Конспекты лекций по "Микробиологии"

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.

Имеются L-формы:

•  стабильные — не реверсирующие в исходный морфотип;

•  нестабильные — 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 и рецидивирующих инфекционных заболеваний: бруцеллеза, туберкулеза, сифилиса, хронической гонореи и т. д.

4. К клеточной стенке бактерий примыкает цитоплазматическая мембрана, строение которой аналогично мембранам эукарио-тов — она состоит из двойного слоя липидов, главным образом фосфолипидов со встроенными поверхностными и интегральными белками).

Цитоплазматическая  мембрана обеспечивает:

•  селективную проницаемость  и транспорт растворимых веществ  в клетку;

•  транспорт электронов и окислительное фосфорилирование;

•  выделение гидролитических  экзоферментов, биосинтез различных полимеров.

Кроме того, она ограничивает цитоплазму бактерий, которая представляет собой гранулярную структуру.

В цитоплазме локализованы рибосомы и бактериальный нуклеоид, в ней также могут находиться включения и плазмиды (вне-хромосомная ДНК).

 

 

Вопрос 4.Необязательные структурные компоненты бактериальной клетки

1.  Споры

2.  Жгутики

3.  Ворсинки

4.  Капсула

1. Споры бактерий представляют собой бактериальные клетки в состоянии анабиоза и образуются при неблагоприятных условиях внешней среды.

Располагаются внутри клетки терминально, субтерминально или центрально.

Спорообразуюише палочки называются бациллами. В проиессе 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.

Преобразования  идут по следующей схеме: 1 клетка — 1 спора — 1 клетка, т. е. увеличения количества бактериальных клеток не происходит.

Спорообразование характерно в основном для грамположитель-ных бактерий.

У грамотрицателъных  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 не воспринимают красителей, поэтому на окрашенном фоне они бесцветны. Окрашиваются споры с помощью специальных методов окраски, например по Ожешко или Клейну.

 

2.  Многие бактерии  имеют жгутики, количество и расппппжение которых у разных родов неодинаково:

•  монотрихии имеют только один жгутик (род Vibrio);

•  лофотрихии — пучок жгутиков на одном полюсе клетки (род Pseudomonas);

•  у амфитрихов жгутики (один или пучок) расположены на обоих полюсах клетки (род Spirillum);

•  у перитрихов — по всей поверхности (род Escherichia, Salmonella). По своему строению жгутики представляют собой спирально закрученные нити, состоящие из специфического белка флагелли-на, который по своей структуре относится к сократительным белкам типа миозина.

При окраске  по Граму жгутики не видны. Изучать подвижность бактерии можно как с помощью микроскопических методов (фазово-контрастная микроскопия препаратов "висячая" или "раздавленная" капля), так и посевом — уколом в полужидкий агар или специальную среду (среду Пешкова).

3.  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 следующие:

•  F-pili — половые пили;

•  common pili — пили, ответственные за адгезию.

4.  Капсула бактерий — это утолщенный наружный слой клеточной стенки.

Капсулы могут быть построены  из полисахаридов (пневмококк) или белков (возбудитель сибирской язвы).

Большинство бактерий, особенно патогенных, образует капсулу только в организме человека или животных. Однако существует род истинно капсулъных бактерий (Klebsiella), представители которого образуют капсулу и при культивировании на искусственных питательных средах.

Некоторые бактерии могут  иметь микрокапсулу, выявляемую только при электронной микроскопии (эшерихии), или неявно выраженную способность к капсулообразованию — так называемую "нежную" капсулу (золотистые стафилококки, менингококки).

Основное  предназначение капсул — зашита 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 микроскопию мазков, приготовленных из патологического материала, или мазков-отпечатков из органов погибших животных.

 

 

Вопрос 5. Питание и особенности метаболизма бактерий

1.  Химические компоненты бактериальной клетки

2.  Питание бактерий

3.  Метаболизм бактерий

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

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

2.  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;

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

•  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 углеро-досодержащие  соединения   (углеводы,   углеводороды,   аминокислоты,  органические  кислоты)  как биологического, так и небиологического происхождения.

В зависимости  от источника получения энергии микроорганизмы делятся:

•  на фототрофные, способные использовать солнечную энергию,

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

В зависимости  от природы доноров электронов:

•  фототрофные литотрофы;

•  хемотрофные литотрофы — использующие в качестве доноров электронов неорганические соединения;

•  фото- и хемоорганотрофы — использующие только органические соединения.   К  последним  принадлежит значительное  большинство бактерий, в том числе патогенные для человека виды. По источникам азота:

•  азотфиксирующие микроорганизмы — способны усваивать молекулярный азот атмосферы;

•  микроорганизмы, ассимилирующие неорганический азот:

•    солей аммония  — аммонифицирующие;

•    нитратов — нитратредуцирующие;

•    нитритов — нитритредуцирующие.

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, неспособные 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.

3. Метаболизм (обмен веществ) бактерий представляет собой совокупность 2 взаимосвязанных противоположных процессов: катаболизма и анаболизма.

Катаболизм (диссимиляция) — распад веществ в процессе ферментативных реакций и накопление выделяемой при этом энергии в молекулах АТФ.

Анаболизм (ассимиляция) — синтез веществ с затратой энергии. Особенности метаболизма у бактерий состоят в том, что:

•  его интенсивность имеет достаточно высокий уровень, что возможно обусловлено гораздо большим соотношением поверхности к единице массы, чем у многоклеточных;

•  процессы диссимиляции преобладают над процессами ассимиляции;

•  субстратный спектр потребляемых бактериями веществ очень широк — от углекислого газа, азота, нитритов, нитратов до органических соединений, включая антропогенные вещества — загрязнители окружающей среды (обеспечивая тем самым процессы ее самоочищения);

•  бактерии имеют очень широкий набор различных ферментов — это также способствует высокой интенсивности метаболических процессов и широте субстратного спектра.

Ферменты  бактерий по локализации делятся на 2 группы:

•  экзоферменты — ферменты бактерий, выделяемые во внешнюю среду и действующие на субстрат вне клетки (протеазы, полисахариды, олигосахаридазы);

•  эндоферменты — ферменты бактерий, действующие на субстраты внутри клетки (расщепляющие аминокислоты, моносахара, синтетазы).

Синтез  ферментов генетически детерминирован, но регуляция их синтеза идет за счет прямой и обратной связи, т. е. для одних — репрессируется, а для других — индуцируется субстратом. Ферменты, синтез которых зависит от наличия соответствующего субстрата в среде (бета-галактозидаза, бета-лактамаза), называются индуцибельными.

Другая группа ферментов, синтез которых не зависит от наличия субстрата в среде, называется конститутивными (ферменты гликолиза). Их синтез имеет место всегда, и они всегда содержатся в микробных клетках в определенных концентрациях. Изучают метаболизм бактерий с помощью физико-химических и биохимических методов исследования в процессе культивирования бактерий в определенных условиях на специальных питательных средах, содержащих то или иное соединение в качестве субстрата для трансформации.

Такой подход позволяет  судить об обмене веществ путем более , детального изучения процессов различных видов обмена (белков, углеводов) у микроорганизмов.

 

Вопрос 6.    Особенности белкового и углеводного обмена у бактерий

1.  Белковый обмен

2.  Углеводный обмен

3.  Типы биологического окисления у бактерий

1. Белковый обмен у бактерий:

- процесс синтеза собственных аминокислот и белков путем ассимиляции необходимых компонентов из внешней среды;

- внеклеточное расщепление белков под воздействием различных ферментов.

Если расщепление белков происходит в анаэробных условиях, то процесс называется гниением.

Если в аэробных условиях — тлением.

При наличии у бактерий протеаз белки расщепляются ими до промежуточных продуктов распада — пептонов. При наличии пептидаз пептоны расщепляются ими до аминокислот и продуктов их распада (аммиака, сероводорода, индола). Протеолитические (способность расщеплять белки) и пептоли-тические (способность расщеплять пептоны) свойства выражены далеко не у всех бактерий, поэтому их изучение в совокупности с другими ферментативными свойствами помогает идентифицировать бактерии.

2. Углеводный обмен у бактерий также носит двоякий характер — это процесс синтеза и распада углеводов.