2. Морфология вегетативных клеток

Виды метанотрофов морфологически разнообразны и представле­ны кокками, палочками, вибриоидными или грушевидными клетками. Размеры бактерий колеблются в пределах 0,4-1,5 мкм в диаметре и 0,6-4,0 мкм в длину в зависимости от видовой принад­лежности, фазы роста, условий культивирования. В конце экспонен­циальной и последующих фазах роста культур клетки метанотрофов часто претерпевают значительные изменения, связанные со старени­ем, лизисом и образованием покоящихся форм.

Очевидно, что для суждения о форме и размере клеток того или иного вида необходимо всестороннее исследование культур на раз­ных стадиях роста. У некоторых метанотрофов в световом и элек­тронном микроскопах зачастую выявляются различающиеся морфо­логические картины. Так, если при фазово-контрастной микроскопии иногда наблюдаются цепочки, состоящие из 3-6 клеток. Метанотрофы рода Methylosinus образуют скопления в виде розеток, а рода Methylocystis - розетки (редко) и конгломераты клеток. Чаще всего скопления наблюдаются в конце экспоненциальной и стационарной фазах роста. В ранней и средней экспоненциальных фазах преобла­дают короткие молодые клетки и диплоформы.

Некоторые метанотрофы подвижны благодаря наличию полярно­го жгутика или пучка жгутиков. Для одних, например Methylomonas methanica, характерно постоянное присутствие подвижных форм, для других (Methylosinus trichosporium) - только в экспоненци­альной фазе роста.

Перечисленные свойства метанотрофов (морфология вегета­тивных клеток, подвижность и агрегированность) являются стабильными и могут быть использованы в качестве таксоно­мических тестов родового и видового рангов. На основании этих признаков могут быть дифференцированы все пять родов облигатных метанотрофов. В совокупности с другими характе­ристиками они позволяют часто проводить диагностику и ви­дов метанотрофов. Однако эти признаки стабильны условно и варьируют в широких пределах среди штаммов.

3. Ультратонкое строение клеток

На ультратонких срезах клеточная стенка метанотрофов имеет типичное для грамотрицательных бактерий трехслойное строе­ние. У представителей групп I и X (Methylomonas, Methylobacter и Methylococcus) нередко наблюдаются стенки, состоящие из более, чем трех слоев, иногда до семи. Чаще всего это присуще бактериям в конце экспоненциальной и стационарной фазах роста.

В отношении тонкой структуры клеток метанотрофы весьма сходны с нитрифицирующими, пурпурными или цианобактериями. В первую очередь это относится к системам внутрицитоплазматических мембран (ВЦМ), которые представляют собой: (1) трубчатые выросты цитомембраны, сохраняющие связь с последней; (2) вези­кулы (изолированные пузырьки); (3) уплощенные непрерывные ламеллы, уложенные в виде «гармошки» и располагающиеся по пери­ферии клетки или разбросанные по цитоплазме.

Как уже отмечалось, ламеллы метанотрофов представлены в ос­новном везикулами из сдвоенных элементарных мембран, разобщен­ных между собой. Ламеллы заполнены субстан­цией (матриксом), более гомогенной по сравнению с цитоплазмой.

Формирование ВЦМ в клетках метанотрофов происходит как за счет инвагинации плазматической мембраны, так и за счет перерас­пределения ламелл между дочерними клетками при бинарном деле­нии.

Функции ВЦМ метанофоров до сих пор не ясны. Полагали, что непосредственное участие ВЦМ в окислении метана является основной причиной их обязательного присутствия в клетках метанофоров. Однако данные сведения не нашли должного подтверждения. Предполагают, что развитые мембранные структуры метанотрофов связаны с дыхательной цепочкой, и, возможно, с системой обратного переноса электронов.

Важнейшие компоненты дыхательной цепи метанофоров – цитохромы, ферменты транспортной системы – располагаются в плазматической мембране или ламеллярных мембранах.

Помимо мембранных структур и нуклеоида в клетках метанофоров обнаружены гранулы, состоящие из полисахаридов.

Для метанофоров характерны самые различные поверхностные структуры: макро- и микрокапсулы, пучки микрофибрилл, чашеобразные и трубчатые структуры (фимбрии), Т – слои; многие выделяют слизь.

Большинство метанотрофов в неблагоприятных условиях образуют покоящиеся формы: экзоспоры, липидные цисты, зрелые и незрелые цисты типа азотобактер. Процесс образование экзоспор начинается с того, что часть клеток теряет подвижность и удленняется. На утонченном конце клетки появляется почка - будущая экзоспора, которая затем отделяется от вегетативной клетки Экзоспоры отличаются от вегетативных клеток многослойной стенкой и отсутствием ВЦМ.

Липидные цисты образуются непосредственно из вегетативных клеток, которые к концу экспотенциальной фазы роста увеличиваются в размере и округляются. Циста характеризуется отсутствием ЦМ, устойчивостью к нагреванию и высушиванию. Цисты типа азотобактер отмечаются в старых культурах метанотрофов и характеризуются наличием плотного капсульного материала.

Стоит отметить, что для всех покоящихся форм метанотрофов характерно отсутствие развитых систем ВЦМ и наличие многослойной стенки и более мощной капсулы.