8. Размножение бактерий и принципы их культивирования

8.1. Способы размножения бактерий

Термины «размножение бактерий» и «рост бактерий» часто используют как синонимы, хотя эти термины обозначают, строго говоря, разные явления. Под ростом бактерий понимают увеличение размеров бактериальной клетки, а под размножением бактерий – увеличение числа бактериальных клеток. Однако когда имеют в виду бактериальную популяцию в целом, то в этом случае термином «рост» обозначают увеличение количества особей в популяции. В последнем случае корректней использовать термин «рост бактериальной культуры».

А. Основной способ размножения для большинства бактерий – бинарное деление.

1. У грамположительных бактерий бинарное деление происходит путем формирования перегородки от противоположенных концов клеточной стенки к центру, где обе части перегородки сливаются, сформировав тем самым две самостоятельные клетки.

2. У грамотрицательных бактерий бинарное деление происходит путем образования перетяжки: клетка как бы истончается посередине, пока не разорвется на две самостоятельные клетки.

Б. Ряд бактерий могут делиться путем почкования (например, франциселлы, микоплазмы).

В. Те бактерии, которые формируют нитевидные формы, могут делиться путем их фрагментации (например, актиномицеты, микоплазмы).

Г. У стрептомицетов существует способ размножения экзоспорами.

Д. У хламидий существует особый цикл развития (см. ниже).

8.2. Цикл развития хламидий

Хламидии являются облигатными внутриклеточными паразитами и могут размножаться только внутри эукариотической клетки. Но при этом они должны обладать способностью сохраняться во внеклеточной среде, чтобы после выхода из своей клетки-хозяина найти и поразить следующую. У хламидий для этого существуют различные клеточные формы (Рис. 8-1 и 8-2).

Рис. 8-1. Общая схема жизненного цикла хламидий

Рис. 8-2. Электронограмма клетки, пораженной хламидиями (N – ядро, eb – элементарное тельце, rb – ретикулярное тельце)

А. Элементарное тельце выполняет инфекционную функцию – проникает в клетку-хозяина путем инвагинации места адсорбции.

Б. Ретикулярное (или инициальное) тельце размножается бинарным делением в образовавшемся цитоплазматическом пузырьке и формирует микроколонию, которая видна при микроскопии как цитоплазматическое включение.

В. Переходную форму от ретикулярного тельца к тельцу элементарному представляет промежуточное тельце. После того, как в микроколонии сформировалось множество новых элементарных телец, она сливается с клеточной мембраной и «изливается» наружу «урожаем» размножившихся хламидий, элементарные тельца которых отправляются на поиски новых клеток-хозяев.

8.3. Культивирование микроорганизмов и классификация искусственных питательных сред

Есть два основных принципа культивирования микроорганизмов – in vivo и in vitro.

А. Микроорганизмы – облигатные паразиты (риккетсии, хламидии, вирусы) можно культивировать только in vivo, т.е. внутриклеточно. Для этого используют методы, разработанные вирусологами и разбираемые в курсе вирусологии – культивирование микроорганизмов в культуре клеток, в птичьем эмбрионе, в организме лабораторного животного.

Б. Микроорганизмы – факультативные паразиты (т.е. все бактерии, кроме риккетсий и хламидий) можно культивировать in vitro – на искусственных питательных средах, которые классифицируются по своей консистенции, составу и назначению.

1. В зависимости от их консистенции искусственные питательные среды классифицируются на плотные, полужидкие и жидкие (Рис. 8-3).

а. Плотные питательные среды могут быть агаризованные и свернутые.

1. Агаризованные питательные среды называются так потому, что в качестве уплотнителя в их состав вводят агар – полисахарид, добываемый из морских водорослей определенных видов и используемый для уплотнения питательных сред в бактериологии по такому же алгоритму, как в быту крахмал или желатин. Для получения плотной питательной среды достаточно концентрации агара в пределах 1,5 – 2%. При этом могут использоваться или чашки Петри («пластинчатый агар») или пробирки (при наличии скоса –«скошенный агар» или «косяк», при его отсутствии – «столбик агара»).

Р ис. 8-3. Питательные среды для культивирования бактерий (слева направо – пластинчатый агар, столбик, бульон, косяк)

2. Свернутые питательные среды – это плотные среды, содержащие сыворотку крови или обогащенные другим белком (яичные, например), которые уплотняются (как результат денатурации белка) при их прогревании в процессе стерилизации.

б. Полужидкие питательные среды содержат небольшое количество агара (примерно 0,5%).

в. Жидкие питательные среды не содержат уплотнителей. В принципе, любую жидкую среду можно превратить в плотную, или добавив к ней агар, или свернув содержащийся в ней белок (соблюдая в обоих случаях необходимую концентрацию уплотнителя).

2. По своему составу искусственные питательные среды классифицируются на натуральные и синтетические.

а. Натуральные искусственные питательные среды готовятся на основе отваров или экстрактов мяса, рыбы, овощей и др. натуральных продуктов. Натуральные питательные среды, свою очередь, классифицируют на простые и сложные. Именно преимущественно натуральные питательные среды используются в работе бактериологических лабораторий так называемого «практического здравоохранения».

1. Простые натуральные питательные среды, собственно, и представляют собой такие отвары или экстракты. К простым натуральным питательным средам относятся:

– мясопептонный агар (МПА) и мясопептонный бульон (МПБ), относящиеся к одной группе, так как агар не усваивается подавляющим большинством бактерий, и, следовательно, он не изменяет состав среды – только ее концентрацию;

– желатин;

– молоко;

– кусочки овощей.

2. Сложные натуральные питательные среды получают путем добавления в простые натуральные среды любого вещества (красителя, сахара, антибиотика, крови и т.д.).

б. Синтетические искусственные питательные среды получают, смешивая в растворе чистые химические вещества (как правило, соли). В отличие от натуральных питательных сред, это так называемые среды известного состава, так как количество содержащихся в них веществ точно задается рецептурой их приготовления. Синтетические искусственные питательные среды используются в основном в бактериологических лабораториях научных учреждений.

3. По своему назначению искусственные питательные среды классифицируются на основные, элективные (селективные), дифференциально-диагностические и консервирующие.

а. Основные искусственные питательные среды названы так потому, что с их помощью проводится основная работа бактериолога – накопление чистой культуры, ее «оживление» после длительного хранения и т.п. Основные питательные среды, в свою очередь, подразделяются на универсальные и специальные.

1. Одна и та же универсальная основная питательная среда может быть использована для культивирования многих видов бактерий. По своему составу это – простые натуральные питательные среды. Бактерии, которые можно культивировать на таких средах, называются бактериями с простыми питательными потребностями.

2. Специальная основная питательная среда используется для культивирования конкретного вида или группы бактерий. Бактерии, которые для своего культивирования нуждаются в специальных питательных средах, называются бактериями со сложными питательными потребностями.

б. Элективные (селективные, избирательные, обогащения) искусственные питательные среды – это среды, содержащие вещества, используемые бактериями определенных видов и не благоприятствующие или даже препятствующие росту других бактерий. Такие среды служат для выделения конкретного вида бактерий из патологического материала. Выделение тех виды бактерий, для которых такие среды не разработаны, довольно затруднительно.

в. Дифференциально-диагностические искусственные питательные среды – это среды, позволяющие отличать одни виды бактерий от других по их ферментативной активности (чаще всего – по цвету образуемых ими колоний) или культуральным свойствам.

г. Консервирующие искусственные питательные среды – это среды, используемые, например, при доставке патологического материала в бактериологическую лабораторию; так как метаболическая активность на них бактерий сводится практически к нулю, то бактерии сохраняются, но не размножаются.