Klimnik_Sitnik_mikrobiologiya

з останніми як збудниками інфекційних захворювань. Відомо, що деякі антибіотики здатні частково або повністю припиняти синтез білка саме на 70S рибосомах, залишаючи інтактними 80S рибосоми.

У процесі життєдіяльності мікрооганізмів у цитоплазмі з’явля­ ються морфологічно диференційовані частки, які називають вклю­ ченнями. Вони бувають різними за своєю природою і виконують різноманітні функції.

Запасні речовини прокаріотів представлено полісахаридами, ліпі­ дами, поліпептидами, поліфосфатами, сіркою. Як полісахариди від­ кладаються крохмаль, глікоген, гранульоза. У несприятливих умовах вони забезпечують клітину вуглецем та енергією.

Ліпіди можуть накопичуватись у вигляді гранул р-оксимасляної кислоти, їх можна побачити навіть при звичайній мікроскопії, забарвлюючи препарати Суданом III або Суданом чорним.

Широко розповсюджений тип поживних речовин - поліфосфати. Вони містяться у гранулах, які називають волютиновими, і використо­ вуються клітинами як джерело фосфору. Крім того, вони мають макроергічні фосфатні зв’язки, отже, забезпечують потреби клітини в енергії. Зерна волютина назрівають ще метахроматичними включен­ нями, тому що вони забарвлюються в колір, невластивий основному барвнику. Наприклад, метиленова синька забарвлює їх у темнофіолетовий колір, в той час як цитоплазму клітини - в голубий. Вперше включення такого типу було знайдено у Spirillum volutans, звідки вони й одержали таку назву. Наявність зерен волютину харак­ терна для коринебактерій і, зокрема, для збудника дифтерії.

Аналогічну функцію забезпечення енергетичних потреб клітини можуть виконувати включення колоїдної сірки, а в деяких анаеробних мікроорганізмів вона виступає ще й донором електронів у біохіміч­ них процесах.

Деколи у бактерій з ’являються особливі утворення, які називають вакуолями. їм відводять роль сховища різноманітних бактеріальних ферментів, а також резервуара, де скупчуються непотрібні клітині продукти обміну.

Оболонка бактерій складається з цитоплазматичної мембрани, клітинної стінки і капсули.

Вміст клітини відмежовується від навколишнього середовища за допомогою цитоплазматичної мембрани (ЦПМ) - м’якого, пластичного утворення. Її будова у прокаріотів і еукаріотів подібна, що свідчить про існування універсальної “елементарної мембрани”. Відрізняються

40

вони тільки відсутністю стеролів у перших. Мембрана - обов’язковий структурний компонент мікробної клітини, без неї вони гинуть. За хімічним складом вона є білково-ліпідним комплексом із невеликою кількістю вуглеводів. Формуючи всього 8-15 % маси клітини, мемб­ рана містить до 70-90 % її ліпідних субстанцій.

Дослідження під електронним мікроскопом показали, що мембра­ на є багатошаровим утворенням. Вона складається з подвійного шару фосфоліпідних молекул. Гідрофобні їх кінці (фосфоліпіди та тригліцериди) спрямовані всередину, а гідрофільні “головки” - назовні. Такий тип розташування стабілізує мембрану. В цей шар вмонтовано інтег­ ральні білки, які пронизують його наскрізь. Деякі групи білків при­ кріплюються до поверхні мембрани, тому їх називають периферійними. Деколи мембрана покривається ще одним особливим типом білка - поверхневим.

Елементарна мембрана здатна утворювати інвагінати, які назива­ ються мезосомами. Вони відіграють велику роль у життєдіяльності клітини, постачаючи її енергією та беручи активну участь у процесах реплікації нуклеоїда.

Функції мембранного комплексу різноманітні: він забезпечує сег лективну проникність та транспорт різноманітних речовин іззовні всередину і навпаки завдяки існуванню в ньому особливих білківферментів пермеаз; здійснює транспорт електронів та окисне фосфорилювання субстратів; генерує електрохімічну енергію транс­ мембранного потенціалу; виділяє гідролітичні ферменти; проявляє біосинтетичну активність; є місцем прикріплення джгутиків.

Виявити цитоплазматичну мембрану можна в ультратонких зрізах бактерій під електронним мікроскопом.

Деякі поверхнево-активні речовини і антибіотики (поліміксини) здатні руйнувати мембрану і викликати загибель клітини. Це вико­ ристовується в пошуках оптимальних "шляхів боротьби зі збудни­ ками інфекційних хвороб.

Клітинна стінка. Клітинна стінка створює захисний шар, який врівноважує високий внутрішній осмотичний тиск бактерій (5-20 ат­ мосфер). Таку міцність забезпечує речовина - муреїн, пептидоглікан. Він складається з особливих полімерних ланцюгів, у яких чергуються залишки ІМ-ацетилмурамової кислоти і 1М-ацетилглюкозаміну, в свою чергу сполучених між собою Р-1,4-глікозидними зв’язками. Залишки мурамової кислоти з ’єднуються пептидними зв’язками із тетрапептидами амінокислот: Ь- і Б -аланіну, Б-глутамінової та

41

мезодіамінопімелінової кислот, Ь-лізину. Пептидними містками такі гетерополімерні ланцюги зв’язуються між собою, утворюючи гі­ гантський муреїновий мішок. Те, що до складу бактерій входять речовини, відсутні в тваринних і рослинних клітинах (ІЧ-ацетил- мурамова кислота і ІМ-ацетилглюкозамін), створює можливість цілеспрямованого знищення бактерій деякими антибіотиками (пені­ циліни, цефалоспорини), оскільки клітинні стінки еукаріотів при цьому не пошкоджуються.

Створена з муреїну структура виконує функцію опорного каркасу, надаючи форму мікробній клітині, крім того, з ним зв’язуються інші речовини.

За особливостями будови мікробного муреїнового каркасу і вміс­ том деяких речовин у клітинній стінці можна відрізнити так звані грампозитивні бактерії від грамнегативних. Поділ їх на ці дві групи було запропоновано у 1884 р. Христіаном Грамом, який звернув увагу на особливості фарбування мікробів.

У грампозитивних бактерій муреїновий шар складає 30-70 % маси клітинної стінки, утворюючи до 40 шарів. Замість мезодіаміно­ пімелінової кислоти в ньому міститься ЬЬ-діамінопімелінова кисло­ та або лізин. Суттєвою особливістю є наявність особливих тейхоєвих кислот.

Під електронним мікроскопом таку клітинну стінку видно як губчасту структуру з порами діаметром 1-6 нм.

Грамнегативні бактеріальні клітини мають значно складнішу будо­ ву стінки. До її складу входить більше розмаїття біологічних молекул. Муреїновий шар у них одношаровий, складає до 10 % маси сітки. Він містить мезодіамінопімелінову кислоту, немає лізину, а міжпептидні містки відсутні. Тейхоєвих кислот у стінці також немає. Зовні до муреїнового шару прилягає шар ліпопротеїну, який переходить у зовнішню мембрану, що складається з білків, фосфоліпідів і ліпополісахаридів, типових для елементарних мембран. Над мембра­ ною, інтегруючись із нею, розміщується ліпополісахарид. Він має внутрішнє й зовнішнє полісахаридне ядро, пов’язане з ліпідом А. За зовнішніми специфічними боковими ланцюгами ліпополісахаридів збудники можна диференціювати один від іншого, що використовуєть­ ся при ідентифікації. Ліпід А забезпечує токсичні властивості мікроб­ ної клітини, викликаючи в людини підвищення температури, пронос та інші прояви хвороби.

Клітинна стінка крім опорної та захисної виконує ще ряд важливих функцій. Зокрема, вмонтовані у фосфоліпідний шар трансмембранні

42

білки (порини) - це заповнені водою канали, через які проходять низькомолекулярні сполуки. Периплазматичний простір між цито­ плазматичною мембраною та клітинною стінкою у грамнегативних бактерій виступає сховищем для різноманітних ферментів - деполімераз, протеїназ, нуклеаз, рестрикційних ферментів, відіграє роль у забезпеченні осморегуляції.

Під впливом різноманітних речовин клітинна стінка може бути знищена. Так, при дії лізоциму на суспензії грампозитивних мікроко­ ків виникає їх швидкий лізис і просвітління середовища. Аналогічний ефект спричиняє пеніцилін. Лізоцим розриває в муреїні глікозидні зв’язки, а пеніцилін попереджує утворення пептидоглікану, що супроводжується руйнуванням клітинної стінки. При цьому утворю­ ються чутливі до осмотичних умов округлі клітини - протопласти, у яких повністю втрачена клітинна стінка. При дії вказаних препара­ тів на грамнегативні бактерії формуються клітини, які зберігають рештки клітинної стінки. їх називають сферопластами.

Протопласти і сферопласти належать до субклітинних форм бактерій. Вони мають круглу форму, високочутливі до осмотичних умов середовища, утворюють спори, якщо був ініційований процес споруляції, але не мають здатності до розмноження. Сферопласти, на відміну від протопластів, здатні адсорбувати на своїй поверхні бактеріофаги і відновлюватись у вихідні форми при відміні дії чин­ ників, які викликали їх утворення.

В організмі людини і тварин при антибіотикотерапії (пеніцилін, бацитрацин, новобіоцин) створюються умови для порушення синтезу пептидоглікану, а бактерійні клітини, втрачаючи свою клітинну стін­ ку, перетворюються в Ь-форми. Це клітини до 50 мкм у діаметрі, які зберігають тенденцію до перетворення у вихідні форми, продукують токсини, гіалуронідазу. Описані такі форми бактерій у збудників гонореї, туберкульозу, черевного тифу, бруцельозу та інших. Вони здатні викликати у людини захворювання, які супроводжуються три­ валим перебігом. Утворення таких форм мікроорганізмів вважають за спосіб переживання несприятливих факторів зовнішнього середовища.

Слід відмітити, що в природі існують мікроорганізми, у яких немає клітинної стінки. Вони називаються мікоплазмами і мають виражені патогенні властивості, викликаючи різноманітні захворю­ вання дихальної, серцево-судинної, сечо-видільної систем.

Клітинну стінку мікробів можна зруйнувати лугом, ультразву­ ком, механічним методом. Виявити її можна різними способами:

43

спостерігаючи в електронному, фазовоконтрастному та аноптральному мікроскопах, при мікроскопії автолізованих бактерій, застосовую­ чи спеціальні методи забарвлення (шафраніном, синьою вікторією).

У лабораторних умовах легко дослідити наявність клітинної стін­ ки, використовуючи явище плазмолізу. При цьому клітину занурю­ ють у гіпертонічний розчин хлориду натрію або 0,2М розчин нітрату калію. Вода за градієнтом концентрації виходить із клітини назовні, цитоплазматична мембрана разом із цитоплазмою зморщуються, відшаровуючись від стінки, яка зберігає форму бактеріальної клітини і стає видимою під мікроскопом.

Капсула. Зовні бактеріальна клітина може бути вкрита речовиною слизового характеру. Вона не має для мікроба життєзабезпечуючого значення, однак захищає його від дії несприят­ ливих факторів зовнішнього середовища, на­ дає стійкості до фагоцитозу, захищає від проникненя бактеріофагів, забезпечує вірулентні властивості збудників (рис. 7). За своєю хіміч­ ною будовою капсула належить до полісаха-

Рис. 7. Капсули бактерій ридних субстанцій, а у В. апіЬгасіз - до біл­ кових. Характерним для капсули є наявність великої кількості води.

У деяких мікроорганізмів капсула утворюється тільки в організмі тварин або людини (пневмококи, збудники сибірки, чуми та ін.), у інших (клебсієли) вона присутня постійно, навіть коли збудник росте на живильному середовищі. Інколи капсула оточує разом декілька клітин (сибіркова бацила), тоді такі утворення називають зооглеями.

Стафілококи, збудники дифтерії, деякі стрептококи та інші бак­ терії здатні утворювати мікрокапсули, особливо при культивуванні на середовищах, багатих на вуглеводи.

Капсулу можна розглядати у звичайному світловому мікроскопі, якщо забарвлювати нативні препарати простим методом. Однак для виявлення капсул частіше використовують метод Буррі-Гінса, при якому фон препарата створюють тушшю, а мікроорганізм додат­ ково забарвлюється фуксином. У таких випадках на темному фоні видно червону паличку, яка оточена світлим ободком - капсулою.

Джгутики. Поверхня тіла мікроорганізмів може бути вкрита особливими виростами, що називаються джгутиками, які забезпе­ чують локомоторну функцію. їх число, спосіб розміщення, довжина є постійними ознаками для певного виду бактерій, що враховується

44

при проведенні систематики прокаріо-	Щ т
тичних організмів (рис. 8, 9).
Довжина джгутиків досягає 20 мкм,
тоді як товщина - всього 12-18 нм, що
лежить за межами роздільної здатності
мікроскопа. Джгутики бактерій склада­
ються із спірально закручених ниток
особливого білка флагеліну, який утворює
спіраль навколо внутрішнього порожнис­
того простору. У них виділяють три основ­
ні частини: спіральну нитку, гак та	Рис. 8. Джгутики бактерій:
базальне тіло (два - чотири спеціальних	1 - монотрихи; 2 - амфітрихи;
кільця з центральним стержнем), за	З - лофотрихи; 4 - перитрихи

допомогою яких джгутик закріплюється у цитоплазматичній мембрані та клітинній стінці).

Джгутики асоціюють з білковим Н-антигеном мікробної клітини, визначення якого має певне значення в лабораторній діагностиці інфекційних хвороб.

За способом розташування джгутиків мікроорганізми поділяються на ряд груп. Монотрихи - бактерії, що містять джгутик на одному з полюсів клітини (холерний вібріон). Такі мікроорганізми найрухоміші серед інших: за 1 с вони здатні переміщуватись на віддаль, яка у 20 разів перевищує довжину їх тіла. Лофотрихи мають пучок джгутиків на одному з полюсів (псевдомонади, Bacillus megaterium). Уамфітрихів джгутики або їх пучки розташовані на обох полюсах (спірили). Пе- ритрихи мають джгутики, розміщені по всій поверхні тіла мікроба (протей, ешерихії, сальмонели), число їх може досягати 1000.

Виявити джгутики можна за допомогою прямих та непрямих методів. При непрямих методах спостерігають за рухом мікроорганіз­ мів у темному полі мікроскопа, у “висячій” чи “роздавленій” краплях, за допомогою фазово-контрастної, аноптральної мікроскопії. За допомогою прямих методів джгутики забарвлюють барвниками, або солями металів, попередньо наносячи на них протраву для збільшення у розмірах, або досліджують на ультратонких зрізах під електронним мікроскопом.

Рух джгутиків забезпечується енергією трансмембранного потен­ ціалу, яка генерується на цитоплазматичній мембрані. У більшості мікробів з полярним розташуванням джгутиків вони обертаються зі швидкістю 3000 обертів за 1 хв.

45

Джгутики мають пристосувальне значення. Вони надають клітині змогу переміщуватись у рідкому середовищі в пошуках більш спри­ ятливих умов існування. У відповідь на зовнішні подразнення (хімічні речовини, температура тощо) або спонтанно здатні змінювати харак­ тер свого обертання і напрям руху. Це називають таксисом. Відпо­ відно до факторів, що його викликають, розрізняють хемотаксис, фототаксис, аеротаксис.

До поверхневих структур бактерійної клітини належать різнома­ нітні придатки, які позначають терміном пілі (pilus - волос): стебельця, шипики тощо. Особливим типом таких утворень є ворсинки, фімбрії

--------------------	1	(fimbria - торочка). їх число може перевищува­
	ти	10000, довжина сягає до 2 мкм, а товщина -
	3-25 нм. Як і джгутики, вони складаються з біл­
	кових субодиниць. Описані ворсинки двох класів.
	Загальні ворсинки (1-го класу) забезпечують ад-
Рис. 9. Джгутики й	гезію (прикріплення) мікроба до субстрату, через
ворсинки бактерій	них всередину клітини можуть проникати деякі

метаболіти і навіть бактеріофаги. Ворсинки 2-го класу (статеві) беруть участь у передачі генетичної інформації від клітини до клітини при кон’югації (рис. 9).

Спороутворення. На певній стадії свого розвитку, коли запаси поживних речовин вичерпуються, бактерії всередині формують спору (ендоспору) округлої форми. Від вегетативних форм вони відрізня­ ються пригніченням функціонування генетичного апарата, майже повною відсутністю обміну речовин, малою кількістю вільної води, підвищеною концентрацією іонів кальцію, появою у складі дипіколінової кислоти, з якою пов’язують термостійкість спор. Для них харак­ терна поява додаткових оболонок, які запобігають дифузії і проник­ ненню речовин іззовні, більш висока стійкість до пошкоджуючих факторів зовнішнього середовища і здатність тривалий час зберігати свою життєздатність. Спори утворюють два роди грампозитивних паличок - Bacillus (спора за діаметром менше поперечника палички) і Clostridium (спора перевищує розміри палички) і один рід грам­ позитивних коків (Sporosarcina).

Спори утворюються тільки в зовнішньому середовищі, в організмі тварин та людини процесу споруляції не відбувається. Вони мають еволюційне значення, забезпечуючи збереження виду, а не викону­ ючи функцію розмноження (рис. 10).

46

Спороутворення починається, коли в оточу­
ючому клітину середовищі зникають джерела
азоту та вуглецю.
Спочатку в клітині при інвагінації мембрани
виділяється особливе термінальне ядро, яке
містить один клітинний геном, компоненти апа­
рата синтезу білка і власну енергетичну систе­
му. Воно вкривається власною мембраною та		Рис10- Розташування
„	. . .	спор: 1 - центральне;
мембраною материнської клітини, які утворю-		г . термінальне; 3 . суб.
ють стінку спори. Вона складається з нормаль-		термінальне
ного пептидоглікану. Стінку оточує кора, яка		містить незвичний

пептидоглікан з малим числом поперекових з ’єднань і чутливий до лізоциму (автоліз його відіграє вирішальну роль у процесі пророс­ тання спори). Оболонка спори складається з кератиноподібного білка і зумовлює погану проникність і стійкість його до хімічних речовин. Екзоспорій оточує всю спору і складається з ліпопротеїнів.

Індукція спороутворення відбувається протягом декількох годин. Розрізняють декілька стадій: підготовчу, передспори, утворення оболонок і дозрівання.

Процес проростання спори також відбувається у декілька етапів. Під час фази активації діючий фактор пошкоджує оболонку спори (висока температура, механічні пошкодження, зміна рН середовища в кислу сторону). На ініціальній (початковій) стадії спора за сприят­ ливих умов починає проростати, поглинає воду, руйнується пептидоглікан кори. На стадії росту внаслідок руйнування оболонок утворю­ ється нова вегетативна клітина. Процес триває протягом 4-6 годин.

Залежно від локалізації спор виділяють такі типи їх розміщення: центральне (сибіркова бацила), субтермінальне, коли спора розташо­ вується ближче до одного з кінців, тоді паличка нагадує тенісну ракетку (збудники ботулізму), і термінальне, коли спора знаходиться на кінці мікроба, надаючи йому вигляду барабанної палички (збуд­ ники правця).

Спори тривалий час зберігаються в стані анабіозу. У грунті вони можуть перебувати понад 200 років. Знайдено спорові мікроор­ ганізми у льодовиках Антарктиди, вік яких оцінюється в 12 тис років.

Ендоспори бактерій характеризуються високою термостійкістю. Наприклад, .спори сінної палички витримують кип’ятіння протягом З год. Саме резистентність спор примусила мікробіологів винайти

47

автоклав, розробити надійні способи стерилізації. При автоклавуванні під тиском 1,5-2 атмосфери і температурі 127-132 °С спори гинуть.

Наявність спор у бактерій може мати діагностичне значення, а також спричиняє вибір тактики при знезаражуванні хірургічного інструментарію та перев’язного матеріалу.

Спори мають здатність сильно заломлювати світло, тому на незафарбованих препаратах їх видно у вигляді блискучих зерен. У зв’язку з тим, що вони стійкі до дії несприятливих факторів зовніш­ нього середовища, забарвлювати їх досить важко. Найчастіше вико­ ристовується метод Ожешко, при якому спори попередньо протрав­ люють соляною кислотою, а потім забарвлюють за методом ЦіляНільсена. Спори при цьому набувають червоного, а вегетативна клітина - голубого забарвлення.

Морфологічні особливості окремих груп мікроорганізмів

Актиноміцети. Актиноміцети (aktis - промінь, mykes - гриб) - одноклітинні бактерії, які раніше вважали грибами через здатність клітин галузитись. Вони належать до родин Actinomycetaceae та Nocardiaceae, до складу яких входить понад 400 різноманітних видів. Будова актиноміцетів подібна до структури звичайної мікробної клітини, однак існують деякі відмінності за хімічним складом цукрів. Актиноміцети, як правило, сапрофіти, вільно живуть у грунті, забезпечуючи його плодючість і запах, та інших об’єктах зовнішнього середовища. Багато з них є продуцентами антибіотиків (стрептоміцин, тетрацикліни).

Проникаючи в організм людини або тварин, за певних умов ак­ тиноміцети здатні викликати захворювання з хронічним перебігом - актиномікоз та нокардіоз. Збудниками їх є Actinomyces israelii, Abovis, A.naeslundii, Nocardia asteroides. Найчастіше ушкоджуються шкіра, підшкірна клітковина з утворенням нориць, лімфатичні вузли, органи дихання. У тканинах, уражених актиноміцетами, знаходять особливі структури - скупчення видозміненого міцелію, які називають

друзами.

Патогенні спірохети. Це особлива група грамнегативних зви­ вистих мікроорганізмів, які мають вигляд довгих, спірально закру­ чених, тонких ниток. Довжина їх коливається в межах 7-50, а

48

товщина - 0,3-0,5 мкм. Вони належать до порядку Spirochaetales, який об’єднує три патогенних для людини роди: Treponema, Borre­ lia і Leptospira, які відрізняються між собою за рядом ознак.

Спільним для всіх спірохет є наявність цитоплазматичного ци­ ліндра, відмежованого ЦПМ і вкритого тришаровою клітинною стін­ кою. Він намотаний навколо фібрилярного апарата, що складається з білка флагеліну, і розташований всередині клітини. Фібрили при­ кріплюються до дисковидних утворень на кінцях збудників, які нази­ ваються блефаропластами. У цитоплазмі знаходиться нуклеоїд, рибо­ соми, мезосоми, включення. Спор і капсул мікроби не утворюють, однак при несприятливих умовах здатні формувати цисти. Спірохети мають різні типи рухів: згинальний, поступальний, обертальний,

маятникоподібний.
Число і форма завитків характерні для
кожного виду спірохет. Вони формують завитки
І порядку. У трепонем є 8-14 завитків І поряд­
ку, однакових за формою та величиною. У
борелій нараховується 4-8 великих завитків
неправильної форми, неоднакових за величи­
ною. Ці мікроорганізми найбільші серед пато­
генних спірохет. Лептоспіри мають 12-18 за-
витків І порядку, але вони дрібні й тісно при-		з
лягають один до одного, під звичаиним світ-	Рис. 11. Патогенні спіро-
	«	н
ЛОВИМ мікроскопом практично не диференцію-	хети: 1	- т репонеми;
	2 - борелгі; 3 - лепто-
ються. На кінцях мікроби мають вторинні завит-	спіри

ки, що надає їм S-, С-подібної форми, робить схожими на гачок (рис. 11).

За методом Романовського-Гімзи лептоспіри забарвлюються в блідо-рожевий колір, трепонеми - в рожевий, борелії - в синьофіолетовий.

Патогенними для людини є Treponema pallidum, яка викликає сифіліс, Borrelia recurrentis - збудник епідемічного поворотного тифу, В. duttoni, В. caucasica - збудники ендемічного поворотного тифу, а також Leptospira interrogans, що спричиняє у людини лептоспіроз.

Рикетсії. Це прокаріотичні мікроорганізми з родини Rickettsiaсеае, що одержали свою назву від прізвища американського дослід­ ника Г. Рікетса, який загинув від лабораторного зараження висип­ ним тифом.

49