Лекция № 5 Морфология и систематика микроорганизмов. Прокариоты (бактерии и актиномицеты).

1 Морфология и систематика микроорганизмов. Морфология микроорганизмов изучает их внешний вид, форму и особенности строения, способность к движению, спорообразованию, способы размножения. Морфологические признаки играют большую роль в распознавании и классификации микроорганизмов. С древнейших времен живой мир делили на два царства: царство растений и царство животных. Когда был открыт мир микроорганизмов, то их выделили в отдельное царство. Таким образом, до Х1Х века весь мир живых организмов делили на три царства. В начале в основу классификации микроорганизмов были положены морфологические признаки, так как больше о них человек ничего не знал. К концу Х1Х века было описано много видов; разные ученые, в основном ботаники, делили микроорганизмы на группы, принятые для классификации растений. В 1897 году для систематики микробов стали использовать, наряду с морфологическими, и физиологические признаки. Как выяснилось впоследствии, для научно обоснованной классификации одних каких-либо признаков бывает недостаточно. Поэтому используют комплекс признаков:

Морфологические (форма клеток, размеры, подвижность, размножение, спорообразование, окраска по Граму);

Культуральные (характер роста на жидких и плотных питательных средах);

Физиолого-биохимические (характер накапливаемых продуктов);

Генотипические (физико-химические свойства ДНК).

Геносистематика позволяет определить вид микроорганизмов не по сходству, а по родству. Установлено, что нуклеотидный состав суммарной ДНК в процессе развития микроорганизмов в разных условиях не изменяется. Идентичны по составу ДНК S- и R-формы. Обнаружены и такие микроорганизмы, которые имеют сходный нуклеотидный состав ДНК, хотя и относятся к разным систематическим группам: кишечные палочки и некоторые коринебактерии. Это указывает на то, что при систематике (таксономии) микробов следует учитывать разные признаки.

До недавнего времени все живые существа клеточного строения в зависимости от взаимоотношения ядра и органелл с цитоплазмой, состава клеточной стенки и других признаков делили на две группы (царства):

1.1 Прокариоты-доядерные (отнесены – организмы, не имеющие четко выраженного ядра, представленного молекулой ДНК в форме кольца; в состав клеточной стенки входит пептидогликан (муреин) и тейхоевые кислоты; рибосомы имеют константы седиментации 70; энергетические центры клетки находятся в мезосомах и отсутствуют органеллы).

1.2 Эукариоты-ядерные (с четко выраженным ядром, отделенным от цитоплазмы оболочкой; в клеточной стенке отсутствует пептидогликан и тейхоевые кислоты; рибосомы цитоплазмы крупнее; константа седиментации 80; энергетические процессы осуществляются в митохондриях; из органелл имеется комплекс Гольджи и др.).

В дальнейшем оказалось, что среди микроорганизмов есть и неклеточные формы-вирусы и поэтому выделили третье группу (царство) - вира.

Для обозначения микроорганизмов принята двойная (бинарная) номенклатура, которая включает в себя название рода и вида. Родовое название пишется с прописной буквы (заглавной), видовое (даже происходящее от фамилии)- со строчной (маленькой). Например, бациллу сибирской язвы называют Bacillus anthracis, кишечную палочку- Escherichia coli, аспергилл черный-Aspergillus niger.

Основной (низшей) таксономической единицей является вид. Виды объединяются в роды, роды - в семейства, семейства -в порядки, порядки - в классы, классы - в отделы, отделы - в царства.

Вид- это совокупность особей одного генотипа с явно выраженным фенотипическим сходством.

Культура - микроорганизмы, полученные от животного, человека, растения или субстрата внешней среды и выращенные на питательной среде. Чистые культуры состоят из особей одного вида (потомство, полученное из одной клетки - клон).

Штамм- культура одного и того же вида, выделенная из различных сред обитания и отличающиеся незначительными изменениями свойств. Например, кишечная палочка, выделенная из организма человека, крупного рогатого скота, водоемов, почвы, могут быть разными штаммами.

2 Прокариоты (бактерии и актиномицеты). Бактерии (прокариоты)-это большая группа микроорганизмов (около 1600 видов), большинство из которых одноклеточные. Форма и размеры бактерий. Основные формы бактерий: шаровидная, палочковидная и извитая. Шаровидные бактерии - кокки имеют обычную форму шара, встречаются уплощенные, овальной или бобовидной формы. Кокки могут быть в виде клеток одиночных - монококки (микрококки) или соединенных в различных сочетаниях: попарно - диплококки, по четыре клетки - тетракокки, в виде более или менее длинных цепочек - стрептококки, а также в виде скоплений кубической формы (в виде пакетов) из восьми клеток, расположенных в два яруса один над другим, - сарцины. Встречаются скопления неправильной формы, напоминающие грозди винограда, - стафилококки. Палочковидные бактерии могут быть одиночными или соединенными попарно - диплобактерии, цепочками по три-четыре и более клеток - стрептобактерии. Соотношения между длиной и толщиной палочек бывают самыми различными. Извитые, или изогнутые, бактерии различаются длиной, толщиной и степенью изогнутости. Палочки, слегка изогнутые в виде запятой, называют вибрионами, палочки с одним или несколькими завитками в виде штопора - спириллами, а тонкие палочки с многочисленными завитками - спирохетами. Благодаря использованию электронного микроскопа для изучения микроорганизмов в естественных природных субстратах были обнаружены бактерии, имеющие особую форму клеток: замкнутого или разомкнутого кольца (тороиды); с выростами (простеками); червеобразной формы - длинные с загнутыми очень тонкими концами; а также в виде шестиугольной звезды.

Размеры бактерий очень малы: от десятых долей микрометра (мкм) до нескольких микрометров. В среднем размер тела большинства бактерий 0,5-1 мкм, а средняя длина палочковидных бактерий - 2-5 мкм. Встречаются бак­терии, размеры которых значительно превышают среднюю величину, а некоторые находятся на грани видимости в обычных оптических микроскопах. Форма тела бактерий, как и их размеры, может изменяться в зависимости от возраста и условий роста. Однако при определенных, относительно стабильных условиях бактерии сохраняют присущие данному виду размеры и форму. Масса бактериальной клетки очень мала, приблизительно 4- 10- 1:! г.

Строение бактериальной клетки . Клетка прокариотных организмов, к которым относятся бактерии, обладает принципиальными особенностями ультраструктуры. Клеточная стенка (оболочка) - важный структурный элемент большинства бактерий. На долю клеточной стенки приходится от 5 до 20% сухих веществ клетки. Она обладает эластичностью, служит механическим барьером между протопластом и окружающей средой, придает клетке определенную форму. В состав клеточной стенки входит специфическое для прокариотных клеток гетерополимерное соединение - пептидогликан (муреин), отсутству­ющий в клеточных стенках эукариотных организмов. По методу окраски, предложенному датским физиком X. Грамом (1884 г.), бактерии делятся на две группы: грамположительные и грамотрицателъные. Грамположительные клетки удерживают краску, а грамотрицателъные не удерживают ее, что обусловлено различиями в химическом составе и ультраструктуре их клеточных стенок. У грамположительных бактерий клеточные стенки более толстые, аморфные, в них содержится большое количество муреина (от 50 до 90% сухой массы клеточной стенки) и тейхоевые кис­лоты. Клеточные стенки грамотрицательных бактерий более тонкие, слоистые, в них содержится много липидов, мало муреина (5-10%) и отсутствуют тейхоевые кислоты.

Клеточная стенка бактерий часто бывает покрыта слизью. Слизистый слой может быть тонким, едва различимым, но может быть и значительным, может образовывать капсулу. Нередко по размеру капсула намного превышает бактериальную клетку. Ослизнение клеточных стенок иногда бывает настолько сильным, что капсулы отдельных клеток сливаются в слизистые массы (зоогели), в которые вкраплены бактериальные клетки. Образуемые некоторыми бактериями слизистые вещества не удерживаются в виде компактной массы вокруг клеточной стенки, а диффундируют в окружающую среду. При быстром размножении в жидких субстратах слизеобразующие бактерии могут превратить их в сплошную слизистую массу. Такое явление наблюдается иногда в сахаристых экстрактах из свеклы при производстве сахара. За короткое время сахарный сироп может превратиться в тягучую слизистую массу. Ослизнению подвергаются мясо, колбасы, творог; наблюдается тягучесть молока, рассолов, квашеных овощей, пива, вина. Интенсивность слизеобразования и химический состав слизи зависят от вида бактерий и условий культивирования. Капсула обладает полезными свойствами, слизь предохраняет клетки от неблагоприятных условий - у многих бактерий в таких условиях усиливается слизеобразование. Капсула защищает клетку от механических повреждений и высыхания, создает дополнительный осмотический барьер, служит препятствием для проникновения фагов, антител, иногда она является источником запасных питательных ве­ществ. Цитоплазматическая мембрана отделяет от клеточной стенки содержимое клетки. Это обязательная структура любой клетки. При нарушении целостности цитоплазматической мембраны клетка теряет жизнеспособность. На долю цитоплазматической мембраны приходится 8-15% сухого вещества клетки. В мембране содержится до 70-90% липидов клетки, толщина ее 7-10 нм 1 . На срезах клеток в электронном микроскопе она видна в виде трехслойной струк­туры - одного липидного слоя и двух примыкающих к нему с обеих сторон белковых слоев. Цитоплазматическая мембрана местами впячивается внутрь клетки, образуя всевозможные мембранные структуры. В ней находятся различ­ные ферменты; она полупроницаема, играет важную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой. Цитоплазма бактериальной клетки представляет собой полужидкую, вязкую, коллоидную систему. Местами она пронизана мембранными структурами - мезосомами, которые произошли от цитоплазматической мембраны и сохранили с ней связь. Мезосомы выполняют различные функции; в них и в связанной с ними цитоплазматической мембране имеются ферменты, участвующие в энергетических процессах - в снабжении клетки энергией. Хорошо развитые мезосомы обнаружены только у грамположительных бактерий, у грамотрицательных они развиты слабо и имеют более простое строение. В цитоплазме содержатся рибосомы, ядерный аппарат и различные включения. Рибосомы рассеяны в цитоплазме в виде гранул размером 20-30 нм; рибосомы состоят примерно на 60% из рибонуклеиновой кислоты (РНК) и на 40% из белка. Рибосомы ответственны за синтез белка клетки. В бактериальной клетке в зависимости от ее возраста и условий жизни может или быть 5-50 тыс. рибосом. Ядерный аппарат бактерий называют нуклеоидом. Электронная микроскопия ультратонких срезов клетки бактерий позволила установить, что носителем генетической информации клетки является молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). ДНК имеет форму двойной спиральной нити, замкнутой в кольцо; ее еще называют "бактериальная хромосома". Она расположена в определенном участке цитоплазмы, но не отделена от нее собственной мембраной.

Цитоплазматические включения бактериальной клетки разнообразны, в основном это запасные питательные вещества, которые откладываются в клетках, когда они развиваются в условиях избытка питательных веществ в среде, и потребляются, когда клетки попадают в условия голодания. В клетках бактерий откладываются полисахариды: гликоген, крахмалоподобное вещество гранулеза, которые используются в качестве источника углерода и энергии. Липиды обнаруживаются в клетках в виде гранул и капелек. Жир служит хорошим источником углерода и энергии. У многих бактерий накапливаются полифосфаты; они содержатся в волютиновых гранулах и используются клетками как источник фосфора и энергии. В клетках серных бактерий откладывается молекулярная сера.

Подвижность бактерий . Шаровидные бактерии, как правило, неподвижны. Палочковидные бактерии бывают как подвижные, так и неподвижные. Изогнутые и спиралевидные бактерии подвижны. Некоторые бактерии перемещаются путем скольжения. Движение большинства бактерий осуществляется с помощью жгутиков. Жгутики - это тонкие, спирально закрученные нити белковой природы, которые могут осуществлять вращательные движения. Длина жгутиков различна, а толщина так мала (10-20 нм), что в световой микроскоп их можно увидеть только после специальной обработки клетки. Наличие, число и расположение жгутиков - постоянные для вида признаки и имеют диагностическое значение. Бактерии с одним жгутиком на конце клетки получили название монотрихов; с пучком жгутиков - лофотрихов", с пучком жгутиков на обоих концах клетки - амфитрихов; бактерии, у которых жгутики находятся на всей поверхности клетки, называются перитрихами. Скорость передвижения бактерий велика: за секунду клетка со жгутиками может пройти расстояние в 20-50 раз больше, чем длина ее тела. При неблагоприятных условиях жизни, при старении клетки, при механическом воздействии подвижность может быть утрачена. Кроме жгутиков, на поверхности некоторых бактерий имеются в большом количестве нитевидные образования, значительно тоньше и короче, чем жгутики - фимбрии (или пили).

Размножение бактерий. Для прокариотных клеток характерно простое деление клетки надвое. Деление клетки начинается, как правило, спустя некоторое время после деления нуклеоида. Палочковидные бактерии делятся попе­рек, шаровидные формы в разных плоскостях. В зависимости от ориентации плоскости деления и их числа возникают различные формы: одиночные кокки, парные, цепочки, в виде пакетов, гроздьев. Особенностью размножения бактерий является быстрота протекания процесса. Скорость деления зависит от вида бактерий, условий культивирования: некоторые виды делятся через каждые 15-20 мин, другие - через 5-10 ч. При таком делении число клеток бактерий за сутки достигает огромного количества. Это часто наблюдается на пищевых продуктах: быстрое скисание молока вследствие развития молочно-кислых бактерий, быстрая порча мяса и рыбы за счет развития гнилостных бактерий и т.д.

Спорообразование. Споры у бактерий образуются обычно при неблагоприятных условиях развития: при недостатке питательных веществ, изменении температуры, рН, при накоплении продуктов обмена выше определенного уровня. Способностью образовывать споры обладают в основном па­лочковидные бактерии. В каждой клетке образуется только одна спора (эндоспора).

Спорообразование - сложный процесс, в нем различают несколько стадий: сначала наблюдается перестройка генетического аппарата клетки, изменяются морфология нуклеоида. В клетке прекращается синтез ДНК. Ядерная ДНК вытягивается в виде нити, которая затем разделяется; часть ее концентрируется у одного из полюсов клетки. Эта часть клетки называется спорогенной зоной. В спорогенной зоне происходит уплотнение цитоплазмы, затем этот участок обособляется от остального клеточного содержимого перегородкой (септой). Отсеченный участок покрывается мембраной материнской клетки, образуется так называемая проспора. Проспора - это структура, располагающаяся внутри материнской клетки, от которой она отделена двумя мембранами: наружной и внутренней. Между мембранами формируется кортикальный слой (кортекс), сходный по химическому составу с клеточной стенкой вегетативной клетки. Помимо пептидогликана, в кортексе содержится дипиколиновая кислота (С 7 Н 8 О 4 Мg), которая отсутствует в вегетативных клетках. В дальнейшем по­верх проспоры образуется оболочка споры, состоящая из нескольких слоев. Число, толщина и строение слоев различны у разных видов бактерий. Поверхность наружной оболочки может быть гладкой либо с выростами разной длины и формы. Поверх оболочки споры нередко образуется еще тонкий покров, окружающий спору в виде чехла, - экзоспориум.

Споры имеют обычно круглую или овальную форму. Диаметр спор некоторых бактерий превышает ширину клетки, вследствие чего форма спороносящих клеток, изменяется. Клетка приобретает форму веретена (клостридиум ) , если спора расположена в ее центре, или форму барабанной палочки (плектридиум) , когда спора приближена к концу клетки.

После созревания споры материнская клетка отмирает, оболочка ее разрушается, и спора освобождается. Процесс образования споры протекает в течение нескольких часов.

Наличие у бактериальных спор плотной, труднопроницаемой оболочки, малое содержание в ней воды, большое количество липидов, а также наличие кальция и дипиколиновой кислоты обусловливают высокую устойчивость спор к факторам внешней среды. Споры могут находиться в жизнеспособном состоянии сотни и даже тысячи лет. Например, жизнеспособные споры выделены из трупов мамонтов и египетских мумий, возраст которых исчисляется тысячелетиями. Споры устойчивы к высокой температуре: в сухом состоянии они погибают после прогревания при 165-170°С в течение 1,5-2 ч, а при перегретом паре (в автоклаве) -- при 121°С в течение 15-30 мин.

В благоприятных условиях спора прорастает в вегетативную клетку; этот процесс обычно длится несколько часов.

Прорастающая спора начинает активно поглощать воду, активизируются ее ферменты, усиливаются биохимические процессы, приводящие к росту. Кортекс при прорастании споры превращается в клеточную стенку молодой вегетативной клетки; освобождаются во внешнюю среду дипиколиновая кислота и кальций. Внешняя оболочка споры разрывается, через разрывы выходит наружу "росток" новой клетки, из которого затем формируется вегетативная бактериальная клетка.

Порчу пищевых продуктов вызывают лишь вегетативные клетки. Знание факторов, способствующих образованию спор у бактерий, и факторов, которые вызывают их прорастание в вегетативные клетки, имеет значение в выборе способа обработки продуктов с целью предотвращения их микробной порчи.

Изложенные выше сведения характеризуют в основном так называемые истинные бактерии. Существуют и другие, более или менее отличающиеся от них, к которым относятся следующие.

Нитчатые (нитевидные бактерии). Это многоклеточные организмы в виде нитей различной длины, диаметром от 1 до 7 мкм, подвижных или прикрепленных к субстрату. В основном нити со слизистым чехлом. Они могут содержать окись магния или окислы железа. Живут в водоемах, встречаются в почве.

Миксобактерии. Это палочковидные бактерии, передвигаются путем скольжения. Они образуют плодовые тела - скопления клеток, заключенных в слизь. Клетки в плодовых телах переходят в покоящееся состояние - миксоспоры. Эти бактерии живут в почве, на различных растительных остатках.

Почкующиеся и стебельковые бактерии размножаются почкованием, образуют стебельки или то и другое вместе. Есть виды с выростами - простеками. Живут в почве и водоемах.

Актиномицеты. Бактерии имеют ветвистую форму. Одни - палочки слегка разветвленные (см. рис. 2, д), другие - в виде тонких ветвящихся нитей, образующих одноклеточный мицелий. Мицелиальные актиномицеты, называ­емые "лучистые грибки", размножаются спорами, развивающимися на воздушных ветвях мицелия. Актиномицеты бывают окрашены; они широко распространены в природе. Встречаются и на пищевых продуктах и могут вызвать их порчу. Продукт приобретает характерный землистый запах. Многие актиномицеты продуцируют антибиотики. Есть виды, патогенные для человека и животных.

Микоплазмы. Организмы без клеточной стенки, покрыты лишь трехслойной мембраной. Клетки очень мелкие, иногда ультрамикроскопических размеров (около 200 нм), плеоморфные (разнообразной формы) - от кокковидных до нитевидных. Некоторые вызывают заболевания человека, животных, растений.

Основы систематики бактерий Современные системы классификации бактерий по существу являются искусственными, объединяют бактерии в определенные группы на основе сходства их по комплексу морфологических, физиологических, биохимических и генотипических признаков.В этих целях используется руководство Берги по определению бактерий (1974 год, 8-е издание и 1984 г.- 9-е издание). По 8-му изданию все прокариоты делят на два отдела - цианобактерии и бактерии. Первый отдел - цианобактерии (синезеленые водоросли) - это фототрофные микроорганизмы. Второй отдел - бактерии. Этот отдел разделен на 19 групп. К 17-ой группе относят актиномицеты. По 9-му изданию царство прокариот подразделено на четыре отдела в зависимости от наличия или отсутствия клеточной стенки и ее химического состава: в первый отдел - тонкокожие, включены группы бактерий, грамотрицательные, фототрофные и цианобактерии; во 2-ой отдел - твердокожие, включены группы бактерий, относящиеся к окраске по Граму положительно; в третий отдел включены микоплазмы- бактерии, не имеющие клеточной стенки; в четвертый отдел включены метанобразующие и архебактерии(особая группа бактерий, обитающая в экстремальных условиях внешней среды и являющиеся одной из древнейших форм жизни).

Морфология микроорганизмов изучает форму и строение их клеток, способы передвижения и размножения. Микроорганизмы различаются по внешнему виду и по размерам. Строение клеток микроорганизмов также различно, в связи с чем они относятся к различным систематическим группам.

Все живые организмы на Земле, имеющие клеточное строение, делят на два надцарства: прокариоты и эукариоты. Это деление живых организмов основано главным образом на особенностях строения ядерного аппарата. В клетках прокариот ядро отсутствует. Ядерный аппарат их представлен молекулой ДНК, расположенной в ядерной зоне непосредственно в цитоплазме. Клетки эукариот имеют ядро, отделенное от цитоплазмы двойной ядерной мембраной.

БАКТЕРИИ

Известно около 4000 видов бактерий. Их разнообразие особенно выражено в отношении физиолого-биохимических свойств. В определенной степени оно проявляется и в морфологии.

Величина клеток различных бактерий сильно варьирует. Размеры многих бактериальных форм находятся в пределах 0,5-10 мкм. Однако величина ряда бактерий не укладывается в эти границы. Среди них есть немало относительно крупных форм, есть и крайне мелкие формы. Значительной длины достигают, например, нитчатые бактерии рода Beggiatoa - до 60 мкм и более и Saprospira - до 500 мкм. Это одни из наиболее крупных бактерий. Гигантские формы встречаются среди спирохет: длина некоторых достигает 500 мкм. Мельчайшие из известных организмов клеточного строения - микоплазмы. Размеры отдельных форм микоплазм не превышают 0,1-0,2 мкм, что лежит на границе или даже за пределами разрешающей способности светового микроскопа. У одного и того же вида бактерий размеры клеток могут в большей или меньшей степени варьировать в зависимости от возраста культур и (или) от условий культивирования. У многих бактерий особенно заметно меняется длина клетки. Диаметр клеток является более устойчивым признаком.

Основная масса бактерий - одноклеточные организмы. Но нередко клетки после деления не расходятся и образуют сочетания различной формы, которая определяется расположением делящей перегородки. Эти сочетания не равноценны многоклеточным организмам, так как каждая клетка в них автономна и может существовать самостоятельно после отделения от остальных клеток.

Бактерии, за исключением микоплазм, имеют определенную форму клетки. У большинства бактерий она поддерживается благодаря прочной (ригидной) клеточной стенке. Клеточная стенка спирохет эластична, и их извитая форма поддерживается с помощью аксиальных фибрилл, расположенных под клеточной стенкой. Форма клетки многих бактерий отличается постоянством и сохраняется в течение всей жизни. Но есть бактерии, у которых наблюдается более или менее выраженный плеоморфизм. Нередко он отражает стадии цикла развития микроорганизма. В этом случае обнаруживается упорядоченное, регулярное чередование определенных форм. Изменения морфологии могут происходить и под влиянием условий культивирования. Полиморфность микоплазм связана с отсутствием у них клеточной стенки.

Морфологические типы бактерий по сравнению с высшими организмами немногочисленны. Клетки значительной части бактерий имеют сферическую, цилиндрическую или спиралевидную форму. Существует обширная группа ветвящихея бактерий, сравнительно небольшое количество нитчатых форм и бактерий, образующих выросты (простеки).

Сферические бактерии - кокки. Под микроскопом они имеют форму шара. Многим коккам свойственно образование различных сочетаний (рис. 2). Кокки, делящиеся в одной плоскости и одном направлении, могут образовывать пары (диплококки) или цепочки (стрептококки) клеток. Когда деление происходит равномерно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, возникают группы

Рисунок 2. Сочетания кокков: 1 - диплококки; 2 - стрептококки; 3 - тетракокки и сарцины; 4 - стафилококки и микрококки

из четырех клеток - тетракокки, а если в трёх, то образуют пакеты правильной формы - сарцины. При неравномерном делении в нескольких плоскостях наблюдаются скопления неправильной формы, напоминающие гроздь винограда. Они свойственны представителям стафилококков и микрококков. Микрококками часто называют и одиночные шаровидные клетки.

Под влиянием различных факторов среды некоторые кокки могут превращаться в овальные, конические и эллипсоидные клетки.

Цилиндрические (палочковидные) бактерии под микроскопом имеют вид палочек. Это одна из наиболее многочисленных групп бактерий. Разные виды могут заметно отличаться друг от друга размерами клеток. Одной из самых крупных палочковидных бактерий является Васilllus megaterium. Ее длина 5-10 мкм, поперечник около 1 мкм. К наиболее коротким относятся риккетсии, размеры которых могут быть всего 0,3 Х 1,0 мкм. В тех случаях, когда длина лишь ненамного превышает диаметр клетки, палочки трудно отличить от кокков. Концы палочек бывают прямыми, округлыми или заострёнными (рис. 3).

Рисунок 3. Палочковидные бактерии: 1 - Pseudomonas aeruginosa ; 2 - Bacillus mycoides ; 3 - Васillus megaterium ; 4 - Cytophaga

Палочковидные бактерии нередко образуют пары или цепочки клеток. Парные сочетания клеток наблюдаются, например, у определенных видов рода Pseudomonas , длинные цепочки можно увидеть в культуре Bacillus mucoides . Для ряда палочковидных бактерий характерен выраженный плеоморфизм.

Изменение формы, связанное с развитием бактерий, наблюдается у видов Azotobacter и Rhizobium ; у миксобактерий и риккетсий. Так уже в молодой культуре азотобактера можно видеть клетки не только палочковидной, но и овальной или кокковидной формы. Они часто соединяются попарно или образуют скопления, а иногда цепочки из 4 и более клеток. В старых культурах преобладают крупные округлые, неправильной формы покоящиеся клетки-цисты.Риккетсии, помимо коротких палочек длиной 1-1,5 мкм могут быть представлены кокками диаметром менее 0,5 мкм, длинными палочками - 3-4 мкм, или причудливо изогнутыми нитями, длина которых достигает 40 и более микрометров. Есть бактерии, у которых изменение формы клетки связано со спорообразованием.

В неблагоприятных условиях в культурах многих палочковидных бактерий возникают различные дегенеративные формы с признаками лизиса, гранулированием содержимого, большими вакуолями и др. Это можно наблюдать, например, в культуре Bacillus megaterium (рис. 3).

Рисунок 4 Извитые формы: 1 - вибрионы; 2 - спириллы; 3 - спирохеты

Бактерии, образующие выросты (простеки). Основную часть этой группы составляют бактерии, у которых простеки - это выпячивания клеточного содержимого, окруженного клеточной стенкой цитоплазматической мембраной и не отделенного от клетки перегородкой. У одних бактерий, например у видов рода Hyphomicrobium, образование выростов связано с размножением. Клетки представителей этого рода чаще имеют вид палочек с заостренными концами, но бывают также овальной, яйцеобразной или бобовидной формы. Нитевидные выросты образуются на одном или обоих полюсах клетки. Bыросты могут ветвиться, давая гифоподобные структуры. На конце каждой ветви формируется почка, являющаяся дочернеи клеткой. Иногда созревшие почки не отделяются от материнской клетки и тоже образуют выросты и почки. Тогда возникает скопление гиф и клеток (рис. 5).

Рисунок 5 Бактерии, образующие выросты: 1 - Caulobacter ; 2 - Hyphomicrobium ; 3 - Ancalomicrobium ; 4 - Gallionella

У других бактерий простеки не имеют отношения к размножению. К таким бактериям принадлежат, например, виды рода Caulobacter и Ancalomicrobium . Клетки Caulobacter - это слегка изогнутые палочки с одним полярным жгутиком. Сравнительно короткий вырост - стебелек возникает на одном полюсе клетки. На конце стебелька имеется небольшое утолщение из липкого материала - фиксатор. С его помощью клетки прикрепляются к какому-либо субстрату, а иногда друг к другу. В последнем случае образуются характерные скопления. У видов Аnсаlomicrobium на клетке неправильной формы возникает несколько простеков - от 2 до 8. Клетка приобретает причудливый звездообразный вид.

Иногда к стебельковым относят бактерии, образующие слизистые придатки, не связанные с цитоплазмой клетки. Это, например, виды Gallionella, бобовидные клетки которой выделяют с вогнутой стороны слизь в виде тонкой нити. Под микроскопом такая нить выглядит как спирально изогнутая лента.

Рисунок 6. Нитчатые бактерии: 1 - Beggiatoa ; 2 - Thiothrix ; 3 - Saprospira ; 4 - Simonsiella ; 5 - Caryophanon ; 6 - цианобактерии класса Hormogoneae ; 7 - Leptothrix ; 8 - Sphaerotilus ; 9 - Crenothrix

Это сравнительно небольшая группа многоклеточных организмов. Они представляют собой цепочки (трихомы) из цилиндрических, овальных или дисковидных клеток. Типичными представителями нитчатых форм являются бактерии родов Beggiatoa и Thiothrix (рис.6). Их нити имеют равную толщину на всем протяжении. Трихомы видов Thiothrix собраны в пучки и прикрепляются основанием к субстрату. Нити Leucothrix , подобно Thiothrix , большей частью также растут пучком, прикрепляясь к твердой поверхности, но, в отличие от Thiothrix , они сужаются к концу.

Трихомы видов Saprospira скручены в виде спирали, а у видов Simоnsiella они уплощены и похожи на ленты. У видов Caryophanoп поперечные клеточные стенки большинства составляющих нити клеток не сплошные, так как их формирование отстает от роста трихома. Нитчатые бактерии относятся к крупным микроорганизмам. Так, длина нитей некоторых представителей рода Caryophanon достигает 40 мкм, а толщина 4 мкм. Нити зеленых бактерий группы Chloroflexus могут иметь длину 300 мкм. Особенно длинные трихомы образуют, как уже отмечалось, виды Beggiatoa и Saprospira (до 500 мкм).

Ветвящиеся бактерии. К этой многочисленной группе относятся истинные актиномицеты, нокардии, микобактерии, коринеподобные бактерии и ряд других организмов. Истинные актиномицеты имеют сильноразветвленный мицелий, сохраняющийся в течение всей жизни, что делает их внешне сходными с мицелиальными грибами (рис. 7). Однако общая длина нитей актиномицетов обычно не превышает нескольких миллиметров, а толщина составляет всего 0,5-1,5 мкм, тогда как длина грибного мицелия достигает нескольких сантиметров, а диаметр может быть около 50 мкм. У представителей рода Streptomyces в мицелии образуются перегородки, но их мало, поэтому составляющие его клетки в основном многоядерные. Мицелий большинства актиномицетов лишен перегородок, и этим он напоминает многоядерный несептированный мицелий фикомицетов.

Рисунок 7. Мицелий актиномицета (1) и гриба (2) при одинаковом увеличении

У нокардий и микобактерий мицелиальный тип развития имеет временный и часто ограниченный характер. Виды рода Nocardia образуют обильный, недифференцированный мицелий на начальных стадиях развития. В дальнейшем он распадается на палочковидные или сферические фрагменты.

Микоплазмы . Это довольно большая группа бактерий, у которых нет клеточной стенки. Поэтому они очень полиморфны. В культуре одного вида можно одновременно обнаружить мелкие зерновидные образования, кокковидные, эллипсовидные, грушеобразные, дисковидные, палочковидные и даже разветвленные и неразветвленные нитевидные формы (рис. 8).Размеры крупныхклеток микоплазмдостигают 10 мкм, а величина мелких структур не превышает 0,1 мкм.

Рисунок 8.

Большинство бактерий размножаются путем бинарного поперечного изоморфного деления. Такой способ размножения свойствен коккам, многим палочковидным формам и вибрионам, спириллам, спирохетам, некоторым нитчатым бактериям. Клетки основной массы бактерий делятся в одной плоскости. У многих кокков деление происходит в нескольких плоскостях. Расходящиеся после деления клетки большинства бактерий располагаются одна за другой или беспорядочно, а у видов Arthrobacter и Corynebacteriuт под углом друг к другу. Если после деления клетки не расходятся, то наблюдается образование различных скоплений клеток - пар, цепочек, пакетов и другие. В ряде случаев имеет место неравномерное деление. Фрагментацией мицелия или его рудиментов на палочки и кокки размножаются, например, виды Nocardia и Mycobacteriuт . Размножение распадом нитей на участки наблюдается у Beggiatoa и Saprospira . Две неодинаковые клетки - одна подвижная со жгутом, но без простеки, а другая неподвижная без жгутика, но со стебельком - образуются при делении клеток Caulobacter (рис. 9). К делению способны только неподвижные клетки с простекой.

Некоторые бактерии (виды Hyphoтicrobiuт и Rhodopseudoтona s, Ancaloтicrobiuт и др.) размножаются почкованием. У Rhodopseudoтoпas и Aпcaloтicгobiuт почки формируются прямо на поверхности клеток, а у Hyphoтicrobiuт - на концах гиф.

Рисунок 9. Схема роста и деления клеток Caulobacter

Рисунок 10. Гонидии (1) и гормогонии (2) нитчатых бактерий

У бактерий известны и более сложные способы размножения. Нитчатые цианобактерии класса Chaтaesiphoneae и бактерии родов Thiothrix, Caryophanon , Sphaerotilus , Leptothrix , Leucothrix размножаются с помощью специальных репродуктивных одиночных подвижных клеток - гонидий (рис. 10), которые образуются в результате многократного деления концевых клеток нити. Подвижность гонидий связана с наличием у них жгутиков. Для нитчатых цианобактерий класса Horтogoпeae характерно размножение гормогониями. Это короткие цепочки, возникающие, как и гонидии, при делении клеток нити. Они не имеют жгутиков и перемещаются скольжением благодаря выделению слизи. Размножение гормогониями наблюдается также у видов Leucothrix.

Актиномицеты размножаются главным образом подвижными или неподвижными спорами (конидиями). Конидии располагаются поодиночке или цепочками, непосредственно на мицелии, на концах спороносящих гиф - спорангиеносцах (спорангиофорах) или в специальных органах спороношения - спорангиях. Спорангиеносцы (и соответственно цепочки спор) разных видов различаются между собой. Они могут быть длинными или короткими, прямыми, волнистыми или спиралевидными; иметь последовательное, супротивное или мутовчатое расположение (рис. 11). Спорангии бывают сферической или неправильной формы (рис. 12), в них формируются эндогенные споры.

Существует немало бактерий, которые могут размножаться несколькими способами. Например, представители рода Rhizobiuт размножаются делением и почкованием, актиномицеты - спорами и кусочками вегетативного мицелия. Нитчатые цианобактерии размножаются гонидиями или гормогониями, а также путем распада трихома на отдельные участки, бактерии рода Chloroflexus - бинарным делением и участками нити. Caryophanon и Sphaerotilus - с помощью гонидий и поперечным изоморфным делением трихома, Leucothrix гонидиями и гормогониями. У микоплазм можно наблюдать бинарное деление, фрагментацию нитей и крупных клеток до кокков, а также процесс, напоминающий почкование.

Рисунок 11 Форма воздушных спороносцев у актиномицетов

Рисунок 12. Спорангии актиномицетов: 1 - Actinoplanes; 2 - Amorphosporangium; 3 - Spirillospora

Многие бактерии неподвижны. Неподвижными являются почти все кокки, более 50% палочковидных бактерий, почкующиеся и ветвящиеся бактерии, значительная часть нитчатых форм, риккетсии, микоплазмы. Способностью к движению обладает примерно 1/5 часть бактерий. Подвижность большинства из них обусловлена наличием специальных локомоторных структур - жгутиков. Жгутики обнаруживаютсяу некоторых кокков (отдельные представители рода Methylococcus ), ряда палочковидных бактерий (виды Bacillus , Clostridiuт , Pseudoтoпas , Rhizobium , Azotobacter , Escherichia и др.), у вибрионов и спирилл, у нитчатых бактерий рода Caryophanon . У бактерий некоторых групп специальные репродуктивные клетки со жгутиками появляются только в определенной стадии развития. Это подвижные клетки каулобактерий, гонидии большинства нитчатых организмов, споры (конидии) некоторых актиномицетов (виды Actinoplaпes и Geoderтatopftilus ).

Рисунок 13. Типы жгутикования у бактерий: 1 - монотрихиальное; 2 - лофотрихиальное; 3 - латеральное; 4 - амфитрихиальное; 5 - перитрихиальное; 6 - «смешанное» полярно - перитрихиальное

Жгутики берут начало под цитоплазматической мембраной и через поры мембраны и клеточной стенки выходят наружу. У разных бактерий длина жгутиков колеблется от 3 до 20 мкм, толщина - от 10 до 20 им, а их число - от 1 до 100. Жгутики могут быть расположены монополярно, биполярно, вдоль боковой или по всей поверхности клетки (рис. 13). Клетки некоторых бактерий имеют одновременно два разных набора жгутиков: полярные и перитрихиальные, различающиеся по длине и толщине.

Наличие, число, размеры и расположение жгутиков имеют диагностическое значение. Например, виды рода Vibrio снабжены одним полярным жгутиком, у Selenoтonas один жгутик прикрепляется сбоку. Для представителей рода Pseudoтonas характерно монотрихиалыюе или лофотрихиальное монополярное жгутикование, а для спирилл лофотрихиальное моно- и биполярное. Перитрихиальное расположение жгутиков свойственно видам Clostridium, Escherichia, Rhizobium, Саryophanon и др. Нередко в пределах одного рода бактерий обнаруживаются подвижные и неподвижные виды, а у подвижных форм может быть разный тип жгутикования. Так, у подвижных представителей рода Bacillus жгутики расположены латерально или перитрихиально.

Активное движение большинства бактерий, обладающих жгутиками, возможно только в жидкой среде. Однако некоторые бактерии - перитрихи могут передвигаться и по твердому субстрату. К ним относится, например, Proteus vulgaris , который довольно быстро распространяется по поверхности. влажной агаризованной среды, образуя обширный тонкий налет. Движение жгутиконосных бактерий наблюдается преимущественно в молодых культурах. С возрастом клетки постепенно теряют жгутики и становятся неподвижными, хотя и сохраняют жизнеспособность.

К подвижным формам относятся спирохеты, миксобактерии, многие нитчатые цианобактерии и флексибактерии, не имеющие жгутиков.

Они способны передвигаться по твердому или полутвердому субстрату

путем скольжения. Спирохеты могут перемещаться и в жидкой среде

вращательными, легкими волнообразными движениями. Скользящее

движение обусловлено, возможно, неравномерным выделением слизи

через поры клеточной стенки. Подвижность спирохет и некоторых миксобактерий (виды Myxococcus ) связывают также с сокращением аксиальных микрофибрилл, расположенных под клеточной стенкой (у спирохет) или под цитоплазматической мембраной (у миксобактерий).

К покоящимся формам бактерий относятся эндоспоры, цисты, акинеты. Они позволяют клетке более или менее длительное время переносить неблагоприятные условия. В условиях, подходящих для роста, покоящиеся формы развиваются в обычную вегетативную клетку.

Эндоспоры. Способностью образовывать эндоспоры обладают палочковидные бактерии, относящиеся к родам Bacillus, Clostridiuт и

Desulfotoтaculuт, а также некоторые кокки (род Sporosarcina) и термофильные актиномицеты рода Therтoactinoтyces. Спорообразование представляет собой сложный процесс дифференцировки, начинающийся в культуре, когда она переходит в стационарную фазу роста и когда создаются условия, индуцирующие его. Эти условия весьма разнообразны: дефицит питательных веществ в среде, накопление продуктов метаболизма, изменение кислотности среды, температуры и др. В результате внутри вегетативной клетки образуется новая клетка - эндоспора, полностью отличающаяся от материнской по структуре, химическому составу и физиологическим свойствам. Эндоспоры одеты толстыми многослойными труднопроницаемыми покровами и имеют очень низкое содержание воды, поэтому при микроскопическом исследовании их легко узнать по высокой светопреломляющей способности.

Форма клеток многих бактерий в процессе спорообразования не меняется. Эндоспора локализуется в центре клетки, эксцентрально или (и) терминально, что зависит от вида бактерий. Это так называемый бациллярный тип спорообразования (рис. 14, 1 ). У ряда бактерий середина клетки при формировании споры несколько расширяется, и клетка приобретает вид челнока или веретена. Спора располагается в утолщенной части - в центре клетки или эксцентрально (рис. 14, 2 ). Это - клостридиальный тип спорообразования. У некоторых бактерий клетка при спорообразовании сильно расширяется и округляется на одном конце, становясь похожей на барабанную палочку. Спора локализуется в расширенном конце (рис. 14, 3 ). Такой тип спорообразования называется плектридиальным. Бациллярный тип спорообразования свойствен многим представителям рода Bacillus, клостридиальный и плектридиальный - в основном видам рода Clostridiuт. Нередко в культуре одного вида этого рода встречаются одновременно и клостридиальные и плектридиальные формы.

Рисунок 14. Типы образования эндоспор у бактерий: 1 - бациллярный; 2 - клостридиальный; 3 - плектридиальный

Эндоспоры бывают округлой, овальной или эллипсовидной формы. Их оболочка может быть гладкой или с выростами. Диаметр эндоспор ряда бактерий значительно превышает поперечник клетки. Тип спорообразования, а также форма, размеры и расположение эндоспоры в вегетативной клетке используются для диагностики бактерий.

В каждой вегетативной клетке формируется, как правило, только одна эндоспора. После созревания эндоспоры освобождаются вследствие лизиса материнских клеток и переходят в стадию покоя. Эндоспоры чрезвычайно устойчивы к различным неблагоприятным факторам и могут сохранять жизнеспособность в течение многих лет, пока не попадут в условия, способствующие их прорастанию.

Спорообразование - не обязательная стадия развития бактерий. Можно создать такие условия, в которых клетки не будут переходить к формированию спор.

Цисты обнаруживаются у миксобактерий, риккетсий, представителей родов Azotobacter , Bdellovibrio , Arthrobacter . Их образование происходит обычно на поздних стадиях развития бактерий и связано с неблагоприятными условиями культивирования - исчерпанием питательного субстрата, загрязнением среды вредными продуктами обмена, высушиванием и т. д. Цисты можно увидеть только в старых культурах.

Цисты бывают сферическими, овальными, неправильно округлыми или в виде сильно укороченных палочек. Чаще всего они крупнее вегетативных клеток. Иногда же по форме и размерам цисты почти не отличаются от них. У большинства бактерий цисты имеют утолщенную клеточную стенку и уплотненную цитоплазму, поэтому они сильнее преломляют свет, чем вегетативные клетки. Цисты устойчивее вегетативных клеток к неблагоприятным факторам, но уступают в этом эндоспорам.

Акинеты свойственны определенным видам нитчатых цианобактерий. Это крупные толстостенные клетки (рис. 15), возникающие либо из одной вегетативной клетки, либо путем слияния многих клеток. У некоторых цианобактерий акинеты обнаруживаются всегда и являются, вероятно, обязательной стадией развития, у других они образуются только в неблагоприятных условиях.

Рисунок 15. Акинеты (а) и гетероцисты (Г) нитчатой цианобактерии Cylindrospermum

Клетки всех бактерий, за исключением микоплазм, покрыты снаружи клеточной стенкой, толщина которой у разных видов колеблется в пределах 0,01-0,04 мкм. В соответствии с различиями в химическом составе клеточных стенок и их ультраструктуре, выражающимися в неодинаковой способности клеточных стенок удерживать красители трифенилметанового ряда с йодом, прокариотные микроорганизмы делятся на две группы. К одной относятся бактерии, в клетках которых комплекс, образуемый кристаллическим или генциановым фиолетовым и йодом, не обесцвечивается при последующей обработке спиртом. К другой группе принадлежат бактерии, не обладающие свойством удерживать краситель и обесцвечивающиеся при обработке спиртом. Этот способ дифференциальной окраски бактерий был предложен в 1884 году датским физиком Христианом Грамом. Бактерии, которые способны окрашиваться по Граму, называются грамположительными, а не способные окрашиватьсся - грамотрицательными. К первой группе относится большинство кокковых форм, спорообразующие палочковидные бактерии родов Bacillus и Clostridium , нитчатые бактерии Сагуорhanon , ветвящиеся бактерии. Ко второй приyадлежат различные палочковидные бактерии, не образующие эндоспор (роды Pseudoтonas , Escherichia и др.), простекобактерии, миксобактерии, риккетсии, многие нитчатые формы, спириллы, спирохеты, некоторые кокки и др. Химический состав и строение клеточных стенок грамотрицательных микроорганизмов значительно сложнее, чем грамположительных.

С особенностями химического состава клеточных стенок связывают и кислотоустойчивость микобактерий. Она выражается в способности клеток, фиксированных и окрашенных при подогревании карболовым фуксином, прочно удерживать окраску после обработки раствором минеральной кислоты или подкисленным спиртом.

Определенными способами, например, под действием лизоцима, бактериальные клетки могут быть лишены клеточных стенок. В таком виде они способны существовать только в изотонической питательной среде.

Клеточная стенка многих бактерий снаружи может быть окружена слизистым слоем - капсулой. Капсулы бывают полисахаридной, иногда гликопротеидной или полипептидной природы. Капсулы толщиной менее 0,2 мкм, неразличимые в световом микроскопе, называют микрокапсулами. Капсула и клеточная стенка являются поверхностными структурами бактериальной клетки, к которым относят также жгутики и обнаруживаемые у многих подвижных и неподвижных бактерий ворсинки (фимбрии, пили). Ворсинки короче и тоньше большинства жгутиков - их длина 3-4 мкм, диаметр 4-35 нм. Число ворсинок у разных бактерий бывает от нескольких единиц до многих тысяч. К подвижности бактерий они, по-видимому, не имеют отношения. Капсулы и ворсинки не являются необходимыми клеточными структурами. Бактерии нормально функционируют и без них.

Обязательной структурой любой клетки является цитоплазматическая мембрана, которая отделяет цитоплазму от клеточной стенки. Толщина мембраны. 5-10 нм. При нарушении ее целостности клетки утрачивают жизнеспособность. Цитоплазма ряда бактерий пронизана мембранными структурами, которые являются производными цитоплазматической мембраны. У гетеротрофных бактерий их называют мезосомами. Они имеют вид пластинок (ламелл), пузырьков (везикул) или трубочек. Мезосомы могут быть расположены в зоне клеточного деления, вблизи нуклеотида и на периферии клетки, недалеко от цитоплазматической мембраны. У грамположительных бактерий мезосомальные структуры развиты в большей степени, чем у грамотрицательных. У фототрофных бактерий мембранные образования в виде пузырьков называют хроматофорами, а уплощенной формы - тилакоидами. Есть бактерии, у которых мембранная система не обнаруживается.

Определенную область в цитоплазме бактериальной клетки занимает нуклеоид. Он состоит из одной двойной спирально закрученной нити ДНК, замкнутой в кольцо. Ядерный аппарат прокариот не имеет ядрышка и не отделен от цитоплазмы мембраной. Через мезосомы нуклеоид связан с цитоплазматической мембраной. В период интенсивного деления в клетках ряда бактерий (Escherichia соli , Oscillatoria атоеnа ) можно обнаружить несколько нуклеоидов.

В цитоплазме бактерий в свободном виде или в связи с мембранными структурами находятся рибосомы. Они имеют константу седиментации 70S, их размеры колеблются в пределах от 15 до 30 нм. Число рибосом может быть от 5 до 50 тыс., что зависит от возраста клетки и условий культивирования. Рибосом больше в молодых клетках.

В клетках различных бактерий часто обнаруживаются включения

запасных веществ. Это полисахариды, липиды, полифосфаты, сера. Они накапливаются при избытке тех или иных питательных веществ в окружающей среде, а расходуются при голодании. Из резервных полисахаридов особенно распространены глюканы: гликоген, крахмал и крахмалоподобное вещество - гранулёза. Они выявляются в клетках спорообразующих бактерий родов Bacillus и Сlоstгidium , а также у пурпурных бактерий и др. Полисахариды откладываются в цитоплазме равномерно или в виде гранул. Запасные липиды 6актерий представлены полиэфиром - оксимасляной кислоты и восками. Полиоксибутират накапливается на средах с избытком углерода у многих

бактерий: видов Bacillus , Pseudoтanas, Spirilluт , Azotobacter , Sphaerotilus и др. Он обнаружен только у прокариот. Воска - эфиры высокомолекулярных жирных кислот и спиртов характерны для микобактерий. Полисахариды и липиды служат хорошим источником углерода и энергии для клетки.

В условиях, препятствующих синтезу нуклеиновых кислот, у многих бактерий создается резерв фосфора в виде гранул полифосфатов. Впервые они были описаны у Spirillит volutans , поэтому их назвали волютином. Эти образования называют также метахроматиновыми зернами, так как они проявляют метахроматический эффект: приобретают красную окраску при обработке синим красителем.

Отдельные виды спорообразующих бактерий (Bacillus thuringiensis , Bacillus cereus , Bacillus popilliae и др.) в определенных условиях образуют в клетках кристаллы белковой природы, которые имеют правильную бипирамидальную форму и расположены непосредственно около споры. Их называют параспоральными тельцами.

Некоторые бактериальные структуры и включения, сильно преломляющие свет (эндоспоры, аэросомы, отложения полиоксибутирата и серы), хорошо заметны в световом микроскопе без специальной обработки. Часть структур (жгутики, клеточная стенка, нуклеоид, волютин и др.) можно выявить с помощью светооптического микроскопа только после окрашивания соответствующими красителями. Ряд структурных элементов бактерий - микрокапсулы, ворсинки, мезосомы, рибосомы и др. различимы только в электронном микроскопе (рис.16).

Рисунок 16. Схема строения бактериальной клетки: 1 - рибосомы, 2 - начавшееся образование поперечной перегородки, 3 и 4 - запасные отложения, 5 - ядерный район, 6 - капсула, 7 - стенки клетки, 8 - протоплазматическая мембрана, 9 - зерно, от которого начинается жгутик

Глава 1. МОРФОЛОГИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Морфология микроорганизмов изучает форму и особен­ности строения клеток, способность двигаться, образовывать споры, способы размножения и др. По современным.представ­лениям все живые организмы, имеющие клеточное строение, делятся на два надцарства: прокариоты и эукариоты (греч. «ка-рион» -ядро). Организмы, не имеющие клеточного строения, составляют третье надцарство - акариоты (например, вирусы). К прокариотам относится только одно царство - бактерии, в том числе цианобактерии (сине-зеленые водоросли). К эука-риотам относятся три царства: животные, растения и грибы.

Рис. 1. Формы бактерий:

а - шаровидные; б - палочковидные; в - извитые; 4- нитчатые; д - новые формы- 1 - микрококки; 2 -стрептококки; 3 -диплококки и тетракокки;.. 4 - стафилококки; 5 -сар­дины; б -палочки без спор; 7 - палочки со спорами; 8"-вибрионы; 9 - спириллы; 10 - спирохеты; //- тороиды; 12 - бактерии, образующие простеки; 13 - червеобразные"; 14 - шестиугольные

Деление живых организмов на прокариоты и эукариоты ба­зируется прежде всего на особенностях строения их ядерного аппарата. С помощью электронного микроскопа было установ­лено отсутствие у бактерий истинного ядра, поэтому их назва­ли прокариотами, то есть «доядерными» организмами. Извест­но, что основой ядерного аппарата является дезоксирибонук-леиновая кислота (ДНК), молекула которой имеет вид двойной спирально закрученной нити. Ядерный аппарат прокариот включает молекулу ДНК в виде замкнутой в кольцо нити, рас­положенную непосредственно в цитоплазме. Ядерный аппарат прокариот называют нуклеоидом, что в переводе с латинского означает «подобный ядру». У эукариот имеется истинное ядро с ядрышком, окруженное ядерной мембраной. Внутри ядра заключена ДНК. Наряду с этим основным признаком имеется много специфических особенностей в строении и обмене ве­ществ прокариот.

Основными объектами технической микробиологии являют­ся бактерии, мицелиальные грибы,и дрожжи, которые в основ­ном составляют как полезную, так и нежелательную микро­флору пищевых производств.

ПРОКАРИОТЫ (БАКТЕРИИ]

В мире микроорганизмов бактерии по численности (около 4000 видов) и разнообразию осуществляемых ими химических превращений занимают ведущее место. Большинство бактерий -это одноклеточные организмы, но имеются и многокле­точные.

Форма и размеры бактерий. Одноклеточные бактерии по внешнему виду разделяются на три основные группы: шаро­видные, палочковидные и извитые (рис. 1).

Шаровидные бактерии -кокки (рис. \,а) могут быть одиночными - микрококки либо соединенными попарно - диплококки. Часто при делении клетки по тем или иным причи­нам не расходятся и образуют различные сочетания, которые за­висят от расположения делящей перегородки. Когда делящие пе­регородки располагаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, то образуются группы, состоящие из четырех кле­ток - тетракокки. При делении в трех взаимно перпендикуляр­ных плоскостях образуются пакетообразные скопления, состоя­щие из восьми - шестнадцати кокков, называемые сарцинами. При делении кокков в разных направлениях образуются скоп­ления клеток, напоминающие грозди винограда, - стафилокок­ки. Если деление кокков происходит в одном направлении и они при этом не разделяются, то образуются цепочки кле­ток- стрептококки. Эти сочетания не эквивалентны многоклеточным микроорганизмам, так как каждая клетка в них явля­ется отдельным организмом, способным на самостоятельное существование после отделения от остальных клеток.

Рис. 2. Актиномицеты:

а - мицелий; б - спороносны

Палочковидные бактерии (рис. 1, б) имеют фор­му вытянутого цилиндра, могут быть одиночными или соеди­ненными попарно, а также в виде цепочек из трех и более кле­ток. Отношение длины клетки к ее поперечнику у них сильно варьирует. У коротких палочек длина лишь ненамного превы­шает поперечное сечение и их иногда довольно трудно отли­чить от кокков. Палочковидные бактерии являются наиболее многочисленной группой среди бактерий.

Извитые (рис. 1, в) бактерии бывают трех типов: виб­рионы - палочки, изогнутые в виде запятой; спириллы, имею­щие несколько правильных завитков, и спирохеты, имеющие вид мелких спиралей с многочисленными завитками.

Кроме этих наиболее распространенных в природе форм бактерий имеется небольшое число нитчатых форм (рис. 1, г). Они представляют собой многоклеточные организ­мы в виде,нитей, состоящих из одинаковых цилиндрических или дисковидных клеток.

Сравнительно недавно в почве и водоемах были обнаруже­ны новые формы бактерий, клетки которых имеют вид разомкнутого или замкнутого кольца (тороиды), шести­угольной звезды, розетки, а также клетки с выростами (просте-ками) и червеобразной формы (рис. 1, д).

Рис. 3. Схема строения бактериальной клетки: 1 - капсула; 2 - клеточная стенка; 3 - цитоплазмати-ческая мембрана; 4 - цитоплазма; 5 - мезосомы; 6 - рибосомы; 7 - полисахаридные гранулы; 8 - нуклео-ид; 9 - включения серы; 10 - жировые капли; 11 - полифосфатные гранулы; 12 - внутриплазматические мембранные образования; 13 - базальное тельце; 14 - жгутики

К бактериям относится еще одна, особая группа микроорганизмов - ак­тиномицеты. Их клетки в основ­ном имеют вид очень тонких длинных прямых ветвящихся нитей (рис. 2).

Размеры бактерий ничтожно малы, поперечное сечение клеток большин­ства бактерий не превышает 0,5-0,8 мкм, средняя длина палочковидных бактерий от 0,5 до 3 мкм. Нитчатые бактерии значительно крупнее - не-

которые имеют 15--125 мкм в длину и 5-35 мкм в поперечни­ке. Длина клеток спирохет может достигать 500 мкм. Наибо­лее мелкие из микроорганизмов - микоплазмы, не имеющие клеточной стенки, имеют размер 0,1-0,15 мкм.

Объем бактериальной клетки в среднем составляет 0,07 мкм 3 , масса - 5-10~ 12 г. В 1 мм 3 может содержаться до 10 9 бактери­альных клеток.

В пищевых производствах основное значение имеют шаро­видные и палочковидные бактерии.

Строение, химический состав и функции клеточных струк­тур бактериальной (прокариотной) клетки. Обязательными клеточными структурами у преобладающего большинства бак­терий являются: клеточная стенка, цитоплазматическая мемб­рана (ЦП*М), ядерный аппарат (нуклеоид) и рибосомы (рис.3).

Клетка снаружи покрыта жесткой клеточной стенкой. Она придает форму клетке, предохраняет ее от неблагоприятных внешних тепловых и механических воздействий, защищает клетку от проникновения в нее избытка воды. У некоторых бактерий на наружной.поверхности клеточной стенки образу­ются капсулы или слизистый слой. Капсула чаще всего состо­ит из полисахаридов (декстрана, левана), реже -из полипеп-тидов. Капсула - необязательная структура бактериальной клетки. Иногда капсулы служат источником запасных пита-тательных веществ. Например, капсулы из полисахаридов об­разуются у клеток лейконостока на средах с значительным количеством углеводов.

По химическому составу и строению клеточной стенки бак­терии делятся на 2 большие группы: грамположительные и грамотрицательные бактерии (Трам+ и Грам -).

гис. *. ч.лема строения клеточных стенок грамположительных и грамотрицательных бактерий

Названы так по имени датского ученого Кристиана Грама, предложив­шего специальный способ ок­раски бактерий (окраска по Граму). После окраски препа­рат бактерий обрабатывают спиртом или ацетоном, в ре­зультате чего Грам - бакте­рии обесцвечиваются, а Грам + бактерии сохраняют темно-фиолетовую окраску. Окраска по Граму имеет важное значе­ние для классификации бакте­рий.

Как у Грам + , так и у Грам - бактерий жесткость

- клетОЧНОЙ СТеНКИ Обусловлена наличием полимерного соеди-

нения пептидогликана (муреи-на), но у Грам+ бактерий его количество значительно больше (до 90-95% от веществ кле­точной стенки), а у Грам - - 5-10%. Пептидогликановый слой у Грам+ бактерий плотно прилегает к ЦПМ (рис. 4).

Кроме того, в клеточных стенках Грам+ бактерий имеются другие полимеры - тейхоевые кислоты, которые так же, как и пептидогликан, имеются только у прокариот, а у эукариот не обнаруживаются. В составе клеточной стенки Грам+ бакте­рий в небольших количествах содержатся полисахариды. У Грам+ бактерий клеточная стенка имеет толщину 20-80 нм, юна однослойная и плотная.

Клеточная стенка Грам - бактерий значительно тоньше - 10-13 нм, но она многослойная. Пептидогликан образует только внутренний слой, неплотно прилегающий к ЦПМ. К внутреннему слою прилегает наружная мембрана, состоящая из липопротеидов и липополисахаридов. Тейхоевые кислоты в клеточной стенке Грам - бактерий отсутствуют.

Наружная мембрана Грам - бактерий препятствует проник­новению в клетку токсических веществ, поэтому Грам - бакте­рии значительно устойчивее по сравнению с Грам+ бактериями к действию антибиотиков, ядовитых химических и др. веществ. Поэтому в пищевых производствах борьба с Грам - бактериями с помощью дезинфицирующих средств не всегда эффективна.

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) расположена под клеточной стенкой, ограничивает содержимое клетки и играет очень важную роль в жизни клетки. Нарушение ее целостности приводит к гибели клетки. Химически ЦПМ представляет со­бой белково-липидный комплекс, состоящий из белков (50- 75% от массы ЦПМ), липидов (в основном фосфолипиды - 15-45%) и небольшого количества углеводов. В ЦПМ имеются поры, через которые в клетку поступают питательные ве­щества и выводятся конечные продукты обмена веществ.

Поскольку у прокариот ЦПМ единственная, в отличие от эукариот, мембранная структура в клетке, то она выполняет много функций: осуществляет транспорт питательных веществ из внешней среды внутрь * клетки с помощью специфических белков - переносчиков; на внутренней стороне ЦПМ располо­жены окислительно-восстановительные ферменты, участвую­щие в снабжении клетки энергией, и гидролитические фермен­ты, рсуществляющие расщепление высокомолекулярных соеди­нений. У некоторых бактерий ЦПМ образует впячивания внутрь клетки - мезосомы, имеющие различные формы и раз­меры и выполняющие различные функции (участие в энерге­тических процессах, в процессах деления клетки, процессе раз­множения и др.).

Цитоплазма - это внутреннее содержимое клетки, окружен­ное ЦПМ, представляющая собой полужидкую коллоидную систему. Она содержит воду до 70-80% от массы клетки, фер­менты, аминокислоты, набор РНК, субстраты и продукты об­мена веществ клетки. В цитоплазме располагаются остальные жизненно важные структуры клетки - нуклеоид, рибосомы, а также запасные вещества различной природы.

Нуклеоид представляет собой ядерный аппарат прокариот. Это компактное образование, занимающее центральную область в цитоплазме, состоящее из двойной спирально закрученной нити ДНК, замкнутой в кольцо, которая еще называется бак­териальной хромосомой. Бактериальная хромосома в одной точке соприкасается с мезосомой. В развернутом виде нить ДНК может иметь длину более 1 мм, т. е. почти в 1000 раз больше длины бактериальной клетки. Вся генетическая инфор­мация у прокариот, так же как и у эукариот, заключена -в ДНК, поэтому функция нуклеоида состоит в передаче наслед­ственных свойств. Перед, делением клетки нуклеоид делится пополам. Ядерный аппарат прокариот не имеет ядрышка и не отделен от цитоплазмы ядерной мембраной, как это имеет место у эукариот.

Рибосомы - небольшие гранулы, рассеянные в цитоплазме, состоящие из РНК (60%) и белка (40%). Они играют очень важную физиологическую роль, поскольку на них происходит синтез белков. В молодых клетках наблюдается повышенное содержание рибосом.

В клетках бактерий, помимо обязательных клеточных структур, имеются включения запасных веществ. Они накапли­ваются при избытке тех или иных питательных веществ в сре­де, а расходуются при голодании клетки. К запасным вещест­вам клетки бактерий относятся полисахариды, включающие гликоген, крахмал и гранулезу; жировые капли, содержа­щие липиды (жиры) в виде поли-р-оксимасляной кислоты, которая синтезируется на средах богатых углеводами. Поли-р-оксимасляная кислота встречает­ся только у прокариот и ее количест­во может достигать 50% от сухой массы клеток. Гранулеза и липиды служат хорошим источником углеро­да и энергии для клетки. У многих прокариот в клетках накапливаются полифосфаты в виде гранул, называе­мых также валютиновыми или мета-хроматиновыми зернами. Они исполь­зуются клетками как источник фос­фора.

Рис. 5. Схема прикрепления

1 - клеточная стенка; 2 - цито-

плазматическая мембрана; 3 -

мембрана жгутиков; 4 -диски

основания; 5 - жгутики

В клетках некоторых бактерий, участвующих в превращениях серы, откладывается молекулярная сера в виде особых включений.

Подвижность бактерий. Способно-

стью к движению обладает примерно Уб часть бактерий. Это в основном многие палочковидные и все извитые формы бакте­рий. Неподвижными являются почти все шаровидные бактерии (кокки), более 50% палочковидных бактерий и ряд других.

Чаще всего движение осуществляется с помощью жгутиков (см. рис. 3) -тонких нитей толщиной 10-20 нм, состоящих из особого белка флагеллина. Длина жгутиков во много раз мо­жет превышать длину клетки. Жгутики (рис. 5.) прикрепляют­ся к мембране с помощью двух пар дисков основания и через поры в ней и клеточной стенке выходят наружу. Скорость пе­ремещения бактерий с помощью жгутиков высока (20- 60 мкм/с).

Характер расположения жгутиков на поверхности клетки является одним из признаков классификации бактерий (рис. 6). Их количество может быть от 1 до 100. Бактерии, имеющие один жгутик на конце клетки, называют монотрихами; с пуч­ком жгутиков на одном или обоих концах клетки - лофотри* хами; один жгутик на обоих донцах - амфитрихами. Бакте­рии, у которых жгутики покрывают всю поверхность клетки, называются перитрихами. Жгутики обеспечивают активное движение клеток только в жидкой среде, и при утрате жгути­ков при старении или механическом воздействии клетки теря­ют способность к движению, но сохраняют жизнеспособность.

К подвижным формам относятся также спирохеты, некото­рые нитчатые (многоклеточные) и другие бактерии, не имею­щие. жгутиков. Спирохеты могут передвигаться и в жидкой среде, и по твердому субстрату в результате волнообразных сокращений клетки. Нитчатые бактерии, цианобактерии и дру­гие обладают скользящим типом движения по твердому и полу­твердому субстрату.

Способность к движению позволяет бактериям переместить­ся в ту область среды, в которой условия для их роста и размножения (концентрация питательных веществ и кислорода в среде, освещенность и др.) наиболее оптимальны.

Рис. 6. Расположение жгутиков у подвижных форм бактерий: а - монотрих; б - амфитрих; в - лофотрих; г - перитрих

Рост и размножение бактерий. Основной отличительной осо­бенностью живых организмов от неживой природы является, рост и размножение. Рост - это физиологический процесс, в ходе которого увеличиваются размеры и масса клетки. Рост бактериальной клетки ограничен, и, достигнув определенной величины, она перестает расти. Начинается процесс размноже­ния, т. е. увеличение числа особей (клеток), когда от материн­ской клетки отделяется дочерняя.

Большинство бактерий размножается простым делением на две части. Такой способ размножения называется бинарным поперечным делением. У подавляющего большинства Грам+ бактерий клетки делятся ровно пополам с помощью септы (по­перечной перегородки). На противоположных сторонах внут­ренней части клеточной стенки образуются два выступа, рас­тущие навстречу друг другу (от периферии к центру), в этих же местах ЦПМ образует мезосомы (впячивания). Располо­женные в мезосомах ферменты синтезируют материал клеточ­ной стенки. Поперечная перегородка первоначально фомиру-€тся из ЦПМ и пептидогликана; наружные слои синтезируют­ся позднее.

Клетки большинства Грам - бактерий делятся путем обра­зования перетяжки. В центре клетки с одной стороны ЦПМ и клеточная стенка постепенно прогибаются до слияния с про­тивоположной поверхностью клетки. Образованию поперечной перегородки или перетяжки предшествует деление ДНК, в ре­зультате чего в каждую дочернюю клетку попадает по одному нуклеоиду.

Актиномицеты размножаются главным образом экзоспора-ми (наружными спорами), которые образуются поодиночке или цепочками на концах спороносящих гиф - спороносцах, имеющих самую разнообразную форму (см. рис. 2). Сущест­вуют и другие способы размножения.

Образование эндоспор. Способностью к образованию эндо­спор (внутренних спор) обладают лишь некоторые палочко­видные Грам+ бактерии. Поскольку в каждой клетке образу­ется только одна спора, то спорообразование является не спо-

Рис. 7. Типы спорообразования у бактерий:

а - бациллярный; б - клостридиальный; в - плектридиальный

собом размножения, а покоящейся стадией клетки для перенесения неблагоприятных условий. Споры образуются при голодании, при избытке продуктов обмена веществ или несоот­ветствии температуры, влажности и рН их оптимальным зна­чениям для развития данного вида бактерий.

Различают три типа спорообразования (рис. 7). Если при образовании споры в центре клетки форма ее не меняется, то такой тип спорообразования называется бациллярным; он свойствен представителям рода ВасШиз. Если же клетка в се­редине утолщается и приобретает вид веретена, то такой тип спорообразования называется клостридиальным. Иногда спо­ра образуется ближе к концу клетки и тогда клетка приобре­тает вид теннисной ракетки - такой тип спорообразования на­зывается плектридиальным (рис. 7). Клостридиальный и плект­ридиальный типы спорообразования свойственны бактериям рода С1оз1:пс1шт.

Спорообразование - сложный процесс, в результате кото­рого в клетке формируется эндоспора, отличающаяся от веге­тативной клетки структурой и химическим составом (рис. 8). Эндоспора имеет наружную и внутреннюю мембраны, между которыми располагается кортекс (кора), сходный по химиче­скому составу с клеточной стенкой вегетативной клетки. По­верх наружной мембраны образуются многослойные покровы споры, состоящие в основном из белков. У некоторых бактерий снаружи споры формируется еще один слой - экзоспориум, со­стоящий из липидов и белков.

При спорообразовании происходит накопление специфиче­ского вещества - дипиколиновой кислоты, отсутствующей в ве­гетативной клетке, а также ионов кальция. Процесс образова­ния споры протекает * несколько часов. Когда спора сформиру­ется, оболочка и остальные части клетки разрушаются и спора освобождается.

Рис. 8. Схема строения бактериальной споры:

/ - нуклеоид; 2 - цитоплазма; 3 - внутренняя мембрана; 4 - кортекс; 5 - наружная мембрана; 6 - покровы, состоя­щие из нескольких слоев; 7 - экзоспориум

Споры необычайно устойчивы к воздействию температуры, например, споры возбудителя тяжелого пищевого отравления - ботулизма - выдерживают нагревание до 100 °С в течение 5-6 ч. Споры выносят высушивание, воздействие ультрафиолетовых лучей, ядовитых веществ и т. п. Устойчивость спор связана с тем, что их покровы труднопроницаемы, в них содержите» много липидов, а также дипиколиновой кислоты и кальция. Активность ферментов в них подавлена. Высокая термоустойчивость спор обусловливается низким содержанием в них воды, что предохраняет белки от денатурации при высоких температурах.

Споры бактерий могут сохранять жизнеспособность десятки и даже сотни лет. Попав в благоприятные условия, спора поглощает воду и набухает, ее термоустойчивость снижается, возрастает активность ферментов, под действием которых растворяются оболочки, и спора прорастает в вегетативную» клетку.

Порчу пищевых продуктов вызывают лишь вегетативные клетки бактерий. Поэтому необходимо знать условия, способствующие образованию спор и их прорастанию в вегетативные клетки, чтобы правильно выбрать способ обработки пищевых продуктов с целью предотвращения их порчи под влиянием бактерий.

Принципы классификации бактерий. В настоящее время типичной классификации бактерий нет, хотя работа по ее созданию ведется постоянно. Классификация всех живых существ основана почти полностью на непосредственно наблюдаемых и легко определяемых морфологических признаках организмов.У бактерий вследствие немногочисленности их морфоло­гических признаков создать общепринятую классификацию невозможно и требуются дополнительные признаки.

Кроме того, организмы в соответствии с основными принципами классификации живых существ должны быть расположены в ряды от наиболее простых к более сложным, т. е. как шло их постепенное развитие (эволюция). Такая классификация организмов является естественной. Самой мелкой единицей классификации является вид - группа организмов, наде­ленная общими стабильными признаками и происходящая от общего предка. Близкородственные виды группируются в более высокую систематическую единицу - род; близкие роды - в семейства, семейства - в порядки или отряды, порядки - в классы, а классы - в типы.

Однако микробиологи в настоящее время не располагают достаточными знаниями об эволюции бактерий. Поэтому большинство имеющихся классификаций бактерий являются искусственными. Искусственные классификации предназначаются для определения той или иной группы микроорганизмов, которая.представляет практический интерес для исследователя.

Научные названия микроорганизмов состоят из двух латинских слов: первое пишется с прописной буквы и означает род, второе - со строчной буквы и означает вид данного рода. Например: ВасШиз зиМШз (палочка сенная) - это бактерия, относящаяся к роду ВасШиз, палочковидной формы, образую­щая эндоспоры бациллярного типа, постоянно обитает на сене.

Для классификации бактерий используют в основном сле­дующие признаки: морфологические (форма клеток, наличие и характер расположения жгутиков, способ размножения, ок­раска по Граму, наличие эндоспор); физиологические (отно­шение к воздействию температуры, рН, кислорода, тип пита­ния, способ получения энергии, характер образующихся.продуктов); культуралъные (характер роста на различных пита­тельных средах культуры бактерий в массе, а не в виде отдель­ных клеток: на жидких средах это наличие пленки, мути, осадка; на плотных средах - тип колоний и их особенности).

В последние годы получила признание классификация бак­терий, предложенная Р. Мюрреем в 1978 г. Это искусственная классификация, в основу которой положено строение клеточ­ной стенки. Все бактерии, для которых характерно строение клеточной стенки по типу Грам+ бактерий, отнесены в отдел Тчгтаси1.ез*. Другой отдел - ОгасШси1ез - объединяет,все бактерии, которые имеют клеточную стенку, характерную для Грам - бактерий. Третий отдел объединяет особые формы бак­терий, лишенные настоящей клеточной стенки; они не играют роли в пищевых производствах и поэтому рассматриваться не будут. Бактерии, имеющие значение в пищевых производствах, относятся к первым двум отделам.

Отдел р1гтаси1ез. К нему относятся 4 группы; в ос­нову деления на группы положена форма клеток и способность образовывать эндоспоры и экзоспоры. Это кокки, две группы палочковидных бактерий, актиномицеты и родственные орга­низмы.

Кокки характеризуются округлой формой; деление клеток происходит в одной или нескольких плоскостях, при этом об­разуются различные сочетания клеток; кокки неподвижны, не образуют эндоспор. Многие микрококки являются возбудите­лями порчи пищевых продуктов, лейконосток является вреди­телем в сахарном производстве; некоторые стафилококки, раз­виваясь в пищевых продуктах, вырабатывают ядовитые ве-

* От лат. «кутикула» - кожица, «фирма» - солидная, «гратия» - изящная.

щества (токсины) и вызывают пищевые отравления. Сюда же* относятся молочнокислые стрептококки, используемые при про­изводстве кисломолочных продуктов, маргарина, сливочного масла и др.

Вторая группа - это палочки, образующие эндоспоры. К ним относится одно семейство, представители которого очень широко распространены в природе. Это одиночные илц соединенные в цепочки палочки, многие из них подвижны, имеют перитрихиальное жгутикование. Палочки образуют эндоспоры бациллярного типа (род ВасШиз) и клостридиаль-ного или плектридиального типа (род СЛозхгМшт). Многие являются.возбудителями порчи пищевых продуктов (например, гнилостные, маслянокислые бактерии). Имеется много возбу­дителей инфекционных болезней (сибирской язвы, столбняка) и пищевого отравления - ботулизма.

Третья группа - это палочки, не образующие эндоспор. К ним относится только одно семейство, включающее род Ьас1оЪасШиз. Это палочковидные, не образующие спор молоч­нокислые бактерии*. Чаще они представляют собой одиночные длинные и тонкие палочки, иногда - короткие палочки цепоч­ками. Являются вредителями в процессах бродильных произ­водств. Используются в производстве кисломолочных продук­тов, в.сыроделии, квашении овощей, в хлебопечении.

Четвертая группа - актиномицеты и родственные организ­мы. Актиномицеты - своеобразная группа бактерий, представ­ляющих собой длинные тонкие ветвящиеся нити без перегоро­док, называемые гифами, переплетение которых образует мицелий. Нижняя часть мицелия, врастающая в субстрат, на­зывается субстратным мицелием и служит для обеспечения организма питанием, верхняя часть мицелия возвышается над субстратом и называется воздушным мицелием. Размножают­ся актиномицеты экзоспорами, образующимися в спороносцах. Некоторые из актиномицетов представляют собой короткие ветвящиеся палочки. Встречаются на пищевых продуктах, могут вызвать их порчу, при которой продукты приобретают отчет­ливый землистый запах. Имеются и патогенные виды (тубер­кулезная и дифтерийная палочки). Актиномицеты являются основными продуцентами антибиотиков, получаемых в про­мышленных масштабах, а также витаминов группы В (В ь В 2 , В 3 , В 6 , В1 2).

Отдел (Зг асШсихез. Все представители Грам^ бак­терий не образуют спор и резко различаются по способности развиваться на свету и без него. Бактерии, встречающиеся в пищевых производствах, безразличны к свету. Они различа­ются по форме клеток и способу движения. По числу предста-

* Несмотря на то, что представители этого рода - палочки, не образую­щие спор, в научной литературе за ними сохраняется старое название Ьас1о-ЪасШиз.

вителей и значимости в природе и жизни человека наиболь­ший интерес из них представляют псевдомонады и энтеробак-терии.

Из псевдомонад для пищевых производств наибольшее зна­чение имеет обширный род Рзеиёотопаз. Это одиночные под­вижные палочки с одним или с пучком полярных жгутиков (монотрихи и лофотрихи). Псевдомонады очень широко рас­пространены в природе, активно участвуют в круговороте ве­ществ, часто обнаруживаются в водоемах и почве, загрязнен­ных различными соединениями, например пестицидами, участ­вуют и в их разложении. Многие из псевдомонад образуют флюоресцирующие пигменты, выделяющиеся в среду, и вызы­вают порчу пищевых продуктов (некоторые гнилостные, жиро-окисляющие и другие бактерии).

К Грам - палочкам относятся также уксуснокислые бакте­рии родов Асе1оЪае{ег (перитрихи) и 01исопоЬас1ег (моно-трихи), используемые в производстве уксуса. Многие из них являются вредителями в бродильных производствах.

В пищевых производствах наибольшее значение имеет мно­гочисленная кишечная группа бактерий - энтеробактерии. Это одиночные подвижные палочки, перитрихи, но встреча­ются и неподвижные формы. Некоторые из них постоянно на­селяют кишечник человека и животных (например, кишечная палочка), другие являются возбудителями инфекционных же­лудочно-кишечных заболеваний (дизентерии, брюшного тифа, паратифов), передающихся через пищевые продукты, а также возбудителями пищевых отравлений.

Классификация бактерий, имеющих значение в пищевых производствах и рассматриваемых в данном курсе, приведена на с. 20.

ЭУКАРИОТЫ (МИЦЕЛИАЛЬНЫЕ ГРИБЫ И ДРОЖЖИ)

Одним из трех царств, относящихся к надцарству,эукариот, являются грибы. Ранее считали, что грибы занимают проме­жуточное.положение между царствами растений и животных, так как ряд признаков сближает их как с животными, так и с растениями. Но в настоящее время грибы выделены в от­дельное царство Мусо1а. Эта обширная и разнообразная груп­па организмов включает до 100 тыс. видой.

Грибы широко распространены в природе. Они обитают в различных климатических зонах от тропиков до Арктики, особенно много их в почвах, в том числе высокогорных, на рас­тениях; встречаются они в пресных и соленых водоемах, в мес­тах с повышенной влажностью и т. п. Грибы для своего разви­тия нуждаются в органических веществах.

Среди грибов встречаются организмы, развивающиеся за счет органических веществ отмерших организмов; они участ­вуют в круговороте веществ в природе. Но имеются и такие,

Рис. 9. Мицелий грибов:

а - несептированный; б - септированный

которые могут существовать только в живых организмах и вызывать их заболевания. Некоторые из грибов выделяют ядовитые вещества - микотоксины. Многие грибы вызывают порчу пищевых продуктов.и повреждение разнообразных изде­лий и материалов, некоторые могут развиваться даже на опти­ческих поверхностях, где имеется мизерное количество смазки. Они утилизируют смазку и вызывают помутнение линз. Но грибы имеют и важное практическое значение, многие из них употребляются в пищу, используются в производстве этилово­го спирта, органических кислот, ферментов, антибиотиков, ви­таминов, некоторых сортов сыра и т. д.

Мицелиальные грибы. Царство грибов делится на семь классов, но объектами изучения микробиологии являются в ос­новном три, включающие мицелиальные грибы, - зигомицеты (ранее их называли плесневые грибы), аскомицеты и дейтеро-

Форма и размеры. Клетки мицелиальных грибов име­ют вытянутую форму в виде нитей (гифов), размеры которых достигают до 5-30 мкм в диаметре, что значительно превы­шает размеры бактериальной клетки.

Переплетение гиф образует тело гриба - мицелий, или грибницу (рис. 9). Большая часть гиф развивается над по­верхностью субстрата (воздушный мицелий), на которой рас­полагаются органы размножения, а часть - в толще субстра­та (субстратный мицелий). Гифы у большинства мицелиаль­ных грибов многоклеточные, в их клетках имеются поперечные перегородки - септы. Такой мицелий называют септирован-ным, он имеется у аскомицетов и дейтеромицетов. Мицелий зигомицетов несептированный и представляет собой одну ги­гантскую клетку с несколькими ядрами. Гифы растут за счет верхушечных клеток, и клетки гиф неодинаковы по длине.

Некоторые грибы на определенной стадии развития обра­зуют плодовые тела, внутри которых находятся органы раз-

Рис. 10. Схема строения грибной

1 - клеточная стенка; 2 - ядро; 3 - ядер­ная мембрана; 4 - рибосомы; 5 - аппарат Гольджи; 6 - цитоплазматиче^кая мембра-»на; 7 -лизосомы; 8 - эндоплазматическая сеть; 9 - митохондрии; 10 - цитоплазма

множения, покрытые сверху плотным переплетением гиф. У других видов грибов из плотных переплетений сильно разветвленных гиф образуют­ся склероцш, богатые запас­ными питательными вещества­ми. Они служат для перене­сения неблагоприятных усло­вий и являются покоящейся формой гриба.

Мицелиальные грибы не имеют жгутиков и относятся к неподвижным организмам.

Строение клетки. У мицелиальных грибов клетки

имеют строение, характерное

для клеток эукариотных микроорганизмов (рис. 10). У них имеется хорошо развитая система внутриклеточных элементар­ных биологических мембран (в отличие от прокариот, у кото­рых только одна мембранная структура внутри клеток - ци-топлазматическая мембрана). Внутриклеточные структуры эу-кариот, полностью"ограниченные от цитоплазмы такими мем­бранами, называются органеллами. К органеллам кроме ЦПМ.относятся ядро, митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппа­рат Гольджи и лизосомы.

Снаружи клетка мицелиальных грибов покрыта многослой­ной жесткой клеточной стенкой, состоящей на 80-90% из по­лисахаридов. Основным из них является азотсодержащий полисахарид хитин. Полисахариды связаны с белками, липи-дами, полифосфатами. Под клеточной стенкой расположена ЦПМ, которая окружает цитоплазму. В цитоплазме располо­жено ядро; оно содержит ядрышко, хромосомы и окружено ядерной мембраной с порами. В ядрышке синтезируются и скапливаются предшественники рибосом, которые затем транспортируются через поры ядра в цитоплазму. У грибов в длетках бывает от одного до 20-30 ядер. В цитоплазме рас­сеяны рибосомы.

Митохондрии - мембранные структуры, играющие очень важную роль. Они представляют собой многокамерные мешоч­ки или трубочки с эластичными стенками, образующими впячивания - кристы (рис. 11). На них находятся окислительно-

Рис. 11. Схема строения митохонд­рий:

а - общая схема строения; б -продольный разрез митохондрии; / - наружная мито-хондриальная мембрана; 2 - внутренняя митохондриальная мембрана; 3 - кристы; 4 - матрикс

восстановительные ферменты (у прокариот эти ферменты локализованы в ЦПМ), участ­вующие в энергетическом об­мене. Поэтому митохондрии называют «силовыми станция­ми клетки», «энергетическими ансамблями» и т. п.

Эндоплазматическая сеть --мембранная система, состоя­щая из канальцев, пузырьков или цистерн, которые не име­ют строго определенной лока­лизации, а располагаются ли­бо по периферии клетки, либо вокруг ядра, либо пронизыва­ют всю цито

плазму. На них расположены различные фер­менты, ответственные за син­тез липидов, углеводов, за транспорт веществ внутри клетки. Аппарат Гольджи - система мембран, связанных с ядерной мембраной и мембранами эндоплазматической сети. Он распо­ложен на участке цитоплазмы, где нет рибосом. Роль аппара­та Гольджи полностью не выяснена. Предполагают, что в ап­парате Гольджи происходит синтез материала клеточной стенки и новых мембран, а также с его помощью осуществля­ется транспортирование веществ, синтезируемых в эндоплаз* матической сети, и удаление из клетки продуктов обмена.

Лизосомы представляют собой мембранные структуры ок­руглой формы. В них сосредоточены гидролитические ферменты (у прокариот они локализованы в ЦПМ), расщепляющие бел­ки, полисахариды, липиды.

В клетках мицелиальных грибов хорошо видны вакуоли - полости, окруженные мембраной и заполненные клеточным соком. Обычно они располагаются вблизи клеточной стенки, их число увеличивается по мере старения клеток. Основные за­пасные питательные вещества мицелиальных грибов - глико­ген, который образуется на средах с избытком сахара; метахро-матин, который в виде гранул находится в самих вакуолях, а в цитоплазме вблизи вакуолей накапливаются липиды в виде жи­ровых капель.

Размножение и классификация. Мицелиальные грибы размножаются бесполым и половым путем. Оба способа размножения связаны с образованием спор - наружных (экзо-споры) и внутренних (эндоспоры). Образованию спор при по­ловом размножении предшествует процесс слияния содержи­мого двух клеток и их ядер. Вновь образовавшееся ядро делится на несколько частей - спор. Кроме того, все грибы

Рис. 12. Зигомицеты:

1 - КЬ12ориз; б - Мисог - спорангий с эндоспорами; в - последовательные стадии обра­зования зигоспоры при половом размножении; г - проросшая зигоспора со спорангием

могут размножаться вегетативно - путем верхушечного роста
гиф, а также с помощью кусочков гиф и мицелия. Грибы, спо­
собные к половому размножению, относятся к совершенным
(аскомицеты, зигомицеты), а те, которые не имеют полового
размножения, относятся к несовершенным грибам (дейтеро-
мицеты). У грибов имеется большое разнообразие способов
и органов размножения. \

Класс 2у^отусе1;е5 (зигомицеты). Это наиболее просто организованные грибы. Мицелий у них несептирован-ный, многоядерный, имеет вид одной гигантской разветвленной клетки. К зигомицетам относятся- мукоровые грибы. Они широ­ко распространены в природе. Наибольшее значение имеют лредставители родов Мисог и КЫгориз.

Размножаются зигомицеты бесполым и половым путем (рис. 12). При бесполом размножении^в особых шаровидных вздутиях - спорангиях, формирующихся на концах длинных плодоносящих гиф - спорангиеносцах, образуются эндоспоры, называемые спорангиоспорами. Спорангиеносцы бывают оди­ночными (у грибов рода Мисог) или собранными в пучки с корневидными разрастаниями у основания - ризоидами (у грибов рода КЫгориз).

При половом размножении вначале происходит слияние двух многоядерных гиф мицелия, которые представляют собой обычно короткие образования с небольшим утолщением на концах. Затем происходит попарное слияние ядер. Заканчива­ется половое размножение образованием зиготы (зигоспоры), которая после периода покоя прорастает и образует короткую гифу со спорангием на конце. При прорастании споры происхо­дит деление ядер. Многоядерная цитоплазма спорангия распа­дается на множество спорангиоспор, которые в благоприятных условиях могут прорасти ч в мицелий.

Рис. 13. Конидиеносцы аскомицетов: а - у грибов рода АзрегдШиз; б - у грибов рода РегпсПшт; / - вегетативный мицелий; 2 - конидие-носец; 3 - фиалиды; 4 - конидии

Многие грибы рода* Мисог вызывают пор­чу пищевых продуктову образуя пушистые се­рые налеты. Грибы ро­да КЫгориз вызывают так называемую «мяг­кую гниль» ягод, пло­дов и овощей. Муко-ровые грибы образуют органические кислоты и ферменты, способны вызывать слабое спир 1 -товое брожение, в свя­зи с чем они применя­ются в некоторых стра­нах Востока для полу­чения напитков.

Класс Аз сот у-се1;е5 (а с коми це-ты, или сумчатые грибы). К ним относятся представи­тели широко распространенных грибов родов РешсШшгп и Аз-рег^Шиз.

Аскомицеты имеют хорошо развитый многоклеточный ми­целий. Бесполое размножение у них происходит с помощью зкзоспор, называемых конидиями, которые формируются на концах специализированных гиф - конидиеносцев. У аспергил-лов они простые, без перегородок, вздутые на вершине в виде пузыря, на котором располагаются фиалиды, отчленяющие цепочки шаровидных конидий. У пенициллов конидиеносцы многоклеточные, в виде кисточки, состоящей из мутовок фиа-лид (рис. 13). Конидии бывают различной окраски (зеленые, желтые, черные, голубые и т. п.). Конидии распространяются воздушными потоками, насекомыми, каплями росы, дождя и, прорастая, образуют новый мицелий.

Половое размножение аскомицетов происходит путем слия­ния содержимого и ядер двух клеток разных гиф, после чего происходит деление ядра; вокруг новых ядер концентрируется цитоплазма и образуется споровая оболочка. Материнская клетка покрывается толстой оболочкой и превращается в аск (сумку), внутри которого чаще всего находится 8 аскоспор. Сверху сумка покрывается переплетением гиф, образуя плодо­вое тело.

Рис. 14. Конидиеносцы и конидии различных родов несовершенных грибов: а - Во1гуИз; б - Ризагшт; в - АИегпаНа; г - С1ас1о5ропит

Однако некоторые представители сумчатых грибов нашли практическое применение. Так, отдельные представители пени-цилловых грибов используются как продуценты антибиотика пенициллина в промышленных масштабах, другие - в произ­водстве сыра сортов «Рокфор», «Камамбер». Аспергиллы про­дуцируют органические кислоты, в связи с чем применяются для промышленного получения лимонной кислоты (Азрег§Шиз ш§ег). Многие аспергиллы используются для промышленного получения различных ферментных препаратов, используемых в отраслях пищевой и легкой промышленности.

Класс Оеи1еготусе1ез (дейтеромицеты). Дей-теромицеты, или несовершенные грибы, имеют многоклеточный мицелий. Половое размножение у них отсутствует, они размно­жаются только бесполым путем, в основном конидиями, кото­рые, как и конидиеносцы, имеют самую различную форму и вид.

Конидиеносцы чаще всего многоклеточные, но могут быть одиночные - ветвящиеся или в виде пучков, со вздутиями. Конидии могут быть одноклеточными, многоклеточными, иногда с продольными и поперечными перегородками (рис. 14). По форме конидии бывают шаровидные, эллипсовидные, ните-

видные, серповидные, звездча­тые и др. Некоторые дейтеро-мицеты (например, молочная плесень) размножаются не ко­нидиями, а особыми клетка­ми - артроспорами, которые образуются в результате фраг­ментации конидиеносца или гифы (рис. 15).

Несовершенные грибы ши­роко распространены в приро­де. Большинство из них вызы­вает различные заболевания? растений и порчу продуктов. Так, представители рода Ри~ запит являются возбудителя­ми заболевания плодов и овощей (фузариоз), вызывают порчу картофеля (сухая гниль). Некоторые виды этого гриба выра­батывают ядовитые для человека вещества, вызывающие тя­желые пищевые отравления. Грибы рода ВоггуИз вызывают порчу лука, капусты, моркови, помидоров, а вместе с другими грибами - кагатную гниль сахарной свеклы. Грибы рода А1-{егпапа поражают корнеплоды в период хранения (черная гчшль). Сердцевинную гниль свеклы вызывает гриб рода РЬо-та. Молочная плесень ОеоШсЬит сапсНйит вызывает порчу квашеных овощей, сметаны, творога и др., образуя на поверх­ности белую бархатистую пленку. Грибы из рода С1ас1озропига часто обнаруживаются на пищевых продуктах, хранящихся в холодильниках.

Дрожжи. Группа дрожжей объединяет одноклеточные грибные организмы, не имеющие настоящего мицелия.

Дрожжи широко распространены в природе. Они обитают в основном на растениях, где имеются сахаристые веще"ства, которые они сбраживают (нектар цветов, сочные фрукты, яго­ды, особенно перезрелые и поврежденные, листья, стволы бе­резы во время сокотечения и дуба во время слизетечения, почва). Переносятся дрожжи ветром, дождем и насекомыми.

Форма и размеры. Дрожжи могут иметь овальную, яйцевидную, округлую, лимо­новидную, реже - цилиндри­ческую, треугольную, серпо­видную, стреловидную, колбо-видную формы клеток. Разме­ры дрожжей варьируют у раз­ных видов от 1,5 - 2 до 10 мкм в поперечнике и до 2---20 мкм (иногда до 50 мкм) в длину.

Рис. 1.6. Схема строения дрожжевой клетки:

1 - цитоплазматическая мембрана; 2 - клеточная стенка; 3 - ядрышко; 4 - ядро; 5 - жировые капли; 6 - митохондрии; 7 - вакуоль; 8 - гранулы полифосфата; 9 - эндоплазматическая сеть; 10 - диктиосо-мы; 11 - почковый рубец; 12 - рибосомы; 13 - цитоплазма

Некоторые дрожжи на определенной стадии развития могут образовывать мицели-альные структуры - псевдомицелий. Дрожжи, как и все гри­бы, являются неподвижными организмами.

Строение клетки. Дрожжи, как и мицелиальные грибы, относятся к эукариотам и имеют сходное с ними строение-клетки, но имеются и некоторые различия (рис. 16). Клеточ­ная стенка дрожжей, в отличие от грибов, на 60-70% состоит из полисахаридов глюкана и маннана, связанных с белками." и липидами, и лишь небольшое количество (1-3%) составля­ет хитин, который вкраплен в стенку в виде гранул. У ряда? дрожжей в определенных условиях могут образовываться сли­зистые капсулы различной толщины полисахаридной природы.. Клетки таких дрожжей могут склеиваться друг с другом, обра­зовывать хлопья и оседать на дно сосудов, в которых они раз­виваются.

Клетки дрожжей, как и грибов, имеют хорошо развитый:; мембранный аппарат - ЦПМ, эндоплазматическую сеть, аппа­рат Гольджи, лизосомы, митохондрии. В цитоплазме имеется-ядро. Рибосомы у дрожжей располагаются в цитоплазме и на? внешней стороне ядерной мембраны. Имеются вакуоли и вклю­чения запасных питательных веществ: липидов (особенно их много у дрожжей - продуцентов липидов), гликоген, метахро-матин. Клеточные структуры дрожжей выполняют те же-функции, что и у грибов.

Размножение и классификация. Дрожжи раз­множаются вегетативно и спорами, образующимися бесполым и половым путем. Способ размножения является важным-признаком для классификации дрожжей. К вегетативным спо­собам размножения относятся: почкование, деление и почкую­щееся деление (рис. 17).

Способы вегетативного размножения дрожжей: почкование; а- почкование, б-деление; в - почкующееся деление

Почкование является.наиболее распространенным спосо­бом размножения дрожжей. При почковании на поверхности материнской (делящейся) клетки возникает маленький буго­рок- почка, которая постепенно увеличивается дочти до раз­меров материнской клетки и превращается в дочернюю клетку. Она отделяется от материнской, оставляя на месте прикрепле­ния почковый рубец. На этом месте почка больше не образу­ется. Может образовываться одна почка (полярное почкова­ние), две почки на разных концах материнской клетки.(бипо­лярное почкование), в нескольких местах поверхности мате­ринской клетки (множественное почкование). Дочерние клетки могут не отделяться от материнской и оставаться соединенными с ней. Почкование характерно для дрожжей овальной и округ­лой формы.

У некоторых дрожжей при почковании дочерние клетки не отделяются от материнской, а вытягиваются в длину и продол­жают образовывать все новые и новые почки, что приводит ж образованию ложного мицелия (псевдомицелий). Псевдоми-аделий характерен для пленчатых дрожжей.

Деление клетки в результате образования в ней поперечной перегородки - септы - характерно для дрожжей цилиндриче­ской формы.

Почкующееся деление характеризуется тем, что образова­ние дочерних клеток начинается с почкования, а заканчивается появлением хорошо заметной септы в районе перешейка. Такой способ размножения характерен для дрожжей лимоновидной формы.

Любому вегетативному способу размножения предшествует деление ядра, при котором одно из вновь образовавшихся ядер вместе с цитоплазмой и частью клеточных структур переходят в дочернюю клетку и они получают возможность самостоя­тельно существовать. У некоторых дрожжей имеется способ бесполого размножения с помощью бесполых спор, образую­щихся без слияния дрожжевых клеток. Бесполые споры - эндо­споры - нередко появляются в неопределенном,числе в старых: культурах дрожжей, размножающихся делением и образую­щих мицелий.

Половое размножение у дрожжей происходит также с по­мощью спор, но их образованию предшествует процесс копу­ляции (слияние содержимого двух клеток и их ядер). Обра­зуется зигота, в которой затем формируются споры: ядро делится, вокруг новых ядер уплотняется цитоплазма, и они покрываются плотной оболочкой. Зигота со спорами внутри 1 называется аском (сумкой), а споры- аскоспорами. Такие дрожжи относятся к классу аскомицетов, и их называют аскомицетовыми дрожжами. Аскоспоры могут образовывать только молодые клетки, выращенные на полноценной питатель­ной среде и перенесенные в условия голодания, плохого снаб­жения кислородом и влагой. У различных видов дрожжей в аске образуется 2-4, а иногда 8 спор.

При благоприятных условиях аскоспоры выходят из аска и превращаются в вегетативные клетки. У некоторых видов дрожжей могут сливаться ядра материнской и дочерней кле­ток или ядра двух сестринских почек. Иногда происходит ко­пуляция прорастающих спор соседних клеток.

Аскоспоры у дрожжей могут быть овальными, круглыми, бо­бовидными, игловидными, шлемовидными, кепковидными,. с гладкой, морщинистой поверхностью, с бородавчатыми или шиловидными выростами и т. д. Споры дрожжей, так же как и споры мицелиальных грибов, выполняют двойную функцию: служат для перенесения неблагоприятных условий, но главное, в отличие от эндоспор бактерий, они служат для размножения. Споры дрожжей более устойчивы, чем вегетативные клетки, но* менее устойчивы, чем бактериальные споры. Так, споры дрож­жей выдерживают нагревание при температуре на 10° больше, чем вегетативная клетка (40-50 °С), а споры бактерий - на 50-60 °С больше, чем вегетативные клетки (60-120 °С).

Поскольку дрожжи по существу являются одноклеточными немицелиальными грибами, они включены в классификацию* грибов. Однако в отдельную систематическую единицу они не выделены, а распределены по трем классам грибов - аскоми­цетов, базидиомицетов и дейтеромицетов. Для микробиологии пищевых производств имеют значение лишь аскомицетовые и несовершенные дрожжи. Между этими дрожжами имеется принципиальное различие: у аскомицетовых дрожжей имеется. половой процесс и они вызывают энергичное спиртовое броже­ние. .Несовершенные дрожжи полового процесса не имеют и, как правило, вызывают слабое спиртовое брожение или вооб­ще его не вызывают.

Аскомицетовые дрожжи. Включают примерно 2 /3 дрожжей. Среди них наибольшее практическое значение имеют сахаромицеты, объединяющие более половины известных родов-дрожжей. Особо важная роль принадлежит роду сахаромицеты, все виды которого вызывают энергичное спиртовое брожение. Дрожжи этого рода размножаются бесполым спо­собом (почкование) и с помощью аскоспор, которые образуют -половым путем.

В пищевых производствах наиболее широко используются -два вида дрожжей этого рода: Сахаромицес церевизия (круп­ные овальные клетки) в производстве этилового спирта, пива, -кваса и в хлебопечении и Сахаромицес эллипсойдес (крупные ^эллиптические клетки) - их используют преимущественно в виноделии. В каждом из этих производств применяют свои, специфические расы (разновидности) данных видов дрожжей, обладающие наиболее ценными производственными свойст­вами.

К аскомицетовым дрожжам относятся и другие роды дрож­жей. Это род Шизосахаромицеты, клетки которых имеют па­лочковидную форму и размножаются делением или с помощью «аскоспор, образующихся в результате полового размножения *(их количество 4-8). Дрожжи этого рода вызывают спирто­вое брожение. Вид З Шизосахаромицес помбе используется в бродильной промышленности в странах с жарким климатом, например,в Африке, где производят пиво сорта «Помбе». Дрож­жи рода Сахаромикоды имеют крупные клетки лимоновидной формы. Они размножаются способом почкующегося деления на обоих концах "клетки (биполярно) и с помощью аскоспор (их количество 2-4), которые располо­жены парами и образуются половым путем. Причем при поло­вом способе происходит копуляция спор в аске, а не слияние зклеток дрожжей. Эти дрожжи вызывают спиртовое брожение, йю они являются вредителями в виноделии, так как образуют (продукты, придающие винам неприятный прокисший запах.

Некоторые аскомицетовые дрожжи используются в микро­биологической промышленности для получения липидов и ви­таминов. Так, дрожжи рода Липомицес имеют крупные круг­лые клетки, которые в старых культурах заполнены целиком большой каплей жира. Обычно они имеют хорошо выражен­ные капсулы. Дрожжи рода Липомицес размножаются почко­ванием и аскоспорами, число которых у некоторых видов мо­жет доходить до 30 в одном аске.

Несовершенные дрожжи. Относятся к классу дей-теромицетов. Они не образуют спор, поэтому эти дрожжи част^, называют аспорогенными. Размножаются они почкованием. Несовершенные дрожжи вызывают либо слабое брожение, либо не вызывают его вообще, поэтому их часто называют не­сахаромицетами.

Многие из них являются причиной порчи пищевых продук­тов и являются вредителями ряда пищевых производств. Одна­ко некоторые из несовершенных дрожжей нашли полезное практическое применение. Среди несовершенных дрожжей наи­большее значение имеют роды Кандида, Торулопсис и Родоторула.

Дрожжи рода Кандида имеют удлиненную форму клеток, сочетания которых образуют примитивный псевдомицелий. Многие из них не вызывают спиртовое брожение и являются вредителями в бродильных производствах (например, Кандида микодерма), так как, будучи аэробами, окисляют спирт до ди: оксида углерода (углекислого газа) и воды. Другие представи­тели рода Кандида являются вредителями в дрожжевом произ­водстве, снижают качество хлебопекарных дрожжей, так как относятся к слабосбраживающим видам. Некоторые из них вызывают порчу квашеных овощей, безалкогольных напитков и ряда других продуктов. Среди этих дрожжей имеются пато­генные виды, вызывающие кандидозы, поражающие сли­зистые оболочки ротовой полости, носоглотки и других орга­нов человека. Различные виды дрожжей рода Кандида исполь­зуются для получения кормового белка и белково-витаминных концентратов (БВК).

Дрожжи рода Торулопсис имеют мелкие круглые или овальные клетки. Многие виды способны вызывать слабое спиртовое брожение и используются в производстве кефира и кумыса. Некоторые применяются для промышленного полу­чения кормового белка.

Дрожжи рода Родоторула имеют круглые, овальные или удлиненные клетки, последние образуют псевдомицелий. Коло­нии таких дрожжей красные и желтые благодаря наличию пигментов каротиноидов, являющихся провитамином А. Эти дрожжи используются для промышленного получения кормо­вых белково-каротиноидных концентратов, которые служат источником жирорастворимого витамина А для животных. Другие представители этого рода накапливают в клетках мно­го липидов и используются в микробиологической промышлен­ности как продуценты липидов наряду с представителями не­совершенных дрожжей другого рода - Криптококкус.

ВИРУСЫ

Изобретение электронного микроскопа позволило впервые наблюдать мельчайшие организмы - вирусы и фаги. Вирусы часто называют фильтрующимися за их способность проходить через поры бактериологических фильтров, которые задержива­ют бактерии при механическом способе стерилизации. Вирусы были открыты в 1892 г. русским ботаником Д. И. Ивановским при изучении болезни табака - табачной мозаики. Их разме­ры колеблются от 10-12 нм (вирусы ящура, полиомиелита) до 200-350 нм (вирусы оспы, герпеса).

Вирусы не имеют клеточного строения. Они бывают шаро­образной, палочковидной, нитевидной и сперматозоидной фор­мы. Вирусная частица называется вирионом. Она состоит из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белка глобулина; некоторые вирусы содержат также липиды и углеводы. Харак-

Рис. 18. Схема строения фага:

1 - головка; 2 - ДНК; 3 - отросток; 4 - стержень; 5 - базаль-ная пластинка с шипами; 6 - нити отростка

терной особенностью вирусов является их способность к образованию кристаллов, что долгое время служило причиной споров о жи­вой или неживой природе вирусов. Впослед­ствии было доказано, что кристаллы - это нуклеиновая кислота и белок. Затем был ус­тановлен ряд свойств, подтвердивших пред­ставление о живой природе вирусов, - спо­собность к самовоспроизведению (размноже­нию), изменчивость, приспособляемость к ус­ловиям существования, а также способность вызывать инфекционные процессы. Развитие и размножение вирусов возможно только в клетках живого организма - хозяина, т. е. они являются па­разитами человека, вызывая инфекционные заболевания (грипп, полиомиелит, корь, ветряная оспа и др.), а также животных и растений.

Для лечения некоторых заболеваний, вызванных вирусами гриппа, герпеса и аденовирусами, применяют ферментные пре­параты- нуклеазы, вызывающие разрушение нуклеиновых кислот, что лишает вирусы способности к самовоспроизведе­нию, а следовательно, ликвидирует их инфекционность.

В 1898 г. русский ученый Н. Ф. Гамалея при изучении си­бирской язвы крупного рогатого скота впервые наблюдал, что спорообразующие палочки - возбудители болезни - растворя­ются под влиянием какого-то агента. В 1915 г. английским микробиологом Ф. Туортом и в 1917 г. канадским микробиоло­гом Ф. Д"Эррелем была установлена природа этого явления. Оно получило название бактериофагии, а возбудитель - бак­териофага («пожиратель бактерий»).

Размеры фагов колеблются от 40 до 140 нм. Бактериофаги имеют вид многогранной головки со стержнем, покрытой снару­жи белковой оболочкой (рис. 18). Внутри стержня имеется ка­нал. Головка фага заполнена молекулой ДНК. У основания стержня имеется базальная пластинка с шипами и нитями.

Воздействие фага на бактериальную клетку происходит в несколько стадий (рис. 19): адсорбция фага на бактериаль­ной клетке с помощью базальной пластинки с зубцами и ни­тями, проникновение ДНК из головки фага по каналу в бакте­риальную клетку, в которой затем под влиянием фаговой ДНК

Рис* 19. Схема развития фага в бактериальной клетке:

а - адсорбция; б - переход ДНК в клетку; в - перестройка обмена веществ в клетке;

г - образование новых частиц бактериофага; д - растворение клеточной стенки

происходит полная перестройка обмена веществ, синтезиру­ется уже не бактериальная ДНК, а фаговая, что приводит к образованию в бактериальной клетке новых частиц фага растворение клеточной стенки бактерии, ее гибель.

Бактериофаги наносят большой вред в молочной промыш­ленности (производстве сыров, творога, сметаны) и в произ­водстве маргарина. Они поражают в основном молочнокислые стрептококки заквасок для получения этих продуктов. Под влиянием бактериофага клетки стрептококков лизируются (растворяются) и погибают. В антибиотической промышлен­ности актинофаги лизируют производственную культуру акти­номицетов - продуцентов антибиотиков.

В медицине бактериофаги применяются для лечения неко­торых заболеваний, например дизентерии.

Бактерии

Бактерии - это одноклеточные прокариотные микроорганизмы. Ве­личина их измеряется в микрометрах (мкм). Бактерии не отличаются разнообразием форм. Различают три основные формы: шаровидные бактерии - кокки, палочковидные и извитые. Кроме того, 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 кокки - мик­рококки, расположенные попарно - диплококки. К патогенным диплококкам относятся пневмококки, имеющие ланцетовидную форму, и бо­бовидные диплококки - менингококки и гонококки. Стрептококки де­лятся в одной плоскости и после деления не расходятся, образуя цепоч­ки (греч. streptos - цепочка). Патогенные стрептококки являются возбу­дителями гнойно-воспалительных заболеваний, ангины, рожи, скарла­тины. Тетракокки образуют сочетания из четырех кокков в результате деления в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, сарцины (лат. sarcio - связывать) образуются при делении в трех взаимно перпендику­лярных плоскостях и имеют вид скоплений по 8-16 кокков. Стафило­кокки в результате беспорядочного 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 кишечной группы; тонкие, слегка изогну­тые палочки туберкулеза; располагающиеся под углом тонкие палочки дифтерии; крупные (3-8 мкм) палочки сибирской язвы с "обрубленными" концами, образующие длинные цепочки - стрептобациллы. К извитым формам бактерий относятся вибрионы, имеющие слегка изогнутую форму в виде запятой (холерный вибрион) и спириллы, состоящие из нескольких завитков. К извитым формам также относятся кампилобактеры, похожие под микроскопом на крылья летящей чайки.

Структура бактериальной клетки . 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, которые 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: до 90% - 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. Наружная мембрана грамотрицательных бактерий 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.

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 размножению. L-формы бактерий - это бактерии, полнос­тью или частично утратившие клеточную стенку, но сохранившие спо­собность к размножению. Свое название они получили в честь инсти­тута имени Листера в Англии, где были впервые получены. Не имея клеточной стенки, они также приобретают сферическую форму. L-фор­мы возникают и в естественных условиях, длительно сохраняются в организме человека и играют важную роль в патогенезе некоторых инфекционных заболеваний.

Цитоплазматическая мембрана расположена непосредственно под клеточной стенкой. Она обладает избирательной проницаемостью, и бла­годаря этому регулирует водно-солевой обмен клетки, транспорт пита­тельных веществ в клетку и выведение наружу продуктов обмена. В этих процессах участвуют ферменты пермеазы. Кроме того, здесь имеются ферменты, осуществляющие биологическое окисление.

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.

Цитоплазма - внутреннее гелеобразное содержимое бактериальной клетки, пронизано мембранными структурами, создающими жест­кую систему. В цитоплазме содержатся рибосомы (в которых осуще­ствляется биосинтез белков), 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. Вместе с тем это могут быть и скоп­ления неорганических веществ, например, серы, и продукты бактери­ального метаболизма.

Пили (лат. pili - волоски) иначе реснички, фимбрии, бахромки, вор­синки - короткие нитевидные отростки на поверхности бактерий. Пили общего типа (common pili) в количестве нескольких сотен равномерно покрывают бактерию. Они осуществляют прикрепление (адгезию) бак­терии к клетке хозяина и участвуют в питании. Половые пили (sex-пили) имеют внутри канал и образуются только клетками-донорами. Они обеспечивают конъюгацию у бактерий и переход ДНК из одной клетки в другую.

Споры образуют среди патогенных бактерий только палочки - ба­циллы и клостридии. Споры бактерий не являются способом разм­ножения, поскольку из одной клетки формируется только одна спора. Биологическая роль спор - сохранение вида в неблагоприятных усло­виях внешней среды.

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 100°С, убить их можно только автоклавированием, сухим жаром при 160-170°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 100°С вызывает их тепловую активацию с последующим прорастанием. Это явление используется при стерилизации дробными методами.

Спорообразование - одно из свойств, характерное для определенных видов 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 располо­жение жгутиков является характерным видовым признаком бактерий. Различают бактерии: монотрихи - с одним жгутиком на конце тела, лофотрихи - с пучком жгутиков на конце, амфитрихи, имеющие жгути­ки на обоих концах, и перитрихи, у которых жгутики расположены по всей поверхности тела. К монотрихам относится холерный вибрион, к перитрихам - сальмонеллы брюшного тифа.

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 белка, а затем обрабатывают азотнокислым серебром или красителем, который осе­дает на жгутиках, увеличивая их толщину. Можно косвенно судить о наличии жгутиков, наблюдая подвижность живых бактерий в препа­ратах "раздавленной" или "висячей" капли. Определение подвижнос­ти у бактерий является важным диагностическим признаком, и при по­вседневной практической работе удобно применять метод посева. В столбик полужидкого питательного агара уколом производится посев бактерий. Неподвижные бактерии растут по ходу укола, а 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. Капсула обычно состоит из полисахаридов, а у палочки сибирской язвы - из полипептидов

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 Бурри-Гинсу: при этом на темном фоне туши видны ок­рашенные фуксином бактерии, окруженные бесцветной капсулой.

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 и патогенные виды: Mycoplasma pneumoniae является возбудителем рес­пираторных заболеваний. Условно-патогенные Микоплазмы также 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

Для риккетсий характерен плеоморфизм, 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 (риккетсий Провацека) - возбуди­тель эпидемического сыпного тифа и Coxiella burneti (коксиелла Бернета) -возбудитель Ку-лихорадки.

Хламидии

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 стрентомицет, 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 позволили установить структуру клеток спирохет. Это цитоплазматические цилиндры, окру­женные цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой, содер­жащей пептидогликан. В цитоплазме находятся 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. По 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 interrogans - 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; отсюда 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 Penicillum, 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 dermatitidis - 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 эукариотамй, грибы Кандида нечувствительны 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 трихофи-тии, эпидермофитон - возбудитель эпидермофитии, микроспорой - воз­будитель микроспории, ахорион - возбудитель парши. В волосах, че­шуйках кожи, соскобах ногтей отрезки мицелия дерматомицстов 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 при помощи разных механизмов: 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.

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.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Морфология микроорганизмов

К микроорганизмам относят микроскопические живые существа, не образующие хлорофилл, в том числе бактерии, грибы (плесени, дрожжи, актиномицеты).

Большинство микробов одноклеточные и лишь некоторые из них являются многоклеточными. К группе одноклеточных относятся бактерии, простейшие, дрожжи, отдельные виды плесневых грибов, а к группе многоклеточных - нитчатые бактерии и большинство плесеней. Вирусы не имеют клеточной структуры в отличие от других микроорганизмов.

Бактерии. Форма и размер бактерий. По внешнему виду различают три основные формы бактерий: шаровидную (кокки), палочковидную (цилиндрические) и извитую (рис. 8).

Рис. 8. Основные формы бактерий: 1 - микрококки; 2 - диплококки; 3 - стрептококки; 4 - тетракокки; 5 -сарцины; 6 - стафилококки; 7 - бациллы; 8 - бактерии; 9 - стрептобактерии; 10 - вибрионы; 11 - спириллы; 12 - спирохеты

Размеры бактерий могут колебаться в зависимости от условий обитания и влияния внешней среды (питание, температура, влажность и др.). Размер кокковидных форм колеблется в пределах от 0,75 до 2 мкм, палочковидных от 0,3-1 до 2-10 и извитых от 0,1-0,15 до 3-20 мкм.

Кокки - большинство их имеет правильную форму шара, но некоторые виды вытянуты и напоминают свечу, ланцет, бобы. В зависимости от взаимного расположения клеток (после деления) кокки подразделяются на микрококки - одиночные, беспорядочно расположенные кокки; диплококки - располагаются попарно; стрептококки - образуют цепочку при делении кокков в одной плоскости; тетракокки - сочетания по четыре кокка; сарцины - кокки, соединенные в виде пакетов, и стафилококки - скопления кокков, напоминающие грозди винограда.

Палочковидные бактерии - форма может быть в виде цилиндра, овоида различной длины и диаметра. Концы палочек закругленные, заостренные или резко обрубленные. Палочки, образующие споры, называются бациллами, не образующие споры - бактериями. Палочки, располагающиеся попарно, получили название диплобактерии, или диплобациллы, а располагающиеся в цепочку, - стрептобактерии, или стрептобациллы.

Извитые бактерии - это микроорганизмы, имеющие вид спирали. Они подразделяются на вибрионы, напоминающие слегка изогнутую запятую, спириллы, имеющие несколько крупных завитков, и спирохеты - бактерии с тонкими многочисленными завитками.

Строение бактериальной клетк и . Ультраструктуру бактерий изучают с помощью электронно-микроскопических и микрохимических исследований, которые позволяют довольно точно определить структуру и составные части микробной клетки. Бактериальная клетка состоит из оболочки, цитоплазмы, ядерного вещества (рис.9).

Оболочка обладает значительной прочностью, упругостью, эластичностью, и благодаря этому создается как бы жесткий каркас микробной клетки, предохраняющий ее от неблагоприятных внешних воздействий и придающий ей постоянную форму (кокки, палочки). Оболочка имеет мельчайшие поры, она полупроницаема, через нее происходит обмен веществ с внешней средой.

Химический состав оболочки неоднороден: в ее составе обнаруживают азотистые и безазотистые соединения.

Оболочка бактерий представлена тремя структурами: внешним капсульным слоем, клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной.

Рис. 9. Строение бактериальной клетки: 1 - оболочка; 2 - цитоплазма; 3 - ядерная структура

Цитоплазма представляет собой дисперсную смесь коллоидов, состоящую из белков, воды, РНК (рибонуклеиновая кислота), липоидов, углеводов, минеральных веществ и др. Цитоплазма окружена тонкой цитоплазматической мембраной, состоящей из липопротеиновых и рибонуклеиновых компонентов. С цитоплазматической мембраной связаны ферментные системы, принимающие участие в обмене веществ с окружающей средой.

Цитоплазма содержит различные включения, наполненные клеточным соком, которые являются запасным питательным субстратом. В цитоплазме постоянно происходят процессы синтеза и распада веществ, т.е. осуществляются все функции, присущие живому организму.

Ядерное вещество бактериальной клетки, представленное ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) в виде овальных и мелкозернистых включений, распределено в цитоплазме диффузно. Вокруг ДНК нуклеоида в цитоплазме бактерий расположены короткие двухцепочечные нити внехромосомной ДНК, получившие название плазмиды. Они управляют функцией устойчивости к лекарственным препаратам (R-плазмиды), выработки энтеротоксинов и обуславливают внехромосомную передачу наследственных свойств.

Некоторые виды бактерий образуют споры и капсулы (рис. 10). Капсула является продуктом набухания и ослизнения оболочки клетки; она предохраняет бактерии от влияния неблагоприятных факторов. При неблагоприятных условиях внутри некоторых палочковидных бактерий образуются округлые тельца - споры.

Спорообразующие палочки (бациллы) могут существовать в двух формах: вегетативной, т.е. способной к росту и размножению, и споровой, неспособной к размножению. Спора представляет собой микробную клетку, потерявшую большое количество воды и покрывшуюся плотной оболочкой. Внутри микробной клетки образуется только одна спора, которая служит для сохранения вида. Если диаметр спор превышает поперечник микробной клетки, - это клостридии (например, возбудитель столбняка).

Рис. 10. Споры и капсулы бактерий: а - споры; б - капсулы

При благоприятных условиях (наличие влаги, питательных веществ и оптимальной температуры) спора прорастает и превращается в вегетативную форму. Споры чрезвычайно устойчивы к воздействию неблагоприятных внешних факторов (высушивание, действие высоких и низких температур и др.) и могут сохраняться годами.

Подвижность бактерий. Многие виды бактерий могут самостоятельно передвигаться с помощью специальных жгутиков. Жгутики представляют собой тонкие длинные нити, в несколько раз превышающие длину тела бактерий. Диаметр жгутиков около 1/20 ширины бактериальной клетки. Извитые формы микробов передвигаются путем сокращения тела. Микробы, не имеющие жгутиков и не являющиеся извитыми, неподвижны.

Грибы. Грибы - это большая группа растительных организмов. Они характеризуются тремя основными свойствами: размножаются вегетативным путем и посредством спор; имеют вегетативное тело в виде мицелия; в грибах отсутствует хлорофилл (в отличие от растений). Наиболее широко в природе распространены плесневые грибы, дрожжи, актиномицеты. Некоторые виды плесеней и дрожжей используют в пищевой промышленности для технологических целей, некоторые же из грибов вызывают порчу продуктов и являются возбудителями заболеваний человека и животных.

Плесени. Иногда их называют микроскопические грибы. Это неподвижные бесхлорофилловые организмы, видимые невооруженным глазом. Плесневые грибы имеют более сложное строение, чем бактерии (рис. 11). Плесневой гриб состоит из переплетающихся между собой нитей (гиф), которые образуют тело гриба (мицелий). Гифы могут быть одноклеточными и многоклеточными. Каждая клетка гифы имеет оболочку, цитоплазму с включениями и несколько отдельных ядер.

Рис. 11. Плесневые грибы: 1 - кистевидная плесень (пенициллиум); 2 - леечная плесень (аспергиллюс); 3 - головчатая плесень (мукор); 4 - гроздевидная плесень; 5 - шоколадная плесень, 6 - молочная плесень.

Плесневой гриб состоит из переплетающихся между собой нитей (гиф), которые образуют тело гриба (мицелий). Гифы могут быть одноклеточными и многоклеточными. Каждая клетка гифы имеет оболочку, цитоплазму с включениями и несколько отдельных ядер.

К одноклеточным плесневым грибам относится головчатая плесень (мукор). Тело ее состоит из одной разветвленной клетки. Плодоносящий гиф, на котором находятся споры, называется спорангиеносец. Некоторые виды мукоровых грибов используют в пищевой промышленности для приготовления органических кислот и спирта. Многие виды мукора вызывают порчу продуктов.

К многоклеточным плесневым грибам относятся пенициллиум, аспергиллюс, гроздевидная, шоколадная и другие плесени. У этих видов плесеней мицелий имеет перегородки (септы), споры получили название конидий, а плодоносящий гиф - конидиеносец. У молочной плесени споры называются оидии.

Некоторые многоклеточные плесени являются продуцентами антибиотиков - пенициллина, аспергиллина, используются в промышленности для приготовления ферментных препаратов, лимонной кислоты. В то же время такая плесень, как аспергиллюс, вызывает аспергиллез - поражение верхних дыхательных путей. Многие из плесеней вызывают порчу мясных и молочных продуктов. Так кандидиум придает мясу неприятный запах, расщепляя белки, шоколадная плесень образует на мясе темные, почти черные пятна.

Дрожжи. Это неподвижные одноклеточные организмы округлой, овальной или палочковидной формы, размером от 8 до 15 мкм. Дрожжевая клетка имеет оболочку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с включениями, ядро круглой или овальной формы. В цитоплазме дрожжевой клетки находятся вакуоли - внутриклеточные образования, содержащие питательные вещества и различные включения в виде зерен. В природе встречаются дрожжи спорообразующие и неспорообразующие. Некоторые виды дрожжей используют в пищевой промышленности для приготовления хлеба, пива, вина, кумыса и др. Есть дрожжевые организмы, которые вызывают пороки молочных и мясных продуктов, например дрожжи из рода родоторула, микодерма, пастерианум. Дрожжеподобные организмы родов кандида и бластомицесс вызывают заболевания: кандидомикоз, бластомикоз с поражением глаз, ногтей, сухожилий, суставов, слизистой оболочки полости рта, дыхательных путей, пищеварительного тракта.

Актиномицеты (лучистые грибы). Актиномицеты занимают промежуточное положение между плесневыми грибами и бактериями. Их тело состоит из довольно длинных ветвящихся тонких одноклеточных нитей (гиф). Длина актиномицетов может достигать нескольких сантиметров. Клетки актиномицетов имеют оболочку, цитоплазму и ядро. Сплетение гиф образует воздушный мицелий, который растет над питательной средой и образует спороносцы, на них - споры, посредством которых актиномицеты размножаются. Некоторые актиномицеты вызывают порчу пищевых продуктов; есть патогенные, вызывающие заболевание, известное под названием актиномикоз. микроорганизм бактериальный клетка морфология

Актиномицеты являются продуцентами таких антибиотиков, как стрептомицин, тетрациклин, биомицин и др.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Систематика микроорганизмов по фенотипическим, генотипическим и филогенетическим признакам. Отличия прокариот и эукариот, анатомия бактериальной клетки. Морфология микроорганизмов: кокки, палочки, извитые и нитевидные формы. Генетическая система бактерий.

презентация , добавлен 13.09.2015


История микроскопа и изучение морфологии микроорганизмов как собирательной группы живых организмов: бактерии, археи, грибы, протисты. Формы, размер, морфология и строение бактерий, их классификация и химический состав. Строение и классификация грибов.

реферат , добавлен 05.12.2010


Изучение предмета, основных задач и истории развития медицинской микробиологии. Систематика и классификация микроорганизмов. Основы морфологии бактерий. Исследование особенностей строения бактериальной клетки. Значение микроорганизмов в жизни человека.

лекция , добавлен 12.10.2013


Систематика - распределение микроорганизмов в соответствии с их происхождением и биологическим сходством. Морфология бактерий, особенности строения бактериальной клетки. Морфологическая характеристика грибов, актиномицетов (лучистых грибов) и простейших.

реферат , добавлен 21.01.2010


Исследование морфологических признаков бактерий, микроскопических грибов и дрожжей. Изучение внешнего вида, формы, особенностей строения, способности к движению, спорообразованию, способов размножения микроорганизмов. Форма и строение дрожжевой клетки.

реферат , добавлен 05.03.2016


Схожесть и отличия прокариотических и эукариотических клеток. Строение муреина у бактерий. Характеристика микроорганизмов по способам питания. Химическое строение, структурная организация вирусов, морфология, особенности взаимодействия с клеткой-хозяином.

шпаргалка , добавлен 23.05.2009


Химический состав бактериальной клетки. Особенности питания бактерий. Механизмы транспорта веществ в бактериальную клетку. Типы биологического окисления у микроорганизмов. Репродукция и культивирование вирусов. Принципы систематики микроорганизмов.

презентация , добавлен 11.11.2013


Исторические сведения об открытии микроорганизмов. Микроорганизмы: особенности строения и форма, движение, жизнедеятельность. Строение клетки, доклеточные формы жизни – вирусы. Экология бактерий, селекция микроорганизмов, их распространение в природе.

реферат , добавлен 26.04.2010


Группа микроскопических одноклеточных организмов-прокариотов. Микроскопические методы исследования микроорганизмов. Формы, строение и химический состав бактериальной клетки. Функции поверхностных структур. Дыхание, питание, рост и размножение бактерий.

презентация , добавлен 24.01.2017


Изменчивость (биологическая)- разнообразие признаков и свойств у особей и групп особей любой степени родства, ее формы. Генетическая рекомбинация и трансформация. Изменчивость фагов и микроорганизмов. Практическое применение изменчивости микроорганизмов.