Добавил:
Billar
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Зарипова Фалия Фуатовна. / ПР1_Систематика и номенклатура бактерий. Морфология бактерий и методы ее изучения (1).pdf
Строение жгутика
Жгутик состоит из трех компонентов – спиральной жгутиковой нити
(филамента) постоянной толщины, крюка (колена) и базального
тельца.
Крюк, к которому присоединена жгутиковая нить, имеет длину 30-45
нм и состоит из отличающегося от флагеллина белка. Он соединен с
базальным тельцем, которое располагается в оболочке (в клеточной
стенке и ЦПМ). Мембранный шарнироподобный базальный крюк
приводит в движение нити жгутиков.
Базальное тельце состоит из центрального стержня, заключенного в
систему особых колец. Кольца выполняют роль «приводного диска» и
«подшипника» на внутренней поверхности пептидогликанового слоя.
Вся конструкция выполняет функцию хемомеханического
преобразователя (флагеллиновый мотор).
Вращение жгутика в клеточной стенке происходит из-за
вращательного движения колец S и М относительно друг друга и
обеспечивается за счет энергии трансмембранного градиента ионов
водорода или натрия.
Благодаря такому вращению происходит движение бактерий в
наиболее благоприятном для них направлении.
Жгутиковый аппарат обладает особым бинарным переключателем,
который позволяет менять направление вращения жгутиков против
часовой стрелки на противоположное. Таким образом, бактерии,
получив химический сигнал из окружающей среды, изменяют
направление движения и выбирают оптимальные условия обитания.
Различия строения жгутика грамположительных
и грамотрицательных бактериальных клеток
У грамотрицательных бактерий две пары колец: внешняя (кольца L
и Р) и внутренняя (кольца S и М). Кольца L и Р расположены внутри
клеточной стенки (кольцо L — в ЛПС, а кольцо Р — в слое
пептидогликана). Внутренняя пара (кольца S и М) фиксирована на
ЦМ, причем кольцо S располагается в периплазматическом
пространстве, а кольцо М — на ЦМ.
Жгутики у грамположительных бактерий содержат только
одну пару колец — S и М. Вращение жгутиков в клеточной
стенке происходит из-за вращательного движения колец S и
М относительно друг друга. Благодаря такому вращению
происходит направленное движение бактерий.
Таксисы бактерий
Целенаправленные перемещения бактерий
Хемотаксис — движение в определенном направлении относительно источника химического вещества. Химические вещества делят на две группы:
инертные и вызывающие таксисы — хемоэффекторы. Среди хемоэффекторов есть вещества, привлекающие бактерий, — аттрактанты (сахара,
аминокислоты, витамины, нуклеотиды), и вещества, их отпугивающие, — репелленты (некоторые аминокислоты, спирты, фенолы, неорганические
ионы). Аттрактантом для аэробных и репеллентом для анаэробных прокариот является молекулярный кислород.
В поверхностных структурах бактериальной клетки есть специальные белковые молекулы — рецепторы, специфически соединяющиеся с
определенным хемоэффектором, при этом молекула хемоэффектора не изменяется, а в молекуле рецептора происходят конформационные
изменения. Рецепторы расположены не равномерно по всей поверхности клетки, а сконцентрированы на одном из полюсов. Состояние рецептора
отражает внеклеточную концентрацию соответствующего эффектора.
Различают:
●
Аэротаксис — нуждающиеся в молекулярном кислороде бактерии скапливаются вокруг пузырьков воздуха, попавших под покровное стекло.
●
Фототаксис — движение к свету или от него, свойствен фототрофным бактериям, использующим свет в качестве источника энергии.
●
Магнитотаксис — способность водных бактерий, содержащих кристаллики железосодержащих минералов, плыть вдоль линий магнитного поля
Земли.
●
Термотаксис — движение в сторону изменения температуры, что имеет большое значение для некоторых патогенных бактерий.
●
Вискозитаксис — способность реагировать на изменение вязкости раствора. Обычно бактерии стремятся в среду с большей вязкостью, что имеет
большое значение для патогенных видов.
Скольжение бактерий — это способ передвижения отдельных клеток или их колоний по твёрдой или вязкой поверхности без участия жгутиков и пилей
со скоростью 2–11 мкм/с): микоплазмы. Существуют несколько гипотез, объясняющих скользящее движение.
1) Гипотеза реактивного движения - обусловлено выделением слизи через многочисленные слизевые поры в КС, в результате чего клетка
отталкивается от субстрата в направлении, противоположном направлению выделения слизи.
2) Гипотеза «бегущей волны» - в клеточной стенке некоторых бактерий могут находиться фибриллы. Их сокращение и удлинение создаёт «бегущую
волну» по поверхности клетки, которая и обеспечивает движение.
3) Адгезивные мембранные белки. У микоплазм предполагается, что адгезивные белки на поверхности клетки прикрепляются к субстрату и движутся
вдоль неё за счёт сокращений элементов цитоскелета.
Пили
Функции:
1) участвуют в передаче генетического материала между
бактериальными клетками (конъюгация)
2) прикреплении бактерий к субстрату и другим клеткам
3) отвечают за адаптацию организмов
4) служат местами прикрепления многих бактериофагов.
Схематическое изображение различных пилей, обнаруженных на
поверхности грамотрицательных бактерий
●
Пили (фимбрии, ворсинки) — нитевидные белковые структуры, расположенные на поверхности клеток многих бактерий. Размер
пилей варьирует от долей мкм до более чем 20 мкм в длину и 2—11 нм в диаметре.
●
Пили встречаются как у подвижных, так и неподвижных бактерий. Они обладают антигенностью.
●
Пили располагаются либо перитрихиально, либо локализуются на одном из концов клетки.
●
Пили берут начало от цитоплазматической мембраны и состоят из белка пилина.
●
Белковые субъединицы закручены вокруг полой сердцевины.
Споры
У бактерий существует два типа спор: эндоспора и экзоспора
Эндоспора
Под эндоспорой понимают покоящуюся форму бактериальной клетки, позволяющую ей сохранить свою наследственную
информацию в неблагоприятных условиях внешней среды. Эндоспору чаще называют просто спорой.
1. Функция споры состоит в защите бактерий от неблагоприятных физико-химических факторов внешней среды (неблагоприятная
температура, рН и т.п.). Активно спорулировать бактериальная культура начинает также при истощении питательной среды.
2. Характеризуя принцип строения споры, можно сказать, что она представляет собой ДНК, окруженную многослойной оболочкой,
в том числе содержащей пептидогликановый слой (кортекс).
3. Спора образуется бактериями при нахождении вне человеческого организма, в том числе при росте на искусственных
питательных средах.
4. Высокая устойчивость спор (у некоторых видов они могут сохраняться столетиями) обусловлена прежде всего их
высокой термоустойчивостью. Это свойство обеспечивается особым химическим строением споры.
•
Спора практически лишена свободной воды. Все молекулы воды в её составе находятся в химически связанном состоянии.
•
Химический состав споры, в отличие от вегетативной бактериальной клетки, отличается высоким содержанием кальция.
•
В состав споры входит дипиколиновая кислота. Этого соединения нет в вегетативной бактеральной клетке. Кальциевые соли дипиколиновой
кислоты, входящие в состав оболочек споры, придают им высокую термостойкость.
•
Белок, входящий в состав споры, отличается по своему строению от белка вегетативной бактериальной клетки. Особый аминокислотный
состав белков споры также обуславливает его устойчивость к высокой температуре.
•
Петидогликан, входящий в состав кортекса споры, также отличается по своему химическому составу от пептидогликана клеточной стенки
вегетативной бактериальной клетки, что, в свою очередь, обуславливает его устойчивость к высокой температуре.
Экзоспоры
В отличие от эндоспоры экзоспора служит не для сохранения генетического материала бактериальной клетки при
неблагоприятных условиях внешней среды, а для размножения. С помощью экзоспор размножаются, например, почвенные
актиномицеты – стрептомицеты. Вследствие этого экзоспоры отличаются по своим свойствам от просто спор (т.е. эндоспор).
1. По сравнению с эндоспорой экзоспора менее устойчива во внешней среде.
2. Экзоспора, как явствует из её названия, образуется не внутри, а вне бактериальной клетки.
3. Одна бактериальная клетка образует не одну, а много экзоспор.
Строение споры
✔
Структурно спора представляет ДНК, окруженную многослойной оболочкой.
✔
Объем споры в 10 раз меньше, чем вегетативной клетки.
✔
Строение сердцевины спор сходно у разных видов. Объем оболочки споры достигает 50% от всего объема споры.
✔
Строение оболочек спор у разных видов сильно различается.
✔
Оболочка определяет форму споры, защищает ее от действия литических ферментов и от преждевременного
прорастания.
✔
Синтез новых белковых веществ, споровых оболочек, кортекса и экзоспориума осуществляется при активном контроле
генома материнской клетки.
Расположение эндоспор
При простом способе окраски спора не прокрашивается – в этом случае видны
только эндоспоры как бесцветные образования в клетке
Эндоспоры в теле клетки может располагаться:
1. центрально — возбудитель сибирской язвы Вacillus anthracis
2. терминально — на конце палочки (возбудитель столбняка Clostridium tetani)
3. субтерминально — ближе к концу (возбудитель ботулизма, Clostridium botulinum).
Способность бактерий образовывать споры, различающиеся по форме размерам и
локализации в клетке, является таксономическим признаком, который используется для
их дифференцировки
2. Clostridium tetani
3. Clostridium botulinum
1. Вacillus anthracis
Примеры роста колоний на плотных питательных средах
Совокупность сахаролитических, протеолитических свойств бактерий называется биохимическими свойствами.
Сахаролитические свойства клетки – способность ферментировать (разлагать) углеводы с выделением химической
энергии.
Протеолитические свойства микроорганизмов – ферментация белков и пептона (крупные белковые фрагменты,
образующиеся на начальной стадии переваривания молока и мяса под действием ферментов).
Свойства бактерий
Свойства микроорганизмов выделять определенные ферменты используют для идентификации вида одноклеточных,
так как это постоянный и неизменный признак, присущий только данной разновидности клеток.
В бактериологии для дифференциации микроорганизмов по биохимическим свойствам значение часто имеют конечные
продукты и результаты действия ферментов. В соответствии с этим существует микробиологическая (рабочая)
классификация ферментов:
1. сахаролитические;
2. протеолитические;
3. аутолитические;
4. окислительно-восстановительные;
5. ферменты патогенности (вирулентности).
Биохимическая идентификация дает возможность различать практически идентичные виды бактерий, строение и внешний
вид которых неотличимы друг от друга. Например, патогенные энтеробактерии насчитывают сотни видов, определить
конкретного возбудителя заболевания можно только с помощью изучения биохимических свойств.
Биохимические свойства
Определение сахаролитических свойств
Среды Эндо, Левина, Плоскирева содержат лактозу и определенный индикатор. Эти среды позволяют отличить патогенные бактерии от кишечной палочки – E. coli.
E.coli способна расщеплять лактозу, т.к. имеет фермент галактозидазу (лактозопозитивная). При расщеплении лактозы образуются кислые продукты, которые изменяют цвет
индикатора. Поэтому E. coli образует на средах окрашенные колонии: на среде Эндо – красные колонии с металлическим блеском; на среде Левина – темно-синие колонии; на
среде Плоскирева – красные колонии.
Среды Гисса содержат лактозу, глюкозу, мальтозу, сахарозу и маннит и различные индикаторы. Если бактерии расщепляют углевод до образования кислых продуктов,
наблюдается изменение цвета среды, а если до кислоты и газа – наблюдают появление газообразных продуктов.
Жидкие среды Гисса состоят из пептонной воды, 1 % углевода и индикатора Андреде (кислый фуксин, обесцвеченный щелочью). В среду опускается поплавок, который при
стерилизации заполняется средой. Исходный цвет среды – соломенно-желтый. При расщеплении углевода цвет среды становится красным. Если образуется газ, он
накапливается в поплавке. Если углевод не расщепляется, цвет среды не изменяется.
Полужидкие среды Гисса состоят из МПА, углевода и индикатора. Исходный цвет среды – розовато-серый. При расщеплении углевода цвет среды становится голубым, а если
образуется газ, наблюдаются разрывы в среде.
Для определения протеолитических ферментов производят посев уколом исследуемой культуры в столбик мясо-пептонной желатины. При положительном результате
наблюдается разжижение желатины.
В процессе ферментации пептонов микроорганизмы образуют индол, сероводород, аммиак. Для этого исследуемую культуру засевают на мясо-пептонный бульон, между пробкой
и горлышком укрепляют индикаторные бумажки.
•
На сероводород – индикаторная бумажка пропитана уксуснокислым свинцом (при выделении сероводорода она чернеет),
•
индол – индикаторная бумага пропитана раствором щавелевой кислоты (при выделении индола она краснеет),
•
аммиак – лакмусовая бумажка.
Утилизация
цитрата
Ферментация глюкозы
Утилизация мочевины