VMB

стінки, як грампозитивних, так і грамнегативних прокаріот є біополімер мукопептид (пептидоглікан, муреїн). Молекула пептидогікану має скелет, який утворюється залишками N-ацетилглюкозаміну і N-ацетилмурамової кислоти, з’єднаних між собою β-1,4-глюкозидними зв’язками. N-ацетилглюкозамін – це похідне глюкози, в якому гідроксильна група при другому атомі вуглецю заміщена аміногрупою. Молекула N- ацетилмурамової кислоти – це ефір N-ацетилглюкозаміну і молочної кислоти. Ця сполука є унікальною, зустрічається лише у прокаріот. До карбоксильної групи молочної кислоти в молекулі N-ацетилмурамової кислоти приєднується пептидний залишок (у більшості випадків тетрапептид), який включає L- та D-форми амінокислот (L-аланін, D- глутамін, m-діамінопімелінова кислота, D-аланін), що чергуються між собою.

Таблиця 2.1.

Хімічний склад клітинних стінок грампозитивних і грамнегативних прокаріот

41

У грампозитивних прокаріот клітинна стінка щільно прилягає до ЦПМі під електронним мікроскопоммаєвигляд гомогенної електроннощільної структури товщиною 20-80 нм. На долю пептидоглікану (основної складової клітинної стінки прокаріот) припадає 50-90 %. У грамнегативних бактерій клітинна стінка має багатошаровий склад. Електронно-щільний шар товщиною 2-3 нм не щільно прилягає до ЦПМ.

Назовні від пептидоглікану розташована зовнішня мембрана, яка має хвилястий вигляд. Між ЦПМ та зовнішньою мембраною клітини грамнегативних бактерій є елекронно-прозорий проміжок, який називають периплазматичним . Пептидними містками такі гетерополімерні ланцюги зв'язуються між собою, утворюючи гігантський муреїновий мішок. Те, що до складу бактерій входять речовини, відсутні в тваринних і рослинних клітинах (N-ацетилмурамова кислота і N-ацетилглюкозамін), створює можливість цілеспрямованого знищення бактерій деякими антибіотиками (пеніциліни, цефалоспорини), оскільки клітинні стінки еукаріотів при цьому не пошкоджуються.

Створена з муреїну структура виконує функцію опорного каркасу, надаючи форму мікробній клітині, крім того, з ним зв'язуються інші речовини.

42

За особливостями будови мікробного муреїнового каркасу і вмістом деяких речовин у клітинній стінці можна відрізнити так звані грампозитивні бактерії від грамнегативних. Вміст пептидоглікану в грамнегативних значно менший – від 1 % до 10 % .

У грампозитивних бактерій муреїновий шар складає 30-70 % маси клітинної стінки, утворюючи до 40 шарів. Замість мезодіамінопімелінової кислоти в ньому міститься LLдіамінопімелінова кислота або лізин. Суттєвою особливістю є наявність особливих тейхоєвих кислот.

Під електронним мікроскопом таку клітинну стінку видно як губчасту структуру з порами діаметром 1-6 нм.

Грамнегативні бактеріальні клітини мають значно складнішу будову стінки. До її складу входить велике розмаїття біологічних молекул. Муреїновий шар у них одношаровий, складає до 10 % маси сітки. Він містить мезодіамінопімелінову кислоту, немає лізину, а міжпептидні містки відсутні. Тейхоєвих кислот у стінці також немає. Зовні до муреїнового шару прилягає шар ліпопротеїну, який переходить у зовнішню мембрану, що складається з білків, фосфоліпідів і ліпополісахаридів, типових для елементарних мембран. Над мембраною, інтегруючись із нею, розміщується ліпополісахарид. Він має внутрішнє й зовнішнє полісахаридне ядро, пов'язане з ліпідом А. За зовнішніми специфічними боковими ланцюгами ліпополісахаридів збудники можна диференціювати один від іншого, що використовується при ідентифікації. Ліпід А забезпечує токсичні властивості мікробної клітини, викликаючи в людини та тварини підвищення температури, пронос та інші прояви хвороби.

Клітинна стінка, крім опорної та захисної, виконує ще ряд важливих функцій. Зокрема, вмонтовані у фосфоліпідний шар

43

трансмембранні білки (порини) – це заповнені водою канали, через які проходять низькомолекулярні сполуки. Периплазматичний простір між цитоплазматичною мембраною та клітинною стінкою у грамнегативних бактерій являється сховищем для різноманітних ферментів – деполімераз, протеїназ, нуклеаз, рестрикційних ферментів, відіграє важливу роль у забезпеченні осморегуляції.

Під впливом різноманітних речовин клітинна стінка може бути зруйнована. Так, при дії лізоциму на суспензії грампозитивних мікрококів виникає їх швидкий лізис і просвітління середовища. Аналогічний ефект спричиняє пеніцилін. Лізоцим розриває в муреїні глікозидні зв'язки, а пеніцилін перешкоджає утворенню пептидоглікану, що супроводжується руйнуванням клітинної стінки. При цьому утворюються чутливі до осмотичних умов округлі клітини - протопласти, у яких повністю втрачена клітинна стінка. Під час дії вказаних препаратів на грамнегативні бактерії формуються клітини, які зберігають рештки клітинної стінки, їх називають сферопластами.

Протопласти і сферопласти належать до субклітинних форм бактерій. Вони мають круглу форму, високочутливі до осмотичних умов середовища, утворюють спори, якщо був ініційований процес споруляції, але не мають здатності до розмноження. Сферопласти, на відміну від протопластів, здатні адсорбувати на своїй поверхні бактеріофаги і відновлюватись у вихідні форми у разі відміни дії чинників, які викликали їх утворення.

В організмі людей і тварин при антибіотикотерапії (пеніцилін, бацитрацин, новобіоцин) створюються умови для порушення синтезу пептидоглікану, а бактерійні клітини, втрачаючи свою клітинну стінку, перетворюються в L-форми. Це клітини до 50 мкм у діаметрі, які зберігають тенденцію до перетворення у вихідні форми,

44

продукують токсини, гіалуронідазу. Виявлені такі форми у збудників туберкульозу, бруцельозу, черевного тифу, гонореї та інших. Вони здатні викликати у людини і тварини захворювання, які супроводжуються тривалим перебігом. Утворення таких форм мікроорганізмів вважають за спосіб переживання несприятливих факторів зовнішнього середовища.

Слід відзначити, що в природі існують мікроорганізми, у яких немає клітинної стінки. Вони називаються мікоплазмами, останні мають виражені патогенні властивості – є збудниками ряда захворювань у людини, тварин та рослин.

Клітинну стінку мікробів можна зруйнувати також лугом, ультразвуком, механічним методом. Виявити її можна різними способами: спостерігаючи в електронному, фазовоконтрастному та аноптральному мікроскопах, при мікроскопії автолізованих бактерій, застосовуючи спеціальні методи забарвлення (шафраніном, синьою вікторією). У лабораторних умовах легко дослідити наявність клітинної стінки, використовуючи явище плазмолізу. При цьому клітину занурюють у гіпертонічний розчин хлориду натрію або 0,2М розчин нітрату калію. Вода за градієнтом концентрації виходить із клітини назовні, цитоплазматична мембрана разом із цитоплазмою зморщуються, відшаровуючись від стінки, яка зберігає форму бактеріальної клітини і стає доступною для розгляду під мікроскопом.

Капсула. Зовні бактеріальна клітина може бути вкрита речовиною слизового характеру (рис.2.13). Вона не має для мікроба життєзабезпечуючого значення, однак захищає його від дії несприятливих факторів зовнішнього середовища, надає стійкості до фагоцитозу, захищає від проникненя бактеріофагів, забезпечує вірулентні властивості збудників. Розрізняють: мікрокапсули –

45

товщиною до 200 нм, невидимі в оптичному мікроскопі; макрокапсули – більше 200 нм; слизові чохли – утвори, розміри яких у багато разів перевищують розміри бактеріальної клітини. За хімічним складом капсули у різних видів бактерій можуть відрізнятись.

Найпоширенішими є капсули полісахаридної природи. Убагатьох Рис. 2.13. Капсули Bacillus megaterium.

бацил капсула складається з поліпептидів. У деяких мікроорганізмів речовина капсули представлена гетерополісахаридами, ліпідами та іншими високомолекулярними сполуками. При дослідженні у звичайному світловому мікроскопі капсули мають вигляд гомогенних структур. При електронній мікроскопії можна виявляти фібрили, розташовані перпендикулярно або паралельно клітинній стінці. Зрідка фібрили утворюють сітчасту структуру. Капсульна речовина погано фарбується, тому для її виявлення використовують спеціальні методи фарбування, які базуються на явищі метахромазії. Краще за все капсули помітні в мазках із бактерій, взятих з органів або тканинної рідини. Характерним для капсули є наявність великої кількості води. У деяких мікроорганізмів капсула утворюється тільки в організмі тварини або людини (збудники сибірки, пневмококи, чуми та ін.), у інших (клебсієли) вона присутня постійно, навіть коли збудник росте на живильному середовищі. Інколи капсула оточує разом декілька клітин , тоді такі утворення називають зооглеями. Стафілококи, збудники дифтерії, деякі стрептококи та інші бактерії здатні утворювати мікрокапсули, особливо при культивуванні на середовищах, багатих на вуглеводи.

Капсулу можна розглядати у звичайному світловому мікроскопі, якщо забарвлювати нативні препарати простим методом. Однак для виявлення капсул частіше використовують метод Буррі-Гінса, при

46

якому фон препарата створюють тушшю, а мікроорганізм додатково забарвлюється фуксином. У таких випадках на темному фоні видно червону паличку, яка оточена світлим ободком – капсулою. На щільному середовищі капсуло утворюючі бактерії ростуть у вигляді блискучих S- типу колоній.

Джгутики. Поверхня мікробної клітини може бути вкрита особливими виростами, що називаються джгутиками, які забезпечують локомоторну функцію; їх число, спосіб розміщення, довжина є постійними ознаками для певного виду бактерій, що враховується при проведенні систематики прокаріотичних організмів

(рис.2.14).

Довжина джгутиків сягає 20 мкм, тоді як товщина - всього 12-18 нм, що лежить за межами роздільної здатності світлового мікроскопа. Джгутики бактерій складаються із спірально закручених ниток особливого білка флагеліну, який утворює спіраль навколо внутрішнього порожнистого простору. У них виділяють три основні частини: спіральну нитку, гак та базальне тіло (два - чотири спеціальних кільця з центральним стержнем), за допомогою яких джгутик закріплюється у цитоплазматичній мембрані та клітинній стінці.

Джгутики асоціюють з білковим Н-антигеном мікробної клітини, визначення якого має певне значення в лабораторній діагностиці інфекційних хвороб.

За способом розташування джгутиків мікроорганізми поділяють на монотрихи, лофотрихи, амфітрихи та перитрихи.

Монотрихи - бактерії, що містять джгутик на одному з полюсів клітини (холерний вібріон). Такі мікроорганізми найрухоміші серед інших: за 1 с вони здатні переміщуватись на віддаль, яка у 20 разів

47

перевищує довжину їх тіла. Лофотрихи мають пучок джгутиків на одному з полюсів ( псевдомонади). У амфітрихів джгутики або їх пучки розташовані на обох полюсах (спірили). Перитрихи мають джгутики, розміщені по всій поверхні тіла мікроба (протей, ешерихії, сальмонели), число їх може сягати 1000.

Виявити джгутики можна за допомогою прямих та непрямих методів. У першому випадку джгутики забарвлюють барвниками або солями металів, попередньо наносячи на них протраву для збільшення у розмірах, або досліджують на ультратонких зрізах під електронним мікроскопом.

При використанні непрямих методів спостерігають за рухом мікроорганізмів у темному полі мікроскопа, у "висячій" чи "роздавленій" краплях, за допомогою фазово-контрастної, аноптральної мікроскопії.

Рух джгутиків забезпечується енергією трансмембранного потенціалу, яка генерується на цитоплазматичній мембрані. У більшості мікробів із полярним розташуванням джгутиків вони обертаються зі швидкістю 3000 обертів за 1 хв.

Джгутики надають клітині змогу переміщуватись у рідкому середовищі в пошуках більш сприятливих умов існування. У відповідь на зовнішні подразнення (хімічні речовини, температура тощо) спонтанно здатні змінювати характер свого обертання і напрям руху. Це називають таксисом. Відповідно до факторів, що його викликають, розрізняють хемотаксис, фототаксис, аеротаксис.

До поверхневих структур бактерійної клітини належать також пілі ( лат. pilus - волос) . Пілі ( ворсинки, фімбрії ) – прямі циліндричні структури білкової природи, значно дрібніші за джгутики. Довжина їх коливається в межах 0,3 – 4 мкм, діаметр - 3-25 нм. Їх число може

48

перевищувати 10000,Описані ворсинки двох типів. Пілі загального типу (1-го класу) забезпечують адгезію (прикріплення) мікроба до субстрату, через них у середину клітини можуть проникнути деякі метаболіти і навіть бактеріофаги. Пілі другого типу ( 2-го класу) – статеві, беруть участь у передачі генетичної інформації від клітини до клітини при кон'югації.

Спороутворення. На певній стадії свого розвитку бацил , коли запаси поживних речовин вичерпуються, бактерії всередині формують спору (ендоспору) округлої форми. Від вегетативних форм вони відрізняються пригніченням функціонування генетичного апарату, майже повною відсутністю обміну речовин (стан анабіозу), малою кількістю вільної води, підвищеною концентрацією іонів кальцію, появою у їх складі дипіколінової кислоти, з якою пов'язують термостійкість спор. Для них характерна поява додаткових оболонок, які запобігають дифузії та проникненню речовин із зовні, більш висока стійкість до пошкоджуючих факторів зовнішнього середовища і здатність тривалий час зберігати свою життєздатність. Спори утворюють переважно представники двох родів грампозитивних паличок - Bacillus (спора за діаметром менше поперечника палички) і Clostridium (спора перевищує розміри палички), здатний до спороутворення і деякі інші (Sarcina ureae, Desulfovibrio desulfuricans).

Спори утворюються тільки при певних умовах. Так,збудник сибірки утворює спори лише у присутності атмосферного кисню, в температурних межах 12 – 42 оС. На відміну від грибів вони не виконують функцію розмноження. Процес спороутворення триває кілька годин (переважно 2 - 8) і включає ряд стадій: підготовчу, передспори, утворення оболонки і дозрівання. Існує думка, що спороутворення у деяких видів мікроорганізмів є важливим

49

компонентом їх розвитку і може відбуватись незалежно від впливу факторів зовнішнього середовища. Здатність до спороутворення детермінується комплексом генів – споруліном. Так, відомо, що B.subtilis має 42 оперони , кожен з яких включає 3 гени. В цілому, B. subtilis, має 150 – 200 генів, які контролюють процес споруляції. Події, що відбуваються в процесі спороутворення, цілком залежать від активності генів з різних оперонів.

Спочатку в клітині при інвагінації мембрани виділяється особливе термінальне ядро, яке містить один клітинний геном, компоненти апарата синтезу білка і енергетичну систему. Воно вкривається власною мембраною та мембраною материнської клітини, які утворюють стінку спори. Остання складається з нормального пептидоглікану. Стінку оточує кора, яка містить незвичний, чутливий до лізоциму, пептидоглікан (автоліз його відіграє вирішальну роль у процесі проростання спори). Оболонка спори складається з кератиноподібного білка, і зумовлює практичну непроникність для рідини, що зумовлює стійкість його до хімічних речовин. Екзоспорій оточує всю спору і складається з ліпопротеїнів. Спори різних видів бактерій відрізняються за формою, розмірами та локалізацією в клітині. В залежності від локалізації розрізняють бацилярне, клостридіальне та плектридіальне розміщення спор.

При бацилярному розміщенні спора локалізується центрально

(Bacillus subtilis), ексцентрально (Bacillus megaterium) або субтермінально (B. thuringiensis) і не деформує клітину.

При клостридіальному типі локалізації спора розташовується центрально або ексцентрально, але має місце роздування спорангія,

50