Тема 3. Морфологические особенности некоторых представителей прокариот (хламидии, микоплазмы, риккетсии, актиномицеты, спирохеты )

Существуют представители прокариот, занимающие промежуточное морфо-физиологическое положение как между бактериями и вирусами (хламидии, микоплазмы, риккетсии), так между бактериями и простейшими (спирохеты) или бактериями и грибами (актиномицеты). Изучение их морфологических особенностей представляет особый интерес для современной медицинской микробиологии, так как они являются возбудителями заболеваний, требующих особых метов диагностики и лечения

Хламидии по своим свойствам занимают промежуточное положение между истинными бактериями и вирусами.

Общие признаки хламидий с бактериями:

1. структурная организация – клеточная

2. содержание ДНК и РНК в характерном для бактерий сочетании: доля Г-Ц у С. trachomatis – 45%, C. psittaci – 40%.

3. имеют рибосомы прокариотического типа - 70S, подразделенного на 30 S и 50 S.

4. имеют клеточную оболочку, сходного с Гр «-» м/о.

5. размножаются путем бинарного деления.

6. чувствительны к антибактериальным препаратам тетрациклинового ряда, макролидам и др..

Общие признаки хламидий с вирусами:

1. абсолютные внутриклеточные паразиты, размножаются в цитоплазме клеток хозяина.

2. имеют ограниченные метаболические возможности – «энергетические паразиты» - не способны к синтезу АТФ и НАДФ. Хламидии получают АТФ из клеток хозяина. Макромолекулярный синтез клеток хозяина тормозится и высокоэнергетические субстанции переходят на синтез протеинов и липидов хламидий.

3. оказывают цитопатическое действие на клетки хозяина.

4. культивировируются в желточном мешке куриных эмбрионов и тканевых культур.

Морфологические и тинкториальные свойс­тва. Хламидии — это мелкие грамотрицательные бактерии шаровидной (кокковидной) или овоидной формы. Не образуют спор, не имеют жгутиков и капсулы.

Строение клеточной стенки хламидий от­личается от других бактерий: она представ­ляет собой двухслойную мембрану, ограни­чивающую периплазматическое пространс­тво. У хламидии отсутствует «классический» пептидогликан (не содержит или содержит в небольшом количестве N-ацетил-мурамовую кисло­ту — основной компонент пептидогликана), но при этом в геноме содержатся гены, кодирующие белки, которые необходимы для его полного синтеза. Предполагается, что синтезируемые пептидогликан или пептидогликановый компонент имеют иные функции, отличные от других бактерий.Ригидность клеточной стенке придают пептиды, перекрестно сшитые пептидными мостиками. В остальном хламидии сходны с другими грамотрицательными бактериями. Они имеют гликолипиды, аналогичные ЛПС наружной мембраны клеточной стенки грамотрицательных бактерий, и при окраске по Граму приобретают красный цвет. Основным методом выявления хламидий является метод окраски по Рамановскому – Гимзе.

В 1998 году R.S. Stephens с командой ученых сообщили о секвенировании генома Chlamydia trachomatis. Геном хламидий имеет небольшой размер и составляет не более 15% генома кишечной палочки. Он состоит из хромосомы, содержащей 1042519 пар оснований (58,7%) и плазмиды, имеющей в своем составе 7493 пар оснований.

Длительное время считалось, что хламидии имеют характерный дефект ряда ферментных систем и не способны самостоятельно окислять глутамин и пируват, а также осуществлять фосфорилирование и эффективное окисление глюкозы. Хламидии являясь облигатными внутриклеточными энергетическими паразитами, используют метаболическую энергию эукариотической клетки в виде АТФ и других макроэргических соединений, но в настоящее время анализ генома показал, что хламидии способны синтезировать АТФ, хотя и в незначительных количествах, путем гликолиза и расщепления гликогена. Гликолитический цикл редуцирован, поскольку не обнаружены некоторые ферменты, что компенсируется через пентозофосфатный и гексозофосфатные шунты. Хламидии в процессе приспособления к внутриклеточному паразитизму выработали уникальные структуры и биосинтетические механизмы, не имеющие аналогов у других бактерий. Не объяснен тот факт, что у хламидии не обнаружен высококонсервативный ген Ftsz, абсолютно необходимый для клеточного деления всех прокариот, поскольку он ответственен за образование клеточной перегородки во время деления клетки.

Хламидии полиморфны что связанно с особенностями репродукции. Жизненный цикл хламидий существенно отличается от бактерий. Хламидии существуют в двух формах, различающихся по морфологическим и биологическим свойствам. Высокоинфекционной, внеклеточной формой является элементарное тельце (ЭТ), и вегетативной, репродуцирующейся, внутриклеточной - ретикулярное тельце (РТ).

Элементарные тельца представляют собой мелкие (размер 0,2-0,3 мкм) метаболически неактивные инфекционные частицы, кото­рые располагаются вне клетки. Они имеют толстую оболочку, состоящую из внутрен­ней и наружной мембран, что определяет их относительно высокую устойчивость к не­благоприятным условиям окружающей сре­ды. В ЭТ содержится больше дисульфидных связей, что позволяет им противостоять осмотическому давлению. Элементарные тельца окрашиваются по Романовскому – Гимзе в красный цвет. Внутри клеток элементарные трансформируются в ретикулярные тельца.

Ретикулярные тельца являются вегетативной формой хламидий, обычно имеют овоидную форму и крупнее элементарных телец в не­сколько раз (их размер 0,4+0,6x0,8-5-1,2 мкм). РТ имеет структуру типичных грамотрицательных бактерий размером около 1 мкм. Они располагаются внутриклеточно около ядра и окрашиваются по Романовскому – Гимзе в голубой или фиолетовый цвет. Инфекционность ретикулярных телец по сравнению с элементарными крайне мала.

Жизненный цикл. Первый этап инфекционного процесса - адсорбция ЭТ на плазмалемме чувствительной клетки хозяина. Важную роль на этом этапе играют электростатические силы. Внедрение хламидий происходит путем эндоцитоза. Инвагинация участка плазмалеммы с адсорбированным ЭТ происходит в цитоплазму с образованием фагоцитарной вакуоли. Эта фаза занимает 7-10 часов. После этого уже в клетке в течение 6-8 часов происходит реорганизация ЭТ в вегетативную форму-ретикулярное тельце, способное к росту и делению Именно на этой фазе эффективно курсовое применение антибактериальных препаратов, поскольку ЭТ к ним не чувствительно.

Размножение хламидий ведет к формированию включений, известных под названием телец Гальберштедтера–Провачека. В течение 18-24 часов развития они локализованы в цитоплазматическом пузырьке, образованном из мембраны клетки хозяина. Во включении может содержаться от 100 до 500 хламидий. Остановка процесса на этой стадии ведет к персистенции хламидийной инфекции. Далее начинается процесс созревания ретикулярных телец через переходные (промежуточные) тельца в течение 36-42 часа развития в ЭТ следующего поколения. Полный цикл репродукции хламидий равен 48-72 часам и завершается разрушением пораженной клетки, в случае возникновения для хламидий неблагоприятных метаболических условий этот процесс может затягиваться на более длительный период.

Рис. Жизненный цикл хламидий (рис. О.И. Немченко)

Хламидии могут высвобождаться из инфицированной клетки через узкий ободок цитоплазмы. При этом клетка может сохранять жизнеспособность, что объясняет бессимптомность течения хламидийной инфекции.

Микоплазмы – особая группа мелких, простоорганизованных, полиморфных, грамотрицательных микроорганизмов, отличающихся полным отсутствием клеточной стенки и минимальным набором генов, а их плазматическая мембрана содержит антигены, сходные с человеческими..

Можно полагать, что микоплазмы являются наиболее близкими потомками исходных прокариотных клеток.

Впервые с этой группой микроорганизмов встретился Пастер, изучая плевропневмонию крупнорогатого скота. Позднее эти микроорганизмы были выделены из других объектов внешней среды, из организма животных и человека. Их стали называть PPLO (pleuropneumoniae – lake organs)

Морфология.

Отличительной особенностью является:

1. отсутствие ригидной клеточной стен­ки и ее предшественников, что обуславливает ряд биологических свойств:

   1. полиморфизм клеток, выделяют шаровидные, вакуолизированные, нитевидные, гранулярные (элементарные тельца) формы микоплазм. Минимальной репродуцирующей формой является элементарное тельце – в ранней стадии размножения образуются клетки сферической или овальной формы – затем нитевидные – а потом снова элементарное тельце.

   2. пластичность,

   3. осмотическую чувс­твительность,

   4. способность проходить через поры с диаметром 0,22 мкм.

   5. нечувствительность к бета-лактамным антибиотикам и другим агентам, угнетающим синтез клеточ­ной стенки (из-за ее отсутствия);

Они не способны синтезировать предшественников пептидогликана (мураминовую и диаминопимелиновую кислоты) и окружены лишь тонкой трехслойной мембраной толщиной 7,5-10,0 нм. Поэтому их выделили в особый отдел Tenericutes, класс Mollicutes («нежная кожа»), порядок Mycoplasmatales. Последний включает ряд семейств, в том числе Mycoplasmataceae. Отсутствие клеточной стенки и ее предшественников сближает молликуты с L–формами бактерий

Хотя по размеру микоплазмы очень близки к вирусам, они, как и бактерии, содержат обе нуклеиновые кислоты – РНК и ДНКРазмер генома – самый маленький для прокариот. В связи с этим микоплазмы и имеют целый ряд особенностей: чень малые размеры (100-450 нм), благодаря чему могут проходить (фильтроваться) через бактериальные фильтры;

2. наличие минимальных количеств органелл (цитоплазматическая мембрана, нуклеоид, рибосомы);

3. сравнительно низкое суммарное содержание Г+Ц в ДНК (от 23-35 мол% – у некоторых видов до 39-46 мол% – у других).

4. Обычно неподвижные, но некоторые виды обладают скользящей подвижностью.

5. Размножаются путем

а) бинарного поперечного деления шаровидных и нитевидных (фрагментация) клеток,

б)почкования и высвобождения множества элементарных телец, образующихся в нитях.

в) фрагментации нитевидных форм – элементарные тельца.

2. Большинство видов микоплазм для роста нуждаются в стеролах и включают их непосредственно в свою трехслойную мембрану, которая состоит главным образом из липидов и белков. Поэтому микоплазмы являются паразитами мембран эукариотических клеток и способны длительное время персистировать на мембранах различных клеток человека, млекопитающих, птиц, рыб, моллюсков, насекомых и растений.

Микоплазмы способны размножаться в условиях искусственных питательных сред.