3.2. Розмноження прокаріот

Найчастіше бактерії розмножуються бінарним поділом, коли з однiєї клітини утворюється дві, кожна з яких знову ділиться. Процесу поділу завжди передує подвоення (реплікація) ДНК. Існують два типи поділу: перетяжкою i за допомогою поперечної перегородки.

Поділ пе­ретяжкою (констрикція) супроводжується звуженням клітини в місці її поділу, i в цьому пpoцeci беруть участь вci шари клітинних оболонок. Інвагінація оболонок з обох боків усередину клітини все більше її звужуе i, нapeшті, її ділить на дві (рис. 3.3). Поділ перетяжкою характерний для грамнегативних бактерій.

Поділ з утворенням поперечної перегородки притаманний грампозитивним бактеріям (рис. 3.4). Проте у деяких груп бактерій cпocтepiгається зміна cпocoбiв поділу (тіонові, міко- та артробактерії).

Рис. 3.3. Поділ клітини Listeria monocytogenes перетяжкою

Рис. 3.4. Поділ клітини Staphylococcus aureus за допомогою попереч­ної перегородки:

цм — цитоплазматична мембрана; кс — юптин- на стшка; пп — попе­речна перегородка

Період від поділу до поділу бактеріальної клітини називають клітинним циклом (онтогенез б а к т е р i й). У бактерій розрізняють кілька типів вегетативного клітинного циклу:

мономорфний — утворюється тільки один морфологічний тип клітин (бацили, кишкова паличка);

диморфний — виникає два типи клітин (бактерії роду Caulobacter) та

поліморфний — утворюється кілька морфологічно різних типів клітин (актиноміцети, артробактерії).

У сферичрих бактерій може утворюватись не одна, а кілька поперечних перегородок (рис. 3.5). Якщо виникае одна перегородка, то клітина ділиться в одній площині i утворюються мікрококи, диплококи, стрептококи. Дві перегородки розміщуються в двох взаємно перпендикулярних площинах, i тоді при поділі утворюються тетракоки. У paзi розміщення перегородок у трьох взаємно перпендикуляр­них площинах утворюються скупчення клітин у вигляді сарцин. Під час поділу поперечною перегородкою цитоплазматична мембрана разом з клітинною стінкою вростає всередину клітини, інвагінати зближуються, з'єднуються, i перегородка розщеплюється.

Бактерії можуть розмножуватись також брунькуванням, яке є piзновидом бінарного поділу. Цей cnociб поділу притаманний бактеріям родів Hyphomicrobium, Rhodomicrobium, Nitrobacter, які мають диморфні та поліморфні клітинні цикли.

У процесi брунькування на одному з полюсів материнської клітини утворюеться невеликий виріст (брунька), яка під час росту поступово збільшується. Поступово брунька досягає poзміpiв материнської

Рис. 3.5. Схема розміщення поперечних перегородка у клітині Mycococcus species:

п — перегородка; цм — цитоплаз­матична мембрана; кс — клітина стінка

клітини, після чого відділяється від неї. Клітинна стінка бруньки синтезуеться повністю заново. За звичайного бінарного поділу материнська клітина ділиться, в результаті чого утворюються дві дочірні клітини, а сама материнська клітина зникає. У пpoцeci брунькування материнська клітина дає початок дочірній клітині, i між ними здебільшого можна виявити морфологічні i фізіологічні відміності: є стара — материнська клітина i нова — дочірня. У цьому разі можна спостерігати процес старіння. Для деяких штамів Rhodomicrobium показано, що материнська клітина здатна утворювати не бшьше як чотири дочірні клітини. Дочірні клітини зазвичай краще пристосовуються до зміни умов наколишнього середовища.

Для однієї групи одноклітинних ціанобактерій описано розмноження множинним поділом. Такий незвичний спосіб розмноження розпочинається з попередньої реплікації хромосоми i збшьшення розмірів вегетативної клітини, яка пoтім піддається послідовним бінарним поділам, що відбуваються всередині додаткового фібрилярного шару материнської клітинної стінки. Цей процес супроводжуеться утворенням дрібних клітин, які називаються баеоцитами, кількість яких у різних видів коливаеться від 4 до 1000. Вивільнення баеоцитів відбувається в результаті розриву материнської клітинної стінки. В основі множинного поділу лежить принцип рівновеликого бінарного поділу. Відмінність полягає у тому, що у цьому разі після бiнарного поділу не відбувається росту утворених дочірніх клітин, а вони знову піддаються поділу.

Бактерії характеризуються високою швидкютю розмноження. Наприклад, кишкова паличка ділиться кожні 20—30 хв, тобто за добу з однієї клітини утворюеться 472-10¹⁹ клпин (2⁷², 72 покоління). Якщо прийняти, що один мільярд сухих клітин мають масу 1 мг, то 472-10¹⁹ клітин будуть мати масу 4720 т в умовах, що виключають загибель клітин.

3-3. БУДОВА ПР0КАРІОТНОЇ КЛІТИНИ

Клітинам прокаріот притаманні певні принципові особливості, що стосуються їхньої структурної та хімічної організації (рис. 3.6). Структури, розміщені зовні від цитоплазматичної мембрани (клітинна стін­ка, капсула, слизовий шар, джгутики, фімбрії, піллі, адгезини, S-шар),

Рис. 3.6. Комбіноване зображення прокарштної клітини:

А — поверхневі клітинні структури: 1 — клітинна стінка; 2 — капсула; 3 — сли- зовий шар; 4 — чохол; 5 — джгутики; 6 — фімбрії; Б — цитоплазматичні клітинні структури: 7— ЦПМ; 8 —нуклеотид; 9 — рибосоми; 10 — цитоплазма; 11 — хроматофори; 12 — хлоросоми; 13 — пластинчасті тилакоїди; 14 — фікобілісоми; 15 — трубчасті тилакоїди; 16 — мезосома; 17— аеросоми (газові вакуолі); 18 — ламелярні структури; В — запасні речовини: 19 — полісахаридні гранули; 20 — гранули полі-β-оксибутирату; 21 — гранули поліфосфату; 22 — ціанофіцинові гранули; 23 — карбоксисоми; 24 — включения сірки; 25 — жирові краплі; 26 — вуглеводневі гранули

зазвичай називають поверхневими структурами. Терміном «к л i т и н н а о б о л о н к а» часто позначають yci шари, розміщені з зовншшього боку цитоплазматичної мембрани (клітинна стінка, капсула, слизовий шар, S-шар). Спочатку розглянемо будову, хімічний склад i функції поверхневих клітинних структур.

3-3.1. Поверхневі клітинні структури

Поверхневі структури визначають контакт клітини з зовнішнім середовищем.

3.3.1.1. К л i т и н н а с т i н к а. Клітинна стінка є одним з найважливіших структурних елементів. Її основна функция полягае в захисті вмісту клітини від дії зовнішніх факторів i збереганні характерної для організму форми. На частку клітинної стінки припадае від 10 до 50 % маси клітини. Товщина клітинної стінки у бактерій досягає 10— 80 мкм. 3i старінням організму клітинна стінка потовшується.

Хімічний склад клітинних стінок мікроорганізмів спочатку привертав увагу дослідників у галузі систематики. Основою тому були данні про якісні відмінності у складі клітинних стінок між еукаріотними та прокаріотними мікроорганізмами, а також серед прокарютів — між грампозитивними та грамнегативними бактеріями (табл. 3.1).

Таблиця 3.1

Хімічний склад клітинних стінок мікроорганізмів

Полімери	Еукаріоти	Прокаріоти (бактерії)
		Грампозитивні	Грамнегативні
Пептидоглікан	—	+	+
Тейхоєва кислота	—	+	—
Ліпополісахарид	—	—	+
Ліпопротеїд	+	—	+
Білок	+	±	+
Полісахарид	+	+	+

Фарбування за Грамом. Диференцшоване фарбування бактерш гентанвюлетом було запропоновано у 1884 р. данським фармаколо­гом Г. X. Грамом. У мжробюлогц забарвлення за Грамом є важливою таксономічною ознакою, з якою корелюють інші властивості бак­терій. Суть методу полягає в тому, що у paзi фарбування бактерій генціанвіолетом (кристалвіолетом, метилвіолетом) фарба з йодом утворює сполуку, що утримується клітинами після обробки їx спиртом. Такі бактери забарвлені в синьо-фіолетовий колір i ix називають грам-позитивними.

Бактерії, які знебаврвлюються після обробки спиртом, називаються грамнегативними. Ix потім дофарбовують контрастною фарбою (фуксином).

У 1978 р. Н.Е. Пббонс та Р. Г. Е. Муррей запропонували грамнегативні істинні бактерії виділити у відділ Грацилікутних (Gracilicutes),

а грам позитивнi — у віділ Фірмікутних (Firmicutes). Але терміни «ф1р- MiKyTHi», «грацилжутш» бактерії не мають широкого використання в мікробіології.

Пептидоглікани (глікопептиди, мукопептиди, муреїни). Основними компонентами клітинної стінки бактерій є пептидоглiкани (глікопептиди, мукопептиди, муреїни). Пептидоглікани виявлено тільки у прокаріот. Винятком є еубактерії, що не мають клітинної стінки (Miкоплазми, L-форми), та apxei — деякі метаноутворювальні та галофільні (Halobacterium, Halococcus). Для галофільних бактерій наявність міцної клітинної стінки не обов'язкова, оскільки вмют їх клітин ізоосмотичний iз навколишнім середовищем.

Рис. 3.7. Основні складові гетерополімеру пептидоглікану

Специфічний гетерополімер пептидоглікан складаеться: — iз залишків N-ацетил глюкозаміну та N-ацетилмурамової кислоти, з'єднаних між собою β-1,4-глікозидними зв'язками. N-ацетилглюкозамін є похідною сполукою глюкози, в якій гідроксильна група при другому aтомі вуглецю замінена на аміногрупу. N-ацетилмурамова кислота — це ефір N-ацетил-глюкозаміну та D-молочної кислоти (рис. 3.7);

• i3 д1амшокислот, з яких найчастше зустр1чаються мезо-fliaivri- ноп1мелшова кислота, 1Х-д1амшошмелшова кислота, л1зин, орштин. Наявшсть таких амшокислот з двома амшогрупами мае принципове значения для просторово! оргашзацп пептидо- ппкану. Вони забезиечують утворення двох пептидних зв'язюв м1ж иептидними угрупованнями в молекул!;

• з шших амшокислот (D- та L-аланш, О-глутамшова кислота, Z-серин, глщин).

Рис. 3.8. Структура пептидоглюкану Escherichia coli:

N-АцМур — N-ацетилмурамова кислота; N-АдГлю — N-ацетилглюкозамш; Ала — алан in; Глу — глутамшова кислота; т-Дпм — -иезо-даамшотмелшова кислота; Т — лпоцим

Фрагмент иептидоглисану показано на рис. 3.8. За допомогою пеп­тидних мюточыв гетеропол1мерш ланцюги зв'язат м1ж собою в мшко- годобну riramcbKy молекулу — муретовий мшок (муретова с'ипка).

Муре'шовий Mi шок виконуе функцио опорного каркаса K/iimumoi стшки. За будовою цього каркаса, а також за вмютом шших речовин у клшшнш стшщ грампозитивш бактери вщргзняються вщ фамнега- тивних (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Юптинна стшка грампозитивних (A) i грамнегативних (Б) бактерш:

1 — цитоплазматична мембрана; 2 — пептидоглжан; 3 — пери- плазматичний npocTip; 4 — зовшшня мембрана; 5 — цитоплазма, в ueHTpi яко'У розмщена ДНК

Клггинна стшка грампозитивних бактерш. У грампозитивних бак­терш частка муреТновоУ снки становить 30—70 % cyxoi маси клшшно! стшки (завтовшки 40 mapie). Замгсть м езо - д i а м i н о п i м е л i н о воТ кислоти часто мютиться 1Х-д1амшоп1мелшова кислота або лвин. У клпиннш стшш грампозитивних бактерш полюахариди, якщо вони е, зв'язаш м1ж собою ковалентно. Вмгст лшщ!в i биив невисокий. У бшках юп- тинних стшок грампозитивних бактерш Ha6ip амшокислот менший (4—12), шж у грамнегативних (мютяться практично Bci амшокислоти, з яких складаються бшки).

Характерною особливютю грампозитивних бактерш е наявшсть у юйтиннш стшщ тейхоевих кислот. Тейхоев1 кислоти — це ланцюги, як1 складаються з 8—50 залишюв глщерину чи рибгеолу, зв'язаних м1ж собою фосфатними мюточками. У моле кул i тейхоевоУ кислоти полюл може мгстити моносахариди як замюники. Деяю з тейхоевих кислот мктять еритритол чи мани. Припускаеться, що тейхоев1 кислоти зв'язаш з мурешом через фосфат за типом амщу. У склад1 тейхоевих кислот деяких грампозитивних бактерш мютяться жирш кислоти, яю утворюють еф1рш зв'язки з глщериновими залишками. Ix називають л1потейхоевими кислотами. TeflxoeBi кислоти мютяться в юйтинах у значиих кшькостях. У деяких бактерш вони становлять бшьш як половину маси клгтинно! стшки.

Функцц тейхоевих кислот:

• фосфатш групи тейхоевих кислот е мгсцем зв'язування катюшв магнно, необхщного для багатьох ензиматичних i фгзико-х1м1ч- них nponecie, що проходять на цитоплазматичнш мембраш;

• тейховв1 кислоти беруть участь у регуляцп активносй автолггич- них ферменпв;

• було показано, що цукров1 компоненти тейхоевих кислот вщ- повщальт за зв'язування фапв i3 юптинною стшкою. Яйцо тейхоева кислота з будь-яких причин втрачае глжозильш замю- ники, то бактер1альна юптина стае фагорезистентною (фа- гостшкою);

• лшотейхоев1 кислоти беруть участь в 1мунолопчних реакщях.

У представниюв род is Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia до 30 % речовини ют пи н hoi стшки припадае на лшщи. У деяких мжо- бактерш виявлеш також воски (тетрасахариди пептидоглжану, при- еднаш до етерифжованого арабшогалактану). Фрагмента воску, утво- рюваш, очевидно, пщ час часткового автол iiy, можуть виконувати роль 1муноад'ювант1в. До складу юптинних стшок бактерш род1в Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rhodococcus, Caseobacter вхо- дять м i к о л о в i кислоти. Ш високомолекулярш р-оксикислоти здовгим ал1фатичним ланцюгом бшя С2-атома служать важливим хемотаксоном1чним маркером для класифжацц та щентифжаци бак­терш.

KpiM полгсахарщпв, яю у деяких бактерш зумовлюють патоген- нють, юптинна стшка грампозитивних бактерш може мгстити быки. Так, у стафшокоюв виявлено бьчок А, зв'язаний з клпинною стшкою (вш взаемод1е з Fc-фрагментом антитш IgC людини), та ентеротокси- ни (тимчасово зв'язаш з юптинною стшкою перед екскрещею).

Клггинна стшка грамнегативних бактерш. У грамнегативних бак­терш мурешова сггка е одношаровою i становить менш як 10 % cyxoi маси клггинно! стшки. Mype'ih мгстить тшьки ,мезо-д1амшотмелщову кислоту i не мгстить Л1зину. У склад1 юптинних стшок грамнегативних бактерш тейхоев1 кислоти не виявлено.

У Bcix грамнегативних бактерш зверху одношарового чи найбшьше двошарового муре'шового милка розчпщуеться зовшшнш шар юптин- hoY стшки. Це так звана зовтшня мембрана, що складаеться з бииав, фосфолтдав i лшополгсахарщцв (ЛПС) (рис. 3.10).

3 мурешом, очевидно, ковалентно через д1амшоп1мелшову кисло­ту зв'язаш лшопротеши. Вони ор1ентован1 своими лгпофтьними ган- цями назовш i таким чином закршлеш в лшофшьному подвШному uiapi (завдащи гщрофобнш взаемоди). У цьому самому iuapi мгстяться

Рис. 3.10. Модель будови клгганно! стшки грамнегативних бактерш:

Праворуч — лшополюахаридна молекула; Глю — глюкоза; Глю-N — глюко- замш; NA- N-АцГлю — N -ацетилглюкоза м in; Гал — галактоза; Геп — геп- тоза; КДО — 2-кето-З-дезоксиоктонова кислота; М — муреш; ЗМ — зовшшня мембрана; ПМ — плазматична мембрана; ПП — периплазматичний npociip

фосфолшщи та гщрофобш кшщ лшополгсахарщив. Гщрофьтьш кшщ ЛПС opieHToeaHi назовнг

Лшополюахариди — складш молекули з молекулярного масою по- над 10 ООО. Вони складаються з трьох частин — лШду А, ядра (кор, серцевинна зона) та О-специфгчного боковоголанцюга. ЛПС Salmonella typhimurium та шших ентеробактерш дослщжеш достатньо повно.

Jlinid А складаеться з глюкозамшдисахариду, до гщроксильних груп якого еф1рними зв'язками приеднаш жирш кислоти (С₁₂, С₁₄, С_1б). Ця частина молекули мае гщрофобш власти воет i. Дал1 мютиться R-серцевинна зона — трисахарид, що складаеться з трьох залишюв 2-кето-3-дезоксиоктоново! кислоти (КДО) i який зв'язаний також з фосфоетаноламшом. Дал1 йдуть дв1 молекули гептози i зовшшня сер­цевинна зона. Остання складаеться з розгалуженого ланцюга, що Mic- тить глюкозу, галактозу i N-ацетилглюкозамш. Ця базова структура е однаковою у Bcix сальмонел. До серцевинно! зони прилягае О-специ- фЫний боковий ланцюг. Це довп ланцюги, що складаються з повторю- ваних ол!госахариД1В, яю можуть мгстити галактозу, манозу, рамнозу, абеквозу, фукозу та iHUii моносахариди у послщовносй, що Bapiioe вщ штаму до штаму.

ЛПС набули великого значения в бактерюлопчнш д1агностиш i розшзнаванш епщемш. Виявилось, що збудники р1зних захворювань вщр1зняються один вщ одного 0-специф1чними боковими ланцюга- ми. Незначш вщмшносп в i'x склад1 можуть бути виявлеш за допомо­гою 1мунолопчних метод1в. За серолопчними реакц1ями у род1 Salmonella вдалося видшити понад тисячу видш i штам1в. С так зваш Micueei раси сальмонел, яю можна щентиф1кувати за 1мунох1м1чними особливостями. Це часто дае можливють встановити, де вщбулося за­ражения хворого чи звщки почала попшрюватися епщем1я. Напри­клад, можна встановити, де хворий отримав шфекцно — у твденно- американському чи схщно-аз1атському perioHi.

Функщ! зовшшньоУ мембрани. Зовншшя мембрана грамнегатив­них бактерш виконуе не тшьки мехашчш, а й важлив1 ф1зюлопчш функцц. В ц подвшний лшщний шар, що складаеться з лшщу А, поль сахарид1в i фосфолшцш, вбудоваш бшки, яю пронизують цей шар на- скр1зь. Ц1 трансмембранш бшки називаються поринами. Порини пропускають через мембрану гщрофшьш низькомолекулярш речови- ни (до мол. маси близько 6 ООО).

Зовшшня мембрана прилягае до муре'шового шару i зв'язана з ним лшопротешами. Очевидно, мурешовий шар гтроникний для рпних сполук. Пром1жок м1ж мурешом i плазматичною мембраною нази- вають периплазматичним простором (див. рис. 3.9). У ньому мктяться ферменти, в тому числ1 i депо.'пмерази (протешази, нуклеази), перифершш битки i так зват зв'язувальш бшки. OcTaHHi беруть участь у перенесенш деяких субстрат in у цитоплазму i е рецеп­торами хемотаксичних сигнатв. Периплазматичний npocTip, очевид­но, вццграе цевну роль в осморегуляцй.

Д1я л1зоциму та пенщилшу. Структура клггинно!" стшки та муре'шу була встановлена у зв'язку з вивченням ди л1зоциму та пенщилшу на бактери. Вщкритий англшським мисробюлогом А. Флемшгом у 1922 р. л1зоцим е бактерицидним ферментом, що мютиться в яечному бшку, носовому слиз1, в сльозовш рщинь Лвоцим в ид Li ил и також з бактерш (E.coli, Streptomyces) i бактерюфапв. За ди л1зоциму на суспензйо грампозитивних бактерш спостериали швидке и просвиглення. Так, Micrococcus luteus л1зуеться (розчиняеться) вже у концентраци 1 мкг лвоциму на 1 мл. Для л1зису юптин Bacillus megaterium необхщною е концентращя 50 мкг/мл, а грамнегативш бактери розчиняються тшь- ки за наявносп в суспензп ЕДТА.

Шзоцим розривае в муре'йп глжозидний зв'язок упж першим вуг- лецевим атомом N-ацетил мурамово'1 кислоти i четвертим вуглецевим атомом N-ацетилглюкозамшу (див. рис. 3.8). При цьому полюахарид- Hi ланцюги розщеплюються до дисахаридних фрагменте. Отже, лво- цим е N-ацетилмурамщазою.

Слщ зазначити, що повному руйнуванню бактер1альних юйтин можна запобити, здшснюючи л вис в 1зотон1чному чи слабкогшер- тон1чному розчин1 (0,1—0,2 М) сахарози. У цих умовах пщ д1ею лво- циму з кл1тин утворюються надзвичайно чутлив1 до осмотичних умов OKpyi-ii протопласты. У гтертошчних та 1зотон1чних розчинах про- топласти стабшьш, у гтотошчних — лопаються. Протопластами слщ називати тиьки таи округл i кштини, в яких немае н1яких зал и шив юптинно! стшки, тобто не можна виявити Hi мурамово! кислоти, Hi специф1чно1' для юптинно! стшки д1амшотмелшово'( кислоти. Л вис клттно! стшки не супроводжуеться порушеннями метабол вму.

KpiM л1зоциму, е ряд шших ферменпв, що руйнують мурешовий каркас, наприклад муроендопептидази.

Антибютик иенщилш Д1е переважно на грамиозитивш бактери (пневмококи та стафшококи), а також на деяю грамнегативш (гоно- коки, меншгококи, ентеробактерц), вбиваючи 1х. Але бактерициднш дц пщдаються тшьки клггини, яю ростуть. Клггини, що перебувають у сташ спокою, залишаються живими. Найцжавшшй феномен, який спостерггаеться пщ Д1ею пенщилшу, — це поява так званих L-ф о р м, яю утворюються з нормальних бактер1альних клггин у результат! не- збалансованого росту в довжину та ширину. При цьому вихщш палич- ки збшьшуються в об'ем1 в багато раз1в. Якщо д1яти пенщилшом на ютини, що ростуть, у гшотон1чному розчиш вони лопаються. В i30- та ппертошчних розчинах палички перетворюються на шаропод1бж утворення, яю називаються L-ф ор мами або сферопластами. Bin протопласт вони вщр1зняються тим, що збер(гають залишки kjii- тинно! стшки. Пенщилш порушуе процес утворення клп инно! стшки.

Кл1тинш спнки архей. Характерною особливютю архей е вщсут- нють у склад1 клггинно! ст1нки типового пептидоглжану. Вщомо п'ять морфолог1чних TnniB клпинних стшок архей:

• тип 1: електронощшьний шар, що виявляеться на ультратонких зргзах, складаеться в основному з псевдомуре'шу — сульфатова- ного чи несульфатованого кислого гетерополкахариду. Кл ни- ни i3 стшкою типу 1 фарбуються за Грамом позитивно;

• тип 2: юптинна стшка ригщна, складаеться з псевдомуре'шу, вкритого поверхневим шаром бшка. Кл1тини 3i стшкою типу 2 фарбуються за Грамом позитивно;

• тип 3: клпинна стшка складаеться з поверхневого моношару винятково бшкових чи глжопротешових субодиниць. Псевдо- муреш у и склад1 вщсутнш. Тип 3 юптинно! стшки характерний для багатьох галофшв, метаноген1в i термоацидофЫв. Кл1тини 3i стшкою типу 3 фарбуються за Грамом негативно;

• тип 4: у архей 3i стшкою такого типу кшька клггин утримуються разом чохлом, що складаеться з бшкових ф1брил, при цьому кожна клиина оточена електронощшьним шаром, також, ймов1рно, бшково!'природа;

• тип 5: означае вщсутнють клйинно! стшки. Единим компонен­том кгптинно1 оболонки у цьому pa3i е плазматична мембрана.

3.3.1.2. Джгутики i рухлив1сть. За здатнютю перем1щу- ватися Bci бактери подшяються на рухлив1 та нерухливг У бшьшост1 бактерш здатнють рухатися зумовлена наявнютю джгутишв. Руха- тися без джгутик1в можуть ковзш бактери (до них належать мжсо- бактери, ц1анобактерн) та сп1рохети.

Рис. 3.11. Основш типи джгутикування та типи руху бактерш

Розмпцення джгутиюв у рухливих бактерш е ознакою, харак­терною для певних груп, тому вона мае таксоном1чне значения. У па- личкопод1бних бактерш джгутики можуть бути розмйцеш полярно або латерально (моно- i бшолярне розмйцення) (рис. 3.11). Серед бак­терш з монополярним джгутикуванням лише деяю мають один, але товстий джгутик (монотрихи) (Vibrio). Бшышсть бактерш е полггриха- ми. Монополярне-пол1трихальне розмйцення джгутшав називаеться також лофоргрихальним (Pseudomonas, Chromatium), а бшолярне-поль трихальне — амфтрихальним (Spirillum). За перитрихального роз­мйцення (ентеробактери, бацили) джгутики розмйцуються по боках клггини або по всш поверхн1.

Джгутики являють собою стрально закручен! нитки. У ргзних бактерш вони розр1зняються за товщиною (12—18 нм), довжиною (до 20 мкм), а також за довжиною та амплпудою витка. Нитки джгутиюв складаються 3i специф1чного быка флагелшу. Флагелш мае молеку- лярну масу до 40 ООО.

За функщями флагелш часто пор1внюють i3 мюзином м'язових тканин (скорочувальним битком), який забезпечуе рух. Але на вщмшу вщ бшьшост! скорочувальних бшюв, функщя яких пов'язана з гщроль зом АТФ (тобто для забезпечення руху використовуеться енерпя гщ- рол1зу АТФ), базальне тшо иовертаеться навколо cBoe'i oci за рахунок енергп, що генеруеться протонрушшною силою. Джгутик складаеться з трьох частин: стрально\' нитки, «крюка» поблизу поверхш клггини i базального тигьця. За доиомогою базального ттльця джгутик за- кршлюеться в плазматичнш мембран! та клииннш стшщ.

3.3.1.3. Ф i м б р i 1, п!л1 та адгезии и. Взаемод1я бактерш з зовнтшн!ми тшами (неспециф!чне чи специф!чне прикршлення до поверхонь та реакип розп1знавання) може вщбуватися за участю ф1м- брш, пшей та адгезин1в.

Так, поверхня деяких бактерш вкрита великою юльистю (вщ 10 до ылькох тисяч) довгих тонких прямих ниток завтовшки 3—25 нм i завдовжки до 12 мкм, яи називаються ф'илбр'шми. Ф1мбрй зустр1- чаються у бактерш, яю мають i не мають джгутиюв. Одна з перших po6iT i3 вивчення х1м1чного складу ф1мбрш (у бактерш Escherichia coli) була здшснена у 1960 р. А. Брштоном. Експерименти показали, що до складу фшбрш входять лектини — вуглеводзв'язувальт битки. Залежно вщ вуглеводно'т специфгчност1 лектин1в юнуе кшька тип1в ф1мбрш. Так, лектини ф!мбрш першого типу е манозоспециф1чними, 0-ф1мбрш — специф1чними до Ы-ацетилглюкозам1ну. В амшокис- лотному склад! ф1мбрш першого типу переважають дикарбонов1 та ал1фатичн1 амшокислоти, тимчасом як с1рковмюн1 амшокислоти при- cyrai у слщових кшькостях. У склад1 ф1мбр1альних лектин1в виявлено До 40—50 % гщрофобних амшокислот (пролш, аланш, валш, лейцин, тзолейцин, феншаланш). Незважаючи на те що ф!мбрц першого типу утворюються великою кшькютю ентеробактерш, амшокислотний склад цих бшк1в встановлений тшьки для деяких штам1в. Молеку- лярна маса лектин1в, з яких складаються ф1мбри, становить близько 16 000-25 000.

60 ■ РОЗД1ЛЗ

KpiM ф1мбрхй, клггини багатьох бактерш мютять статев1 лш (F-nirii). Ix не бшыпе як одна-дв1 на клгогну. Пш мають вигляд по- рожшх всередшп бшкових трубочок завдовжки вщ 0,5 до 10 мкм. За допомогою статевих пшей чолов1ча клтша прикршлюеться до жь ночох, утворюючи кон'югацшний тунель, по якому ДНК передаеться вщ донора до рецишента.

У клггин Enterococcus faecalis пюля шдукци статевими феромонами на певних ^шянках поверхш формуються волосинотдабш структу­ри — адгезини, що забезпечують високоспециф1чне ефективне po3ni- знавання клггии-партнер1в. За х1м1чною природою адгезини являють собою бшков1 молекули.

3.3.1.4. Т а к с и с и. Таксиси (вщ грец. taxis — розмхщення) бу- вають позитивними або негативними, залежно вщ руху бактери до фактора чи вщ нього. 6 кшька типхв таксиив.

Хемотаксис — рух, який зумовлюеться Х1м1чними речовинами. За здатшстю 1ндукувати (тобто викликати, зумовлювати, спричиняти) позитивний чи негативний хемотаксис po3pi3™ioTb дв1 групи речо- вин: атрактанти — речовини, що зумовлюють скупчення клгёин у дшянщ вищо'х концентраци сполуки; репеленти — речовини, що зумо­влюють скупчення клггин у дшянщ найнижчоТ концентраци. Слщ зазначити, що не eci сполуки, яю використовуються мжроорган1зма- ми як поживш речовини, е атрактантами.

Аеротаксис — рух бактерш до (чи вщ) молекулярного кисню. У рухливих бактерш тип мeтaбoлiзмy (аеробний чи анаеробний) мож­на визначити за аеротаксичним рухом i скупченням клгош на певних вщстанях вщ накривного скла. При цьому строго анаеробш бактери будуть розмхщуватися в центр1 скла, аероби — бшя його кра'хв чи бшя бульбашок повпря, факультативы! анаероби — мхж аеробами та анае- робами.

Фототаксис — рух бактерш, зумовлений с в пл о вою енерпею. Так, фототрофн1 бактери, яким для одержання енерги необхщне св1т- ло, в результат фототаксису скупчуються в освггленому мющ. Яюцо витримати в темнот! препарат, у якому суспенз1я кл1тин Chromatium piBHOMipHO розподшена пщ накривним склом, а пот1м спрямувати на нього промшь свила, то бактери накопичаться в дшянц1 свгоюво\' плями.

Магштотаксис — рух бактерш за силовими лЫями магнцного поля земл1 або магнпу, зумовлений наявшстю в спец1альних гранулах

магштосомах велико! юлькоеп зал1за (до 0,4 % сухо! речовини) у ви- глядо феромагнпного окису. Магштосоми розмдцеш бит я мгсць прикршлення джгутиюв.

Термотаксис — рух бактерш, зумовлений джерелом тепла.

Шскозитаксис — рух бактерш у напрямку збшыпення чи знижен- ня в'язкосп розчину. Наприклад, для cnipoxeT (паразита людини i тварин), якт перемицуються до поверхш слизових оболонок, ця влас- тивють мае пристосувальний характер. Мехашзм цього процесу поки що не встановлено.

3.3.1.5. Капсула та слизовий шар. Капсуларозмдцена поверх юптинно! стшки. П можна побачити у свшювому мжроскоп1, якщо обробити препарат такими барвинками, як шгрозин, конго чер- воний i китайська туш, яй в капсулу не проникають. При цьому мае­мо як би негативне контрастування: свшга капсула видшяеться на темному фон1.

Розр1зняють мЫрокапсули завтовшки 0,2 мкм. Мжрокапсули неви­дим! у свиловому MiKpocKoni, ix можна виявити тшьки !мунолопчно (за набуханиям у pa3i змйпування 3i специф1чними антитыами). Мак­рокапсула завтовшки бшьш як 0,2 мкм добре видима у свпловому MiKpocKoni. Слизовий шар за товщиною в багато раз1в перевищуе роз- Mipn клнини. Це гщратована в'язка маса, що накопичуеться на повер- XHi кл1тини.

Капсулу легко вщокремити вщ кл1тини механ1чно, наприклад цен- трифугуванням або вилученням у вигляд1 водних, буферних чи слаб- колужних розчишв.

За х1м1чним складом капсули подыяються на:

• капсули no/iicaxapudnoi природи, що складаються з гомопол1- сахарщцв (побудован1 з одного i того самого моносахариду, наприклад, у Leuconostoc mesenteroides — з глюкози, у бактерш роду Klebsiella — з галактози); гетерополюахарид!в (побудоваш з р1зних моносахаридних залишктв, наприклад, у Pseudomonas aeruginosa — з залишгав глюкози, галактози, манози, рамнози, глюкуроново! кислоти);

• капсули, що складаються з noiiinenmudie i полюахаридьв, напри­клад, у Bacillus megaterium.

Капсулу можна розглядати як пристосувальне утворення у сапро- флних i патогенних бактерш. Утворення капсули стимулюеться при- сутшстю живо! тканини для патогенних мжроб!в (паличка сиб1рки), наявнютю вуглевод1в i низькою температурою (тифозна паличка), на- явнютю сахарози (азотобактер). Полюахариди капсули деяких бак­терш е антигенами, вони здатж також сприяти в1рулентносп бактерш (так, капсул bHi штами пневмокоыв спричиняють пневмонио у бишх мишей, а декапсульоваш втрачають цю здатшсть).

Капсула утримуеться на noeepXHi юптинноТ стшки за рахунок як юнних, так i ковалентних зв'язмв.

Полюахариди, що утворюють капсулу, належать до екзополюаха- рид1В (ЕПС). У бютехнологп мжробних полюахарщив ix називають капсулъними, а полюахариди, що видшяються в культуральну рщи- ну, — екзоп ол icaxapudaMU.

Здатшсть до синтезу екзополюахаршпв притаманна багатьом мщга- оргашзмам — представникам р1зних ф1зюлопчних i TaKCOHOMi4HHX груп. Синтезуються ЕПС грибами (Aerobasidium pullulans — полюахарид пулулан, Sclerotium rolfsii — склероглюкан), др1жджами (Cryptococcus laurentii, Hansenula), бактер1ями. Серед бактер1альних продуцент1в ЕПС е фпчшатогенш бактери (Xanthomonas campestris, Pseudomonas, Erwinia), азотфпссувальш (Azotobacter beijerinckia), метилотрофш (Methylocystis parvus, Methylomonas mucosa). Серед ЕПС, як i серед кап- сульних полюахарщцв, е гомо- та гетерополюахариди. Розр1зняють також нейтрал bHi ЕПС (складаються титьки з залишюв моносаха- рщцв), кис;п ЕПС (мютять залишки уронових, п1ровиноградно1 та шших кислот), лужж ЕПС (мютять залишки амшоцукр1в).

3.3.1.6. S-шар. У деяких прокарют поверхня клнини вкрита впо- рядковано розм1щеними бшковими одиницями, що утворюють моно- шар, названий S-шаром. S-шари виявлен1 як у грампозитивних i фамнегативних бактерш, так i у архей. За структурою S-шар жщбний до двовим1рних кристал1в. У бактерш вюшлено S-шари у вигляд1 мо- ношарових реилток i3 гексагональною (рб), квадратною (р4) i похи- лою (р2) симетр1ею. У архей S-шари мають переважно гексагональну симетрйо. Структури! одиниц1 S-шару зазвичай утворен1 одним одно- рщним бшком чи глжопротешом.

Пор1вняльне вивчення розподщу та однорщност1 S-mapiB показуе, що pi3Hi штами одного й того самого виду можуть сутгево вщрвняти- ся за типом симетри S-шару i молекулярного масою йога субодиниць. У результат! багаторазових nepeciBiB бактери iHOfli можуть втрачати S-шар, проте це не впливае на !хню життездатн1сть.