Министерство здравоохранения Российской Федерации

Санкт-Петербургская государственная химико-фармацевтическая

академия

МОРФОЛОГО - БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ОСНОВНЫХ ГРУПП БАКТЕРИЙ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО МИКРОБИОЛОГИИ

Санкт-Петербург

2003

Рецензенты:

Д. мед. н. профессор Г. Е.Афиногенов

Д. биол. н. профессор Н.А.Заикина

Ананьева Е.П., Гурина С.В., Тихомирова О.М.

Морфолого-биологическая характеристика основных групп бактерий: Учебное пособие по микробиологии. – Санкт-Петербург, 2003. – 56 с.

Учебное пособие составлено в соответстви с типовой программой по микробиологии для фармацевтических вузов. Содержит систематизированные теоретические материалы о морфологии и некоторых биологических свойствах основных групп сапрофитных, патогенных и условно-патогенных бактерий, играющих существенную роль в природных биоценозах, а также в инфекционной патологии человека. В пособие включены тестовые задания для самоконтроля, справочник терминов, список рекомендуемой основной и дополнительной литературы.

Учебное пособие предназначено для студентов фармацевтического факультета.

Утверждено на заседании кафедры микробиологи 20.03.03. (протокол № 6). Рассмотрено и одобрено методической комиссией фармацевтического факультета 25.03.03 (протокол № 4).

Введение

Бактерии являются одним из объектов изучения микробиологии. Они представляют собой микроскопические, как правило, одноклеточные организмы, являются прокариотами, то есть не имеют оформленного ядра, отграниченного от цитоплазмы мембраной. Они существенно отличаются от эукариотических организмов по строению своих клеток и ряду других характеристик. Прокариоты – очень древние организмы, сохранившиеся на Земле с ранних этапов биологической эволюции.

Морфологически бактерии представлены округлыми, палочковидными, извитыми, изогнутыми, нитевидными и НЕКОТОРЫМИ другими формами.

Бактерии активно участвуют в процессах круговорота веществ и энергии в природе, так как в процессе метаболизма способны осуществлять самые разнообразные биохимические превращения. Важную роль они играют и в жизни человека.

Большинство бактерий не представляют опасности для человека, а многие даже приносят ему пользу, например представители нормальной микробиоты, обитающие в макроорганизме. Кроме того, бактерии широко используются для получения различных биологически активных веществ (антибиотиков, ферментов, витаминов, органических кислот и т.д.) и пищевых продуктов. Часть бактерий , являясь патогенными или условно-патогенными, могут вызывать различные инфекционные заболевания.

В данном учебном пособии представлены основные морфологические группы бактерий в соответствии с их современной систематикой, а также отмечаются биологические особенности этих организмов.

1. Систематика и номенклатура микроорганизмов

Систематика – наука, изучающая распределение микроорганизмов по группам (таксонам) на основании определенных сходных признаков и установлением родственных связей между организмами.

Существует систематика естественная (филогенетическая) и искусственная.

Естественная систематика устанавливает общность происхождения микроорганизмов. Филогенетическим маркером является 16S рРНК, консервативная по составу нуклеотидов. Родственные связи между микроорганизмами определяют по степени сходства или различий в последовательностях нуклеотидов рибосомальных РНК.

В основе искусственной систематики лежит общность, однородность признаков: морфологических, физиолого-биохимических, молекулярно-генетических, а также особенностей химического состава и строения клеток (например, клеточных стенок). Данная систематика положена в основу разделения бактерий в 9-м издании “Определителя бактерий Берджи” (1994 г.).

К морфологическим признакам относят:

 форму и размер отдельных клеток, их взаимное расположение;

 наличие спор, капсул, подвижность;

 тинкториальные свойства – отношение к окраске различными методами (прежде всего учитывается окраска по методу Грама).

К физиолого-биохимическим признакам относят:

 отношение к кислороду;

 способ получения энергии;

 оптимальные условия роста (температура, рН и др.);

 способность к усвоению различных веществ;

 наличие определенных ферментов и т.д.

К основным молекулярно-генетическим признакам относят:

 состав оснований ДНК (% ГЦ-оснований);

 степень гомологии ДНК, для определения которой используются методы ДНК/ДНК гибридизации и полимеразной цепной реакции (ПЦР).

Таксономия – раздел систематики, разрабатывающий основные принципы систематики, устанавливающий соподчинение отдельных групп организмов между собой (от греч. táxis – расположение, порядок).

В настоящее время применяют ряд таксономических систем:

 нумерическая таксономия основана на сравнении большого числа сходных и альтернативных признаков организмов;

 хемотаксономия учитывает химический состав целой клетки, в частности особенности состава липидов, аминокислот, а также состав и строение отдельных компонентов клеток, прежде всего клеточных стенок;

 серотаксономия основана на определении антигенов клеток.

Основная таксономическая единица в микробиологии – вид (species). Вид - это совокупность особей, имеющих общее происхождение, сходный генотип и сходные признаки (морфологические, структурно-химические, физиолого-биохимические и другие), но отличающихся от других представителей рода. Следует отметить, что генетические механизмы, лежащие в основе изменчивости микроорганизмов, обеспечивают только относительную стабильность признаков, которые могут в пределах одного вида варьировать. Поэтому введено понятие о вариантах внутри вида, которые отличаются от других представителей того же вида по каким-то признакам, например:

биовары – по физиолого-биохимическим характеристикам;

эковары – по местам обитания;

серовары – по антигенным свойствам;

фаговары – по чувствительности к бактериофагам (вирусам, паразитирующим на бактериях).

Виды объединяются в роды, роды – в семейства и далее в порядки, классы, отделы, царства и надцарства.

Для названия микроорганизмов используется биноминальная номенклатура, при этом первое слово названия означает название рода, а второе – видовой эпитет, например: Escherichia coli, Staphylococcus aureus.

Бактерии относятся к надцарству прокариот (Procaryota), царству Вacteria.

Все представители царства Вacteria в 9-м издании “Определителя бактерий Берджи” разделены на 35 групп с учетом различий по морфологии (в том числе по способности образовывать споры и окраске по методу Грама), по типу питания и некоторым другим признакам. Эти группы объединены в 4 отдела (категории). В основу этого деления положены особенности строения клеточных стенок бактерий.

1. Грамотрицательные эубактерии, имеющие клеточную стенку (Gracilicutes, от лат. gracilis - тонкий). Клеточная стенка этих бактерий содержит мало (1–2 слоя) пептидогликана – основного структурного полимера. Кроме пептидогликана в состав стенок клеток этих бактерий входит наружная мембрана сложного строения, содержащая фосфолипиды, липополисахариды, липопротеины и белки. Представители отдела Gracilicutes окрашиваются по Граму отрицательно. Форма клеток может быть сферической, в виде прямых или изогнутых палочек, спиралей, нитей. Спор не образуют, могут быть подвижными и неподвижными, некоторые представители образуют капсулу.

2. Грамположительные эубактерии, имеющие клеточную стенку (Firmicutes, от лат. firmus – прочный, крепкий). Эти бактерии имеют клеточную стенку, которая состоит из многих слоев (до 40) пептидогликана. Форма клеток у представителей отдела может быть сферическая, палочковидная, нитевидная, ветвящаяся. По Граму окрашиваются положительно. Могут быть подвижными и неподвижными, некоторые образуют капсулу, представители отдельных родов способны образовывать споры.

3. Эубактерии, лишенные клеточной стенки (Tenericutes, от лат. tener – мягкий, нежный). К этому отделу отнесены микоплазмы, которые не имеют клеточной стенки, так как не способны синтезировать молекулы – предшественники пептидогликана. Клетки окружены мембраной, плеоморфны (то есть вариабельны по форме). По методу Грама окрашиваются отрицательно.

4. Архебактерии (Mendosicutes, от лат. mendosus – необычный, ошибочный). Это самые древние бактерии, отличающиеся от других составом клеточной стенки (нет пептидогликана), особенностями строения рибосом, рибосомальной РНК и другими признаками. Они обитают в экстремальных условиях: горячих серных источниках, гиперсоленых средах. Среди этих организмов есть термофилы, галофилы, алкало- и ацидофилы; некоторые архебактерии также встречаются как симбионты в пищеварительном тракте животных.

Отношение бактерий к окраске по Граму является одним из важнейших морфологических признаков, при этом бактерии делятся на две группы – грамположительные и грамотрицательные. Это дифференцирующий метод окраски, основанный на различиях в строении клеточных стенок бактерий, был предложен Х.Грамом в 1884 году. Окраска по Граму включает следующие этапы:

1. Обработка клеток бактерий водным раствором красителя генцианового фиолетового; при этом происходит диффузия красителя в клетку, и все клетки окрашиваются в сине-фиолетовый цвет.

2. Добавление раствора Люголя (водного раствора комплекса I₂ с KI); при этом на уровне цитоплазматической мембраны клетки (в периплазматическом пространстве) происходит образование комплекса генцианового фиолетового с иодом. Комплекс имеет сине-фиолетовый цвет, нерастворим в воде и мало растворим в спирте.

3. Обесцвечивание этанолом; комплекс легко вымывается спиртом из клеток грамотрицательных бактерий, имеющих тонкий слой пептидогликана в клеточной стенке (клетки полностью обесцвечиваются). У грамположительных бактерий этот комплекс задерживается многослойным пептидогликаном клеточной стенки (клетки остаются сине-фиолетовыми)

4. Обработка (докрашивание) клеток водным раствором фуксина; на этом этапе обесцвеченные клетки грамотрицательных бактерий приобретают розовый или красный цвет, а клетки грамположительных бактерий остаются сине-фиолетовыми.