Структура бактериальной клетки. Обязательные (постоянные) структурные элементы
Обязательными структурными элементами бактерий являются: цитоплазма с нуклеоидом и рибосомами, цитоплазматическая мембрана (ЦПМ), клеточная стенка.
Цитоплазма прокариотов в отличие от эукариотов не содержит митохондрий и хлоропластов, аппарата Гольджи, лизосом, эндоплазматической сети. Нуклеоид выполняет в клетке бактерий функцию ядра, т.е. является носителем генетической информации, однако, в отличие от ядра эукариотическоЙ клетки, он не имеет ядерной мембраны, не делится митозом. Нуклеоид состоит из замкнутой в кольцо нити ДНК. В генетическом отношении ДНК нуклеоида является единственной бактериальной хромосомой. В связи с этим бактерии имеют гаплоидный набор генов, контролирующих все их жизненно важные функции. Органеллы цитоплазмы выявляются при электронной микроскопии.
Цитоплазматическая мембрана ограничивает снаружи цитоплазму и состоит яз тонкого слоя фосфолипидов и белка. Функции ЦПМ: получение энергии в результате биологического окисления, участие в питании посредством активного транспорта веществ, участие в биосинтезе веществ, делении клетки. В состав ЦПМ входят окислительные ферменты, пермеазы, различные биосинтетические ферменты. ЦПМ выявляют при электронной микроскопии.
Клеточная стенка у Гр+ бактерии, как правило, содержит многослойный пептидогликан, который придает клеточной стенке прочность.
Клеточная стенка определяет форму бактерий, служит для механической защиты, участвует в питании за счет диффузии и осмоса. У Гр- бактерий клеточная стенка представлена тонким слоем пептидогликана, покрытого наружной мембраной, в состав которой входят белки, фосфолипиды и липополисахариды (ЛПС). Наружная мембрана клеточной стенки патогенных микробов во многом определяет специфичность их взаимодействия с организмом хозяина и помогает в распознавании близкородственных микробов. По компонентам и структуре клеточной стенки, биохимическим механизмам ее синтеза бактерии коренным образом отличаются от животных и растений. Поэтому лекарственные препараты, специфически воздействующие, например, на бактериальные стенки, безвредны для высших организмов. Клеточную стенку бактерий выявляют при электронной микроскопии, специальным окрашиванием или в опыте плазмолиза.
Необязательные (непостоянные) структурные элементы.К ним относят: капсулу, спору, включения, жгутики, пили. Капсула представляет собой поверхностно расположенное слизистое образование, которое по химической природе чаще является полисахаридом. Капсула выполняет защитную функцию, предохраняя клетку во внешней среде от высыхания и других неблагоприятных факторов, а в организме хозяина – от фагоцитоза, бактериолизиса и других реакций, лекарственных препаратов. Бактерии, образующие капсулу в организме и на питательных средах, называют капсульными (например, клебсиеллы пневмонии). Некоторые бактерии образуют макрокапсулу только в организме (золотистый стафилококк, стрептококк пневмонии, палочка сибирской язвы, возбудитель чумы, туляремии и др.). Многие бактерии образуют
микрокапсулу: возбудитель коклюша, патогенные энтеробактерии и др. Капсулу выявляют методом Бурри-Гинса: бактерии смешивают с каплей туши, распределяют их по стеклу виде тонкого мазка и фиксируют. После окрашивания разведенным карболовым фуксином в световом микроскопе на серо-коричневом (тушевом) фоне препарата видны красные тела бактерий, окруженные бесцветными зонами капсул. Споры являются формой существования, предназначенной для сохранения бактерий во внешней среде. В одной бактериальной клетке в течение 12-18 часов формируется 1 спора, которая при благоприятных условиях за 4-6 часов прорастает в 1 вегетативную клетку. Спорообразующими являются, как правило, Гр+ палочковидные бактерии: те, у которых диаметр споры не превышает поперечный размер клетки, называют бациллами, те, у которых диаметр больше - клостридиями. Устойчивость спор к неблагоприятным физико-химическим воздействиям связана с наличием многослойной оболочки, повышенным содержанием липидов, ионов кальция, магния, вода в связанном состоянии. Жизнеспособность спор при обычных условиях может сохраняться в течение десятилетий и столетий. Для уничтожения спор применяют методы стерилизации (пар под давлением, горячий воздух и др.). Споры окрашиваются плохо. Для выявления используют сложные методы окраски {по Циль-Нильсену)
Включения. В клетках прокариотов можно обнаружить включения (скопления полисахаридов, липидов, полифосфатов, серы). У дифтерийной палочки и некоторых других бактерий в цитоплазме обнаруживаются збрна волютина (полифосфаты), выполняющие функцию запасного вещества (источника фосфора и энергии). Включения и цитоплазма по-разному окрашиваются одними и теми же красителями. Например, при окраске уксуснокислым генциан-виолетом цитоплазма у дифтерийной палочки окрашивается в бледно-фиолетовый цвет, а расположенные по полюсам зерна волютина - в темно-фиолетовый. Обнаружение зёрен волютина имеет диагностическое значение. Жгутики - являются поверхностными придатками бактериальной клетки, состоят га белка флагеллина и выполняет функцию движения. Наиболее подвижки микробы с 1 жгутиком -монотрихи (холерный вибрион) менее подвижны микробы с пучком жгутиков на одном из полюсов - лофотрихи (синегнойная палочка) или имеющие жгутики на обоих полюсах - амфитрихи; наименее подвижны перитрихи, у которых жгутики расположены по бокам или по, всей поверхности (многие энтеробактерии). В световом микроскопе жгутики не видны. Для их выявления используют прямые методы: электронную микроскопию или специальное окрашивание, позволяющие увеличить размеры жгутиков, например, за счет наслоения солей тяжелых металлов. С целью косвенного выявления жгутиков изучают подвижность микробных клеток. Для этого готовят нативные препараты (раздавленная или висячая капля), которые микроскопируют в затемненном поле зрения, темнопольном или фазовоконтрастном микроскопах.
Пили - также являются поверхностными придатками бактериальной клетки и представляют собой тончайшие нити (тоньше и короче жгутиков), состоят из белка пилина. Функцией пилей являются прикрепление к субстрату; они также способствуют контакту клетки - донора с клеткой - реципиентом при конъюгации. Наличие пилей у патогенных микробов во многом определяет их способность вызывать заболевание, т.к. они необходимы для осуществления адгезии (прилипания). Прямое выявление пилей возможно только при электронной микроскопии.