2. Морфология микробов

Все известные одноклеточные и многоклеточные организмы по морфологическому признаку делятся на две большие группы - прокариоты и эукариоты. К прокариотам относятся бактерии и цианобактерии, к эукариотам - грибы, водоросли, простейшие, зеленые растения и животные. Клетки прокариот не имеют оформленного ядра. Иными словами, генетический материал (ДНК) прокариот находится прямо в цитоплазме и не окружен ядерной мембраной. У эукариот имеется настоящее ядро, то есть у них генетический материал окружен двойной мембраной (ядерной оболочкой) и образует вполне определенную клеточную структуру, которую очень легко узнать.

Методы изучения морфологии микроорганизмов

Исследованиями микробной клетки занимаются цитология, цитохимия, биохимия, биофизика, молекулярная биология, генетика, микроскопия и другие научные дисциплины. Они изыскивают различные методы, стараясь «заглянуть» внутрь клетки, изучить ее строение и связанные с ним жизненные процессы.

Основным методом изучения морфологии микробной клетки является микроскопия, то есть наблюдение за живыми или мертвыми клетками с помощью микроскопа. Вначале это был световой микроскоп, позднее появились фазово-контрастный, стереоскопический, ультрафиолетовый, люминесцентный, поляризационный и, наконец, электронный микроскопы.

Световые микроскопы подразделяются на студенческие, рабочие, лабораторные и исследовательские, различающиеся по конструкции и комплектации.

Микробиологическое исследование начинается обычно с микроскопии нативного материала (биологический материал, продукты питания и др.). Результаты микроскопии в подавляющем большинстве случаев недостаточны для идентификации микроорганизма, но дают возможность получить ориентировочное представление о количестве содержащихся в материале микроорганизмов и их принадлежности к палочковидной или кокковой микрофлоре. Для определения формы микроорганизмов с помощью светового микроскопа чаще всего используют препараты фиксированных (убитых) клеток, которые окрашивают различными красителями, подразделяемые по их способности выявлять определенные структурные образования микробных клеток. Обычно различают 4 большие группы красителей:

- основные (или ядерные) красители, избирательно окрашивающие ядро и базофильные (от лат. basis - основной) структуры бактериальных клеток;

- кислые (или цитоплазматические) красители, которые окрашивают преимущественно цитоплазму, реже клеточные стенки;

- нейтральные красители, избирательно окрашивающие отдельные компоненты цитоплазмы, например, Судан III или нильский синий окрашивают капельки жира;

- флюорохромы - группа красителей, способных флюоресцировать при той или иной длине возбуждающего света.

Существуют методы окраски у микробов ядерного вещества (по Романовскому-Гимзе) спор (методы Ожешко, Пешкова), капсул (метод Бурри), клеточной стенки (метод Гутштейна, Циля-Нильсена), жгутиков (метод Морозова), зерен волютина (полифосфата, метод Раскиной).

Уже в XIX веке ученые установили, что разрешающая способность оптических микроскопов ограничена длиной световой волны. Самые мелкие бактерии находятся около предела видимости наиболее совершенного оптического микроскопа. Фазово-контрастный микроскоп не преодолел нижней границы наблюдаемых размеров, но с его помощью можно наблюдать живые клетки микроорганизмов. В фазово-контрастном микроскопе благодаря изменению длины пути световых волн возникает «фазовый сдвиг на одну четвертую длины волны». В результате усиливается рельеф, что позволяет увидеть некоторые малые элементы структуры клеток.

Наибольшие возможности для морфологических исследований дает электронный микроскоп. Роль световых лучей, благодаря которым в других микроскопах получается увеличенное изображение наблюдаемых объектов, в электронном микроскопе играют пучки электронов. Их движением управляют электромагниты, выполняющие функцию оптических линз. Современный электронный микроскоп дает возможность получать увеличение объекта в несколько сот тысяч раз. Для исследования внутреннего строения клеток используется особый микрохирургический аппарат - ультрамикротом. Он позволяет получать сверхтонкие срезы клеток (0,02 мкм) для просмотра в электронном микроскопе. Однако у электронного микроскопа есть один недостаток - в нем можно наблюдать лишь мертвые клетки. Это связано с тем, что молекулы воздуха представляют для электронов непреодолимое препятствие, поэтому все наблюдения должны проводиться в вакууме, а это приводит к немедленному обезвоживанию и гибели всех живых клеток.