ЛЕКЦІЯ №2.
ТЕМА:СИСТЕМАТИКА ТА МОРФОЛОГІЯ МІКРООРГАНІЗМІВ
МЕТА ЛЕКЦІЇ Ознайомити студентів з основними принципами класифікації та систематики мікроорганізмів. Вивчити морфологію основних груп мікроорганізмів.
КЛЮЧОВІ СЛОВА: систематика, морфологія, бактерії, віруси, мікоплазми, спора, капсула
ПЛАН ЛЕКЦІЇ
1. Принципи класифікації мікробів
2. Класифікація бактерій, грибів, вірусів
3. Основні морфологічні групи бактерій
3. Будова мікробної клітини
4. Процес спороутворення
5. Будова і біологічні особливості вірусів, бактеріофагів
6. Морфологія і біологічні особливості мікоплазм, рикетсій, хламідій
Систематика (таксономія) - розподіл (класифікація) організмів на групи відповідно до певних ознак, а також встановлення родинних зв'язків між ними.
Для того, щоб віднести мікроорганізм до тієї чи іншої таксономічної групи, необхідно ознайомитись з основними його властивостями: визначити зовнішній вигляд, його форму, рухливість (наявність джгутиків, їх розташування), наявність капсул, здатність до спороутворення, відношення до фарбування по Граму; визначити особливості обміну речовин, засоби отримання енергії, визначити яким чином він змінює зовнішнє середовище, в якому росте, і як зовнішнє середовище впливає на його життя і виживання.
До відкриття м/о біологи поділяли організми на два царства - рослини (Plantaе) і тварини (Animalia). Коли у 18 - 19 століттях почалось вивчення світу мікроорганізмів, біологи були впевнені, що і ці прості істоти теж можно віднести до царства Рослин, якщо у них є здатність до фотосинтезу, або Тварин якщо вони здатні до активного руху. Так, багатоклітинні водорості - нерухомі фотосинтезуючі організми, ценоцитні гриби, які не здатні до фотосинтезу, але є нерухомі - були віднесені до царства Рослин. Мікроскопічні рухливі форми були об'єднані в одну групу тварин під назвою "інфузорії".
Однак подальші спостереження показали, що віднесення найпростіших до одноклітинних тварин призводить до значних труднощів. Такі найпростіші як інфузорії чи амеби рухливі фагатрофічні організми, без клітинної оболонки - вкладалися у рамки уявлень про царство Тварин.
Інші найпростіші, наприклад, джгутикові, досить складно віднести до тварин, бо у них є єдина ознака - рухливість, обумовлена наявністю джгутика. Деякі з них є фототрофами, інші хемотрофи.
Існуюча класифікація була досить проблематичною. Один із послідовників Дарвіна - Геккель у 1866 році запропонував визнати існування третього царства, протистів, який включає в себе найпростіших: водорості, гриби і бактерії. Таким чином, основою для первинного розподілу живих істот може бути ступінь складності біологічної організації.
У 1896 році Леман і Нейман спробували об'єднати мікроорганізми за певними морфологічними ознаками у три групи: кулясті, паличкоподібні і звивисті.
Трохи пізніше для систематики мікробів стали використовувати поряд з морфологічними і фізіологічні ознаки. Перший визначник бактерій вийшов під редакцією Д. Бергі (1860 - 1937). Наступний був підготовлений великою групою авторів із різних країн.
Визначник бактерій Бергі перевидавався декілька разів. У 1984 році вийшло дев'яте перероблене і доповнене видання "Определителя бактерий Берги".
Всі м/о об'єднані в царство прокаріоти в яке ввійшли чотири відділи:
1.Gracilicutes - відносять грамнегативні прокаріоти
2.Firmicutes - входять прокаріоти, які грампозитвний тип клітинної оболонки
3.Tenericutes - грамнегативні прокаріоти, які не мають рігідної клітинної оболонки, не синтезують пептидоглікан і мають тонку плазменну мембрану
4.Mendosicutes - до цього відділу належать прокаріоти, у яких недорозвинена клітинна стінка(має однослойну ліпідну мембрану) і яка не містить муреїна.
Для визначення м/о прийнята бінарна номенклатура, яка складається із назви роду і виду. Перше слово - назва роду. Воно пишеться з великої букви і характеризує морфологічну і фізіологічну ознаки м/о, або фамілію вченого, який відкрив його, або особливу відзначну ознаку, наприклад, місцезнаходження.
Друге слово пишеться з маленької букви. Воно визначає видову назву м/о і дає опис кольору колонії, джерела походження м/о, мікробіологічний процес, або захворювання та деякі інші ознаки. Наприклад, Baccilus albus, вказує що м/о є грампозитивною спороутворюючою аеробною паличкою(ознаки роду Bacillus), а видова назва характеризує кольор утворюваної їм колонії (albus - білий).
Основною таксономічною одиницею є вид. Види об'єднані у роди, роди - у родини, родини - в порядки, порядки - у класи, класи - у відділи, відділи - у царства.
Всі живі істоти в залежності від будови клітини поділяють на 2 групи: еукаріоти і прокаріоти. Еукаріотична клітина є структурною одиницею у рослин, багатоклітинних тварин, найпростіших, грибів, водоростів. Прокаріотична клітина є структурною одиницею у бактерій і синьо-зелених водоростей. У прокаріотів ядерна речовина і органели не відділені від цитоплазми мембранами.
МОРФОЛОГІЯ МІКРООРГАНІЗМІВ
Мікроорганізми - це одноклітинні організми бактерії, актиноміцети, дріжджі, водорості, найпростіші (Рrоtоzоа); багатоклітинні міцеліальні (нитчасті) гриби; неклітинні, або з неригідною клітинною оболонкою - мікоплазми, віруси.
Бактерії одноклітинні мікроорганізми, які не мають чітко відокремленого ядра (прокаріоти), без хлорофілу, розмножуються простим поділом, мають клітинну оболонку, що не містить в собі клітковину, їх відомо понад 1700 видів, розмір переважної більшості бактерій від 0,2 до 10,0 мкм. Але серед них є і «гіганти», наприклад, сіркобактерії, які досягають 50 мкм завширшки і до 1 см завдовжки.
За зовнішніми ознаками бактерії поділяють на три основні групи: кулясті (коки), паличкоподібні (циліндричні) і звивисті (спіралеподібні) (вібріони, спірили, спірохети).
Серед кулястих бактерій (рис. 1) здебільшого діаметром 1-2 мкм залежно від кількості клітин та місця розташування перетинки розрізняють 6 груп (родів): коки- поодинокі, безладно розміщені клітини; диплококи - клітини, зібрані вкупі по дві; тетракоки - по чотири; сарцини в пакетах по 8-16 клітин (це результат поділу клітин відповідно у двох і трьох взаємно перпендикулярних площинах); стафілококи скупчення клітин, що нагадує грону винограду, стрептококи ланцюжки клітин, що зберігають зв'язок між собою (від 3 до 20 і більше клітин).
До звивистих форм відносять: Вібріони( Vibrio) - клітини у вигляді коми; Спірили (Spirillum) - штопороподібні клітини, що мають до п'яти обертів спіралі. До них відносяться сіркові бактерії, які поширені у водоймах.
Спірохети (Spirochaeta) - довгі та тонкі звивисті клітини з аксіальною віссю або стрижнем, навколо якого гвинтоподібне обернена цитоплазма. До спірохет відносяться сапрофітні види (Spirochaeta dentіa) і патогенні (Spirochaeta pallidum).Окремі види звивистих мікроорганізмів поширені у грунті, воді, повітрі, є збудниками захворювань. Це збудник холери людини Vibrio cholerae, сапрофітні форми Vibrio Metschnicovi.
Простекобактерії відкриті останнім часом одноклітинні організми трикутної або іншої форми. У деяких з них променева симетрія. Свою назву вони одержали за гострокінцевими виростами - простеками. Простекобактерії розмножуються діленням або брунькуванням. Вони нерухливі, спор не утворюють, ростуть на картопляному агарі при температурі 28°С.
Розміри бактерій, грибів, актиноміцетів визначаються в мікрометрах (1мкм = 10-6м), вірусів - нанометрах (1нм = 10-9м), або ангстремах (1А= 0,1нм).
Мікоплазми - група мікробів (відкрита в 1956 р.), що мають розмір 0,3-0,9мкм, серед яких більшість видів відноситїіСЯ до плевропневмонійноподібііих організмів (ПППО). Їм властивий значний поліморфізм (кулясті, зернисті, безформні), вини проходять через бактеріальні фільтри, спор і капсул не утворюють, грамнегативні, розмножуються діленням, культивуються на живильних середовищах з вмістом білків, амінокислот, сироватки крові ссавців. Мікоплазми характеризуються відсутністю Б складі оболонки клітинної стінки її основного компонента - ксп-тидоглікану. Патогенні Мікоплазми тривалий час зберігають інфекційні властивості, спричиняючи захворювання людини, тварин і рослин. Відомо вісім серологічних груп мікоплазм, серед яких в етіології респіраторного мікоплазмозу птиці має значення високовірулентний тип А (рис 11).
L-форми бактерій. Таку назву цим мікроорганізмам було дано в 1935 р. А. Кечинбергер-Нобеле (Лістеровський інститут). Форми описано у різних видів мікробів плісеневі гриби, актиноміцети та ін.). Вони поліморфні, відрізняються від вихідних материнських культур не тільки морфологічними ознаками, але й іншими властивостями. Утворюються α-форми внаслідок дії на мікроорганізми інгібіторів синтезу клітинної оболонки (наприклад, пеніциліну, циклосерину, лізоциму та ін.).
Їх геном містить майже вдвічі менше генетичної речовини, ніж геном інших прокаріотів. Серед α-форм зустрічаються лабільні штами, що здатні до реверса - переходів в істинні форми, особливо па складних живильних середовищах з додаванням сироватки крові.
α-форми проходять через бактеріальні фільтри і являють собою частинки - «осколки» мікробних клітин, які за сприятливих умов можуть регенерувати. Гак, у 1910 р. французький вчений Е. Фонтес виявив фільтрівні форми у старої культури туберкульозної палички. Після висівів фільтрату на живильні субстрати через декілька діб виростали типові колонії Mycobacterium tuberculosis.
Рикетсії поліморфні, грамнегативні мікроорганізми, які за морфологією подібні до бактерій, а за культуральними і біологічними властивостями нагадують віруси.
Розрізняють чотири форми рикетсій: кулясту, паличкоподібну, бацилярну і нитчасту. Вони можуть переходити одна в іншу, зберігаючи фізіологічні ознаки: Спор і капсул не утворюють, нерухомі, до складу цитоплазми клітин входять ДНК, РНК, білок і до 40 % ліпідів. Рикетсії на штучних живильних середовищах не ростуть. Як внутрішньоклітинні паразити вони розмножуються у живих клітинах, курячих ембріонах, культурі тканин, не проходять крізь бактеріальні фільтри (за винятком деяких видів), утворюють термолабільний токсин.
Цю групу мікробів названо рикетсіями за прізвищем американського дослідника Г. Риккетса, який вперше виділив збудника висипного тифу людини і загинув, заразившись цією хворобою. Пізніше було встановлено, що рикетсії викликають багато інфекційних захворювань тварин, рикетсійний моноцитоз, кератокон'юнктивіт та ін.), переносниками яких є кліщі, воші, блохи. УСІ рекетсіози, крім висипного тифу, відносяться до зоонозних інфекцій.
Хламідії - близькі до рикетсій внутрішньоклітинні облігатні паразити, зріла форма яких має вигляд сферичних їй овальних елементарних тілець розміром 0,25-0,3мкм. Проміжні форми дробляться внутрішньою фрагментацією або брунькуються. Розмножуються хламідії поперечним поділом. Хламідії культивують у курячих ембріонах, окремих клітинних культурах. Ця група мікроорганізмів - збудники специфічних хвороб у тварин, що мають загальну назву хламідіоз.
Будова мікробної клітини
Сучасний світловий мікроскоп дозволяє розглядати клітину при збільшенні до 3000 разів. За допомогою електронного мікроскопа, ультромікротома та спеціальних фізико-хімічних, біологічних методів дослідження стало можливим вивчення анатомії мікробної клітини, будови і функцій окремих внутрішньоклітинних структурних одиниць та їх молекулярної організації.
Клітинна оболонка має складну структуру, характеризується багатошаровістю і різним характером розташування в ній окремих компонентів. Оболонка пластична, стійка до впливу зовнішніх факторів і внутрішньоклітинного тиску, надає форму клітині. В оболонці є отвори (пори) розміром від 1нм і більше, через які можуть проходити лише певні сполуки (молекули чи їх комплекси).
Клітинна стінка основна структурна одиниця оболонки
мікробної клітини. Вона багатошарова, до її складу входять пептидоглікан (муреїн, гліко- і мукопептид) і теііхоєві кислоти, які разом з фібрилярними компонентами утворюють ригідний шар стінки і зумовлюють поділ мікробів на грампозитивіїі та грам негативні. У деяких видів мікроорганізмів на зовнішній поверхні клітинної стійки утворюється слизовий шар різної товщини капсула. У більшості мікробів вона складається з полісахаридів, у окремих (збудник сибірки) -з поліпептидів і води (до 98%). Капсула (рис. 5) захищає клітину від висихання, несприятливих впливів макроорганізмів (дія фагоцитів, антитіл), зумовлює вірулентність, характеризується імунологічною специфічних.
Клітини, то позбавлені клітинної оболонки, називаються протопластами, їм властиве ділення, процеси обміну - дихання, синтез білків, нуклеїнових кислот і ферментів. Вважають, що протопласти окремих мікроорганізмів впливають на хронічну та рецидивну форми окремих захворювань людини, тварин, рослин І можуть утворюватись під дією антибіотиків чи інших факторів, що гальмують синтез клітинної оболонки.
Цитоплазматична мембрана знаходиться між оболонкою ї цитоплазмою клітини, здебільшого складається з трьох шарів фосфоліпідного і двох білкових. Головна фізіологічна функція мембрани регуляція надходження та виходу речовин з клітини. Мембрана характеризується вибірковою напівпроникністю і являє собою справжній осмотичний бар'єр, в якому відбувається ферментативна «обробка» речовин, що надходять ззовні в клітині, а також утворення сполук для певних видів мікроорганізмів. При розмноженні бактерії цитоплазматична мембрані і внутрішні шари Клітинної оболонки беруть участь у формуванні перетинок, що розділяють клітини.
Цитоплазма - складна колоїдна система, де гомогенною (однорідною) фазою є вода.
Дисперсною різні речовини і структури клітин. У цитоплазмі містяться мезосоми, або мітохондрії, які є центром окислювально-відновних процесів, що відбуваються в мікробній клітині. До їх складу входять комплекси білків - ферменти, що беруть участь в окисленні жирних кислот, фосфорорганічних сполук і утворенні енергії. Мітохондрій - «рухливі» і дуже мінливі компоненти клітини, їх кількість, організація, система мембран, розміри і форма можуть бути від умов культивування мікробів: температури, пологості повітря, освітлення, складу живильного середовища тощо.
У цитоплазмі клітини міститься значна кількість більш дрібних структур рибосом. Вони мають вигляд дрібних (10-20пм) зернинок різного розміру і форми, можуть бути поодинокими, в лінійні ланцюги або клубки, характеризуються значним вмістом РНК. та білка. Встановлено, що окремі білкові фракції, одержані з рибосом, визначають чутливість, мікроорганізмів різних штамів до антибіотиків.
У цитоплазмі залежно від фази росту мікробів та інших причин можуть відкладатися резервні продукти внутрішньоклітинних біохімічних реакцій (волютин, гранульоза, глікоген, жир, сірка, залізо та ін.).
Зокрема однією з особливостей бактерій, що зумовила їх поділ па дві групи - грампозитивні та грамнегативні- є різний хімічний склад оболонки та цитоплазми клітини. У грампозитивних бактерій відмічено наявність рибону-клеату магнію, полімеру пептидоглюкану й зв'язаних полісахаридів та тейхоєвих кислот. У грамнегатих бактерій у клітинній мембрані переважають білки, ліпротеїди.
Рух мікробів
Механізми руху мікробів різноманітні. Для представників еукаріотів характерна направлена рухливість протоплазми у напрямку, наприклад, до верхівки гіф або окремих органел клітини залежно від їх метаболічної функції (рух мітохондрій, тілець Гольджі).
Амебоїдний тип руху по поверхні субстрату властивий представникам, позбавленим клітинної оболонки. Це рух за типом плавання в рідкому середовищі (нижчі гриби, Що розмножуються зооспорами).
Для прокаріотичних мікроорганізмів окремих видів характерний активний рух за типом ковзання на твердих і плавання у рідких середовищах за допомогою джгутиків, що являють собою ниткоподібну молекулу білка флагеліну розміром до 12-18 нм. Джгутик є цитоплазматичним виростом клітини, він закладається під її мембраною. Вперше джгутики у бактерій було виявлено в 1838 р. X. Г. Еренбергом. Їх розмір, форма і кількість у різних вищих бактерій неоднакові. Джгутики мають вигляд двох переплетених ниток, здебільшого спіральної чи гвинтоподібної будови, покритих чохлом білкового походження. Джгутик поєднується з клітиною базальним тілом, яке нижнім кінцем прикріплюється до цитоплазматичної мембрани. До хімічного складу джгутика входять азот, фосфор, вуглеводи, ліпіди, нуклеїнові кислоти і більшість амінокислот. За характером розташування і кількістю джгутиків на бактеріальній клітині прийнято розрізняти монотрихи бактерії з одним джгутиком на одному з полюсів клітини; лофотрихи - мають пучок джгутиків; амфітрихи - являють собою перехідну форму і містять по одному джгутику або їх пучку на кожному полюсі; перитрихи— джгутики розмішено по всій поверхні тіла.
Розмноження бактерій
Розмноження мікробів відбувається дуже швидко. Так, за сприятливих умов кількість бактеріальних клітин може подвоюватись через кожні 20-30хв. За такої інтенсивності розмноження кількість генерацій однієї мікробної клітини протягом доби могла б досягти астрономічної цифри (4 - 5 т). Факторами, що впливають на розмноження мікробів є температура, склад живильного середовища, наявність у ньому продуктів життєдіяльності та ін.
Бактерії розмножуються поперечним поділом н.ві особини, проте у спіральні. Форм поділ поздовжний у коків моікопій в будь-якому напрямі (рис. 10).
Безпосередньо перед поділом в мікробній клітині варіюється перетинка, здебільшого посередині (ізоморфний поділ) або на одному з її кінців (гетероморфний поділ). Коли дочірні клітини відділяються одна від одної або після поділу залишаються з'єднаними між собою. Внаслідок цього утворюються диплококи, диплобактерії, ланцюжки кулястих або паличкоподібних бактерій (стрептококи, стрептобактерії), а також інші утворення (сарцини, стафілококи), Розмноження мікрофлори на штучних живильник середовищах відбувається через відповідні фази лагфаза, або фаза затримки росту. Мікроорганізми, внесені в живильний субстрат, пристосовуються до нього, а частина з них може навіть загинути. Друга фаза - період логарифмічного росту, для якого характерне бурхливе розмноження мікробних клітин, хоч в цей період певна кількість їх гине. Третя фаза - стаціонарна, або період зрілості мікробної культури, що може тривати віл кількох годин до 3 - 5 діб. Четверта фаза - період старіння культури, який триває від 2 - 3 діб до декількох років. Для нього характерне поступове зниження концентрації клітин, у спороутворюючих з'являються спорові форми, і згодом культура гине.
На щільних живильних середовищах (МПА, МПЖ) мікроорганізми розмножуються, утворюючи колонії, що являють собою популяції чистих культур і різняться між собою за віком, розміром, формою, структурою, консистенцією, кольором та іншими культу раль ним й властивостями. Характер росту мікроорганізмів на живильних субстратах є однією з підстав для диференціювання їх видів.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
1. Складові частини бактеріальної клітини;
2. Будова клітинної оболонки бактерій
3. Спори бактерій і умови спороутворення;
4. Біологічні особливості вірусів
5. Принципи класифікації мікробів
6. Рух бактерій. Типи джгутикування.
7. Особливості будови актиноміцетів і мікоплазм.
- Будова клітинної оболонки м/о та функції її компонентів.
ЛІТЕРАТУРА
Основна:
1. Асонов Р.Н. "Микробиология" М: 1989г. С.
2. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. "Микробиология" М.-.Колос,1987 С.
3. Харченко С.М. "Мікробіологія" Київ: Сільгоспосвіта, 1994 С.
4. Вербина Н.М. Тидромикробиология" Москва: 1980, С.
5.Дворецький А.І., Ємець Г.П., Бадьоркіна С.О. "Водна мікробіологія" Дніпропетровськ.2000С.
Додаткова:
1.Асонов Р.Н. "Практикум по микробиологии" М.:Агропромиздат,І989 С.
2.Ежов Г.И. "Руководство к практическим занятиям по сельскохозяйственной микробиологии"
М.:Высшая школа, 1982 С.
З.Хренов Н.М. "Микрофлора рыбы и рыбных продуктов" Херсон,1998 С.
