Морфология бактерий

1. Величина и форма бактерий

2. Строение прокариотной клетки

3. Таксономические признаки бактерий

4. Классификация бактерий, характеристика отдельных таксонов.

1. Размеры бактерий измеряются микрометрами.

1мкм = 10^-3мм

Более тонкие внутриклеточные структуры измеряются в нанометрах

1нм = 10^-3мкм = 10^-6мм

В среднем размеры бактерий колеблются от 0,3-1,5мкм (в поперечнике) и 0,5-3мкм (в длину).

По форме все бактерии делятся условно на 3 группы

1) Сферические (кокки)

- диплококки

- тетракокки

- монококки

- стрептококки

- стафилококки

2) Палочки (цилиндрические) d

l

бактерии - не бациллы -

образующие образующие

спор споры

Если (коккобактерии, коккобациллы.)

3) Изогнутые палочки

3-5 витков - спириллы

›5 витков - спирохеты

Вибрион - в форме запятой

Другие формы, например

бифидобактерии – раздвоенные палочки

актиномицеты – разветвленные, образуют подобие мицелия и т.д.

2. Клеточная стенка окружает клетку, придает форму, защищает. Составляет 5-50% сухих веществ клетки. Клеточная стенка бактерий ответственна за отношение микроорганизмов к окраске по Граму. Это сложный метод окрашивания, в результате которого одни бактерии окрашиваются в темно-фиолетовый цвет и называются грамположительные (Г+), а другие - в розовый и называются грамотрицательные (Г-). Это пожизненный признак, постоянный для определенного вида, связан с химическим составом и строением клеточной стенки.

Отношение к окраске по Граму - таксономический признак, который используется для классификации и распознавания микроорганизмов и с которым взаимосвязаны другие свойства бактерий. Клеточная стенка Г+ бактерий имеют опорный каркас, состоящий из полигетероциклического соединения - муреина (N-ацетилглюкозаамина, соединенного гликозидной связью с N-ацетилмурановой кислотой).

Через пептидные хвосты молекулы соединяются и образуют трехмерную структуру (муреиновый мешок). Этот мешок пропитан ионами Ca²⁺, не имеет разрывов, плотно прилегает к ЦПМ. Доля муреина в КС от 30 до 70% сухих веществ.

У Г-бактерий доля муреина от 1 до 10%. КС имеет более сложное строение. Муреин неплотно прилегает к ЦПМ, располагаясь между двумя воздушными пространствами - перипластами.

Наружная мембрана состоит из белков, фосфолипидов и липополисахаридов, имеет мозаичное строение.

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ)

Это обязательная структура клетки, представляющая собой белково-липидный комплекс, нарушение ее приводит к гибели.

Составляет 8-15% сухих веществ клетки.

Содержание белка 50-75%

Липидов 15-45%

Толщина 7,5-8нм

Главный липидный компонент - фосфолипиды, набор которых родо- и видо - специфичен. Функции липидов - поддержание механической стабильности мембраны и придание ей гидрофобных свойств. Мембранные белки это в основном ферменты.

Структура ЦПМ для растительных, животных и микробных клеток сходна. Представляет собой как бы слоеный пирог. Два слоя белков и между ними двойной фосфолипидный слой.

Консистенция мембраны пластичная, почти жидкая, прочная связь с КС отсутствует. ЦПМ – это важный центр метаболитической активности. Она ответственна за поступление питательных веществ в клетку и вывод продуктов обмена. ЦПМ прокариот может впячиваться (инвагинировать) образуя мезосомы – это энергетические депо клетки, где происходит синтез АТФ.

Цитоплазма – внутренние содержимое клетки. Содержание цитоплазмы определяет тургор, который характеризуется осмотическим давлением (ОД). В норме ОД клетки эквивалентно давлению раствора сахарозы с массовой долей 10-20%. Если соотношение ОД клетки и среды нарушается, клетка может погибнуть.

Плазмолиз – это обезвоживание клетки, происходит в гипертоническом растворе, т.е. ОД клетки < ОД среды.

Плазмоптиз – обратное явление, если ОД клетки > ОД среды.

Используются в пищевой промышленности для консервирования, pH цитоплазмы слабокислый.

Генетическийаппарат у бактерий – нуклеоид (генофор) – молекула ДНК (бактериальная хромосома) сильно спирализованная, замкнутая в кольцо. Каких-либо оболочек отделяющих содержимое цитоплазмы от ядра нет. У прокариот могут быть внехромосомные молекулы ДНК – плазмиды. Они более короткие, необязательные структуры, могут утрачиваться или приобретаться при делении.

Деление прокариот.

Бактерии размножаются равновеликим поперечным бинарным делением, которое приводит к образованию двух дочерних одинаковых клеток, идентичных материнской.

Капсулы и слизи

Бактерии способны синтезировать органические полимеры и откладывать их вокруг клетки (капсулы) или выделять в питательную среду (слизи), как правило, это полисахариды: Декстран синтезируют бактерии рода Lenconostoc на среде с высоким содержанием сахарозы,

3. Таксономические признаки бактерий

К ним относятся: форма бактериальной клетки, окраска по Граму, подвижность, расположение жгутиков и ряд других.

Подвижность

Кокки, как правило, неподвижны. Скользящие бактерии и спирохеты движутся за счет сокращения тела. Большинство палочек движутся с помощью жгутиков.

Жгутик на 98% состоит из белка – флагеллина. Крепится с помощью «крюка» к базальному тельцу, которое располагается в клетке на уровне КС и ЦПМ. Вращательное движение жгутика способствует перемещению бактерий (3000 об/мин).

Расположение жгутиков:

1) монотрихальное расположение (1 жгутик)

2) политрихальное расположение (несколько жгутиков), может быть лофотрихальное, амфитрихальное, перитрихальное.

Подвижные бактерии способны к таксисам – направленное перемещение в ответ на внешний стимул.

Фототаксис – движение к свету или от него

Аэротаксис – движение к кислороду или от него

Хемотаксис – к химическим раздражителям и от них

Спорообразование

Способность образовывать споры имеют Г+ палочки. Кокки и Г-бактерии спор не образуют. Наиболее хорошо изучен процесс спорообразования у палочек рода Bacillus, Clostridium.

Споры бактерий (эндоспоры) образуются внутри клетки: 1 клетка=1спора

Спорообразование не процесс размножения, а способ выживания. Спора образуется в неблагоприятных условиях, при нехватке питательных веществ.

Большое количество оболочек, низкое содержание воды (18-20%), специфические вещества, например кальциевые соли дипикалиновой кислоты позволяют споре сохранять жизнеспособность 300 и более лет, находясь в состояние анабиоза (скрытой жизни). При попадании в благоприятные условия спора может прорасти и дать начало новой вегетативной клетки. Спора может не изменить форму клетки, а может придать форму барабанной палочки (плектридий) или веретена (клостридий)

Спорообразующие бактерии одна из главных причин микробной порчи продуктов при хранении.

4. Систематика бактерий

Систематика – это наука о разнообразии и сходстве объектов органического мира, основанном на общности происхождения и генетических связей различных групп живых существ.

Основные разделы систематики: классификация и номенклатура. Классификация – закономерность распределения микроорганизмов по систематическим группам (таксонам). Известны такие таксоны как: категория, ранг, вид, уровень, и т.д. Классификация предполагает распределение единиц по группам более крупного порядка, образующим иерархическую систему: вид – род – семейство – порядок – классы – отдел – царство.

Изучив микроорганизм, ему присваивают название, этим занимается номенклатура. Она обуславливает принципы определения названия для установленных таксонов. В микробиологии бинарная номенклатура. Каждый микроорганизм имеет название из 2-х латинских слов.

Основная таксономическая единица – вид. Это совокупность особей микроорганизмов, сходных по биологическим свойствам, имеющих единое происхождение и генотип, обладающих наследственно закрепленной способностью вызывать в среде естественного обитания определенные специфические процессы (изменения).

Штамм – более узкое понятие, чем вид. Это культуры одного вида, выделенные из разных природных сред или из одной и той же среды, но в разное время.

Чистая культура – потомство одной клетки.

Накопительная культура – преобладает один вид.

Для прокариот (бактерий) имеют место 2 систематики:

- естественная, разработана Красильниковым. Ее задача определить родственные формы исходя из общности происхождения

- искусственная, разработана Берги. Объединение особей на основе их сходства с целью идентификации и распознавания. Основана на учете признаков, удобных с точки зрения практики.

К таксономическим признакам относятся, прежде всего:

1) Форма бактериальной клетки:

- кокки

- палочки

- извитые

- др. группы

2) Отношение к окраске по Граму:

- Г+

- Г-

3) Отношение к молекулярному кислороду:

- строгие аэробы

- строгие анаэробы

- факультативные анаэробы

Для палочек еще один признак:

4) Спорообразование

С целью дифференциации, а не классификации бактерии делят на 4 категории:

1) есть КС, она содержит муреин, Г- (группа 7-8 по «Определителю бактерий Берги»)

2) есть КС содержит муреин Г+ (группа 14,15,16,17)

3) нет КС

4) есть КС, но она не содержит муреин