Классификация, морфология и ультраструктура бактерий
Классификация бактерий.Бактерии систематизированы по их сходству, различиям и взаимоотношениям между собой. Этим занимается специальная наука – систематика микроорганизмов.
Систематика включает три части: классификацию; таксономию; идентификацию.
Классификация – распределение (объединение) организмов в соответствии с их общими свойствами (сходными генотипическими и фенотипическими признаками) по различным таксонам.
Для обозначения микроорганизмов принята бинарная номенклатура род/вид, состоящая из названия рода (пишется с заглавной буквы) и вида (со строчной буквы), например, Staphylococcus aureus – стафилококк золотистый.
Искусственная классификация бактерий: в старом Руководстве Берджи (1923 г.) бактерии делили по особенностям клеточной стенки на 4 отдела. Каждый отдел был разделен на секции или группы: по окраске по методуГрама, форме клеток, потребности в кислороде, подвижности, особенностям метаболизма и питания.
Таксономия – наука о методах и принципах распределения (классификации) организмов в соответствии с иерархией. Различают следующие таксономические категории: царство, подцарство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид, подвид. В каждой категории выделяют таксоны – группы организмов, объединенные по определенным однородным свойствам. Наиболее часто используют следующие таксономические единицы (таксоны) –штамм, вид, род. Одной из основных таксономических категорий являетсявид.
Вид – это совокупность особей, объединенных по близким свойствам, имеющие сходный генотип и максимально близкие фенотипические признаки и свойства.
В микробиологии часто используется и ряд других терминов для характеристики микроорганизмов.
Штамм – любой конкретный образец (изолят) данного вида. Штаммы одного вида, различающиеся по антигенным характеристикам, называютсеротипами (сероварами), по чувствительности к специфическим фагам –фаготипами, биохимическим свойствам –хемоварами, по биологическим свойствам –биоварами и т.д.
Колония – видимая изолированная структура при размножении бактерий на плотных питательных средах, может развиваться из одной или нескольких родительских клеток. Если колония развилась из одной родительской клетки, то потомство называется«клон».
Культура – это вся совокупность микроорганизмов одного вида, выросших на плотной или жидкой питательной среде.
Основной принцип бактериологической работы – выделение и изучение свойств только чистых (однородных, без примеси посто-
ронней микрофлоры) культур.
Идентификация. Для идентификации и типирования бактерий используют следующие показатели:
фенотипические: окраска по методу Грама, морфологические, культуральные, биохимические свойства и т.д.;
генотипические: геном, гибридизация ДНК, плазмидный анализ, молекулярное зондирование и т.д.;
филогенетические:анализ РНК-последовательности, РНКгибридизация и т.д.
При идентификации часто применяют эталонные штаммы микроорганизмов, стандартные антигены и иммунные сыворотки к известным прототипным микроорганизмам. У патогенных микроорганизмов чаще изучают морфологические, тинкториальные, культуральные, биохимические и антигенные свойства.
Новая классификация бактерий.Характеристика доменов
«Bacteria» и «Archaea».
Домен «Bacteria» (эубактерии): бактерии с тонкой клеточной стенкой, Грам(-);бактерии с толстой клеточной стенкой, Грам(+); бактерии без клеточной стенки (микоплазмы).
Домен «Archaea» (архебактерии): они не содержат пептидогликан в клеточной стенке, имеют особые рибосомы и рРНК. Это одна из древних форм жизни, среди них нет возбудителей инфекций.
Тонкостенные, Грам(-)бактерии:сферические формы – кокки
(гонококки, менингококки, вейлонеллы); извитые формы – спирохеты и спириллы; палочковидные формы, в т.ч. риккетсии.
Толстостенные, Грам(+) бактерии: сферические формы, или кокки (стафилококки, стрептококки, пневмококки); палочковидные формы, актиномицеты (ветвящиеся, нитевидные бактерии), коринебактерии, микобактерии и бифидобактерии.
Морфология бактерий.
Бактерии относятся к доменуBacteria, это одноклеточные прокариоты, имеют микроскопические размеры, измеряются в микрометрах (мкм) –10-6.
Прокариоты отличаются от эукариот по следующим признакам:
1. Отсутствие истинного дифференцированного ядра (ядерной
мембраны).
2.Отсутствие развитой эндоплазматической сети, аппарата Гольджи.
3.Отсутствие митохондрий, хлоропластов, лизосом.
4.Неспособность к эндоцитозу (захвату частиц пищи).
5.Клеточное деление не связано с циклическими изменениями строения клетки.
6.Значительно меньшие размеры. Большая часть бактерий имеет размеры 0,5-0,8(мкм) х2-3мкм.
По форме выделяют следующие основные группы бактерий:
сферические формы, или кокки, – размером0,5-1,0мкм, по взаимному расположению делятся на микрококки, диплококки, стафилококки, стрептококки, тетракокки.
палочковидные бактерии. Различаются по размерам, форме концов клетки, взаимному расположению клеток. Длина клеток ~1,0-10мкм, толщина ~0,5-2,0мкм, правильной (кишечная палочка и др.) и неправильной (коринебактерии и др.) формы, в т.ч. ветвящиеся (актиномицеты);
извитые;
нитевидные.
Кокковидные бактерии (кокки) по характеру взаиморасположе-
ния после деления подразделяются на ряд морфологических вариантов.
Микрококки (от греч.micros – малый) – отдельно расположенные клетки. Входят в состав нормальной микрофлоры, находятся во внешней среде. Заболеваний у людей не вызывают.
Диплококки (от греч.diplos – двойной), или парные кокки, располагаются парами (пневмококк, гонококк, менингококк). Деление этих микроорганизмов происходит в одной плоскости, образуются пары клеток.
Стрептококки (от греч.streptos – цепочка) – клетки округлой формы, составляют цепочку вследствие деления клеток в одной плоскости и сохранения связи между ними в месте деления.
Стафилококки (от греч.staphyle – виноградная гроздь) – кокки, расположенные в виде виноградной грозди в результате деления в разных плоскостях.
Тетракокки. Деление происходит в двух взаимоперпендикулярных плоскостях с образованием тетрад (т.е. по четыре клетки).
Сарцины. Делятся в трех взаимоперпендикулярных плоскостях, образуя тюки (пакеты) из 8,16-тии большего количества клеток. Часто обнаруживаются в воздухе.
Среди палочковидных форм микроорганизмов выделяют:
бактерии – палочки, не образующие спор;
бациллы – аэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры обычно не превышает размера («ширины») клетки (эндоспоры);
клостридии – анаэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры больше поперечника вегетативной клетки, в связи с чем клетка напоминает веретено или теннисную ракетку.
Извитые формы микроорганизмов:
вибрионы и кампилобактерииимеют один изгиб, могут быть в форме запятой, короткого завитка;
спириллы имеют2-3завитка;
спирохеты имеют различное число завитков, что определяет специфический характер движения и особенности строения различных представителей. Из большого числа спирохет наибольшее медицинское значение имеют представители трех родов – Borrelia, Treponema, Leptospira.
Ультраструктура бактериальных клеток.Различают постоян-
ные и непостоянные структуры бактериальной клетки:
постоянные структуры: клеточная стенка (КС), цитоплазматическая мембрана (ЦПМ), цитоплазма, нуклеоид, рибосомы;
непостоянные структуры: капсула, микрокапсула, слизь, жгутики, пили.