КОХ Роберт (1843-1910 р.р.)

Німецький мікробіолог, який вперше ввів у мікробіологічну практику тверді поживні середовища, відкрив та вивчив збудника туберкулъозу людини та великої рогатої худоби, розробив методи фарбування мікробів, вперше почав використовувати у бактеріологічній діагностиці зараження дослідних тварин. Лауреат Нобелівської премії.

МЕЧНИКОВ Ілля Ілліч (1845–1916 р.р.)

Народився в с. Іванівка (тепер – Харківська область). Закінчив Харківський університет. Працював у Новоросійському університеті в Одесі. Один із засновників Одеської бактеріологічної станції (тепер – Одеський науково-дослідний інститут епідеміології та мікробіології ім. Мечникова). Відкрив явище фагоцитозу, за що в 1909 році був удостоєний Нобелівської премії. Приділяв велику увагу проблемам імунітету, довголіття, захисту рослин, вивченню інфекційних захворювань (холера, сказ та ін.).

ОМЕЛЬЧЕНКО Федір Захарович (1894 – 1924 р. р.)

Народився в Кролівцях (тепер – Сумська область). Закінчив в Київський університет, а також – Військово-медичну академію в Петербурзі. Працював директором заснованого ним Мікробіологічного інституту АН України, ректором ветеринарно-зоотехнічного інституту в Києві. Займався медичною мікробіологією, патологічною анатомією та антропологією. Академік АН України, брав участь у складанні російсько-українського медичного словника.

ОМЕЛЯНСЬКИЙ Василь Леонідович (1867 – 1928 р. р.)

Народився у Полтаві, жив у Житомирі. Закінчив Петербурзький університет. Працював в Інституті експериментальної медицини в Петербурзі. Основні наукові праці присвячено ролі мікробів у кругообігу речовин в природі. Автор класичних робіт в галузі грунтової та сільськогосподарської мікробіології. Вивчав азотфіксуючи бактерії. Відкрив культури анаеробних бактерій, що переробляють клітковину з утворенням органічних кислот та водню. В 1909 написав перший підручник по мікробіології російською мовою.

ПАСТЕР Луї (1822-1895 р.р.)

Французький вчений. Хімік за фахом. З його ім’ям пов’язаний початок фізіологічного періоду в мікробіології. Пастер відкрив біологічну природу бродіння, з'ясував причини інфекційних хвороб, запропонував методи виготовлення вакцин, створив перші біопрепарати проти сибірської виразки, сказу.

ХАВКІН Володимир Аронович (1860–1930 р. р.)

Народився в Одесі. Закінчив Новоросійський університет в Одесі. Працював в Одеському зоологічному музеї, Женевському університеті (Швейцарія), в лабораторії І.І.Мечникова в інституті Пастера (Париж). За проханням британського уряду боровся з епідемією холери в Індії. В наш час в Індії є інститут, що носить його ім’я. Наукові праці присвячено вивченню холери та чуми. Довів інфекційну природу холери, створив вакцину, яку перевіряв на собі

Тема „Морфологія мікроорганізмів”

Морфологічні групи мікробів та мікробні культури

Таблиця 1. Одиниці виміру мікробних клітин

Назва одиниці виміру	Співвідношення з іншими одиницями виміру
Мікрометр	1 мікрометр (мікрон) = 1 мкм = 10 ^–3 мм = 10 ^{– 6 м}
Нанометр	1 нанометр = 1 нм = 10 ^{– 6 мм = = 10 – 9 м}

Природні системи

Представники різних груп мікробів, багато видів	Представники одної групи мікробів, багато видів

Змішана культура

Виділяється в лабораторії із зразків мікробного матеріалу, відібраного в зовнішньому середовищі, штучні системи

Накопичувальна культура	Чиста культура	Асоційована культура

Рис.1 Види мікробних культур

Таблиця 2. Ознаки мікроорганізмів

Назва групи ознак	Початок вивчення	Характеристики мікроорганізму
Морфологічні	1676 р.	Форма клітин, наявність органів руху, наявність спор та ін.
Фізіологічні	60-ті роки 19 ст.	Використання певних поживних речовин, Виділення продуктів обміну, відношення до факторів середовища
Генетичні	60-ті роки 20 ст.	Особливості будови і складу молекул нуклеїнових кислот клітини, принципи їх роботи.

За внутрішніми морфологічними ознаками (наявність та будова органоїдів) мікроорганізми можна поділити на клітинні та неклітинні, прокаріоти, еукаріоти та архебактерії. Зовнішні характеристики (форма та розмір вегетативних клітин, принципи розмноження, особливості органів розмноження, здатність до руху тощо) дозволяють розділити прокаріотні, еукаріотні мікроби на відповідні морфологічні групи.

Неклітинні Віроїди Віруси

Фаги

Бактеріофаг Мікофаг Актинофаг

Клітинні Прокаріоти Еукаріоти Архебактерії

Актиноміцети Гриби Архебактерії

Мікоплазми

Хламідії

Риккетсії

Цианобактерії

Бактерії

Рис 2 Морфологічні групи мікроорганізмів

Таблиця 3 Послідовність відкриття мікроорганізмів

Назва морфологічної групи	Час відкриття
Бактерії	Друга половина 17 ст.
Гриби	18 ст.
Віруси Актиноміцети Риккетсії	Кінець 19 - початок 20 ст.
Хламідії Мікоплазми Архебактерії Віроїди	Друга половина 20 ст.

Використання з 50-х років 20 ст. електронного мікроскопу для вивчення внутрішньої будови клітин дозволило розподілити всі відомі мікроорганізми на два типи: прокаріоти та еукаріоти (1967 р.).

В 1977-1978 роках після того, як американські вчені дослідили молекули 16S рРНК у певних видів прокаріотних організмів, стало зрозуміло: існують клітини третього типу, які назвали архебактеріями. Імовірно, що саме від них ведуть своє походження сучасні прокаріотні та еукаріотні мікроорганізми.

Архебактерії розрізняють за формою клітин, їх складом, особливостями обміну речовин і поділяють на 3 групи: метаноутворюючі, термоацидофільні та галобактерії. Архебактерії генетично нездатні викликати інфекційну хворобу у вищих еукаріотних організмах (тварина, людина). Крім того, вони живуть в екстремальних умовах середовища (гарячі джерела, солоні озера), де людська діяльність – мінімальна, а сільськогосподарське виробництво не проводиться взагалі.

Принципи класифікації мікробів

Перші спроби класифікації мікробів за морфологічними ознаками відносяться до 18 ст. Але мінімальних знань, накопичених в той час, виявилось недостатньо, і ці істоти були віднесені Лінеєм до типу “Хаос”. Тільки коли наприкінці 19-го сторіччя стали вивчати фізіологічні ознаки мікробів, Виноградський та Бейеринк запропонували створити класифікацію, яка враховувала комбінацію двох груп ознак. Але всі створені таким чином класифікації мікросвіту є фенетичними (штучними). Вони призначені для вирішення практичних задач, тобто – для швидкої ідентифікації мікроорганізмів. Найкращою і загальноприйнятою є класифікація Бергі, яку періодично видає Товариство американських бактеріологів (Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology). Перше видання вийшло з друку під редакцією Д.Х. Бергі в 1923 році, а над останнім (90-ті роки 20 ст.) працювало більше 100 авторів.

Система назв (тобто, номенклатура ) в мікробіології формується згідно правилам Міжнародного кодексу номенклатури мікроорганізмів, останній варіант якого затверджено в 1980 році. Мікробіологічна номенклатура – бінарна: перше слово визначає назву роду, друге – виду.

Перше слово латинської назви – назва роду - характеризує або важливу морфологічну чи фізіологічну ознаку або є прізвищем вченого, який відкрив дану групу мікробів. Родові назви Pasterella, Brucella та Iersinia дані на честь Пастера, Брюса та Йерсена. Родові назві іншого типу – Streptococcus, Azotobacter та Bacillus – говорять про певні ознаки клітин:

· мікроорганізм кулястої форми, клітини якого з’єднані в ланцюг (Streptococcus);

· мікроорганізм паличковидної форми, здатний до засвоєння азоту повітря (Azotobacter);

· мікроорганізм, який утворює спору в несприятливих умовах (Bacillus).

Друге слово латинської назви – назва виду – може означати:

· місце існування мікроорганізма – E. Coli (кишечник );

· хворобу, яку він викликає – Bac.anthracis (сибірка);

· тварину, яка є його хазяїном – Myc.avium (птиця);

· назву патологічного процесу – Bruc.abortus (аборт);

· фізіологічну особливість мікроба (колір речовини, яка визначає забарвлення колонії або назва речовини, яку мікроб розщеплює або виділяє) – St. аureus (золотистий колір колонії),

Навіть в наш час ще неможливо скласти остаточну філогенетичну систематику, яка відображала б еволюційну спорідненість мікроорганізмів. В 60-ті роки 20 сторіччя сподівались, що аналіз нуклеотидного складу ДНК допоможе виявити генетичну спорідненість різних родів та видів. В останніх виданнях довідника Бергі наводиться коефіцієнт специфічності (процентне відношення суми Г+Ц до загальної суми всіх нуклеотидів – А+Т+Г+Ц – в молекулі ДНК). Але виявилось, що такий коефіцієнт може бути практично однаковим у мікробів, що належать до абсолютно різних таксонів. З останньої чверті 20 ст. вивчення еволюційної спорідненості мікроорганізмів стало можливим, і маркером спорідненості є молекули рибосомальної РНК (16S рРНК та 5S рРНК). Особливості складу цих молекул проаналізовано для декількох сотен видів. Узагальнення отриманих даних дозволить побудувати таку класифікацію мікроорганізмів, яка зможе враховувати етапи еволюції мікробів.

В складі кожного виду мікроорганізмів існують, так звані клітинні лінії, що позначаються термінами „штам” і „клон”

Представники одного виду мікробів

Штами – клітини, які існують в різних умовах навколишнього середовища Клони – нащадки одної клітини.

Штам №1 Штам №2 Клон №1 Клон №2

Морфологія однакова, фізіологія та генетика – різні Морфологія, фізіологія та генетика – абсолютно однакові

Рис. 3 Характеристика штамів і клонів

У мікробіології використовують додаткові терміни, синонімічні терміну “штам”, які підкреслюють особливу ознаку мікроорганізма (варіанту):

Серовар - різні антигени

Фаговар- різна чутливість до вірусів мікробів

Хемовар - живляться різніми речовини

Патовар - різна шкідливість для макроорганізму

Характеристика прокаріотних та еукаріот них

мікробних клітин

У кожного мікроорганізму, незалежно від його типу, елементарною одиницею є клітина. Остання повинна мати в своєму складі певну кількість особливих структур – органоїдів. Порівняння органоїдів у прокаріотів та еукаріотів дозволяє спочатку виділити принципові відмінності між вищезазначеними клітинами, а потім – і другорядні.

Дещо відрізняється від бактерій та дріжджів вигляд клітин у міцеліальних грибів. Незважаючи на певні відмінності, набір та особливості роботи органоїдів грибної клітини, дозволяє віднести її до типових еукаріотів (рис.4-6).

Рис.4 Будова прокаріотної клітини:

Кпс - капсула, КСт – клітинна стінка, ПМ – цитоплазматична мембрана з мезосомами, ЦПл – цитоплазма, Я – нуклеоїд,

Плз – плазміда, Ри – рибосома,

Ли, ПГМ, Пф, Гли – включення, Ж –джгутики, Пи – пілі.

Рис.5 Будова еукаріотної клітини (дріжджі):

1 – комплекс Гольджі, 2 – місце колишньої бруньки,

3 – ендоплазматична сітка, 4 – гранули хроматину, 5 – вакуоль, 6 – рибосоми, 7 – краплі жиру,

8 –цитоплазматична мембрана, 9 – ядерце,

10 – мітохондрії, 11 – клітинна стінка, 12 – цитоплазма, 13 – ядро.

Рис.6 Будова еукаріотної клітини

(міцеліальні гриби):

1 – ендоплазматична сітка, 2 – мітохондрія, 3 – цитоплазма, 4 – клітинна стінка, 5 – ядро, 6 – ядерна оболонка, 7 – цитоплазматична мембрана, 8 – рибосоми, 9 – комплекс Гольджі, 10 – лізосоми.

Таблиця 4. Порівняння функцій органоїдів у про- та еукаріотів

ЕУКАРІОТ ПРОКАРІОТ

Керівна структура (генетичний апарат) Ядро Нуклеоїд

Відокремлення від оточуючого середовища і захист від несприятливих факторів Цитоплазм. мембрана Клітинна стінка Капсула Цитоплазм. мембрана

Транспорт поживних речовин і виведення продуктів обміну Цитоплазм. мембрана Цитоплазм. мембрана Комплекс Гольджи Лізосома Ендоплазматична сітка

Вивільнення енергії з поживних речови,і акумуляція її надлишків Мітохондрія Мезосома

Синтез білків Рибосома Рибосома

В клітинах двох типів є органоїди, які мають однакові назви (рибосома, клітинна стінка, цитоплазматична мембрана). Такі органоїди виконують однакові функції, але дещо розрізняються за хімічним складом.

Рибосоми клітин різних типів подібні не тільки за функціями, але й за будовою. Це органоїди, що складаються з двох частинок неоднакового розміру, з’єднаних як вісімка. Під час синтезу білка рибосоми об’єднуються в полісому. Речовини рибосом – це білок і РНК. В прокаріотній клітині від 10 до 50 тисяч рибосом, завдяки яким цитоплазма клітини має зернисту структуру. На відміну від еукаріотних, прокаріотні рибосоми мають менший розмір і не закріплені (у еукаріотів рибосоми зв’язані з мембранами ендоплазматичної сітки), а вільно плавають в цитоплазмі.

В еукаріотних клітинах є органоїди, які неможливо знайти у прокаріотів. Ними є ендоплазматична сітка, лізосоми, аппарат Гольджи, вакуолі, мікротільця. Всі вони – це розвинені мембранні структури, які відокремлюють певну ділянку цитоплазми еукаріотичної клітини і виконують різноманітні функції:

1. Ендоплазматична сітка (ЕС). Система мембран у вигляді трубочок та пластинок. З’єднана із зовнішньою ядерною мембраною. Транспортує білки, синтезовані на рибосомах гранулярної ЕС. Гладенька ЕС – місце синтезу ліпідів та ін. речовин;

2. Лізосоми. Органоїди сферичної форми, відокремлені від цитоплазми одинарною мембраною. Містять різноманітні ферменти, призначені для розщеплення поживних та чужорідних речовин різних типів і класів;

3. Аппарат Гольджі. Слоїста структура з мембран-цистерн, з одного кінця якого пухирці утворюються, а з другого – від’єднуються. Забезпечує транспорт речовин в клітині;

4. Мікротільця. Маленькі органоїди сферичної форми, відокремлені від цитоплазми одинарною мембраною. Вміст має зернисту структуру. Основна речовина – фермент каталаза, за допомогою якого в мікротільцях проходять реакції окислення;

5. Вакуолі. Органоїди різної, найчастіше – кулястої форми. відповідають за накопичення запасних поживних речовин або токсичних продуктів обміну.

У клітин двох типів є органоїди, які виконують однакові функції, але мають абсолютно різні назви і відрізняються як будовою, так і хімічним складом.

Табл. 5 Характеристика генетичних та енергетичних центрів клітин

Еукаріот Прокаріот

Ядро – органоїд кулястої форми, Відокремлений від цитоплазми подвійною мембраною з порами. Всередині є ядерце. Основна речовина – двоспіральні молекули ДНК лінійної форми. Таких молекул – багато (у мікробів – від 4 до 28). В конденсованому вигляді (хромосома) вони перебувають під час поділу клітини, а в інтерфазі – у вигляді хроматину. Нуклеоїд – відокремлення від цитоплазми відсутнє. Є безкінечною двоспіральною молекулою ДНК (кільцева форма, довжина 2-3 мм). Єдина молекула прокаріотів упакована складним шляхом. Відсутність декількох молекул не дає можливості прокаріоту поділити генетичний матеріал. Через це всі прокаріоти розмножуються нестатевим шляхом.

Мітохондрія – органоїд овальної форми. Відокремлена від цитоплазми подвійною мембраною. Внутрішня мембрана – не гладенька, має вирости (крісти). Всередині мітохондрії є невелика кільцева молекула ДНК, рибосоми, гранули фосфатів Нові мітохондрії утворюються при поділі старих. Мезосома – не окремі органоїди, а вигини цитоплазматичної мембрани прокаріотної клітини в цитоплазму. Аналоги кріст еукаріота. Мезосоми можуть мати різноманітну форму (кулька, паличка, пакет мембран та ін.).

Морфологія прокаріот: рикетсії та хламідії.

Невелички за розмірами паличковидні прокаріоти – риккетсії – є збудниками таких інфекційних хвороб як висипний тиф, ку-лихоманка та інші риккетсіозні хвороби (марсельська, волинська лихоманки, цуцугамуші). Летальність хвороб – від 10 до 90%. Природними вогнищами риккетсіозних захворювань, є басейни Середземного, Чорного, Каспійського морів (марсельська лихоманка); країни Східної та Південно-Східної Азії, Австралія (лихоманка цуцугамуші), різні країни світу (ку-лихоманка).

Прокаріотні мікроорганізми кулястої форми – хламідії – викликають трахому, орнітоз, хламідійний аборт.

Збудники хвороб оселяються в організмах диких та домашніх тварин, людини, комах (кліщі, воші, москіти, клопи та ін.). Окремі види риккетсій культивуються на штучних живильних середовищах (представники родів Bartonella та Grahamella), інші, як і хламідії – розмножуються тільки в живих організмах: курячих ембріонах, культурах клітин, в лабораторних тваринах - мишах, морських свинках, кролях.

Рикетсії синтезують білки, ліпіди та окремі речовини, до виробництва яких організм хазяїна нездатний (мурамова, фолієва, діамінопімелінова кислоти, L-лізин, D-аланін), а хламідії нездатні синтезувати АТФ (тому вони є енергетичними паразитами).

Табл.6 Порівняльна характеристика рикетсій та хламідій

Ознаки мікроорганізму Рикетсії Хламідії

Форма клітин Коки, палички, зрідка – нитки (плеоморфні). Коки (поодинокі або зібрані в групи)

Розмір клітин 0,2-0,6* 0,4-2,0 мкм, нитки – до 40 мкм 0,2-0,4 мкм

Здатність до руху Нерухомі Нерухомі

Тип розмноження У коків та паличок – бінарний поділ, нитковидні форми – поділ з утворенням коків або паличок Бінарнпй поділ.

Клітинна стінка Аналог грамнегативних бактерій Аналог грамнегативних бактерій

Відношення до О₂ Аероби

Особливістю зазначених прокаріотів, крім їх здатності до паразитизму є плеоморфність, тобто – залежність форми клітин від гостроти хвороби.

Хламідії елементарне тільце мікроколонія макроколонія, «ягода шовковиці»

Рикетсії

Морфологічні особливості мікоплазм

Мікоплазми є збудниками таких хвороб як мастіти, кон’юктивіти, пневмонії, агалактія, фарінгіти, урогенітальні патології, артрити. Їх хазяями є дикі та домашні тварини, птиця, людина. Серед мікоплазм є і сапрофіти. Здатні до росту на різноманітних поживних середовищах: на штучних (від мінеральних до багатокомпонентних органічних), в бінарних культурах (на колоніях бактерій) або в культурах тканин. Мають розвинені ферментативні системи, певні види потребують стеролів для розвитку, деякі – нездатні розкладати вуглеводи.

Головною морфологічною особливістю мікоплазм є відсутність клітинної стінки (мікоплазми нездатні синтезувати мурамову та діамінопимелінову кислоти). Єдина оболонка клітин – цитоплазматична мембрана товщиною 7-10 нм.

№ Ознаки мікроорганізму Мікоплазми

Форма клітин Сферичні, еліпсоїдні, дисковидні, нитковидні, гілкоподібні клітини (плеоморфні)

Розмір клітин 0,1-0,2*10-15 мкм

Здатність до руху Нерухомі.

Тип розмноження Бінарний поділ, брунькування, сегментація нитковидних форм

Відношення до О₂ Факультативні анаероби

Морфологічні особливості бактерій

Найчисельніша група прокаріотних організмів – це бактерії. Вони поширені в будь-який середовищах, існують там при різних режимах температури та аерації. Серед бактерій є шкідливі і нешкідливі для тварин і людини види, представлені певною кількістю форм.

Схема 4. Форми бактеріальних клітин

Форми бактеріальних клітин

Кулясті Паличковидні Звивисті Розгалуджені

Мікрокок Бацила Бактерія Вібріон

Диплокок Дипло-бацила,бактерія Спірила

Тетракок Стрепто- бацила,бактерія Спірохета