6. Структура бактериальной клетки. Постоянные и непостоянные структуры, их биологическая роль, способ выявления.

Постоянные структуры: Клеточная стенка, Цитоплазматическая мембрана, Цитоплазма, Рибосомы, Мезосомы, Нуклеоид

Непостоянные структуры – ЗАВИСЯТ ОТ УСЛОВИЙ СУЩЕСТВОВАНИЯ БАКТЕРИИ: Капсула, Жгутики, Споры, Включения, Пили, Плазмиды

КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА — прочная, упругая структура, придающая бактерии определенную форму и сдерживающая высо­кое осмотическое давление в клетке.

У грамположительных бактерий клеточная стенка толще, чем у грамотрицательных, достигая 50 нм -80 нм и более.

В клеточной стенке грамположительных бактерий содержится небольшое количество полисахаридов, липидов и белков. Большую часть массы (40—90 %) клеточной стенки этих бактерий составляет пептидогликан (синонимы: муреин, мукопептид), ковалентно связанный с тейхоевыми кислотами (от греч. teichos — стенка).

В клеточной стенке грамотрицательных бактерий пептидогликана содержится меньше (5—10 %).

В состав клеточной стенки грамотрицательных бактерий входит наружная мембрана, связанная посредством липопротеина с подлежащим слоем пептидогликана.

Наружная мембрана имеет вид волнообразной трехслойной структуры Основной компонент этих мембран — бимолекуляр­ный (двойной) слой липидов.

Наружная мембрана является асимметричной мозаичной структурой, представленной липополисахаридами, фосфолипидами и белками. С внешней стороны ее рас­положен липополисахарид (ЛПС), состоящий из трех компонентов: липида А, ядра и О-специфической цепи полисахарида.

Липополисахарид «заякорен» в наружной мембране липидом А придающим токсичность липополисахариду, отождествляемому поэтому с эндотоксином.

Роль: поддержание формы клетки; защита от действия механических и осмотических воздействий внешней среды; участие в регуляции роста и деления клетки; участие в транспорте метаболитов; связь с внешней средой через каналы и поры; определяет антигенную характеристику бактерий; содержит рецепторы для бактериофагов, бактериоцинов и различных веществ.

N. B.!!!!!!!!!!!!!!!!Грамположительные (поддающиеся окраске) бактерии – СИНИЙ ЦВЕТ (по Граму). Их оболочка состоит из одного слоя, внешняя мембрана отсутствует. Грамотрицательные – КРАСНЫЙ ЦВЕТ (по Граму)

Грамотрицательные бактерии имеют оболочку, не удерживающую краситель (после промывки стенка обесцвечивается). Их наружная оболочка намного тоньше, чем у грамположительных, при этом она имеет два слоя – наружную мембрану и располагающуюся под ней бактериальную стенку.

СПОСОБЫ ОБНАРУЖЕНИЯ: электронная микроскопия, плазмолиз, метод Грама; можно разрушить клеточную стенку при помощи лизоцима

ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА расположена непосредственно под клеточной стенкой. Состоит из двойного слоя фосфолипидов, пронизанных белковыми молекулами.

Внешняя мембрана грамотрицательных бактерий:

• В состав клеточной стенки грамотрицательных бактерий входит наружная мембрана, связанная посредством липопротеина с подлежащим слоем пептидогликана.

• Наружная мембрана представляет собой волнообразную трехслойную структуру, сходную с цитоплазматической. С внешней стороны наружной мембраны расположен липополисахарид (ЛПС), состоящий из трех компонентов: липида А, стержневой (базисной) части, или ядра, и О-специфической цепи полисахарида (детерминантная группа), образованной повторяющимися олигосахаридными последовательностями.

• ЛПС заякорен в наружной мембране липидом А, обусловливающим токсичность ЛПС, который отождествляется поэтому с эндотоксином. О-специфическая цепь, отходящая от стержневой части молекулы ЛПС, обусловливает серогруппу, серовар бактерий.Полисахаридная часть ЛПС обладает иммуногенными свойствами и называется О-антигеном.

• Между наружной и цитоплазматической мембранами находится периплазматическое пространство, или периплазма, содержащая гидролитические ферменты, рибонуклеазу 1, фосфатазу, бета-лактомазу и др. В периплазматическом пространстве происходит расщепление большинства питательных веществ, поступающих в бактериальную клетку. У грамположительных бактерий эти ферменты непосредственно выделяются в окружающую среду.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ:

• Восприятие всей химической информации из внешней среды;

• Осмотический барьер;

• Регуляция роста и клеточного деления;

• Участие в транспорте веществ;

• Связь со жгутиками;

• Участие в синтезе компонентов клеточной стенки, образование мезосом

Способы обнаружения: электронная микроскопия, плазмолиз

ЦИТОПЛАЗМА это внутреннее гелеобразное содержимое бактериальной клетки. Цитоплазма бактерий занимает основной объем клетки и в ней содержатся рибосомы, ферменты, аминокислоты, растворимые белки.

В цито­плазме имеются различные включения — полисахариды, поли-р-масляная кислота и полифосфаты (волютин).

Методы обнаружения: электронная микроскопия.

РИБОСОМЫ бактерий имеют ко­эффициент седиментации 70 S в отличие от рибосом, характер­ных для эукариотических клеток (80 S). Поэтому некоторые ан­тибиотики, действие которых основано на подавлении синтеза белка путем связывания их с рибосомами бактерий, не оказы­вают влияния на синтез белка эукариотических клеток.

МЕЗОСОМЫ – это складки цитоплазматической мембраны бактерий, образующиеся при использовании химических методов фиксации во время подготовки образцов к электронной микроскопии. Роль: Участие в деление клетки, обеспечивая энергией синтез КС; Принимает участие в секреции веществ; Спорообразовании т.е. в процессах с высокой затратой энергии.

МЕЗОСОМЫ - внутриклеточные структуры бактерий, образованные впячиванием цитоплазматической мембраны внутрь клетки. Роль: Участие в деление клетки, обеспечивая энергией синтез КС; Принимает участие в секреции веществ; Спорообразовании т.е. в процессах с высокой затратой энергии. Способ обнаружения: электронная микроскопия

Споры — своеобразная покоящаяся форма бактерий.

Споры образуются при неблагоприятных ус­ловиях существования бактерий, сопровождающихся высушива­нием, дефицитом питательных веществ и т. д. При этом внутри одной бактерии образуется одна спора. Поэтому образование спор способствует сохранению вида и не является способом размно­жения, как у грибов.

Процесс спорообразования:

• локализация ядерной нити и уплотнение цитоплазмы;

• впячивание цитоплазматической мембраны, образование перегородки (септы);

• образование двойной мембранной системы;

• образование кортекса между мембранами;

• образование оболочки поверх мембраны;

• лизис вегетативной клетки;

• выход зрелой споры.

Способность ряда патогенных бактерий образовывать длительно сохраняющиеся во внешней среде споры, обладающие высокой термоустойчивостью, обусловлена низким содержанием воды, повышенной концентрацией кальция, структурой и химическим составом ее оболочки.

В благоприятных условиях споры прорастают, проходя три последовательные стадии: активацию, инициацию, прорастание. При этом из одной споры образуется одна бактерия. Прорастание споры происходит в течение 4-5 ч, в то время как образование споры продолжается 18-20 ч.

Спорообразование, форма и расположение спор в клетке (вегетативной) является видовым свойством бактерии, что позволяет отличать их друг от друга. Форма спор может быть овальной, шаровидной, расположение в клетке – терминальное, т.е. на конце палочки (возбудитель столбняка), субтерминальное – ближе к концу палочки (возбудитель ботулизма) и центральное (сибиреязвенная бацилла).

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ: электронная микроскопия, окраска по Ожешко

Бактерии, образующие споры:

Bacillus anthracis	Сибирская язва
Clostridium perfringens	Газовая гангрена (газовая анаэробная инфекция)
Clostridium novyi	Газовая гангрена
Clostridium septicum	Газовая гангрена
Clostridium histolyticum	Газовая гангрена
Clostridium tetani	Столбняк
Clostridium botulinum	Ботулизм (острая пищевая токсикоинфекция)

Капсула — слизистое образование, прочно связанное с клеточной стенкой, имеющее четко очерченные внешние границы.

Основные функции капсулы и слизи: 1. предохранение бактерий от повреждения; 2. предохранение бактерий от высыхания. 1 и 2 – для свободноживущих; 3. препятствие действию защитных факторов макроорганизма (фагоцитоза)и бактериофагов.

Способ обнаружения: метод Бурри-Гинса, электронная микроскопия

Капсульные бактерии – образуют капсулу постоянно:

Klebsiella оzaenae	Озена («зловонный насморк»)
Klebsiella pneumoniae	Пневмония
Klebsiella rhinoscleromatis	Риносклерома

Капсулообразующие бактерии – образуют капсулу только в организме человека:

Bacillus anthracis	Сибирская язва
Clostridium perfringens	Газовая гангрена
Staphylococcus aureus	Гнойно-воспалительные заболевания
Streptococcus pyogenes	Стрептококковая инфекция
Streptococcus pneumoniae	Пневмония
Yersinia pestis	Чума
Francisella tularensis	Туляремия

ВКЛЮЧЕНИЯ. Они накапливаются при избытке питательных веществ в окружающей среде и выполняют роль запасных веществ для питания и энергетических потребностей. Зерна волютина выявляются у дифтерийной палочки в виде интенсивно прокрашивающихся полюсов клетки. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ: Имеют значение в идентификации. Способ обнаружения: электронная микроскопия, окраска по Нейссеру

ЖГУТИКИ бактерий определяют их подвижность. Жгутики представляют собой тонкие нити, берущие начало от цитоплазматической мембраны; длина их больше, чем длина клетки. Тол­щина жгутиков 12—20 нм, длина — 3—12 мкм

Жгутики прикреплены к цитоплазматической мембране и клеточной стенке специальными дисками.

По химическому составу жгутики состоят из белка — флагеллина (от англ. flagella — жгутик), обладающего антигенной специфичностью. Субъединицы флагеллина закручены в виде спирали.

• МОНОТРИХИ - бактерии, имеющие один жгутик называются. Как правило, такой жгутик расположен на полюсе клетки. Монотрихи – самые «быстроходные» среди бактерий.

• ПОЛИТРИХИ - бактерии, имеющие более одного жгутика

• ЛОФОТРИХИ - на одном из полюсов клетки пучок жгутиков

• АМФИТРИХИ - пучки жгутиков (или два жгутика) располагаются на противоположенных полюсах клетки, то такие бактерии называются амфитрихами.

• ПЕРИТРИХИ - жгутики располагаются по всему периметру клетки

• АТРИХИ - бактерии, лишённые жгутиков

Методы обнаружения:

• ПРЯМЫЕ

• метод Леффлера

• электронная микроскопия

• НЕПРЯМЫЕ (выявление подвижности у бактерий)

• приготовление препаратов «раздавленной» или «висячей» капли

• посев уколов в столбик полужидкого агара

ПИЛИ – тонкие полые нити белковой природы длиной 0,3-10 мкм, толщиной 10 нм, покрывающие поверхность бактериальной клетки. В отличие от жгутиков не выполняют локомоторную функцию.

1. Пили 1 общего типа обуславливают прикрепление или адгезию бактерий к определенным клеткам организма хозяина. Их количество велико – от нескольких сотен до нескольких тысяч на одну бактериальную клетку. Адгезия является первоначальной стадией любого инфекционного процесса

2. Пили 2 типа (синоним: конъюгативные, или половые, пили) участвуют в конъюгации бактерий, обеспечивающей перенос части генетического материала от донорской клетки к реципиентной. они имеются только у бактерий-доноров в ограниченном количестве (1-4 на клетку)

Способы обнаружения: электронная микроскопия.