Морфология основных групп прокариотных микроорганизмов

Бактерии ‑ микроорганизмы, не имеющие оформленного ядра (прокариоты). По форме их подразделяют на несколько групп: круглые (кокки), палочковидные (собственно бактерии, бациллы) изогнутые и извитые (вибрионы, спириллы и спирохеты), нитевидные (рис. 6.).

Рис. 6 Основные группы бактерий

а-кокковые формы: 1-микрококки, 2-диплококки (гонококки, менингококки), 3-диплококкки (пневмококки),4-тетракокки, 5-стафилококки, 6-стрептококки,7-сарцины; б-бактериальные неспорообразующие формы: 1-кишечная палочка, 2-дифтерийная палочка; в-спорообразующие бактерии (бациллы и клостридии): 1-бациллы сибиреязвенные, 2-маслянокислые клостридии; 3-палочки столбнячные (плектридии); г- изогнутые и извитые формы: 1-холерный вибрион, 2-спириллы, 3-трептонемы, 4-боррелии,

5-лептосиры.

Кокки имеют диаметр 1-2 мкм. Форма кокков разнообразная: чаще округлая или овальная, но может быть ланцетовидная (пневмококки) и бобовидная (гоно- и менингококки).

Кокки, как и другие бактерии, размножаются простым делением По взаимному расположению клеток после деления выделяют: микрококки ‑ клетки расходятся и располагаются отдельно; стафилококки (например, Staphylococcus sureus) ‑ клетки делятся беспорядочно и располагаются группами, напоминающими виноградные гроздья; диплококки ‑ клетки не расходятся и располагаются по две, например, пневмо-, гоно- и менингококки (рис. 6).

Если кокки делятся в одной плоскости и, не расходясь после деления, образуют цепочку, то их называют стрептококками, например, S. lactis, S. haemolyticus. Если деление клеток идет в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и кокки располагаются по четыре клетки, то их называют тетракокками. Когда деление кокков происходит в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, то образуются пакеты или сарцины. Шаровидные бактерии окрашиваются по Граму положительно, исключение составляют гонококки и менингококки, которые являются грамотрицательными.

Палочковидные бактерии очень разнообразны по размерам, взаимному расположению и форме. Они могут быть мелкими (0,5-1х0,3 мкм), средних размеров (2х0,5 мкм) и крупными ‑ до 5-8 мкм в длину, по форме ‑ цилиндрическими с закругленными, обрубленными, заостренными, утолщенными и другой формы концами. Палочки, не образующие спор, называются собственно бактериями, образующие споры носят название бацилл. В клетке образуется только одна спора, которая может располагаться в центре или ближе к одному из концов клетки. Диаметр спор у некоторых бактерий превышает диаметр клетки, вследствие чего изменяется ее форма. Клетки бактерий с центрально расположенной спорой приобретают форму веретена, а при расположении споры на конце клетки последняя приобретает форму барабанной палочки. Бактерии, как правило, не окрашиваются по Граму (грамотрицательны), за исключением лактобактерий, окрашивающихся грамположительно. Они могут образовывать капсулы и проявлять подвижность за счет наличия жгутиков.

Бактерии и бациллы могут располагаться беспорядочно, поодиночке, но нередко образуют более или менее длинные цепочки (стрептобактерии и стрептобациллы). Если клетки группируются по две, то говорят о диплобактериях и диплобациллах.

Палочковидные формы бактерий широко представлены в природе. Среди них много сапрофитов, вызывающих гнилостные процессы (бациллы и некоторые бактерии). Многие неспорообразующие палочки патогенны или условно-патогенны для млекопитающих (например, бактерии рода Shigella, Salmonela, Klebsiella, Pseudomonas и т.д.) Анаэробные бациллы могут также вызывать заболевания, например, Clostridium perfringens ‑ возбудитель газовой гангрены, C. Tetani ‑ возбудитель столбняка.

Слегка изогнутые палочки носят название вибрионов. Некоторые из них имеют один концевой жгутик (например, холерный вибрион), размеры от 1 до 3 мкм, не образуют спор, грамотрицательны. Многие сапрофитные и патогенные формы вибрионов обитают преимущественно в воде.

К извитым формам относятся спириллы и спирохеты. Спириллы - грамотрицательные бактерии, имеющие разное количество завитков, довольно крупные (длина 5-10 мкм, некоторые виды достигают 30 мкм). Подавляющее большинство ‑ сапрофиты, встречаются в воде, почве, составе нормальной микрофлоры человека.

Спирохеты имеют ряд особенностей. Протоплазма отграничена цитоплазматической мембраной, слабо выраженная клеточная оболочка содержит тонкий пептидогликановый слой, между клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной находятся пучки фибрилл, закручивающиеся вокруг тела спирохеты, они придают клетке винтообразную форму и обусловливают ее движение. Микроорганизмы очень разнообразны по форме, размерам и другим признакам. Размеры тела колеблются в широких пределах в зависимости от вида (длина 10-50 мкм, диаметр 0,1-0,6 мкм). Патогенные виды имеют длину 3-20 мкм. Многие из них сапрофиты, чаще встречаются в воде. Патогенные спирохеты относятся к родам Treptonema, Borrelis, Leptospira. Специфической окраской для выявления спирохет является метод Романовского-Гимзы. Кроме того, их можно выявить в препаратах по Бурри (негативный метод) или в "висячей" и "раздавленной" каплях. Витальные препараты исследуют с помощью темнопольного или фазово-контрастного устройства, при этом четко видны особенности движения и морфология спирохет.

Бактерии нитевидной формы представляют собой нити из цилиндрических или дисковидных клеток, часто окруженных общим чехлом. Длина нитей может достигать 500 мкм, они могут быть как прямыми, так и скрученными в спирали, у некоторых форм нити плоские, похожи на ленты. Нитевидные бактерии могут быть разветвленной формы. Боковые выросты представляют собой ложное ветвление, так как они образуются за счет вытеснения клеток из основной нити при делении. Это многоклеточные колониальные организмы, не имеющие функционального разделения между клетками. Нитевидные бактерии ‑ водные организмы, где они могут свободно плавать или прикрепляться к твердым субстратам, в последнем случае на конце нити образуется слизистая подушечка. Размножаются нитевидные бактерии путем фрагментации с образованием отдельных коротких цепочек, путем отщепления скользящих клеток от апикального конца нити, а также гонидиями, представляющими собой клетки овальной формы, образующиеся внутри материнской клетки. Гонидии некоторых нитевидных бактерий имеют жгутики, при помощи которых передвигаются. Нитевидные бактерии встречаются среди представителей различных физиологических групп ‑ есть нитевидные формы среди серобактерий, железобактерий, цианобактерий.

Актиномицеты ‑ грамположительные бактерии, отличительной особенностью некоторых из них является наличие мицелия, состоящего из ветвящихся одноклеточных нитей (гиф), шириной 0,3-0,8 мкм, длиной ‑ до 600 мкм. Выделяют низшие и высшие формы. Высшие формы актиномицетов стабильно образуют мицелий, который может врастать в питательную среду (субстратный мицелий) и развиваться над ней в виде рыхлого слоя (воздушный мицелий). На концах гиф воздушного мицелия, так называемых спороносцах, формируются споры, с помощью которых актиномицеты размножаются (см. рис 7).

К низшим актиномицетам относят микобактерии и микококки. Эти микроорганизмы имеют форму палочек и кокков, обладают кислотоустойчивостью: окрашиваются по методу Циля-Нильсена, после окраски приобретают красный цвет. Встречается сапрофитные виды, среди патогенных следует отметить возбудителей туберкулеза (Micobacterium tuberculosis) и проказы (M. leprae).

К этой группе микроорганизмов близки коринебактерии ‑ короткие полиморфные палочки, которые могут иметь форму булавы или гантелей; патогенный вид ‑ Corynebacterium diphtheriae ‑ возбудитель дифтерии.

Риккетсии ‑ группа бактерий, основной особенностью которых является облигатный паразитизм. Эти микроорганизмы не могут размножаться и жить вне организма-хозяина. Поэтому для их культивирования в лабораторных условиях используют куриные эмбрионы или культуры тканей млекопитающих. Полиморфины могут иметь кокковидную, палочковидную и нитевидную формы. Кокковидные формы имеют вид овальных мелких клеток (диаметр ‑ 0,2-0,5 мкм). Палочковидные формы могут быть длиной 1-1,5 или 3-4 мкм. Нитевидные риккетсии (длина 10-40 мкм) могут распадаться на кокки: и палочки. Размножаются простым делением.

Риккетсии неподвижны, не образуют спор, капсул. Риккетсии могут вызывать различные заболевания человека и животных, которые называют риккетсиозами.

Хламидии относятся к облигатным внутриклеточным паразитическим микроорганизмам. Имеют очень малые размеры (0,2-1,3 мкм), палочковидную или сферическую форму. Размножаются делением, процессу деления предшествует образование вокруг частицы хламидий капсулы, напоминающей бактериальную. Хламидии грамотрицательны. Могут вызывать у человека трахому, паховый лимфогранулематоз, орнитоз.

Микоплазмы ‑ мельчайшие из известных микроорганизмов, величина их близка к пределу разрешения светового микроскопа (0,2-0,6 мкм). Отличительной особенностью является отсутствие ригидной клеточной оболочки, благодаря чему они не имеют постоянной формы, не чувствительны к пенициллину и другим антибиотикам, избирательно действующим на синтез клеточной оболочки. Размножаются делением, очень требовательны к питательным средам.

Некоторые бактерии (кокки, микобактерии) под влиянием пенициллина и других веществ могут образовывать формы, лишенные клеточной оболочки ‑ L-формы. Стабильные L-формы бактерий по морфологическим и физиологическим свойствам очень близки к микоплазмам.

Приготовление препаратов фиксированных клеток

Фиксированные окрашенные препараты используют для выявления ряда морфологических особенностей, количественного учета микроорганизмов, а также для проверки чистоты культуры. При светопольной микроскопии фиксированные окрашенные препараты имеют ряд преимуществ перед прижизненными: высокую контрастность, возможность дифференцированного выявления клеточных структур, безопасность работы, длительность сохранения препарата. Фиксированные окрашенные препараты рассматривают с иммерсией (см. ниже). Их приготовление включает следующие этапы: приготовление мазка, высушивание, фиксацию и окраску.

Приготовление мазка. На обезжиренное предметное стекло наносят исследуемый материал как для препарата "раздавленная капля" и равномерно распределяют его петлей или краем покровного отекла на площади 1-2 см² возможно более тонким слоем.

Высушивание мазка. Препарат сушат при комнатной температуре на воздухе. Тонкий мазок высыхает очень быстро. Если высушивание мазка замедленно, препарат можно слегка нагреть в струе теплого воздуха, держа предметное стекло высоко над пламенем горелки мазком вверх. Эту операцию проводят очень осторожно, не перегревая мазок, иначе клетки микроорганизмов деформируются.

Фиксация преследует несколько целей: обеспечить прикрепление клеток к стеклу и тем самым предохранить препарат от смывания; сделать мазок более восприимчивым к окраске, поскольку мертвые клетки окрашиваются лучше, чем живые; сделать безопасным дальнейшее обращение с мазком, что особенно важно, если клетки исследуемого микроорганизма являются патогенными. Фиксацию клеток осуществляют различными веществами и высокой температурой. Весьма распространенный способ фиксации ‑ термическая обработка. Препарат трижды проводят через наиболее горячую часть пламени горелки, держа предметное стекло мазком вверх. Не следует перегревать мазок, так как при этом могут произойти грубые изменения клеточных структур, а иногда и внешнего вида клеток, например, их сморщивание. После фиксации клетки микроорганизмов окрашивают.

Окраска. Клетки микроорганизмов окрашивают главным образом анилиновыми красителями. Различают кислые и основные красители. К кислым красителям относятся те, у которых ион, придающий окраску (хромофор), ‑ анион. У основных красителей хромофором является катион. Примером кислых красителей служат эозин, эритрозин, нигрозин, кислый фуксин; все эти красители интенсивно связываются с цитоплазматическими (основными) компонентами клетки. Основные красители ‑ метиленовый синий, основной фуксин, генциановый фиолетовый, кристаллический фиолетовый, сафранин ‑ более интенсивно связываются с ядерными (кислыми) компонентами клетки.

При исследовании микроорганизмов применяют почти исключительно основные красители, так как бактерии в отношении красителей ведут себя так, как если бы они состояли в основном из нуклеиновой кислоты, которая легко реагирует с основными красителями, что приводит к окрашиванию клетки.

Некоторые красители характеризуются избирательным химическим сродством к отдельным компонентам клетки (ядерному веществу, включениям) и применяются для их выявления. Так, зерна волютина хорошо красятся хризоидином, метиленовым синим, зерна гранулезы и гликогена ‑ раствором иода, зерна жира ‑ суданом III. Способность микроорганизмов к окрашиванию называется тинкториальным свойством.

Различают простые и сложные способы окрашивания микроорганизмов. При простой окраске прокрашивается вся клетка, так что становятся хорошо видны ее форма и размеры. При дифференциальной окраске в большинстве случаев окрашивается не вся клетка, а лишь определенные ее структуры. Последний способ окраски используют для изучения некоторых клеточных структур, а также для характеристики и идентификации микроорганизмов.

Для простого окрашивания клеток микроорганизмов чаще всего пользуются анилиновыми красителями: фуксином, генциановым фиолетовым. Фиксированный препарат помещают на две параллельные стеклянные палочки, соединенные резиновыми шлангами и лежащие на стенках кюветы, и заливают раствором красителя на 1-3 мин. Для получения более чистых препаратов краситель наливают на мазок, покрытый фильтровальной бумагой. По окончании окраски препарат промывают водой до тех пор, пока стекающая вода не станет бесцветной. Затем препарат высушивают на воздухе или осторожно промокают фильтровальной бумагой.

В правильно окрашенном и хорошо промытом препарате поле зрения остается светлым и чистым, а окрашенными оказываются только клетки микроорганизма.

Фиксировать и окрашивать можно также и препараты "отпечатки". Окрашенный мазок микроскопируют с иммерсионным объективом х90.

Сложные методы окраски заключаются в последовательном окрашивании двумя или несколькими красителями. Один из сложных методов окрашивания ‑ окраска бактерий по методу Грама ‑ является дифференциальной и широко используется для определения видовой принадлежности бактерий. По этому способу одни бактерии прочно окрашиваются в сине-фиолетовый цвет комплексом красителя генцианфиолетового с йодом (грамположительные бактерии, гр.+), другие обесцвечиваются в процессе окраски и выявляются только при дополнительном окрашивании в красный цвет фуксином (грамотрицательные бактерии, гр.‑). Способность бактерий окрашиваться по Граму связана с молекулярной организацией и химическим составом клеточной стенки бактерий.

Техника окраски по Граму

На фиксированный мазок кладут сухую фильтровальную бумагу, пропитанную генцианфиолетом, наносят на бумагу 2-3 капли воды и окрашивают 2 мин., снимают бумагу и, не промывая препарат водой, наносят на мазок 2-3 капли раствора Люголя на 1 мин; сливают реактив Люголя и для обесцвечивания наносят на мазок 96 % этиловый спирт на 30 сек., промывают препарат водой и наносят раствор водного фуксина на 1 мин; промывают препарат водой, просушивают фильтровальной бумагой и микроскопируют с иммерсионным объективом. Бактерии, окрашенные в синий цвет ‑ грамположительные, в красный ‑ грамотрицательные.

Самостоятельная работа

1. Приготовление и микроскопирование фиксированных мазков демонстрационных препаратов, окрашенных простым способом.

2. Приготовление фиксированного мазка зубного налета, окраска его по методу Грама, микроскопия, зарисовка препарата.

3. Оформление протокола исследования.

Методические указания

РАБОТА 1. Приготовить на предметном стекле три мазка из чистых культур бактерий различной формы, зафиксировать мазки и окрасить простым способом.

РАБОТА 2. Приготовить мазок из зубного налета и окрасить его по методу Грама. Для этого на предметное стекло наносят каплю воды, осторожно снимают зубной налет спичкой (без серной головки), растирают в капле тонким слоем, мазок подсушивают на воздухе, фиксируют и окрашивают.

Приготовленные окрашенные мазки микроскопируют с помощью иммерсионного объектива (х90). Обратить внимание на форму клеток, их группировки, выявить наличие спор. Споры обычно в окрашенных препаратах не прокрашиваются, так как их оболочка непроницаема для краски, и они просматриваются в виде светлого пятна в клетке.

При окраске по Граму возможны следующие ошибки: все клетки синие из-за недостаточного обесцвечивания; все клетки бледно-розовые вследствие недостаточного окрашивания генциановым фиолетовым (много воды на бумаге) или чрезмерной обработки спиртом; редкие клетки в поле зрения ‑ мало взято зубного налета или плохое поле зрения. Обратить внимание на равномерное окрашивание клеток бактерий по Граму, что не позволяет выявить внутриклеточные включения.

В протоколе исследования привести методику приготовления фиксированных препаратов, окрашенных простым способом, и рисунки демонстрационных препаратов с названием форм бактерий и их агрегатов; методику окраски по Граму, рисунки препарата, окрашенного по Граму и его описание.

Литература:

1. Асонов Н.Р. Микробиология. М.: Колос, 2001. 352 с.

2. Елинов Н.П. Химическая микробиология. М.: Высшая школа, 1989. 448 с.

3. Гусев М.В., Минеева Л.Н. Микробиология: Учебник. 2-е изд. М.: МГУ, 1985. 376 с.

4. Промышленная микробиология / Под ред. Н.С. Егорова. М.: Высшая школа, 1989. 688 с.

5. Елинов Н.П. Общие закономерности строения и развития микробов – продуцентов биологически активных веществ. Л.: Медицина, 1977. 390 с.

6. Липунов И.Н. Основы химии и микробиологии природных и сточных вод. Екатеринбург: УГЛА, 1995. 212 с.

Составители: Сакович Галина Степановна

Безматерных Максим Алексеевич

Редактор:

Подписано к печати Формат 60х84 1/16

Бумага типографская Офсетная печать. Усл. печ. л.

Уч.-изд.л. Тираж Заказ Цена “С”

____________________________________________________________________

Поиск по сайту: