5.5. Особенности морфологии и ультраструктуры грибов

Эти микроорганизмы сочетают в себе признаки растительной и животной клетки. С растениями грибы объединяет осмотрофный характер поглощения питательных веществ, неограниченный рост, необходимость прикрепления к субстрату, характер эмбриогенеза, неподвижность в вегетативном состоянии, размножение и распространение спорами. В то же время гетеротрофный тип питания, потребность в витаминах, наличие в клетках гликогена (в виде которого – а не в виде крахмала – они запасают углеводы), способность к синтезу хитина, образование и накопление мочевины сближает их с животными клетками.

А. Грибы в царстве эукариот классифицируются в отдельный таксон – Mycota, который подразделяется на два отдела: Myxomycota (грибы-слизневики) и Eumycota (настоящие грибы). Отдел Eumycota содержит 7 классов, согласно присущим им анаморфным (бесполым) и телеморфным (половым) стадиям развития (см. таблицу). Фикомицеты относятся к низшим, а эумицеты – к высшим грибам. Большинство патогенных грибов относится к дейтеромицетам. Это сборная группа разных видов грибов, не имеющих полового процесса и размножающихся вегетативно или с помощью спор (несовершенные грибы).

Б. Строение клеток грибов характерно для эукариотических организмов.

1. В состав клеточной стенки входят полисахариды, преимущественно хитин (но в отличие от клеток членистоногих – с низким содержанием азота), глюканы и маннаны.

2. Цитоплазматическая мембрана включает стероиды, из которых основными являются эргостерин и зимэстерол.

3. Цитоплазма содержит вакуоли, микротрубочки, эндоплазматиескую сеть и митохондрии.

4. Ядро имеет диаметр от 2 до 12 мкм и окружено ядерной оболочкой.

В. У грибов выделяют два типа роста: гифальный (плесневой) и дрожжевой. При этом разница в организации плесеней и дрожжей непринципиальна, а метаболизм этих двух форм грибов практически одинаков. Разный тип роста у них связан с механизмами клеточного деления.

1. Плесени – многоклеточные организмы.

а. Структурная вегетирующая единица плесневого гриба представляет собой разветвлённую микроскопическую (диаметром от 2 до 10 мкм) нить – гифу. Гифы образуют грибницу (таллом) – одно- или многоклеточное вегетативное тело гриба. Для обозначения всей совокупности гиф грибного таллома используется термин мицелий. Именно способностью образовывать мицелий истинные (настоящие) грибы отличаются от грибов-слизневиков.

1. У высших грибов (эумицетов) гифы разделяются на отдельные клетки перегородками (септами) и их мицелий характеризуется как септированный. Септы могут иметь отверстия, позволяющие цитоплазме и даже некоторым органоидам перетекать из одной клетки в другую.

2. Гифы низших грибов (фикомицетов) лишены перегородок, их мицелий называется несептированным, а сами гифы – ценоцитными.

б. Ту часть таллома, которая врастает в питательный субстрат, называют субстратным (вегетативным) мицелием, а ту, которая формирует споры – воздушным (репродуктивным) мицелием. Воздушный мицелий образуют специализированные гифы, несущие репродуктивные структуры – спорофоры, в которых и развиваются споры гриба.

1. Споры, развивающиеся внутри терминально увеличенного конца гифы, называются эндоспоры, они заключены в специальные мешкообразные структуры - спорангии. Гифа, в которой формируются спорангии называется спорангиофорой. Такой тип спорообразования присущ, например, грибам рода Mucor

2. При другом типе спорообразования споры располагаются на поверхности спорофоры и называются экзоспорами или конидиями, а соответствующая гифа – конидиофорой. Строение конидий и их количество у грибов разных видов широко варьируют; кроме того, конидии могут быть как одноклеточными (микроконидии), так и многоклето (макроконидии).

а. Конидиефоры грибов рода Aspergillus заканчиваются терминальными пузырьками или головками, в которые врастают бутылкообразные конидии – стеригмы

б. У конидиефоров грибов рода Penicillium на терминальном конце вместо головки развивается путём деления специализированная кисточка (поэтому эти грибы называются леечной плесенью).

в. Иногда конидии могут формироваться при фрагментации конидиофора, в этом случае для их обозначения используется термин артроконидии.

в. Плесневые грибы идентифицируются по характеру колоний, но главную роль в их дифференциации играют описанные выше морфологические особенности репродуктивных структур, выявляемые при микроскопии.

г. У плесневых грибов существует половой и вегетативный типы размножения. Структуры, развивающиеся после оплодотворения, в клиническом материале, как правило, не выявляют. Инфекционными агентами плесеней являются споры. Плесневые грибы классифицируются поэтому и по способу образования и прорастания спор.

1. У низших грибов споры образуются половым путём с кариогамией и последующим мейозом.

а. С изогамией после слияния гамет образуются зигоспоры.

б. С гетерогамией после слияния сперматозоидов и оосфер образуются ооспоры.

2. У высших грибов споры классифицируются по прорастания.

а. Базидиоспоры отшнуровываются от базидия – концевой клетки мицелия. Количество базидиоспор обычно равно 4, реже – 2 или 1.

б. Аскоспоры образуются в специализированных булавовидных (реже – шаровидных) структурах, называемых асками. Число аскоспор всегда чётное. Аски могут заключаться в перитеций. Это особый орган, который представляет собой коробочку, сплетённую из мицелиальных клеток.

2. Дрожжи и дрожжеподобные грибы – одноклеточные организмы.

а. Морфология дрожжей различных видов схожа – это сферические или овоидные клетки от 3 до 15 мкм в диаметре.

б. Большинство видов дрожжей размножаются почкованием и лишь немногие виды – бинарным делением. Конидии дрожжей, отпочковывающиеся от материнской клетки, называются бластоконидиями. У некоторых видов бластоконидии могут удлиняться с образованием псевдогиф. Такое явление наблюдается, например, у Candida albicans

в. Дрожжи идентифицируются по биохимическим признакам (прежде всего – по утилизации углеводов) и другим метаболическим признакам, а также по данным микроскопии.

3. И у плесеней и у дрожжей может наблюдаться диморфизм. Это феномен морфологического полиморфизма, когда один и тот же вид может быть как мицелиальным (гифальным), так и дрожжеподобным; может быть проявлением, например, адаптации гриба к изменившимся условиям окружающей среды.

6.4. Окраска по Цилю-Нильсену

Окраска по Цилю-Нильсену используется в бактериологии для выявления эндоспор и для индикации микобактерий. А. На первом этапе на фиксированный мазок помещается фильтровальная бумага, на которую наливается фуксин Циля. Фуксин Циля отличается от водного фуксина («фуксина Пфейффера») более высокой концентрацией и наличием карболовой кислоты, вследствие чего для его обозначения используется также термин «карболовый фуксин». После чего предметное стекло с мазком нагревается над пламенем горелки.

1. Окрашивание продолжается примерно 5 минут, но, как правило, продолжительность этого этапа определяется «отхождением трех паров»: стекло держат над пламенем до появления парения, после чего отводят в сторону и ждут прекращения парения – и так три раза.

2. Мазок на этом этапе окрашивается в красный цвет. Споры и микобактерии обычными методами окрасить нельзя – вследствие особенностей своего химического состава они не воспринимают анилиновые красители при обычном режиме окраски. Чтобы их окрасить, используется сочетанное действие трех факторов: повышенная концентрация краски, обработка кислотой и повышенная температура (так называемое «термокислотное протравливание»).

Б. На втором этапе мазок обязательно нужно выдержать некоторое время на воздухе для охлаждения, иначе стекло на следующем этапе может лопнуть.

В. На третьем этапе мазок обесцвечивается кислотой. Обычно используется серная кислота – 1% для окраски спор и 5% для окраски микобактерий.

1. Обесцвечивание продолжается от 2 до 5 секунд с последующим обильным промыванием водой.

2. Споры и клетки микобактерий не обесцвечиваются (свойство кислотоустойчивости) и остаются красными. Все остальное – обесцвечивается.

Г. На четвертом этапе мазок окрашивается метиленовой синькой.

1. Окраска продолжается 3 – 5 минут. При этом лучше этот этап продлить подольше по той же причине, что и последний этап окраски по Граму.

2. Споры и микобактерии эту краску не воспримут и останутся красными, а вегетативная часть клетки и все бактерии, за исключением микобактерий окрасятся в синий цвет (Рис. 6-10 – 6.11).

7.1. Особенности метаболизма микроорганизмов

Микроорганизмы обладают рядом принципиальных отличий в протекании метаболических процессов.

А. Бактерии, вследствие принципиально иной клеточной организации, по сравнению с эукариотическими клетками, обладают и принципиально иными чертами осуществления метаболических процессов, которые, в свою очередь, позволяют им занимать их уникальное положение в мире живых существ.

1. Бактерии, в целом, могут использовать любые источники химических соединений. Они «всеядны». Именно бактерии в круговороте веществ играют роль основного механизма минерализации органических веществ.

2. Прокариотическая клетка, по сравнению с эукариотической обладает несравненно более высокой скоростью метаболических процессов.

3. Бактерии в целом обладают высокой адаптационной способностью к меняющимся условиям окружающей среды. Эта способность реализуется у них как на клеточном, так и на популяционном уровнях.

а. На клеточном уровне эта способность детерминируется у прокариот высокой скоростью изменчивости; как фенотипической, так и генотипической.

б. Эта высокая изменчивость, реализуется, в свою очередь, в виде высокой гетерогенности бактериальной популяции. Поэтому, какие бы изменения во внешней среде не «обрушивались» на бактериальную популяцию, в ней всегда (как правило) найдется хотя бы одна клетка, которая, в силу своего отличия от других, сможет существовать в измененной внешней среде, и которая даст начало восстановлению прежней численности популяции. Именно этот процесс, прежде всего, имеют в виду, говоря об адаптации бактерий к меняющимся условиям окружающей среды.

Б. Вирусы, в отличие от клеточных форм жизни не обладают, строго говоря, собственным метаболизмом, используя метаболические потенции клетки-хозяина.

7.2. Классификация бактерий по источнику углерода

Так как жизнь на Земле основана на соединениях углерода, этот элемент является основным для построения и успешного функционирования бактериальной клетки.

А. Бактерии, использующие в качестве источника углерода неорганические соединения (углекислый газ, карбонаты), называются аутотрофами. Аутотрофы не вызывают патологических процессов в организме человека и не являются предметом изучения медицинской микробиологии.

Б. Медицинская микробиология имеет дело с бактериями, которые в качестве источника углерода используют органические соединения. Такие бактерии называются гетеротрофами.

1. Те гетеротрофы, которые могут использовать в качестве источника углерода так называемую «мертвую органику» (например, раствор глюкозы), называются сапрофитами.

2. Те гетеротрофы, которые используют в качестве источника углерода органические соединения живой метаболизирующей клетки, называются паразитами.

а. Подавляющее большинство бактерий этой группы могут использовать в качестве источника углерода как «мертвую», так и «живую» органику. Такие бактерии называются факультативными паразитами. Их можно культивировать на искусственных питательных средах, основанных на растворах органических соединений.

б. Риккетсии и хламидии не могут использовать в качестве источника углерода «мертвую» органику. Они могут размножаться только внутри живой клетки, используя ее органические вещества для своих метаболических процессов. Их называют облигатными паразитами. Как и вирусы, эти бактерии не растут на искусственных питательных средах.