаются по спирали, а между ними, также по спирали, уложена геномная нуклеиновая кислота (нитевидные вирусы). При кубическом типе симметрии вирионы могут быть в виде многогранников, чаще всего - двадцатигранники - икосаэдры.

3.Просто устроенные вирусы имеют только нуклеокапсид , т. е. комплекс генома с капсидом и называются “голыми”.

4. У других вирусов поверх капсида есть дополнительная мембраноподобная оболочка, приобретаемая вирусом в момент выхода из клетки хозяина - суперкапсид. Такие вирусы называют “одетыми”.

Кроме вирусов, имеются еще более просто устроенные формы способных передаваться агентов - плазмиды, вироиды и прионы.

Морфология риккетсий

Риккетсии не имеют спор, капсул, неподвижны. Грамотрицательны. По Романовскому-Гимзе и по способу Здродовского окрашиваются в красный цвет. Строение клеточной стенки сходно со строением стенки грамотрицательных бактерий.

Являются возбудителями сыпного тифа, болезни Брила.

Морфологическая характеристика грибов.

Грибы и простейшие имеют четко ограниченное ядро и относятся к эукариотам. Грибы крупнее бактерий, в эволюционном плане близки к растениям (наличие клеточной стенки, содержащей хитин или целлюлозу, вакуолей с клеточным соком, неспособность к перемещению, видимое движение цитоплазмы). Ядерный материал грибов отделен от цитоплазмы ядерной мембраной. Дрожжевые грибы образуют отдельные овальные клетки. Плесневые грибы формируют клеточные нитеподобные структуры - гифы . Мицелий - переплетение гиф - основная морфологическая структура. У низших грибов мицелий одноклеточный, не имеет внутренних перегородок (септ ). Грибы размножаются половым и бесполым (вегетативным) способом. При вегетативном размножении образуются специализированные репродуктивные структуры – споры - конидии . Они могут располагаться в специализированных вместилищах - спорангиях (эндоспоры) или отшнуровываться от плодоносящих гиф (экзоспоры).

Конидиоспоры - зрелые наружные споры, возникающие на дифференцированных конидиофорах (конидионосцах), отличающихся от других нитей мицелия по форме и размерам (у аспергилла, пеницилла) или располагающиеся по бокам и на концах любой ветви мицелия, прикрепляясь к ней непосредственно или тонкой ножкой.

К эндоспорам совершенных грибов относятся спорангиоспоры мукоровых грибов, развивающихся в специальных органах (спорангиях), располагающихся на вершине спорангиеносца. Споры освобождаются при разрыве стенки спорангия.

Основное функциональное отличие спор у бактерий и грибов: у бактерий споры обеспечивают переживание в неблагоприятных условиях окружающей среды, у грибов образование спор - способ размножения.

Морфологическая характеристика актиномицетов (лучистых грибов по старым классификациям). Актиномицеты - формы бактерий, имеющие истинный, не имеющий перегородок мицелий. Мицелиальный (в виде ветвящихся нитей) рост этих грамположительных бактерий придает им внешнее сходство с грибами. Это сходство усиливается вследствие наличия у высших форм актиномицетов наружных неполовых спор, которые называются конидиями.

В отличие от грибов, актиномицеты имеют прокариотическое строение клетки, не содержат в клеточной стенке хитина или целлюлозы, размножаются только бесполым путем. У низших актиномицетов мицелий фрагментируется на типичные одноклеточные бактерии.

Обычным местом обитания для большинства из них является почва. Однако ряд видов актиномицет могут инфицировать раны и вызывать образование абсцессов . С некоторыми актиномицетами (например, стрептомицетами) связана способность выработки антибиотиков.