Экология микококков и их значение в природе и жизни человека

Физиолого-биохимические особенности микококков

Микококки являются аэробными гетеротрофными, грамположительными организмами, растущими при температуре от 10 до 30 °С и обладающими слабой ферментативной активностью. Культуры микококков, выделяемые из почв, хорошо растут на синтетических средах с минеральным источником азота. Микококки, обитающие в лишайниках, требуют при культивировании аминокислот и витаминов в качестве ростовых факторов, что связано, по-видимому, с их экологией.

Представители рода Mycococcus, выделяемые из почв и лишайников, большей частью окрашены в красные, розовые и желтые тона за счет внутриклеточных пигментов, образуемых этими культурами. Изучение физико-химических свойств пигментов показало, что они относятся к группе кислородсодержащих кароти-ноидов.

Культуры микококков, выделяемые из организма человека и животных, как правило, беспигментные.

На микококках из литофильных лишайников впервые было проведено определение нуклео-тидного состава ДНК рода Mycococcus. Оказалось, что содержание ГЦ пар в ДНК у представителей рода Mycococcus колеблется от 62,3 до 69,4 мол.%. Если учесть, что содержание ГЦ в ДНК различных родов класса актино-мицетов колеблется от 62 до 78 мол.%, то по этому признаку род Mycococcus оказался близким к лучистым грибкам. Род Micrococcus характеризуется также близкой величиной нуклеотидного состава (57—75 мол.% ГЦ).

В клеточных стенках микококков в качестве основных аминокислот был обнаружен лизин в сочетании с аспарагиновой кислотой и глицином, а из Сахаров — галактоза и арабиноза. Учитывая одновременно морфологические особенности и химический состав клеточных стенок, можно сказать, что в близком родстве с ми-кококками находятся микрококки и микобак-терии. Это подтвердилось и данными инфракрасной спектроскопии. Интересным явилось обнаружение у микококков фермента поли-фосфатглюкокиназы. Этот фермент был найден лишь у представителей класса актиномицетов и не был обнаружен ни у истинных бактерий, ни у водорослей. Присутствие полифосфатглюкокиназы в культурах микококков еще раз доказывает их родство с лучистыми грибками, установленное Н. А. Красильниковым на основании морфологии и изменчивости культур микококков.

Изучение морфологии, тонкого строения и биохимических особенностей микококков с помощью современных методов исследования позволило выявить новые, ранее не описанные свойства. В связи с этим в настоящее время внесены следующие дополнения в диагноз рода Mycococcus. Клетки микококков сферические, но имеют неправильные, угловатые очертания; размеры клеток в одной и той же культуре варьируют от 0,5 до 3—4 мкм. Большей частью коккоиды собраны в агрегаты неопределенной конфигурации или искривленные цепочки.

Палочковидная стадия развития отсутствует. Клеткам микококков свойствен неравномерный характер роста. Размножение происходит путем неравномерного деления (дробления) клетки на несколько частей. Встречаются подвижные формы, имеющие всегда правильно шаровидную форму клеток. По внешнему виду колоний культуры микококков не отличаются от культур микобактерий или микрококков. По Граму, окрашиваются положительно, аэробы. Нуклеотидный состав ДНК колеблется от 62 до 69 мол.% ГЦ. Пигменты окрашенных форм относятся к группе кислородсодержащих каротиноидов. Клеточные стенки содержат лизин, аспарагиновую кислоту, глицин, а из Сахаров — арабинозу и галактозу.

В настоящее время имеется весьма небольшое число сведений о распространении микококков. Известно, что микококки были выделены из почв, лишайников, ризосферы и листьев растений, из организма человека и животных. Из этого следует, что, по-видимому, они довольно широко распространены в природе. При изучении состава почвенной микрофлоры, возможно, их путали с микрококками. Выделенные из ризосферы сельскохозяйственных растений микококки фиксировали азот атмосферы в довольно значительных количествах, участвуя тем самым в снабжении азотом растений наряду с другими азотфиксаторами.

Обитающие в литофильных лишайниках микококки оказались способными, как и сами лишайники, к поглощению и аккумуляции в клетках радиоактивных веществ. Особый интерес представляют микококки, выделенные из организма человека и животных и образующие перекись водорода (Н202). Сотрудниками кафедры микробиологии Днепропетровского медицинского института было показано, что микококки — продуценты H202 — часто выделяются из тканей новообразований и из органов животных, облученных рентгеном. Облучение, столь важное в терапии рака, может быть, по-видимому, полностью заменено воздействием эквивалентного количества перекиси водорода, поскольку действие облучения состоит лишь в том, что оно вызывает образование H202. Предполагается, что попадание продуцентов Н2О2 в ткань новообразований имеет в своей основе защитный механизм.

Порядок кокки (COCCALES)

Название «кокки» было предложено для бактерий, имеющих сферическую форму клетки (от греч. «коккус» — ягода). Человек, сам того не подозревая, постоянно сталкивается в своей жизни с кокковидными микроорганизмами. Кокки находятся в воздухе, которым мы дышим, в земле, по которой мы ходим, в цветах, которые мы собираем, в воде рек и морей, в пище, которую мы едим, и даже в нашем организме. Одни виды кокков полезны для человека — их используют в производстве молочных продуктов (кефира, масла, сыров), при приготовлении силоса; они участвуют в круговороте веществ в природе, разлагая различные отмершие остатки растений и животных и выполняя тем самым роль «мусорщиков»; они стимулируют рост культурных растений, снабжая их витаминами и гетероауксинами. Другие виды кокков издавна наносили большой вред человеку, являясь источником заражения и нагноения ран, вызывая такие тяжелые заболевания, как крупозная пневмония, менингит, гоноррея и др. Развиваясь в некоторых молочных, мясных и рыбных продуктах, некоторые кокки выделяют в среду сильнейший яд — энтеротоксин — и вызывают тем самым пищевые отравления людей.

Рис. 111. Родовая принадлежность кокков в зависимости от расположения клеток после деления: 1 — Micrococcus; 2 — Streptococcus; 3 — Gaffkya; 4 — Sarcina; 5 — Diplococcus.

Если посеять пробы воды, почвы, кусочки растений, слюну, гной людей или животных, зараженных патогенными кокками, на специальные твердые питательные среды, мы увидим разнообразные колонии. У патогенных кокков колонии, как правило, невзрачные (мелкие и бесцветные); у сапрофитных форм часто обнаруживаются красивые колонии, окрашенные в яркие красные, розовые, оранжевые и синие тона. Особенно много пигментных форм кокков в воздухе, на поверхности высших растений и литофильных (растущих на камнях) лишайников, т. е. там, где они подвержены действию солнечной радиации. Предполагают, что пигменты, вырабатываемые микроорганизмами, выполняют защитные функции.

Сапрофитные формы кокков довольно неприхотливы: они растут в широком диапазоне температур (от 10 до 45 °С), развиваются на обычных пептонных средах, некоторые виды обитают в местах с повышенными концентрациями солей, другие устойчивы к радиоактивному излучению. Обитающие в организме человека кокки адаптировались к паразитическому образу жизни и трудно поддаются культивированию, требуя особых условий влажности, температуры, сложных питательных веществ.

Если посмотреть под микроскопом, мы увидим, что колонии кокков состоят из множества мелких округлых клеточек. Величина их может варьировать от 0,2 до 2,5—3 мкм, но чаще всего встречаются клетки от 0,5 до 1 мкм. Изучать такие мелкие организмы в световом микроскопе довольно сложно. Несмотря на то что само название «кокки» предполагает сферическую форму клетки, у некоторых кокков клетки имеют несколько удлиненную, ланцетовидную форму (у «молочных» стрептококков) или форму кофейных зерен (у гонококков). Цикл развития кокков крайне прост: клетка делится на две равные кокковидные клетки. Такой простой жизненный цикл осложняет систематизацию кокковых форм, к тому же почти все кокки (за небольшим исключением) неподвижны, не образуют спор, большей частью грамположи-тельны.

Какие же признаки могут служить дифференцирующими при разделении кокков на таксоны? Оказалось, что в зависимости от того, в какой плоскости происходит деление клетки, кокки располагаются после деления либо в виде цепочек, либо тетрад, либо пакетов или скоплений неправильной формы.

Еще в 1900 г. Мигула разделил кокки на 5 родов на основании способа деления, а также подвижности:

Streptococcus — цепочки кокков, деление в одной плоскости;

Micrococcus — одиночные или в неправильных скоплениях кокки;

Sarcina — правильные пакеты, деление в трех взаимно перпендикулярных направлениях;

Planosarcina и Planococcus — подвижные сарцины и микрококки.

До сих пор во всех современных учебниках и руководствах по микробиологии приводятся традиционные рисунки различных сочетаний кокковидных клеток, характеризующих определенный род (рис. 111).

В широко используемом в нашей стране «Определителе бактерий и актиномицетов» Н. А. Красильникова все кокки, объединенные в одно семейство Соссасеае (порядок Соссасеае, класс Actinomycetes), подразделяются на роды по следующим признакам: клетки одиночные — род Micrococcus, клетки соединены в пары — род Diplococcus, в цепочки — род Streptococcus, в пакеты — род Sarcina. Таким образом, видно, что распределение по родам основано на том же морфологическом, легко обнаруживаемом признаке. Роды Neisseria и Nitroso-coccus, также включенные Н. А. Красильнико-вым в семейство Соссасеае, выделяются по другим свойствам — окраске по Граму и автотрофному типу питания соответственно.

В настоящее время известно свыше 15 родов кокков. Некоторые роды — Gaffkya, Pediococcus, Staphylococcus — были описаны очень давно, но считались ранее синонимами рода Micrococcus. Род Leuconostoc рассматривался Н. А. Красильниковым как вид, входящий в род Streptococcus. При увеличении количества родов семейства Соссасеае одного морфологического признака оказалось недостаточно для дифференциации кокковых форм, поэтому стали использоваться в качестве диагностических такие признаки, как окраска по Граму, отношение к кислороду, тип метаболизма, патогенность и др. Многие авторы предлагают выделять уже не одно, а несколько семейств кокков. Так, в определителе бактерий Берги кокки распределены по трем семействам: Micrococcaceae, Neisseriaceae и Lactobacillaceae — триба Streptococcaceae. Род Nitrosococcus помещен в семейство Nitrobacteriaceae.

Ниже мы приводим краткую характеристику основных родов кокков.

Роды диплококки (DIPLOCOCCUS), стрептококки (STREPTOCOCCUS), педиококки (PEDIOCOCCUS), леиконосток (LEUCONOSTOC), пептострептококки (PEPTOSTREPTOCOCCUS)

Эти роды объединены по определителю бактерий Берги в трибу Streptococcaceae, семейство Lactobacillaceae. Общие признаки перечисленных выше родов: грамположительные, образуют цепочки, неподвижные, кокки, микроаэрофилы или факультативные анаэробы, каталазу не образуют, энергетический метаболизм протекает по типу брожения, нуждаются в сложных питательных веществах. Род Streptococcus. Этот род включает в себя:

1) пиогенные (гноеродные) стрептококки — патогенные для человека и животных;

2) фекальные стрептококки

и 3) безвредные «молочные» стрептококки.

Пиогенные стрептококки адаптированы к паразитическому образу жизни в организме млекопитающих. Их выращивают при 37 °С в бульоне с сывороткой и кровью в атмосфере, содержащей 5—10% С02. Типичный представитель группы пиогенных стрептококков — Str. pyogenes. Здесь и далее родовое название видов Streptococcus дается сокращенно Str. Он служит возбудителем скарлатины, ангины, послеродового сепсиса и других тяжелых эпидемических инфекций человека. Str. agalactiae вызывает в основном инфекции у крупного рогатого скота.

Фекальные стрептококки обнаруживаются в испражнениях человека и животных. Некоторые из них постоянно живут также в полости рта, откуда и попадают в кишечник. Str. salivarius встречается в основном у человека; Str. bovis — только у рогатого скота; Str. equinus — у лошадей и других животных.

В эту же группу входят более устойчивые энтерококки, обнаруживаемые в кишечнике человека и животных, навозе, молочных продуктах. Они часто образуют скопления, напоминающие скопления микрококков. Типичный представитель энтерококков — Str. faeca-lis. Все энтерококки хорошо растут при температуре 22—40 °С на обычных мясных средах. Поскольку фекальные стрептококки постоянно присутствуют в кишечнике человека, сохраняют жизнеспособность во внешней среде, легко культивируются и идентифицируются, их принято считать индикаторами фекального загрязнения.

Стрептококки «молочной» группы вызывают скисание молока и играют важную роль в молочной и пищевой промышленности. Они быстро растут в молоке при 28 °С, вызывая его свертывание. Типичные представители «молочных» стрептококков — Str. lactis, Str. cre-moris и Str. thermophilus. Последний выдерживает температуру 63 °C и используется для получения сыров, которые готовят при относительно высокой температуре.