Особенности морфологии и ультраструктуры некоторых бактерий

5.1. Особенности морфологии и ультраструктуры актиномицетов

Актиномицеты – типичные представители ветвящихся бактерий. Другие бактерии, которые, подобно актиномицетам, обладают способностью к ветвлению (в частности, коринебактерии и микобактерии), называются поэтому бактериями актиномицетного ряда. Однако актиномицеты отличаются и от них и от остальных прокариот рядом морфологических особенностей.

А. Актиномицеты классифицируются в отельный порядок Actinomycetales, в котором, в качестве примера, рассмотрим представителей двух семейств: Actinomycetaceae и Streptomycetaceae (содержащие, соответственно роды Actinomyces и Streptomyces).

Б. Актиномицеты и стрептомицеты имеют различное медицинское значение.

1. Представители рода Actinomyces являются патогенными для человека микроорганизмами – они вызывают актиномикоз. В медицинской микробиологии именно эти актиномицеты часто называются истинными актиномицетами. В поражённых тканях актиномицеты образуют специфические скопления, образованные переплетёнными бактериальными телами, которые могут кальцифицироваться. Эти образования называются друзами.

2. Представители рода Streptomyces чрезвычайно редко вызывают у человека патологические процессы. Для медицинской микробиологии они интересны, прежде всего, какпродуценты антибиотиков. Большинство природных антибиотиков бактериального происхождения продуцируются именно стрептомицетами.

В. Актиномицеты и стрептомицеты довольно резко отличаются друг от друга по внешнему виду.

1. Представители рода Actinomyces(Рис. 5-1) представляют собой слабоветвящиеся палочки с колбовидными утолщениями на концах.

2. Стрептомицеты (Рис. 5-2) формируют сильноветвящиеся нити (гифы).

Рис. 5-1. Actinomyces

Рис. 5-2. Streptomyces

Г. Отличаются актиномицеты от стрептомицетов и способностью образовывать экзоспоры. Актиномицетам такой способ размножения не присущ, тогда как для стрептомицетов образование экзоспор – основной способ размножения.

Д. Истинные актиномицеты и стрептомицеты в составе пептидогликана клеточной стенки содержат сахара, которые отсутствуют у других бактерий.

5.2. Особенности морфологии и ультраструктуры спирохет

Спирохеты – извитые бактерии. Но не только форма отличает их от других прокариот. Ультраструктура спирохет имеет уникальные черты, резко отличающие их от остальных бактерий.

А. Так же как и актиномицеты, спирохеты классифицируются в отдельный порядок – Spirochaetales. Патогенные для человека спирохеты относятся к трём родам: Treponema, Leptospira и Borrelia.

Б. Друг от друга спирохеты этих трёх родов отличаются характером и количеством завитков.

1. Трепонемы имеют 8 – 12 завитков одинаковой амплитуды (Рис. 5-3).

2. У лептоспир первичные завитки практически не видны, а вторичные (так называемые «крючья») направлены в одну или в разные стороны, что делает эти бактерии похожими на латинские буквы С и S (Рис. 5-4).

3. У боррелий же количество и амплитуда завитков не постоянны, они даже могут образовывать петли (Рис. 5-5).

Рис. 5-3. Treponema

Рис. 5-4. Leptospira

Рис. 5-5. Borrelia

В. Основной особенностью ультраструктуры спирохет является то, что в их периплазматическом пространстве, т.е. в толще клеточной стенки, вдоль всего тела бактерий проходит осевая нить (аксиальная нить или фибрилла), состоящая – аналогично жгутику – из сократительного белка флагеллина и служащая органом движения (Рис. 5-6). Поэтому спирохеты двигаются благодаря сокращению всего тела.

Рис. 5-6. Клетка спирохеты в продольном (А) и поперечном (Б) разрезе. На рис. 5.6 А изображена клетка, содержащая по одной аксиальной фибрилле у каждого конца; на рис.5.6 Б — поперечный разрез, прошедший через среднюю часть клетки, где показаны два пересекающихся пучка, состоящих из множества аксиальных фибрилл: 1 — протоплазматический цилиндр; 2 — наружный чехол; 3 — аксиальные фибриллы; 4 — место прикрепления аксиальных фибрилл; 5 — пептидогликановый слой клеточной стенки; 6 — ЦПМ. (М.В.Гусев, Л.А.Минеева, Микробиология, МГУ, 1992)

Г. Основной метод окраски спирохет – по Романовскому-Гимзе. Эта окраска используется также и как метод дифференциации, поскольку спирохеты разных родов окрашиваются по Романовскому-Гимзе в разный цвет: трепонемы – в розовый, лептоспиры в красный, а боррелии в синий.

Д. Однако, для микроскопического обнаружения трепонем и лептоспир преимущественно используется темнопольная микроскопия. И лишь боррелии – самые толстые из спирохет и в отличие от остальных хорошо воспринимающие анилиновые красители – можно обнаруживать с помощью любого вида микроскопии и любого метода окрашивания.

5.3. Особенности морфологии и ультраструктуры риккетсий и хламидий

Риккетсии и хламидии являются облигатными внутриклеточными паразитами и поэтому выделяются среди прокариот в отдельную группу.

А. Однако, различия между риккетсиями и хламидиями настолько велики, что они классифицируются на самостоятельные порядки: Rickettsiales (патогенные для человека риккетсии относятся к семейству Rickettsiaceae, родам Rickettsia, Coxiella, Rochalimaea) и Chlamydiales (патогенные для человека хламидии относятся к семейству Chlamydiaceae, роду Chlamydia).

Б. Разная у них и форма бактериальной клетки.

1. Риккетсии, в основном, коккобактерии (Рис 5-7).

2. Хламидии имеют форму кокков (Рис. 5-8).

Рис. 5-7. Риккетсии

Рис. 5-8. Хламидии

В. По-разному они и локализуются в клетке-хозяине.

1. Риккетсии располагаются диффузно в цитоплазме (Рис.5-9) или, в зависимости от вида, в ядре. Некоторые – и в цитоплазме и в ядре.

2. Хламидии формируют в поражённой клетке цитоплазматические включения (микроколонии, окружённые общей оболочкой) (Рис. 5-10).

Рис. 5-9. Риккетсии в клетке-хозяине

Рис. 5-10. Хламидии в клетке-хозяине (стрелкой обозначена цитоплазматическая микроколония)

Г. Для выявления этих бактерий мазки окрашивают по Романовскому-Гимзе и по Здрадовскому. При этом и риккетсии и хламидии окрашиваются одинаково, но в разный цвет в зависимости от метода окраски. В то же время клетка-хозяин выглядит при обоих методах примерно одинаково.

1. По Романовскому-Гимзе эти бактерии окрашиваются в тёмно-синий цвет на фоне голубой цитоплазмы.

2. По Здрадовскому же они будут выглядеть красными на фоне такой же голубой цитоплазмы клетки-хозяина.

5.4. Особенности морфологии и ультраструктуры микоплазм

Микоплазмы резко отличаются от других прокариот: во-первых, они не имеют клеточной стенки, а, следовательно, и не имеют определённой формы и размера (Рис. 5-11), во-вторых, цитоплазматическая мембрана этих бактерий содержит в своём составе стерины, в-третьих, микоплазмы резко отличаются от остальных прокариот по структуре ДНК.

Рис. 5-11. Микоплазмы

А. Микоплазмы классифицируются в особый порядок (Tenericutes). В настоящее время этот термин часто заменяется названием класса, к которому относятся эти микроорганизмы – Mollicutes (при этом в классификации других прокариот понятие «класс» практически потеряло своё таксономическое значение). Патогенные для человека микоплазмы относятся к порядку Mycoplasmatales, семейству Mycoplasmataceae, родам Mycoplasma и Ureaplasma.

Б. Для обнаружения микоплазм используются, в основном, два видамикроскопии – фазово-контрастная и электронная.

5.5. Особенности морфологии и ультраструктуры грибов

Эти микроорганизмы (т.к. в курсе микробиологии рассматриваются лишь микроскопические грибки) 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).

Классификация отдела Eumycota

Класс	Гифы	Процесс размножения
Chytridiomycetes	несептированные (фикомицеты)	половой
Hyphochytridiomycetes
Oomycetes
Zygomycetes
Ascomycetes	септированные (эумицеты)
Basidiomycetes
Deuteromycetes	бесполый

Б. Строение клеток грибов характерно для эукариотических организмов.

1. В состав клеточной стенкивходят 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, эндоплазматическую 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 (Рис. 5-12).

Рис. 5-12. 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 многоклеточными (макроконидии).

а. Конидиефоры грибов рода Aspergillus заканчиваются терминальными пузырьками или головками, в которые врастают бутылкообразные конидии – стеригмы (Рис. 5-13).

Рис. 5-13. Aspergillus

б. У конидиефоров грибов рода Penicillium (Рис. 5-14) на терминальном конце вместо головки развивается путём деления специализированная кисточка (поэтому эти грибы называются леечной плесенью).

Рис. 5-14. Penicillium

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 (Рис. 5-15).

Рис. 5-15. Candida albicans в поражённой ткани.

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.