- •Введение
- •История развития микробиологии.
- •Глава 1. Место микроорганизмов среди других живых существ. Классификация и систематика.
- •Глава 2. Морфология микроорганизмов.
- •Глава 3. Методы микроскопического исследования микробов.
- •Глава 4. Физиология микроорганизмов
- •Глава 5. Методы культивирования микроорганизмов. Изучение культуральных и биохимических свойств.
- •Глава 6. Общая вирусология.
- •Глава 7. Бактериофаги и бактериофагия.
- •Глава 8. Экологическая микробиология (микроэкология).
- •Глава 9. Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы.
- •Глава 10. Генетика микроорганизмов
- •Глава 11. Антибиотики.
- •Глава 12. Микрофлора организма человека
- •Глава 13. Инфекция
- •Глава 14. Иммунитет
- •Антигены
- •Иммунный ответ (иммуногенез)
- •Аллергия
- •Реакции иммунитета
- •Диагностические препараты
- •Лечебные и профилактические препараты
- •Иммунные сыворотки и иммуноглобулины
- •Часть вторая. Частная микробиология
- •Стафилококки
- •Стрептококки
- •Пиогенные (гноеродные) стрептококки
- •Скарлатинозный стрептококк
- •Пневмококки
- •Энтерококки
- •Менингококки
- •Гонококки
- •Семейство кишечных бактерий
- •Эшерихии
- •Сальмонеллы
- •Сальмонеллы - возбудители брюшного тифа и паратифов
- •Шигеллы
- •Холерный вибрион
- •Кампилобактеры
- •Хламидии
- •Возбудители вирусных заболеваний
Глава 2. Морфология микроорганизмов.
Бактерии.
Бактерии – это одноклеточные прокаритные микроорганизмы. Величина их измеряется в микрометрах (мкм). Бактерии не отличаются разнообразием форм. Различают три основные формы: шаровидные бактерии – кокки, палочковидные и извитые. Существуют промежуточные формы (Рис. 2).
Кокки (греч. Kokkos –
зерно) имеют шаровидную или слегка
вытянутую форму. Различаются между
собой в зависимости от того, как они
располагаются после деления. Одиночно
расположенные кок
порядочного деления образуют скопления, напоминающие гроздь винограда (греч. Staphyle – виноградная гроздь). Среди них есть патогенные виды, вызывающие гнойно-воспалительные и септические заболевания.
Палочковидные
бактерии (греч. Bacteria – палочка), способные
образовывать споры, называют бациллами
в том случае, если спора не шире самой
палочки, и клостридиями, если диаметр
споры превышает диаметр палочки. Палочки,
неспособные к спорообразованию,
называют бактериями. Палочковидные
бактерии, в отличие от кокков, разнообразны
по величине, форме и расположению клеток:
короткие (1-5 мкм) толстые, с закругленными
концами бактерии ки
Структура бактериальной клетки(Рис. 3). Структурные элементы бактериальной клетки можно условно разделить на:
а) постоянные структурные элементы имеются у каждого вида бактерий, в течение всей жизни бактерии; это клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма, нуклеоид;
б) непостоянные структурные элементы способны образовывать не все виды бактерий, а те бактерии, которые образуют их, могут терять их и вновь приобретать в зависимости от условий существования. Это капсула, включения, пили, споры, жгутики.
Клеточная стенка покрывает всю поверхность клетки. У грамположительных бактерий клеточная стенка более толстая, состоит из двух слоев: на 95% - это полимерное соединение пептидогликан, связанный с тейхоевыми кислотами, и слой белка. У грамотрицательных бактерий клеточная стенка тоньше, но сложнее по составу: состоит из тонкого слоя пептидогликана, липополисахаридов, белков; она покрыта наружной мембраной. Клеточная стенка выполняет важную биологическую роль: придает бактерии определенную форму, защищает ее от воздействий окружающей среды, участвует в транспорте питательных веществ и продуктов обмена.В то же время пептидогликан клеточной стенки является мишенью для действия пенициллина и других антибиотиков, которые нарушают процесс формирования полимерного пептидогликана.
Отсюда понятно, почему пенициллины действуют преимущественно на грамположительные бактерии, причем на молодые растущие клетки.
Значение клеточной стенки в сохранении определенной формы и в защите от окружающей среды наглядно демонстрируется на примере сферопластов и протопластов, которые образуются при разрушении клеточной стенки под действием пенициллина или лизоцима. Полностью или частично лишенные клеточной стенки, они имеют сферическую форму, могут выживать только в гипертонической среде и неспособны к разножению.
L-формы бактерий
– это бактерии, полностью или частично
утратившие клеточную стенку, но
сохранившие способность к размно
Цитоплазматическая
мембрана
расположена непосредственно под
клеточной стенкой. Обладает избирательной
проницаемостью, и благодаря этому
регулирует
Цитоплазматическая мембрана путем инвагинации внутрь клетки образует мембранные структуры – мезосомы. Геном клетки (ДНК) связан с мезосомой, и отсюда начинается процесс репликации ДНК при делении клетки.
У грамотрицательных бактерий поверх клеточной стенки располагается наружная мембрана, которая является барьером для некоторых антибиотиков, в том числе таких, которые получены в последнее время. Возможно, что этим можно объяснить, почему с недавнего времени в возникновении внутрибольничных инфекций все возрастающую роль играют грамотрицательные бактерии, такие как кишечная палочка, синегнойная палочка. Ранее первенство в этой области принадлежало стафилококкам.
Цитоплазма – внутреннее содержимое бактериальной клетки, пронизано мембранными структурами, создающими жесткую систему. В цитоплазме содержатся рибосомы, в которых осуществляется биосинтез белков, в жидкой ее части – ферменты, аминокислоты, белки, рибонуклеиновые кислоты.
Нуклеоид – это хромосома бактерий, двойная нить ДНК, кольцевидно замкнутая, связанная с мезосомой. В отличие от ядра эукариотов, нить ДНК свободно располагается в цитоплазме, не имеет ядерной оболочки, ядрышка, белков-гистонов. Нить ДНК во много раз длиннее самой бактерии, например, у кишечной палочки длина хромосомы более 1 мм.
Помимо нуклеоида, в цитоплазме могут находиться внехромосомные факторы наследственности, называемые плазмидами. Это короткие кольцевидные нити ДНК, прикрепленные к мезосомам.
Включения содержатся в цитоплазме некоторых бактерий в виде зерен, которые можно обнаружить при микроскопии. Большей частью это запас питательных веществ. Например, у дифтерийных палочек на концах видны зерна волютина, и это является важным признаком для определения этого вида бактерий.
Пили
(лат. Pili – волоски) иначе реснички,
фимбрии, бахром
Споры
образуют среди патогенных бактерий
только палочки – бациллы и клостридии.
Споры бактерий не являются способом
размножения, поскольку из одной
клетки формируется только одна спо
Превращение бактериальной клетки в спору происходит при попадании бактерии во внешнюю среду, чаще всего – в почву. Спора формируется внутри клетки, затем вегетативное тело лизируется. Образование споры происходит в течение суток. Споры чрезвычайно устойчивы и могут длительное время сохранять жизнеспособность. Десятками лет остаются живыми в почве споры возбудителей сибирской язвы, столбняка, ботулизма. Они не погибают при 1000 С,
убить их можно только автоклавированием, сухим жаром при
160-1700 С в течение 1-2 часов, или с помощью спороцидных химических веществ.
При попадании в благоприятные условия (оптимальная температура, достаточная влажность, наличие питательных веществ) происходит прорастание спор в вегетативные формы. Прогревание спор при 1000 С вызывает их тепловую активацию с последующим прорастанием. Это явление используется при стерилизации дробными методами.
Спорообразование – одно из свойств, характерных для данного вида бактерий. Форма и расположение споры внутри клетки являются постоянным признаком вида и могут быть использованы для его идентификации. Форма спор бывает круглой или овальной. Расположение центральное – у бацилл сибирской язвы, субтерминальное (ближе к одному из концов) – у клостридий ботулизма и газовой анаэробной инфекции, терминальное (на конце) – у клостридий столбняка. Для окраски спор применяют способ Ожешки, основанный на их кислотоустойчивости.
Жгутики.
Многие виды бактерий способны передвигаться
благодаря наличию жгутиков. Из
патогенных бактерий только среди
палочек и извитых форм имеются
подвижные виды. Жгутики представляют
собой тонкие эластичные нити, длина
которых у некоторых видов в несколько
раз больше длины тела самой бактерии.
Число и располо
Жгутики настолько
тонки, что не видны в световом микроскопе.
Их можно видеть в электронном микроскопе,
а также при специальных способах
окраски, когда толщину жгутика искусственно
увеличивают: при помощи танина
достигают набухания жгутикового бел
нять метод посева. В столбик полужидкого питательного агара уколом производится посев бактерий. Неподвижные бактерии растут по ходу укола, у подвижных наблюдается диффузный рост.
Капсула – наружный слизистый слой, который имеется у многих бактерий. У одних видов он настолько тонок, что обнаруживается только в электронном микроскопе – это микрокапсула. У других видов бактерий капсула хорошо выражена и видна в обычном оптическом микроскопе – это макрокапсула.
Одни бактерии
образуют капсулу только в организме
хозяина, например, пневмококки, палочка
сибирской язвы, палочка чумы; другие
постоянно сохраняют ее, - это капсульные
бактерии, например, клебсиеллы.
Капсула защищает бактерии от фагоцитоза
и антител, поэтому в инфекционном
процессе она играет роль одного из
факторов патогенности, обеспечивающего
антифагоцитарную активность
возбудителя болезни. Наличие капсулы
является дифференциальным признаком
для определения вида таких микробов,
как пневмококк, палочка сибирской
язвы, клебсиеллы пневмонии, которые
образуют макрокапсулу, видимую в световом
микроскопе. Для обнаружения капсулы
применяют способ окраски по
Микоплазмы.
Микоплазмы относятся к прокариотам, размеры их 125-200 нм. Это наиболее мелкие из клеточных микробов, величина их близка к пределу разрешающей способности оптического микроскопа. У них отсутствует клеточная стенка, и в этом отношении они близки к L-формам бактерий. С отсутствием клеточной стенки связаны характерные особенности микоплазм. Они не имеют постоянной формы, поэтому встречаются сферические, овальные, нитевидные формы. Так как микоплазмы не образуют пептидогликана, они нечувствительны к пенициллинам и другим антибиотикам, избирательно подавляющим синтез этого вещества.
Микоплазмы широко распространены в природе. Их можно выделить из почвы, сточных вод, от животных и человека. Существуют патогенные виды. Из рода микоплазм Mycoplasma pneumoniae является возбудителем респираторных заболеваний. Условно-патогенные микоплазмы играют роль в развитии заболеваний: M.hominis – заболеваний мочеполового тракта, M.arthritidis – ревматоидного артрита. Из рода уреаплазм патогенными являются Ureaplasma urealyticum, вызывающие заболевания мочеполовых органов.
Риккетсии.
Риккетсии – прокариотные микробы, получили свое название в память американского микробиолога Говарда Тейлора Риккетса, погибшего в результате лабораторного заражения сыпным тифом. Риккетсии сходны с бактериями по клеточному строению и структуре, а с вирусами их сближает строгий внутриклеточный паразитизм. Они не могут размножаться вне живых клеток хозяина. Так как не синтезируют дыхательные ферменты и поэтому не способны к самостоятельному биологическому окислению. В отличие от вирусов, они содержат оба вида нуклеиновых кислот – ДНК и РНК и осуществляют процесс биосинтеза белков.
Для риккетсий характерен полиморфизм, то есть в зависимости от условий существования у них изменяется морфология. В благоприятных для размножения условиях это кокковидные формы (300-400 нм) или короткие палочки, в условиях, когда процесс роста происходит быстрее, чем размножение, преобладают длинные палочки и нитевидные формы.
Многие виды риккетсий вызывают заболевания человека, называемые риккетсиозами. Это Rickettsia prowazekii (риккетсии Провацека) – возбудитель эпидемического сыпного тифа и Coxiella burneti (коксиелла Бернета) – возбудитель Ку-лихорадки.
Хламидии.
Хламидии – мелкие прокариотные микробы, сходные по химическому составу с грамотрицательными бактериями. Это строгие внутриклеточные паразиты, так как не образуют АТФ и потому не способны к самостоятельному процессу биологического окисления, т.е. это «энергетические паразиты». Вне клеток хозяина хламидии представляют собой элементарые тельца сферической формы размером 300 нм. В клетке хозяина они превращаются в более крупные ретикулярные тельца, которые делятся и образуют микроколонии хламидий, которые можно видеть в клетке в виде включений. Образовавшиеся в результате элементарные тельца выходят из клетки и совершают новый цикл в других клетках. Патогенные для человека виды: Chlamydia psittaci – возбудитель орнитоза, источником которого являются птицы; C.trachomatis – возбудитель трахомы, поражающей конъюнктиву глаз и хламидиозного уретрита – заболевания, передающегося половым путем; C.pneumoniae – возбудитель воспаления легких.
Актиномицеты.
Актиномицеты – одноклеточные микроорганизмы, относятся к прокариотам. Их клетки имеют такую же структуру, как бактерии: клеточную стенку, содержащую пептидогликан, цитоплазматическую мембрану; в цитоплазме расположены нуклеоид, рибосомы, мезосомы, внутриклеточные включения. Поэтому патогенные актиномицеты чувствительны к антибактериальным препаратам. В то же время они имеют сходную с грибами форму ветвящихся переплетающихся нитей, а некоторые актиномицеты, относящиеся к семейству стрептомицет, размножаются спорами. Другие семейства актиномицет размножаются путем фрагментации, то есть распада нитей на отдельные фрагменты.
Актиномицеты широко распространены в окружающей среде, особенно в почве, участвуют в круговороте веществ в природе. Среди актиномицетов есть продуценты антибиотиков, витаминов, гормонов. Большинство антибиотиков, применяемых в настоящее время, продуцируется актиномицетами. Это стрептомицин, тетрациклин и другие.
Патогенные представители актиномицетов вызывают у человека актиномикоз и нокардиоз. Это Actinomyces israelli, Nocardia asteroides и другие. Возбудители актиномикоза вне организма, на питательной среде представляют собой длинные ветвящиеся нити, местами распадающиеся на фрагменты. В организме человека патогенные актиномицеты образуют друзы – переплетающиеся нити в центре с отдельными отходящими в виде лучей нитями по периферии. Отсюда название: актиномицеты – лучистые грибы. Концы нитей, погруженные в ткань, утолщены ослизнены и имеют иной химический состав, и, подобно капсуле бактерий, защищают микроб от фагоцитоза.
Спирохеты.
Спирохеты относятся к прокариотам. Имеют признаки, общие как с бактериями, так и с простейшими микроорганизмами. Это одноклеточные микробы, имеющие форму длинных тонких спирально изогнутых клеток, способны к активному движению. В неблагоприятных условиях некоторые из них могут переходить в форму цисты.
Исследования в электронном микроскопе обнаружили структуру клеток спирохет. это цитоплазматические цилиндры, окруженные цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой, содержащей пептидогликан. В цитоплазме содержатся нуклеоид, рибосомы, мезосомы, включения. Под цитоплазматической мембраной расположены фибриллы, обеспечивающие разнообразное движение спирохет - поступательное, вращательное, сгибательное.
Сапрофитные спирохеты имеются в окружающей среде. Несколько непатогенных видов являются постоянными обитателями организма человека. Патогенные для человека виды относятся к трем родам: Treponema, Borrelia, Leptospira. Они различаются по форме и расположению завитков. трепонемы состоят из 8-12 одинаковых по величине завитков, положение которых при движении не меняется. Боррелии образуют 5-8 завитков, меняющихся при движении подобно движению змейки. Лептоспиры состоят из 40-50 очень мелких постоянных завитков, концы изогнуты в виде крючков и имеют утолщения. При движении концы лептоспир изгибаются в разные стороны, причем образуются форму в виде русской буквы С или латинской S. Спирохеты за исключением боррелий, плохо воспринимают анилиновые красители, поэтому их окрашивают по Романовскому-Гимза. Но лучше всего наблюдать спирохеты в живом виде в темном поле зрения.
Патогенные представители спирохет: Treponema pallidum - вызывает сифилис, Borrelia recurrentis - возвратный тиф, Borrelia burgdorferi - болезнь Лайма, Leptospira icterogenes - лептоспироз.
Грибы.
Грибы (Fungi, Mycetes) - эукариоты, низшие растения, лишенные хлорофилла, в связи с чем они не синтезируют органические соединения углерода, то есть это гетеротрофы, имеют дифференцированное ядро, покрыты оболочкой, содержащей хитин. В отличие от
бактерий, грибы не имеют в составе оболочки пептидогликана, поэтому нечувствительны к пенициллинам. Для цитоплазмы грибов характерно присутствие большого количества разнообразных включений и вакуолей.
Среди микроскопических грибов (микромицетов) имеются одноклеточные и многоклеточные микроорганизмы, различающиеся между собой по морфологии и способам размножения. Для грибов характерно разнообразие способов размножения: деление, фрагментация, почкование, образование спор - бесполых и половых.
При микробиологических исследованиях наиболее часто приходиться сталкиваться с плесенями, дрожжами и представителями сборной группы так называемых несовершенных грибов.
Плесени образуют типичный мицелий, стелющийся по питательному субстрату. От мицелия вверх подымаются воздушные ветви, которые оканчиваются плодоносящими телами различной формы, несущими споры.
Мукоровые или головчатые плесени (Mucor) - одноклеточные грибы с шаровидным плодоносящим телом, наполненным эндоспорами.
Плесени рода Aspergillus - многоклеточные грибы с плодоносящим телом, при микроскопии напоминающим наконечник лейки, разбрызгивающей струйки воды; отсуда название "леечная плесень". Некоторые виды аспергилл используются в промышленности для производства лимонной кислоты и других веществ. Есть виды, вызывающие заболевания кожи и легких у человека - аспергиллезы.
Плесени рода Рenicillum, или кистевики - многоклеточные грибы с плодоносящим телом в виде кисточки. Из некоторых видов зеленой плесени был получен первый антибиотик - пенициллин. Среди пенициллов есть патогенные для человека виды, вызывающие пенициллиоз. Различные виды плесеней могут быть причиной порчи пищевых продуктов, медикаментов, биологических препаратов.
Дрожжи - дрожжевые грибы (Saccharomycetes, Blastomycetes) имеют форму круглых или овальных клеток, во много раз крупнее бактерий. Средний размер дрожжевых клеток приблизительно равен поперечнику эритроцита (7-10 мкм). Отличительной морфологической особенностью дрожжей является отсутствие нитевидного мицелия и обычное размножение почкованием. На поверхности материнских клеток возникают отростки, которые, отделившись затем от материнской клетки, превращаются в самостоятельные новые особи. Кроме почкования, истинные дрожжи могут размножаться половым способом,
образуя аски - половые споры.
Большинство видов дрожжей непатогенны. Их способность вызывать брожение широко используется в промышленности, - в хлебопечении, виноделии, в получении спиртов и витаминов. Существуют патогенные дрожжевые грибы, вызывающие заболевания, например, Blastomyces dermatidis - возбудитель бластомикоза, Pneumocystis carinii - возбудитель пневмоцистоза легких.
Несовершенные грибы не имеют специальных органов плодоношения. К ним относятся дрожжеподобные грибы и дерматомицеты.
Дрожжеподобные грибы, подобно истинным дрожжам, представляют собой круглые или овальные клетки, размножающиеся почкованием. Но есть два существенных признака, по которым их отличают при проведении микробиологических исследований: дрожжеподобные грибы, в отличие от истинных дрожжей, образуют псевдомицелий и не образуют половых спор. Дрожжеподобные грибы рода Candida могут быть обнаружены на слизистых оболочках здоровых людей. У новорожденных и грудных детей, у ослабленных больных они вызывают кандидоз - поражение слизистых оболочек, кожи, внутренних органов. Это заболевание может возникнуть вследствие экзогенного заражения. Но чаще кандидоз развивается как эндогенная инфекция при длительном лечении антибиотиками широкого спектра действия, которые, будучи направлены против бактерий - возбудителей заболевания, попутно подавляют рост бактерий - представителей нормальной микрофлоры организма, что ведет к дисбактериозу. Будучи эукариотами, грибы Кандида нечувтсвительны к антибактериальным антибиотикам. Освободившись от антагонистического влияния бактерий, они безудержно размножаются и вызывают кандидозы. Наиболее часто возбудителями кандидозов у человека являются виды Candida albicans, C.tropicalis и другие.
Дерматомицеты являются возбудителями заболеваний кожи (греч. derma - кожа), волос, ногтей. Это трихофитон - возбудитель трихофитии, эпидермофитон - возбудитель эпидермофитии, микроспорон - возбудитель микроспории, ахорион - возбудитель парши. В волосах, чешуйках кожи, соскобах ногтей отрезки мицелия дерматомицетов хорошо видны, так как сильно преломляют свет.
Простейшие.
Простейшие - Protozoa (греч. proto - начало, zoa - животное) - эукариоты, микроскопические одноклеточные животные организмы. По сравнению с бактериями характеризуются более сложным строением. У них имеются примитивные органы, такие, как ротовое и анальное отверстие, сократительные вакуоли, мионемы. Ядро дифференцированное. Оболочки, обособленной от протоплазмы, простейшие не имеют, хотя некоторые из них образуют пелликулу за счет уплотнения наружного слоя протоплазмы. Движение простейших осуществляется разными механизмами: перемещением протоплазмы, образующей псевдоподии (амебы), наличием жгутиков (жгутиковые) или ресничек (реснитчатые). При размножении проходят сложные циклы развития, с чередованием полового и бесполого цикла, в организме основного хозяина - переносчика инфекции и промежуточного хозяина - человека или животного. При этом на разных стадиях развития разные формы одного и того же микроорганизма могут настолько отличаться друг от друга, что против них применяются разные химиотерапевтические препараты. Например, на половые и бесполые формы плазмодиев малярии избирательно действуют разные препараты.
Среди амеб патогенной для человека является дизентерийная амеба (Entamoeba histolytica), первооткрыватель ее - Ф.А. Леш (1875 г.). К жгутиковым относятся: лямблии - Lamblia intestinalis (Д.Ф. Лямбль, 1859 г.), трихомонады - Trichomonas hominis, обитатель кишечного тракта, Trichomonas vaginalis - паразит урогенитального тракта, возбудитель распространенного заболевания человека; лейшмании - Lishmania tropica, L.donovani, L.braziliensis; трипаносомы - Trypanosoma gambiense. К классу споровиков, названных так по одной из стадий развития, относят четыре вида плазмодиев малярии и токсоплазмы - Toxoplasma gondii - возбудитель токсоплазмоза. К реснитчатым относится кишечный балантидий
- Balantidium coli.
Изучение морфологии простейших может производиться в живом состоянии, при этом можно наблюдать их движение. Для исследования в окрашенном виде простая окраска непригодна, так как она не позволяет выявить сложную структуру этих микроорганизмов. Применяется метод окраски по Романовскому-Гимза, дифференцирующий отдельные элементы клетки.