3. Микроорганизмы и их положение в системе живого мира

Классификация микроорганизмов.

Представлены доклеточными (вирусы) и клеточными формами (бактерии, грибы, простейшие).

Среди клеточных форм жизни различают 3 домена:

• Bacteria – прокариоты, представленные настоящими бактериями;

• Домен Archaea – прокариоты, представленные архебактериями;

• Eukarya – эукариоты, клетки которых имеют ядро с ядерной оболочкой и др (царства Грибы, Животные, Растения).

Домены включают: царства, типы, классы, порядки, семейства, роды, виды.

Основной таксономической единицей является вид. Каждый вид имеет название, состоящее из 2-х латинских слов: первое слово определяет род и пишется с заглавной буквы, а второе - вид.

Например: Staphylococcus aureus – золотистый стафилококк.

Внутри вида могут существовать микроорганизмы с различными свойствами – они называются вариантами или сокращенно «варами».

Если отличия затрагивают антигенные свойства – это серовар, химические свойства – хемовар, морфологические – морфовар, биологические свойства – биовар.

Штамм – чистая культура полученная от определенного источника.

Клон – совокупность потомков выращенных из единственной микробной клетки.

Общепризнанная классификация бактерий опубликована в виде специального определителя бактерий Берджи, который выдержал 8 изданий, постоянно дополняется новыми данными.

5. Структура бактериальной клетки

Главными отличиями прокариотической (бактериальной) клетки от эукариотической является - отсутствие оформленного ядра (т.е. ядерной мембраны), отсутствие внутриклеточных мембран, ядрышек, комплекса Гольджи, лизосом, митохондрий.

Основными структурами бактериальной клетки являются:

Нуклеоид – представляет собой наследственный (генетический) материал бактериальной клетки, представлен 1 молекулой ДНК, замкнутой в кольцо и суперспирализованной (скручена в рыхлый клубок). Длина ДНК около 1мм. Объем информации около 1000 генов (признаков). Нуклеоид не отделен от цитоплазмы мембраной.

Цитоплазма – коллоид (водный раствор белков, углеводов, липидов, минеральных веществ, в котором находятся рибосомы, включения, плазмиды).

На рибосомах происходит биосинтез белка. Рибосомы прокариот отличаются от эукариотических более мелкими размерами (70 S).

Включения – запасные питательные вещества бактериальной клетки, а также скопления пигментов. К запасным питательным веществам относятся: гранулы волютина (неорганического полифосфата), гликоген, гранулеза, крахмал, капли жира, скопления пигмента, серы, кальция. Включения, как правило, образуется при выращивании бактерий на богатых питательных средах и исчезает при голодании.

Плазмиды – небольшие кольцевые молекулы ДНК, паразитирующие внутри бактриальной клетки. Кроме собственной генетической информации (F-плазмиды) плазмиды могут нести дополнительную генетическую информацию, полезную для бактериальной клетки. Например, плазмиды могут кодировать фермент, разрушающий пенициллин (пенициллиназа). В этом случае бактерия, зараженная такой плазмидой будет устойчива к пенициллину. Плазмиды, кодирующие гены устойчивости к лекарственным препаратам, называются R-плазмидами (от resistance). Плазмиды, несущие только свою собственную информацию, называют F- плазмидами.

Клеточная мембрана – ограничивает цитоплазму. Состоит из двойного слоя фосфолипидов и встроенных мембранных белков. Кроме барьерной и транспортной функций КМ выполняет роль центра метаболической активности (в отличие от эукариотической клетки). Белки мембраны, ответственные за перенос необходимых веществ в клетку, называют пермеазами. На внутренней поверхности КМ находятся ферментные ансамбли, т.е. упорядоченные скопления молекул ферментов, ответственных за синтез энергоносителей – молекул АТФ. КМ может образовывать впячивания в цитоплазму, которые называют мезосомами.

Существует два вида мезосом:

• Септальные – образуют поперечные перегородки в процессе деления клетки.

• Латеральные – служат для увеличения поверхности КМ и повышения скорости обменных процессов.

Нуклеоид, ЦП и КМ образуют протопласт.

Одним из отличительных свойств бактерий является очень высокое внутриклеточное осмотическое давление (от 5 до 20 атм), что является результатом интенсивного обмена веществ. Поэтому для защиты от осмотического шока бактериальная клетка окружена прочной клеточной стенкой.

По строению клеточной стенки все бактерии делятся на 2 группы:

• Имеющие однослойную клеточную стенку – Грам +.

• Имеющие двухслойную клеточную стенку – Грам -.

Названия Грам+ и Грам- имеют свою предисторию. В 1884 датский микробиолог Ганс Христиан Грам разработал оригинальный метод окраски микробов, в результате которого одни бактерии окрашивались в синий цвет (грам+), а другие в красный (грам-). Химическая основа различной окраски бактерий по методу Грама была выяснена сравнительно недавно – около 35 лет назад. Оказалось, что Г- и Г+ бактерии имеют разное строение клеточной стенки.

Строение клеточной стенки Г+ бактерий.

Основу клеточной стенки Г+ бактерий составляют 2 полимера: пептидогликан и тейхоевые кислоты.

Пептидогликан представляет собой линейный полимер, в котором чередуются остатки мурамовой кислоты и ацетилглюкозамина. С мурамовой кислотой ковалентно связан тетрапептид (белок). Нити пептидогликана связаны между собой через пептиды и образуют прочный каркас – основу клеточной стенки. Между нитями пептидогликана находится другой полимер – тейхоевые кислоты (глицерол ТК и рибитол ТК) - полимер полифосфатов. Тейхоевые кислоты выступают на поверхности клеточной стенки и являются главными АГ Г+ бактерий. Кроме этого, в состав клеточной стенки Г+ бактерий входит рибонуклеат Mg.

Стенка Г- бактерий состоит из 2-х слоев: внутренний слой представлен моно- или бислоем пептидогликана (тонкий слой). Наружный слой состоит из липополисахаридов, липопротеина, белков, фосфолипидов.

ЛПС всех Г- бактерий обладают токсическими и пирогенными свойствами и называются эндотоксинами.

При воздействии некоторых веществ, например пенициллина, нарушается синтез пептидогликанового слоя. При этом из Г+ бактерий образуется протопласт, а из Г- сферопласт (сохраняется наружный слой клеточной стенки).

При определенных условиях культивирования клетки, лишенные клеточной стенки, сохраняют способность к росту и делению, и такие формы называют L- формами (по назв. института Листера, где было открыто это явление). В некоторых случаях после устранения фактора, тормозящего синтез клеточной стенки L-формы могут превратиться в исходные формы.

Многие бактерии синтезируют слизистое вещество, состоящее из мукополисахаридов, которое откладывается с наружной стороны клеточной стенки, окружая бактериальную клетку слизистым чехлом. Это капсула.

Функция капсулы – защита бактерий от фазоцитоза.

Поверхностные структуры бактериальной клетки.

Органы прикрепления к субстрату (адгезии) – пили (фимбрии) или реснички. Начинаются от мембраны клетки. Сосотоят из белка пилина. Число пилей может достигать 400 на 1 клетку.

Органы передачи наследственной информации – F-пили. F-пили образуются только в том случае, если клетка несет плазмиду, т.к. белки F-пили кодирует ДНК плазмиды. Они представляют собой тонкую длинную трубочку, которая прикрепляется к другой бактериальной клетке. Через образовавшийся канал плазмида переходит в соседнюю бактериальную клетку.

Органы движения – жгутики – представляют собой спиральные нити. Их длина может превышать их диаметр в 10 и более раз. Жгутики состоят из белка флагеллина. Основание жгутика связано с клеточной мембраной посредством базального тельца. Базальное тельце состоит из системы колец, которые вращаясь передают вращательное движение жгутику. По расположению жгутиком бактерии делятся на моно-, лофо-, амфи-, перитрихи.