Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии

Страница создана Анна Воробьева
 
ПРОДОЛЖИТЬ ЧТЕНИЕ
Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии
1

     Краткий курс лекций по медицинской
микробиологии, вирусологии и иммунологии
              Часть первая. Общая микробиология
  (для студентов 2 курса отделения «лабораторная диагностика» )

         Санкт-Петербург 2017
Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии
2

В учебном пособии представлены краткие материалы в виде лекций по основным
направлениям общей микробиологии в соответствии с Программой профессионального
модуля: Теория и практика лабораторных микробиологических исследований по
специальностям среднего профессионального образования 060604 Лабораторная
диагностика
     Пособие предназначено для обучения медицинских лабораторных
техников и технологов на 2 курсе в третьем семестре.

     Организация-разработчик: ГБПОУ СПб медицинский колледж 3

     Разработчики:
     Иванова    И.Ф.      К.м.н.,   Преподаватель      микробиологии   высшей
квалификационной категории
     Лаппо    О.    П.   врач-    лаборант,   мед.    лаборатории   экспресс   -
диагностики     ЦАРРиТ      ФГУ     442   окружного    военного   клинического
госпиталя МО РФ
     Саенко Т. П. врач, преподаватель микробиологии первой квалификационной
категории
     Учебное пособие может быть полезным для студентов, изучающих микробиологию,
вирусологию, иммунологию и смежные дисциплины
     Рецензенты :

     Рекомендуется к изданию
Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии
3

                                      Содержание

Пояснительная записка                                4 стр.
Лекция №1. Введение. Предмет и задачи                7 стр.
микробиологии. История развития.
Лекция № 2. Основные принципы классификации          22 стр.
микроорганизмов.
Лекция №3. Морфология и ультраструктура бактерий     28 стр.
Лекция № 4 Морфология грибов, спирохет,              43 стр.
простейших, риккетсий, микоплазм, вирусов.
Лекция 5. Морфология вирусов. Вирусы бактерий -      53 стр.
бактериофаги
Лекция 6. Микроэкология. Роль микроорганизмов в      65 стр
круговороте   веществ.   Нормальная     микрофлора
организма человека.

Лекция 7 Действие физических и химических            75 стр.
факторов на микроорганизмы.
Лекция 8 Антибиотики.                                80 стр.
Использованная и рекомендуемая литература            92 стр.
Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии
4

                             Пояснительная записка

  Основная цель лекционного курса по разделу «Общая микробиология» -
формирование у будущего лаборанта - микробиолога научного мировоззрения о
многообразии микроорганизмов и их роли в общебиологических процессах.
  В задачи курса входит изучение студентами:
  - принципов систематики, морфологии и физиологии, широты распространения
микроорганизмов в природе
  - особенностей биологии и экологии микроорганизмов;
  - роли микробов в превращении веществ в природе и эффекты действия факторов
внешней среды на прокариотические клетки,
  - методов индикации и идентификации патогенных бактерий,
  - основ учения об инфекции и иммунитете
  - микроскопических, бактериологических, серологических, иммунологических,
биологических методов исследования, используемых при диагностике инфекционных
болезней.
  В результате изучения курса студенты должны знать:
  - теоретические основы жизнедеятельности микроорганизмов, их взаимодействия друг
с другом и с организмом человека и животных
  - основные биологические свойства патогенных микробов,
  - принципы и способы диагностики и специфической профилактики инфекционных
болезней.
     Освоение программы, в соответствии с профессиональным модулем
«Теория и практика лабораторных микробиологических
исследований», рассчитано на 6 семестров.
     Раздел «Общая микробиология » предусматривает 46 лекционных
часов, распределенных на первые 3 семестра.
     В 4, 5, 6 семестрах предусмотрено изучение частной микробиологии и вирусологии.
Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии
5

                   План лекций по дисциплине: Теория и практика
              лабораторных микробиологических исследований
                     (раздел «Общая микробиология», 3 семестр).

Наименование    тем        Содержание учебного материала,
лекций            в
соответствии      с                                                                        объем
профессиональным                                                                           часов
модулем (ПМ.04)
     1                                                   2                                 3
                                      2 курс 3 семестр                                     18
    Лекция 1.            .                                                                      2
Введение:  Предмет      Задачи   медицинской микробиологии            Основные этапы
микробиология,      исторического развития микробиологии. Роль отечественных ученых в
история   развития. развитии микробиологии (Е.П. Павловский, П.Ф. ЗдрАдовский, М.И.
Задачи              Чумаков, А.А. Смородинцев, Л.А. Зильбер, З.В. Ермолаева, Р.В. Петров
микробиологии

    Лекция         2      Современная международная классификация Берджи. Эукариоты
Основные принципы    (простейшие   грибы), прокариоты (бактерии, риккетсии, хламидии,
классификации        микоплазмы)..
микроорганизмов.
     Лекция        3       Основные формы, величина и полиморфизм бактерий. Строение
Морфология         и микробной клетки. Строение и назначение органелл микробной клетки
ультраструктура
бактерий
     Лекция       4.      Краткая характеристика и морфологические свойства грибов,             2
Морфология грибов, спирохет, простейших, риккетсий, микоплазм
спирохет,   простей-
ших,      риккетсий,
микоплазм.

    Лекция         5.      Строение вирусов; строение Т- четного бактериофага                   2
Морфология вирусов.   Классификация  б.ф. Этапы взаимодействия б.ф. с чувствительной
Вирусы бактерий - клеткой. Понятие о фаготипировании и фагодиагностике
бактериофаги.
     Лекция        6.      Понятия «популяция», «биотоп», «микробиоценоз», «экосистема».
Микроэкология. Роль Экологические среды микробов.
микроорганизмов в           Значение нормальной микрофлоры. Нарушения в составе
круговороте веществ. нормальной микрофлоры. Понятие дисбактериоза
Нормальная
микрофлора
организма человека.
Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии
6

         1                                                2                                3
    Лекция         7         Механизмы     губительного     действия.    Антимикробные         2
Действие физических    мероприятия. Микробная деконтаминация объектов внешней среды.
и        химических    Дезинфекция, виды, цели. Группы химических веществ с
факторов         на    антимикробным действием. Стерилизация, цели, способы, аппаратура.
микроорганизмы.        Методы контроля стерилизации и дезинфекции. Микробная
                       деконтаминация живых организмов. Антисептика. Асептика.
    Лекция         8         Химиотерапевтические      средства,   основные     группы.
Антибиотики.           Механизмы антимикробного действия. Антагонизм бактерий.
Химиотерапия.          Классификация по происхождению, химической структуре, спектру и
Осложнения      при    механизму действия. Требования, предъявляемые к антибиотикам.
антибиотикотерапии     Основные механизмы ингибирующего действия на бактерии.

    Лекция 9              Осложнения антибиотикотерапии. Микробиологические основы
     Антибиотикоуст рациональной антибиотикотерапии.
ойчивость          и   Методы определения чувствительности микроорганизмов к
механизмы         ее антибиотикам. Метод серийных разведений. Определение МПК и МБК
формирования.        антибиотиков.   Метод     бумажных      дисков.   Ускоренные     и
Способы преодоления  автоматизированные методы  определения чувствительности бактерий к
лекарственной        антибиотикам. Принцип определения концентрации антибиотиков в
устойчивости.        биологических жидкостях организма.
Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии
7

     Лекция №1.
     Введение.        Предмет      и    задачи      микробиологии.             История
развития.
     Микробиология (от micros — малый, bios — жизнь, logos — учение)
— наука, изучающая закономерности жизни и развития мельчайших
организмов — микроорганизмов в их единстве со средой обитания, их
биологические признаки, систематика, экология, взаимоотношения с
другими организмами.

Микроорганизмы – наиболее древняя форма организации жизни на Земле. По количеству
они представляют собой самую значительную и самую разнообразную часть организмов,
населяющих биосферу, включают многочисленные виды как полезных, так и вредных для
человека микроорганизмов. Одни из них являются участниками круговорота веществ и
энергии в природе и, следовательно, определяют возможность существования жизни на
Земле. Другие, наоборот, причиняют ущерб. Отдельные виды в процессе эволюции
адаптировались к существованию в живых организмах и приобретали свойства
возбудителей инфекционных заболеваний людей, животных и растений.

К   микроорганизмам    относят:   1) бактерии;   2) вирусы;   3) грибы;   4) простейшие;
5) микроводоросли. Общий признак микроорганизмов – микроскопические размеры;
отличаются они строением, происхождением, физиологией.

Бактерии – одноклеточные микроорганизмы растительного происхождения, лишенные
хлорофилла и не имеющие ядра.

Грибы – одноклеточные и многоклеточные микроорганизмы растительного
происхождения, лишенные хлорофилла, но имеющие черты животной клетки, эукариоты.

Вирусы – это уникальные микроорганизмы, не имеющие клеточной структурной
организации.

     В зависимости от экологии микробов и практических потребностей
человека     паука     о   микробах       дифференцировалась              на    общую,
Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии
8
медицинскую,       ветеринарную,         сельскохозяйственную,        пищевую       и
промышленную микробиологию. В XX веке появилась морская и
космическая микробиология.

Общая микробиология изучает наиболее общие закономерности, свойственные каждой
группе перечисленных микроорганизмов: структуру, метаболизм, генетику, экологию и
т. д.

Основной задачей технической микробиологии является разработка биотехнологии
синтеза микроорганизмами биологически активных веществ: белков, ферментов,
витаминов, спиртов, органических веществ, антибиотиков и др.

Ветеринарная микробиология изучает возбудителей заболеваний животных, разрабатывает
методы их биологической диагностики, специфической профилактики и этиотропного
лечения, направленного на уничтожение микробов-возбудителей в организме больного
животного.

Предметом изучения медицинской микробиологии являются болезнетворные (патогенные
– возбудители инфекционных заболеваний) и условно-патогенные ( вызывают заболевания
при определённых условиях) для человека микроорганизмы и те взаимоотношения,
которые возникают между ними и организмом в определенных условиях внешней и
социальной среды, а также разработка методов микробиологической диагностики,
специфической профилактики и этиотропного лечения вызываемых ими инфекционных
заболеваний. Разделом медицинской микробиологии является и иммунология, которая
занимается изучением специфических механизмов защиты организмов людей и животных
от болезнетворных микроорганизмов. Таким образом, курс медицинской микробиологии
состоит   из   общей   части,   включающей   изучение   морфологии    и   физиологии
микроорганизмов, учение об инфекции и иммунитете, и специальной части (частная
микробиология), посвященной изучению свойств возбудителей основных инфекционных
заболеваний человека, методов микробиологической диагностики, вопросов патогенеза,
иммунитета, специфической профилактики и терапии.

Предметом      изучения     санитарной     микробиологии       являются   санитарно-
микробиологическое состояние объектов окружающей среды и пищевых продуктов,
разработка санитарных нормативов.

     Развитие микробиологии.
     За относительно короткий срок развития микробиология обогатила
Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии
9
медицину    блестящими       достижениями       и    ее    применение     стало
необходимым     в   разнообразных     областях       медицинской      теории   и
практики. Практически нет ни одной отрасли медицины, не связанной с
микробиологией, в которую, помимо бактериологии, сейчас входят
вирусология, иммунология, микология, протозоология и паразитология.
    Донаучный этап.
    Задолго до открытия микроорганизмов человек сталкивался с
процессами их жизнедеятельности. Люди использовали брожение
теста и виноградного сока, сквашивание молока, получение пива,
уксуса, при силосовании кормов, мочке льна.                  Издавна знакомы
человечеству и повальные заболевания, уносившие население целых
городов. Однако люди не знали вызывающих их истинных причин. Это
не мешало делать наблюдения и использовать ряд этих процессов в
быту. Ряд философов и естествоиспытателей делали умозрительные
заключения о причинах тех или иных явлений.
      Уже   в   трудах     Гиппократа    (460    -   377   д.н.э.)   появляются
предположения о связи заразных болезней и особых болезнетворных
испарений, названных им «миазмами». В трудах Лукреция (95-55 д. н.э.)
и Галена (131-211 д.н.э.) была высказана гипотеза о живой природе
возбудителей заразных заболеваний.
    Народы Азии имели определённые представления о заразности
лепры (проказы) и проводили изоляцию больных. Авиценна считал, что
причиной    заразных       болезней     являются      невидимые        существа,
передающиеся через воду и воздух.
    Имея подобную гипотезу, наиболее близко к открытию микромира
подошел итальянский врач Джироламо Фракасторо (1478—1553),
предположивший,      что     инфекции     вызывают         маленькие     тельца,
передающиеся при контакте и сохраняющиеся на вещах больного. Он
создал учение о живом «контагии» - о мельчайших и недоступных
нашим чувствам частицах, которые, проникая, вызывают болезнь.
    Гипотезу о том, что эти частицы живые существа, высказал в
начале 17 века немецкий учёный, иезуит Афанасий (Анасиус) Кирхер
(1602 -1680). Однако в то время невозможно было удостовериться в
правильности    идей       Фракасторо     и     распространение        получили
совершенно иные гипотезы. Бактериальную природу инфекционных
Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии
10
заболеваний    многие   учёные       продолжали       отвергать     и     после
революционных     открытий       Пастера   и   Коха     так,   в   1892   Макс
Петтенкофер,    уверенный    в    том   что    холеру    вызывают       миазмы,
выделяемые окружающей средой, и пытаясь доказать свою правоту,
проглотил при свидетелях-медиках культуру холерных вибрионов.

                                 Рис. 1 Джироо́ ламо Фракастоо́ ро (1478 -
1553) — венецианский врач и писатель.

                                 Рис. 2 Атанасиус Кирхер (1602 – 1680)
- немецкий учёный, иезуит, занимавшийся физикой, естественными
науками, лингвистикой, древностями, теологией, математикой.
    Морфологический (описательный) этап.
    Возможность    изучения       микроорганизмов        возникла    лишь     с
развитием оптических приборов. Первый микроскоп был создан ещё в
11
1610 году Галилео Галилеем. В 1665 Роберт Гук впервые увидел
растительные клетки. Однако 30 кратного увеличения его микроскопа
не хватило, чтобы увидеть простейших и тем более бактерии. По
мнению     В.    Л.    Омельянского      «первым         исследователем,       перед
изумлённым взором которого открылся ... мир микроорганизмов, был
учёный     иезуит         Афанасий     Кирхер,       автор      ряда       сочинений
астрологического        характера»,    однако     обычно       первооткрывателем
микромира       называют     Антони     ван    Левенгука.        В    своём   письме
Лондонскому Королевскому обществу он сообщает, как 24 апреля 1676
года микроскопировал каплю воды, и даёт описание увиденных там
существ, в том числе бактерий. Левенгук считал обнаруженных им
микроскопических          существ     «очень    маленькими           животными»   и
приписывал им те же особенности строения и поведения, что и
обычным животным. Повсеместное распространение этих «животных»
стало сенсацией не только в научном мире. Левенгук демонстрировал
свои опыты всем желающим, в 1698 году его даже посетил Пётр I.
Между тем, наука в целом ещё не была готова к пониманию роли
микроорганизмов в природе. Система теорий возникла тогда лишь в
физике.    Во    времена     Левенгука     отсутствовали         представления     о
ключевых процессах живой природы. Поэтому неудивительно что
«живым зверькам» Левенгука не нашлось место нигде, кроме как в
коллекции курьёзов.

    В    течение      следующих      100–150   лет    развитие       микробиологии
проходило лишь с описанием новых видов. Видную роль в изучении
многообразия        микроорганизмов     сыграл     Отто        Фридрих      Мюллер,
который к 1789 описал и назвал по линнеевской биномиальной
номенклатуре        379    различных     видов.    Также        следует     отметить
Христиана        Готтфрида           Эренберга,       описавшего           множество
пигментированных бактерий, первые железобактерии, а также скелеты
простейших      и     диатомовых      водорослей     в    морских      и   лиманных
отложениях, чем положил начало микропалеонтологии. Именно он
впервые объяснил окраску воды Красного моря развитием в ней
цианобактерий         Trichodesmium    erythraeum.       Он,   однако,     причислял
бактерий к простейшим и рассматривал их вслед за Левенгуком как
12
полноценных животных с желудком, кишечником и конечностями. В
России    одним   из   первых    микробиологов     был    Лев   Семенович
Ценковский (1822-1887), описавший большое число простейших,
водорослей и грибов и сделавший вывод об отсутствии резкой границы
между растениями и животными, отнёс бактерии к растительным
организмам. Позже им также была организована одна из первых
Пастеровских станций и предложена вакцина против сибирской язвы.
Однако,    открытые     Левенгуком    микроскопические       существа       не
связывали с возникновением заразных заболеваний. Высказывались в
это время смелые гипотезы, например военный врач-эпидемиолог Д. С.
Самойлович (1744–1801) был убеждён в том, что болезни вызываются
именно    микроорганизмами,      однако   тщетно    пытался       увидеть    в
микроскоп возбудитель чумы – возможности оптики тогда ещё не
позволяли это сделать. Во время чумы в Москве (1771-1772 гг.) именно
Данила Самойлович впервые проводит дезинфекцию одежды и других
вещей больных чумой, предписывает часто мыть руки и делает
«прививку заразного ослабленного начала чумы» здоровым людям,
прикасавшимся к больным. В 1796 году английским врачом Эдуардом
Дженнером       была   проведена   первая   прививка     против     оспы,   на
создание метода оспропрививания у него ушло 10 лет. Дженнер
заметил, что многие люди, которые не болели оспой при контакте с
больными не заражаются. Особенно часто это явление наблюдали у
доярок, заражавшихся при доении животных, больных коровьей оспой.
Первая прививка была проведена здоровому мальчику, которому ввели
содержимое гнойного пузырька коровы, больной оспой, а через полтора
месяца он привил этому же мальчику материал от человека, больного
оспой. Мальчик не заболел. Таким образом, человечество избавилось от
этой страшной болезни, уносившей миллионы человек. ( В Париже за
1723 г. умерло от оспы 20 тыс. человек, в Неаполе в 1768 г. умерло 16
тыс. человек за несколько недель).

    В    1827   итальянец   А.   Басси    обнаружил      передачу    болезни
шелковичного червя при переносе микроскопического гриба. Ж. Л. Л.
Бюффон и А. Л. Лавуазье связывали брожение с дрожжами, однако
общепринятой оставалась чисто химическая теория этого процесса,
13
сформулированная в 1697 Г. Э. Шталем. Для спиртового брожения,
как для любой реакции, Лавуазье и Жозефом ЛуиГей-Люссаком были
посчитаны стехиометрические соотношения. В 1830-х Ш. Каньяр де
Латур, Ф. Кютцинг и Т. Шванн независимо друг от друга наблюдали
обилие микроорганизмов в осадке и плёнке на поверхности бродящей
жидкости и связали брожение с их развитием. Эти представление
наткнулись, однако, на резкую критику со стороны таких видных
химиков как Фридрих Вёлер, Йёнс Якоб Берцелиус и Юстус Либих.
Последний даже написал анонимную статью «О разгаданной тайне
спиртового     брожения»    (1839)     –   саркастическую    пародию      на
микробиологические исследования тех лет. Тем не менее, вопрос о
причинах     брожения,   тесно    связанный   с   вопросом   о    спонтанном
самозарождении жизни, стал первым успешно решённым вопросом о
роли микроорганизмов в природе.

                                 Рис. 3 Антони ван Лео́ венгук (1632 -
1723) —      голландский    натуралист,       конструктор        микроскопов,
основоположник научной микроскопии, член Лондонского королевского
общества (с 1680 года).
14

                             Рис. 4 Лев Семёнович Ценкоо́ вский (1822
-   1887) —   русский    ботаник,   протозоолог   и   бактериолог,   член-
корреспондент Петербургской АН (1881).

                             Рис. 5 Даниил Самойлович Самойлович
(настоящая фамилия — Сущинский;1744 - 1805) — украинский медик,
основатель эпидемиологии в Российской империи, фундатор первого на
Украине   научного      медицинского   товарищества.    Первым   доказал
возможность противочумной прививки.

                              Рис. 6 Эдвард Дженнер (1749 - 1823) —
английский врач, разработал первую вакцину — против оспы. Первый
15
руководитель общества оспопрививания в Лондоне с 1803 года (ныне
Дженнеровский институт).

    Физиологический этап.
    Последующее развитие микробиологии и становление ее как науки
связаны с именем французского ученого Л. Пастера (1822—1895).
Первые работы Пастер (химик по образованию) посвятил изучению
асимметрии виннокислых солей и уже в этой области приобрел
известность, открыв явление изомерии. Но во всем мире он получил
признание благодаря изучению микробиологии, сделав ряд открытий.
Именно   его   труды   дали   научные    доказательства   значения
микроорганизмов    в   возникновении    заразных   заболеваний   и
обоснование для развития методов борьбы с ними.

    Основные этапы деятельности Л. Пастера.
  1. Описал процессы брожения и гниения, показал, что они
     вызываются микроорганизмами, 1857.
  2. Впервые выявил новую форму жизни микроорганизмов –
     анаэробную, не требующую кислорода, а иногда даже гибнущей
     под его воздействием.
  3. Доказал, что самопроизвольного зарождения жизни не
     существует, в 1860-х показал что стерилизация делает брожение
     невозможным. Опыты Пастера показали, что микроорганизмы
     попадают в питательную среду из воздуха. Этот вопрос волновал
     учёных на протяжении долгого времени. ( Хотя ещё в 1775 г.
     русский исследователь М.М. Тереховский высказал мнение, что
     микроскопические существа не возникают путём
     самозарождения, но вопрос возникновения живого из неживого
     оставался спорным.) Так принцип omne vivum ex vivo (всё живое
     из живого) окончательно победил в биологии.
  4. Занимался болезнями вина и пива, 1865.
  5. Изучил болезни шелковичных червей, которые наносили огромный
     урон экономике Франции, нашёл причину поражения червей – их
     заболевания также были вызваны микробами, нашёл средство
     борьбы с ними, 1868.
  6. Разработал метод уничтожения микроорганизмов, при
     воздействии на них высокой температурой. Этот метод
     обеспложивания называют стерилизацией. Для пищевых
     продуктов, которые при кипячении изменяют свои свойства, он
     предложил более «мягкую» обработку, которую назвали
     пастеризацией.
  7. Доказал, что заразные болезни человека являются результатом
     жизнедеятельности микроорганизмов, это дало начало новой
     науке медицинской микробиологии.
16
  8. Создал вакцину (vacca – лат. корова) этим термином Пастер
     назвал ослабленную культуру микроорганизмов, введение
     которой не вызывает заболевание, но делает людей и животных
     невосприимчивыми к заболеванию. Пастер является
     основоположником профилактических прививок. В 1885г.
     предложил прививку против бешенства. Для создания этой
     вакцины он использовал материал от бешенной собаки, так как в
     чистом виде возбудителя бешенства не удавалось увидеть под
     микроскопом или вырастить на питательной среде. Первым от
     бешенства был вакцинирован ребенок, искусанный бешенной
     собакой, что спасло его от смерти. Следующим шагом была
     вакцинация русских крестьян, пришедших пешком в Париж, после
     укусов бешенного волка. На основе этого были созданы вакцины
     против сибирской язвы и холеры животных.
  9. Кроме того, в 1877 г. разработал метод получения чистых культур
     бактерий вне организма или той естественной природной среды,
     где микробы находятся, открыл новую эпоху в микробиологии и
     обеспечил ее развитие в ближайшие годы. Пастеру принадлежит
     честь открытия возбудителя куриной холеры, родильной горячки,
     септицемии, остеомиелита, одного из возбудителей газовой
     гангрены.

    На основании открытий Пастера английский учёный Д. Листер в
1867 г. создал методы антисептики и септики – промывания ран и
перевязочных   материалов       раствором   карболовой   кислоты,    чтобы
предотвратить микробное заражение.

    1880-е и 1890-е ( «Золотой век» микробиологии) ознаменовались
для микробиологии всплеском числа открытий. Во многом это было
связано с подробной разработкой методологии. Прежде всего, здесь
следует отметить вклад Роберта Коха (1843-1910), создавшем в
конце 1870-х – начале 1880-х ряд новых методов и общих принципов
ведения исследовательской работы. Впервые ввел в практику плотные
питательные    среды   (   до   этого   использовались   только     жидкие
питательные среды), позволившие получить отдельные колонии и
чистую культуру. В 1887 году введены в практику чашки Петри. Кох
впервые предложил использовать анилиновые красители для окраски
бактерий (ранее использованные в ботанике), применил иммерсионную
систему и микрофотографию, вел освещение при микроскопировании,
используя конденсор Аббе.
    Он открыл возбудителя туберкулёза, названного в честь учёного
полочкой Коха (1882) и возбудителя холеры (1883)
17
Коху принадлежат также знаменитые постулаты:

      возбудитель заболевания должен регулярно обнаруживаться у
       пациента
      он должен быть выделен в чистую культуру
      выделенный организм должен вызывать у подопытных животных
       те же симптомы, что и у больного человека

Эти принципы были приняты не только в медицине, но и в экологии для определения

вызывающих те или иные процессы организмов. Методы выращивания и выделения

микроорганизмов, которые разработал Кох, привели к целому ряду других открытий и

обогащению методологии: так в 1884 Ганс Кристиан Грам использовал метод

дифференцирующего окрашивания бактерий (Метод Грама), Сергей Николаевич

Виноградский в 1891 применил первую элективную среду. За следующие годы было

описано больше видов чем за все предыдущее время, выделены возбудители опаснейших

заболеваний, обнаружены новые процессы, производимые бактериями и неизвестные в

других царствах природы. Были описаны возбудители дифтерии (Э. Клебс и Ф. Леффлер),

брюшного тифа (К. Эберт и Г. Гаффки), столбняка (А. Николайер и С. Китазато),

дизентерии (А.В. Григорьев и К. Шига) и другие. Открытие некоторых возбудителей

инфекций, связаны и с драматическими страницами в истории медицины, так в1874 году

профессор Казанского университета Г.Н. Минх заразил себя кровью больного возвратным

тифом, доказав этим, что возбудитель данного заболевания находится в крови, он так же

высказал предположение, что передаётся это заболевание через кровососущих насекомых.

Через два года врач О.О. Мочутковский, повторив опыт Минха заразил себя кровью

больных сыпным и возвратным тифом и подтвердил, что возбудители этих инфекционных

заболеваний находятся в крови.
18

                             Рис. 7 Луии Пастеи р (1822 - 1895) — французский
микробиолог и химик, член Французской академии (1881).

                            Рис. 8 Геи нрих Геи рман Рои берт Кох (1843 - 1910) —
немецкий микробиолог. За исследования туберкулёза награждён Нобелевской премией по
физиологии и медицине в 1905 году.

                         Рис. 9 Сергеи й Николаи евич Винограи дский (1856 -1953) —
выдающийся русский микробиолог, основатель экологии микроорганизмов и почвенной
микробиологии.
19

                           Рис. 10 Ганс Кристиан Йоахим Грам (1853 - 1938) —
датский бактериолог.

Иммунологический этап.

К началу данного периода учёными были разработаны научные основы, а их классические
работы привели к созданию учения о фагоцитозе. Теория фагоцитоза была предложена И.
И. Мечниковым в 1883 г. на VII съезде русских естествоиспытателей и врачей в Одессе.
В противовес односторонней этиологической направленности мнения Коха и его учеников
И. И. Мечников впервые научно аргументировал роль и активность самого организма в
инфекционном процессе, объединив бактериологию с патологией, создав новое
направление в медицине. В 1886 г. И. И. Мечников организовал и возглавил первую в
России бактериологическую станцию в Одессе. Общественная деятельность И. И.
Мечникова навлекла на него преследования царского правительства, и в 1888 г. ученый
вынужден был покинуть родину. Последние 20 лет жизни он работал в Париже в
Институте Пастера, но, оставаясь русским подданным, ученый - патриот часто приезжал в
Россию, содействовал развитию отечественной медицинской науки. Совместно с
французским микробиологом Эмилем Ру в 1903 г. И. И. Мечников разработал метод
воспроизведения экспериментального сифилиса. Учение о фагоцитозе явилось основой
для понимания сущности воспаления как активной реакции организма против микробов, в
которой   фагоцитарная   активность   клеток   организма   обеспечивает   устойчивость,
сформировавшуюся в процессе эволюционного развития человека. Одновременно с И. И.
Мечниковым невосприимчивость к инфекционным болезням исследовал Пауль Эрлих
(1854—1915), создавший гуморальную теорию иммунитета (от humor — жидкость). Эта
теория основывалась на накапливающихся фактах, свидетельствующих о защитной роли
сыворотки крови, которая содержит особые вещества — антитела. Были получены
антитоксические сыворотки против ядов дифтерийной, столбнячной палочки, возбудителя
ботулизма и др., примененные в лечении соответствующих заболеваний. Длительная и
20
упорная борьба мнений между сторонниками клеточной и гуморальной теорий
иммунитета стимулировала проведение большого числа исследований, результатом
которых явились создание более совершенных лабораторных методов диагностики
инфекционных болезней, получение вакцин для профилактики и другие полезные для
практики предложения, а главное — установление общепризнанного теперь факта, что
невосприимчивость    к   инфекционным    заболеваниям    зависит   как    от    клеточного
(фагоцитарного), так и от гуморального факторов. За разработку учения об иммунитете И.
И. Мечников и П. Эр лих в 1908 г. были удостоены Нобелевской премии.
Современная иммунология родилась как учение о невосприимчивости к инфекционным
заболеваниям. Многочисленные исследования в области иммунологии на протяжении
нескольких десятилетий показали, что иммунитет является функцией не только фагоцитов.
Главное значение иммунитета состоит в распознавании «своего» и «чужого». Эта идея,
сыгравшая огромную роль в расширении границ иммунологии, принадлежит Ф. Бернету
—   известному   австралийскому    ученому,   одному    из   крупнейших        иммунологов
современности.
Русскому ученому Д. И. Ивановскому принадлежит честь открытия фильтрующихся
вирусов (1892). Опыты Д. И. Ивановского по методу выполнения были простыми: сок,
выжатый из листьев табака, пораженных мозаичной болезнью, фильтровался через
специальные каолиновые фильтры и фильтратом заражались свежие листья, в результате
чего у растения развивалось заболевание. Год описания этих опытов (1892) считают годом
открытия вирусов, а Д. И. Ивановского — первооткрывателем их и основоположником
вирусологии, которая сейчас сформировалась в самостоятельную науку. Вслед за
установленнием Д. И. Ивановским вирусной природы болезней растений были открыты
вирусы, патогенные для животных и человека. Большим успехом отечественной
вирусологии является история борьбы с трансмиссивными энцефалитами. Используя
достижения науки, в 1937 г. группа ученых под руководством Л. А. Зильбера па Дальнем
Востоке выделила вирус клещевого энцефалита, изучила основные закономерности
патогенеза, патоморфологии и иммунологии этого заболевания и доказала роль клещей в
передаче инфекции. Уже в 1940 г. были созданы высокоэффективные средства
профилактики (инактивированная мозговая формолвакцина) и терапии (препараты
специфического лошадиного гаммаглобулина, а также гаммаглобулина, приготовленного
из сыворотки людей, проживающих в эпидемических очагах). Изучение очагов клещевого
и японского энцефалита в природе привело к созданию теории природной очаговости
инфекционных болезней. В 1955 г. американский ученый Дж. Солк получил
инактивированную вакцину против полиомелита, а затем А. Сэбин селекционировал
21
живую вакцину. Исключительно важное место в работах отечественных                вирусологов
занимает изучение гриппа — наиболее распространенной и сейчас инфекционной болезни
человека. Изучение гриппа было начато в 1933—1934 гг. Вирусолог В. М. Жданов
посвятил свои работы, разрешению проблем гриппа, созданию классификации вирусов,
изучению эволюции инфекционных вирусных болезней. Вирусологи внесли много нового
в изучение онкогенных вирусов. Ими были разработаны вопросы иммунологии рака,
вирусной трансформации клетки и многие другие. Л. А. Зильбером была сформулирована
первая вирусогенетическая теория возникновения опухолей. Основы современной
химиотерапии были заложены П. Эрлихом, который показал, что растворимые свинцовые
соли, введенные в организм, не распределяются в нем равномерно, а способны
концентрироваться в определенных органах и клетках. Он сделал очень важное
заключение, что некоторые химические вещества имеют химическое сродство к
определенным тканям и клеткам. Этот подход к лечению инфекционных заболеваний
Эрлих называл химиотерапией и считал, что химия поможет найти «волшебную пулю»,
которая способна убить микробы, не повреждая клетки организма человека. Наблюдая
антагонизм    микробов,   некоторые   исследователи       пытались    выделять     вещества,
продуцируемые микробами - антагонистами в окружающую среду, в частности зеленой
плесенью, лечебные свойства которой были известны еще в XIX веке. Но практического
выхода       эти   работы      не     получили        и      вскоре      были        забыты.
Английский ученый Александр Флеминг в 1928 г. наблюдал зоны лизиса стафилококка в
чашках, случайно проросших зеленой плесенью. Выделенный штамм плесени губительно
действовал и на другие микробы. Однако выделить активное начало зеленой плесени —
пенициллин — удалось только в 1940 г. В чистом виде пенициллин был получен группой
английских химиков во главе с Г. Флори и Э. Чейном. Организация производства и
широкое внедрение пенициллина в медицинскую практику потребовали согласованных
усилий ученых разных специальностей. В Советском Союзе активные штаммы,
продуцирующие пенициллин, были изучены 3. В. Ермольевой в 1942 г. Открытие
пенициллина и широкое внедрение его в практику положило начало новой эры в развитии
медицины — эры антибиотиков. В 1943 г. С. Ваксмаи из почвенного микроба Actinomyces
globisporus получил новый антибиотик стрептомицин, который оказался эффективным
средством в лечении туберкулеза. 1945 г. был ознаменован открытием хлорамфеникола и
хлортетрациклина— антибиотиков, эффективных в отношении как грамположительных,
так и грамотрицательных бактерий. Затем были получены так называемые антибиотики
широкого спектра действия.
22

                                     Рис. 11 Ильяи Иль ии ч Меи чников (1845 - 1916) -
российский и французский биолог (зоолог, эмбриолог, иммунолог, физиолог и патолог).
Лауреат Нобелевской премии в области физиологии и медицины (1908).

                           Рис. 12 Пауль Эрлих (1854 - 1915) — немецкий врач,
иммунолог, бактериолог, химик, основоположник химиотерапии. Лауреат Нобелевской
премии (1908).

                            Рис.13 Дмитрий Иосифович Ивановский (1864 - 1920) —
русский физиолог растений и микробиолог, основоположник вирусологии.
23

                               Рис.14 Алексаи ндр Флеи минг (1881 - 1955) —
британский бактериолог. Открыл лизоцим и впервые выделил исторически первый
антибиотик. В 1945 Флеминг, Флори и Чейн были удостоены Нобелевской премии в
области физиологии и медицины.

    Начиная с 40—50-х годов XX в. микробиология и иммунология
вступили в молекулярно-генетический этап развития. За последние три
десятилетия в результате развития нового этапа в микробиологии —
генетики микроорганизмов — возникла молекулярная биология как
новая отрасль знаний, в задачу которой входит изучение структуры
белка, нуклеиновых кислот и пр. Создание электронного микроскопа
сделало видимым мир вирусов и макромолекулярных соединений.
Генетика бактерий пролила свет на когда-то запутанные проблемы их
изменчивости,        внесла   поистине    революционизирующий            вклад   в
генетику в целом, «вскормила» целую область биохимии, что в
значительной степени обусловило рождение молекулярной биологии и
биотехнологии.        Расшифровка    генома      кишечной      палочки    сделала
возможными      искусственное       конструирование       генов    и    пересадку
отдельных генов из одних клеток в другие. К настоящему времени
генная инженерия внесла принципиально новые идеи и методы в
производство широкого спектра биологически активных веществ.
    Основными         технологическими        принципами,      используемыми      в
биотехнологии, являются: а) брожение (ферментация); б) биоконверсия
(превращение         одного   вещества    в    другое);   в)    культивирование
бактерий, вирусов, растительных и животных клеток; г) генетическая
инженерия, к ней относится и процесс искусственного создания
микробов         с                             необходимыми            свойствами.
24

     Лекция № 2.
     Основные принципы классификации микроорганизмов.
     Построение классификации на основе рибосомной РНК отображает родство
организмов, но зато зачастую не отражает сходство в образе их жизни. Почему выбрана
именно рибосомная РНК? Потому что это самая консервативная, т.е. наиболее медленно
меняющаяся, часть генома. Ниже на рисунке представлено дерево родства разных
организмов. На нем выделяются группы бактерий, архей и эукариот. Эти группы, более
высокого ранга, чем царства. Их называют надцарства или домены. Термин домен
используется в разных науках. В данном случае, в систематике, «домен» обозначает
группу (рангом выше царства), объединяющую разные организмы, обладающие
определенным набором общих черт.
25

   Что же общего у бактерий и архей, что отличает их от эукариот? Итак, живые
   организмы разделили на царства Растений, Грибов, Животных и Простейших
   (одноклеточных), и царство бактерий, в которое входили все прокариоты. Но когда
   изучали бактерий, оказалось, что они также делятся на две сильно отличающиеся
   группы. Соответственно, их пришлось разделить на два царства: Эубактерии
   (собственно бактерии) и Архебактерии (другое название – Археи). Последние
   также не имеют ядра, но по структуре сильно отличаются от бактерий.

Систематика и номенклатура микроорганизмов.

Основной таксономической единицей систематики бактерий является вид. Вид – это
эволюционно сложившаяся совокупность особей, имеющая единый генотип, который
в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими,
физиологическими, биохимическими и другими признаками. Вид не является
конечной единицей систематики. Внутри вида выделяют варианты (разновидности)
микроорганизмов, отличающиеся отдельными признаками. Так, различают:

1) серовары (по антигенной структуре);

2) хемовары (по чувствительности к химическим веществам);
26
3) фаговары (по чувствительности к фагам);

4) ферментовары;

5) бактериоциновары; Бактериоцины – вещества, продуцируемые бактериями и
губительно действующие на другие бактерии. По типу продуцируемого бактериоцина
различают бактериоциновары, а по чувствительности – бактериоциногеновары.

6) бактериоциногеновары.

Для видовой идентификации бактерий необходимо знать следующие их свойства:

1) морфологические (форму и структуру бактериальной клетки);

2) тинкториальные (способность окрашиваться различными красителями);

3) культуральные (характер роста на питательной среде);

4) биохимические (способность утилизировать различные субстраты);

5) антигенные.

Виды, связанные генетическим родством, объединяют в роды, роды – в семейства,
семейства – в порядки. Более высокими таксономическими категориями являются
классы, отделы, подцарства и царства. Согласно современной систематике патогенные
микроорганизмы относятся к царству прокариот, патогенные простейшие и грибы –
к царству эукариот, вирусы объединяются в отдельное царство – Vira. Все
прокариоты, имеющие единый тип организации клеток, объединены в один отдел –
Bacteria. Однако отдельные их группы отличаются структурными и физиологическими
особенностями. На этом основании выделяют:

1) собственно бактерии;

2) актиномицеты;

3) спирохеты;

4) риккетсии;

5) хламидии;

6) микоплазмы.

Наибольшую известность получила фенотипическая классификация бактерий, основанная
на строении их клеточной стенки, включённая, в частности, в IX издание Определителя
27
бактерий Берги (1984—1987). Крупнейшими таксономическими группами в ней стали 4
отдела: Gracilicutes (грамотрицательные), Firmicutes (грамположительные), Tenericutes
(микоплазмы; отдел с единственным классом Mollicutes) и Mendosicutes (археи). В
последнее время всё большее развитие получает филогенетическая классификация
бактерий, основанная на данных молекулярной биологии. Филогенетическая
классификация отчасти повторяет фенотипическую, так, группа Gracilicutes присутствует
и в той и в другой. В то же время систематика грамотрицательных бактерий была
полностью пересмотрена, архебактерии и вовсе выделены в самостоятельный таксон
высшего ранга, часть таксономических групп разбита на части и перегруппирована, в одни
группы объединены организмы с совершенно разными экологическими функциями, что
вызывает ряд неудобств и недовольство части научного сообщества. Объектом нареканий
становится и то, что проводится фактически классификация молекул, а не организмов.
 В настоящее время для систематики микроорганизмов используется ряд
таксономических систем.

1. Нумерическая таксономия. Признает равноценность всех признаков. Для ее применения
необходимо иметь информацию о многих десятках признаков. Видовая принадлежность
устанавливается по числу совпадающих признаков.

2. Серотаксономия. Изучает антигены бактерий с помощью реакций с иммунными
сыворотками. Наиболее часто применяется в медицинской бактериологии. Недостаток –
бактерии не всегда cодержат видоспецифический антиген.

3. Хемотакcономия. Применяются физико-химические методы, с помощью которых
исследуется липидный, аминокислотный состав микробной клетки и определенных ее
компонентов.

4. Генная систематика. Основана на способности бактерий с гомологичными ДНК к
трансформации, трансдукции и конъюгации, на анализе внехромосомных факторов
наследственности – плазмид, транспозонов, фагов.

     При изучении, идентификации и классификации микроорганизмов чаще всего
изучают следующие (гено- и фенотипические) характеристики:
     1. Морфологические - форма, величина, особенности взаиморасположения,
структура.
     2. Тинкториальные- отношение к различным красителям (характер окрашивания),
прежде всего к окраске по Граму. По этому признаку все микроорганизмы делят на
28
грамположительные и грамотрицательные.
     Морфологические свойства и отношение к окраску по Граму позволяют как
правило отнести изучаемый микроорганизм к крупным таксонам- семейству, роду.
     3. Культуральные - характер роста микроорганизма на питательных средах.
     4. Биохимические - способность ферментировать различные субстраты (углеводы,
белки и аминокислоты и др.), образовывать в процессе жизнедеятельности различные
биохимические продукты за счет активности различных ферментных систем и
особенностей обмена веществ.
     5.Антигенные- зависят преимущественно от химического состава и строения
клеточной   стенки,   наличия    жгутиков,   капсулы,   распознаются   по   способности
макроорганизма (хозяина) вырабатывать антитела и другие формы иммунного ответа,
выявляются в иммунологических реакциях.
     6.Физиологические- способы углеводного (аутотрофы, гетеротрофы), азотного
(аминоавтотрофы, аминогетеротрофы) и других видов питания, тип дыхания (аэробы,
микроаэрофилы, факультативные анаэробы, строгие анаэробы).
     7.Подвижность и типы движения.
     8.Способность к спорообразованию, характер спор.
     9.Чувствительность к бактериофагам, фаготипирование.
     10.Химический состав клеточных стенок- основные сахара и аминокислоты,
липидный и жинокислотный состав.
     11.Белковый спектр (полипептидный профиль).
     12.Чувствительность к антибиотикам и другим лекарственным препаратам.
     13.Генотипические (использование методов геносистематики).
     В последние десятилетия для классификации микроорганизмов, помимо их
фенотипических характеристик (см. пп.1- 12), все более широко и эффективно
используются различные генетические методы (изучение генотипа- генотипических
свойств). Используются все более совершенные методы- рестрикционный анализ, ДНК-
ДНК гибридизация, ПЦР, сиквенс и др. В основе большинства методов лежит принцип
определения степени гомологии генетического материала (ДНК, РНК). При этом чаще
исходят из условного допущения, что степень гомологии более 60% ( для некоторых групп
микроорганизмов- 80%) свидетельствует о принадлежности микроорганизмов к одному
виду (различные генотипы - один геновид), 40- 60%- к одному роду.
     Идентификация.
     Основные    фено-    и     генотипические   характеристики,    используемые    для
классификации микроорганизмов, используются и для идентификации, т.е. установления
29
их таксономического положения и прежде всего видовой принадлежности- наиболее
важного аспекта микробиологической диагностики инфекционных заболеваний.
Идентификация     осуществляется     на   основе   изучения     фено-   и    генотипических
характеристик изучаемого инфекционного агента и сравнения их с характеристиками
известных видов. При этой работе 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.
     Номенклатура- название микроорганизмов в соответствии с международными
правилами. Для обозначения видов бактерий используют бинарную латинскую
номенклатуру род/вид, состоящую из названия рода (пишется с заглавной буквы) и
вида (со строчной буквы). Примеры- Shigella flexneri, Rickettsia sibirica.

Специализированные термины.

Совокупность основных биологических свойств бактерий можно определить только у
чистой культуры – это бактерии одного вида, выращенные на
питательной среде.

Культура – скопление микробных клеток, может быть чистой и смешанной
(бактерии разного вида, выращенные на питательной среде).

Колония (клон) – потомство одной микробной клетки.

Штамм – вид микроорганизмов, выделенный из разных источников.

Вопросы для контроля знаний:

   1. Назвать основные таксономические единицы классификации бактерий
   2. Что такое вид ?

   3. Что такое штамм?

   4. Понятие о вариантах, примеры

   5. Что такое идентификация микроорганизмов
30
   6. Понятие о морфологических свойствах

   7. Понятие о бинарной номенклатуре

   8. Что такое культура ?

   9. Что такое чистая культура?

   10. Что такое колония?

     Лекция №3.
     Морфология и ультраструктура бактерий.

Особенности строения бактериальной клетки. Основные органеллы и
их функции

Отличия бактерий от других клеток:

1. Бактерии относятся к прокариотам, т. е. не имеют обособленного ядра.
31
2. В клеточной стенке бактерий содержится особый пептидогликан – муреин.

3. В бактериальной клетке отсутствуют аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть,
митохондрии.

4. Роль митохондрий выполняют мезосомы – инвагинации цитоплазматической мембраны.

5. В бактериальной клетке много рибосом.

6. У бактерий могут быть специальные органеллы движения – жгутики.

7. Размеры бактерий колеблются от 0,3–0,5 до 5—10 мкм. Микроорганизмы измеряются в
микрометрах и нанометрах. Форма и размер - важный диагностический признак.
Способность бактерий изменять свою форму и величину называется полиморфизм.

     Подавляющее            большинство           бактерий           одноклеточны.
Одноклеточные формы способны осуществлять все функции, присущие
организму, независимо от соседних клеток. Многие одноклеточные
прокариоты      склонны     к   образованию       клеточных     агрегатов,        часто
скреплённых выделяемой ими слизью. Чаще всего это лишь случайное
объединение

По форме клеток они могут быть округлыми (кокки), палочковидными (бациллы,
клостридии, псевдомонады), извитыми (вибрионы, спириллы, спирохеты), реже —
звёздчатыми, тетраэдрическими, кубическими, C- или O-образными. Формой
определяются такие способности бактерий, как прикрепление к поверхности,
подвижность, поглощение питательных веществ. Отмечено, например, что олиготрофы, то
есть бактерии, живущие при низком содержании питательных веществ в среде, стремятся
увеличить отношение поверхности к объёму, например, с помощью выростов.
32

Формы бактерий

Шаровидные бактерии.

Шаровидные бактерии, или кокки.
Форма шаровидная или овальная. По характеру расположения клеток в мазках выделяют:
Микрококки – отдельно расположенные клетки.
Диплококки – располагаются парами.
Стрептококки – клетки округлой или вытянутой формы, составляющие цепочку.
Сарцины – располагаются в виде «пакетов» из 8 и более кокков.
Стафилококки – кокки, расположенные в виде грозди винограда в результате деления в
разных плоскостях.
33

                                  Палочковидные бактерии (кишечная палочка).

Палочковидные бактерии
Форма палочковидная, концы клетки могут быть заостренными, закругленными,
обрубленными, расщепленными, расширенными. Палочки могут быть правильной и
неправильной формы, в том числе ветвящиеся, например у актиномицетов.
По характеру расположения клеток в мазках выделяют:
Монобактерии – расположены отдельными клетками.
Диплобактерии – расположены по две клетки.
Стрептобактериии – после деления образуют цепочки клеток.
Палочковидные бактерии могут образовывать споры: бациллы (аэробные бактерии) и
клостридии (анаэробные бактерии).

                                  Извитые бактерии (холерный вибрион).

Извитые бактерии
Форма - изогнутое тело в один или несколько оборотов.
Вибрионы – изогнутость тела не превышает одного оборота.
Спирохеты – изгибы тела в один или несколько оборотов.

 Строение. Бактериальная клетка состоит из клеточной стенки,
цитоплазматической мембраны, цитоплазмы с включениями и так называемым
нуклеоидом. Имеются дополнительные структуры: капсула, микрокапсула, жгутики,
пили. Некоторые бактерии в неблагоприятных условиях способны образовывать споры.
34

                                            Строение бактериальной клетки

Клеточная стенка важный структурный элемент бактериальной клетки, однако не
обязательный. Искусственным путём были получены формы с частично или полностью
отсутствующей клеточной стенкой (L-формы), которые могли существовать в
благоприятных условиях, однако иногда утрачивали способность к делению. Известна
также группа природных не содержащих клеточной стенки бактерий — микоплазмов.

Клеточная стенка выполняет следующие функции:

1) защитную - осуществление фагоцитоза;

2) регуляцию осмотического давления;

3) рецепторную;

4) принимает участие в процессах питания деления клетки;

5) антигенную (определяется продукцией эндотоксина – основного соматического
антигена бактерий);

6) стабилизирует форму и размер бактерий;

7) обеспечивает систему коммуникаций с внешней средой;

8) косвенно участвует в регуляции роста и деления клетки.

У бактерий существует два основных типа строения клеточной стенки, свойственных
грамположительным и грамотрицательным видам. Такое название они получили после
того, как в конце XIX века датский врач Ханс Кристиан Грам обнаружил, что если
бактерии обработать сначала красителем кристаллическим фиолетовым, а затем йодом, то
35
бесцветные в обычных условиях клетки окрашиваются. Но у одних бактерий образуется
прочная фиолетовая окраска (их назвали грамположительными), а у других
(грамотрицательных) краситель смывается этиловым спиртом, поэтому их докрашивают
фуксином Циля и они приобретают розовую окраску.

                                   Строение клеточной стенки.
А - грамположительные бактерии, Б - грамотрицательные бактерии

Клеточная стенка имеет два слоя:

1) наружный – пластичный;

2) внутренний – ригидный, состоящий из муреина.

Клеточная стенка грамположительных бактерий представляет собой гомогенный слой
толщиной 20—80 нм, построенный в основном из пептидогликана (муреина), с
меньшим количеством тейхоевых кислот и небольшим количеством полисахаридов,
белков и липидов (так называемый липополисахарид). В клеточной стенке имеются поры
диаметром 1—6 нм, которые делают её проницаемой для ряда молекул.
  У грамотрицательных бактерий пептидогликановый слой неплотно прилегает к ЦПМ и
имеет толщину лишь 2—3 нм. Он окружён наружной мембраной, имеющей, как правило,
неровную, искривлённую форму. Между ЦПМ, слоем пептидогликана и внешней
36
мембраной имеется пространство, называемое периплазматическим, и заполненное
раствором, включающим в себя транспортные белки и ферменты. Клеточная стенка
проницаема: через нее питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты
обмена выходят в окружающую среду. Крупные молекулы с большим молекулярным
весом не проходят через оболочку.
        Капсула. Клеточная стенка многих бактерий сверху окружена слоем слизистого
материала — капсулой. Толщина капсулы может во много раз превосходить диаметр самой
клетки, а иногда она настолько тонкая, что ее можно увидеть лишь через электронный
микроскоп — микрокапсула. Капсула не является обязательной частью клетки, она
образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она служит
защитным покровом клетки и участвует в водном обмене, предохраняя клетку от
высыхания.

Среди бактерий различают:

1) истиннокапсульные бактерии (род Klebsiella) – сохраняют капсулообразование и при
росте на питательных средах, а не только в макроорганизме;

2) ложнокапсульные – образуют капсулу только при попадании в макроорганизм

                                                                                .

                                    Капсулы вокруг клеток Clostridium. Увел. X 2200.

Капсула играет роль антигена, может быть фактором вирулентности (патогенности).

     По химическому составу капсулы чаще всего представляют собой
полисахариды. Иногда они состоят из гликопротеидов (сложные
комплексы сахаров и белков) и полипептидов (род Bacillus), в редких
37
случаях — из клетчатки (род Acetobacter).
    Цитоплазма и ЦПМ. Все содержимое клетки, за исключением
ядра и клеточной       стенки,     называется     цитоплазмой.       В жидкой,
бесструктурной фазе цитоплазмы (матриксе) находятся рибосомы,
мембранные системы, митохондрии, пластиды и другие структуры, а
также     запасные    питательные       вещества.       Цитоплазма     обладает
чрезвычайно сложной, тонкой структурой (слоистая, гранулярная).
Внешний липопротеидный слой протопласта бактерий, обладающий
особыми     физическими    и       химическими        свойствами,    называется
цитоплазматической        мембраной        (ЦПМ).       Она   имеет    обычное
строение: два слоя фосфолипидов (25–40 %) и белки. ЦПМ выполняет
очень важную роль — регулирует поступление веществ в клетку и
выделение наружу продуктов обмена.
    Между плазматической мембраной и клеточной стенкой имеется
связь в виде десмозов — мостиков. Через мембрану питательные
вещества    могут    поступать      в   клетку    в     результате    активного
биохимического      процесса   с   участием      ферментов.    Кроме    того,   в
мембране происходит синтез некоторых составных частей клетки, в
основном компонентов клеточной стенки и капсулы. Наконец, в ЦПМ
находятся    важнейшие     ферменты       (биологические       катализаторы).
Упорядоченное расположение ферментов на мембранах позволяет
регулировать их активность и предотвращать разрушение одних
ферментов другими. С мембраной связаны рибосомы — структурные
частицы, на которых синтезируется белок. Мембрана состоит из
липопротеидов. Она достаточно прочна и может обеспечить временное
существование клетки без оболочки. ЦПМ составляет до 20% сухой
массы клетки.
    ЦПМ и цитоплазму объединяют вместе в понятие протопласт. ЦПМ
- это жидкокристаллическая структура, состоящая из билипидного слоя
и                                       белковых                       молекул.
38

    Назначение:
•    Механическая защита клетки от внешней среды
•    Не дает цитоплазме растечься
•    Химическая регуляция процессов внутри кл.
•    Принимает активное участие в питании, дыхании, выделении
•    Антигенная функция
Гомогенная фракция цитоплазмы, содержащая набор растворимых
РНК, белков, продуктов и субстратов метаболических реакций,
названа       цитозолем.   Другая   часть   цитоплазмы      представлена
различными структурными элементами.
Одним из основных отличий клетки бактерий от клетки эукариот
является отсутствие ядерной мембраны и, строго говоря, отсутствие
вообще        внутрицитоплазматических      мембран,   не    являющихся
производными ЦПМ. Однако у разных групп прокариот (особенно
часто     у    грамположительных     бактерий)    имеются     локальные
впячивания        ЦПМ —      мезосомы,      выполняющие       в   клетке
разнообразные функции и разделяющие её на функционально
различные части.
39

      Одни   из   этих   структур   —   аналоги   митохондрий.   Другие
выполняют функции эндоплазматической сети или аппарата Гольджи.
Путем инвагинации цитоплазматической мембраны образуется также
фотосинтезирующий аппарат бактерий.
    Рибосомы являются центрами синтеза белка в клетке.
    При этом они часто соединяются между собой, образуя агрегаты,
называемые полирибосомами или полисомами. Рибосомы представляют
собой рибонуклеопротеиновые частицы размером 20 нм, состоящие из
двух субъединиц – 30 S и 50 S. Перед началом синтеза белка
происходит агрегация -объединение этих субъединиц в одну – 70 S. В
отличие от клеток эукариотов рибосомы бактерий не объединены в
эндоплазматическую                                                сеть.
40

    Включения. В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся
гранулы различной формы и размеров. Однако их присутствие нельзя
рассматривать как какой-то постоянный признак микроорганизма,
обычно    оно    в   значительной   степени   связано   с   физическими       и
химическими условиями среды. Многие цитоплазматические включения
состоят   из    соединений,     которые   служат   источником       энергии   и
углерода.      Эти   запасные   вещества    образуются,     когда    организм
снабжается      достаточным     количеством    питательных      веществ,      и,
наоборот, используются, когда организм попадает в условия, менее
благоприятные в отношении питания.
    У многих бактерий гранулы состоят из крахмала или других
полисахаридов — гликогена и гранулезы. У некоторых бактерий при
выращивании на богатой сахарами среде внутри клетки встречаются
капельки жира. Другим широко распространенным типом гранулярных
включений        является   волютин       (метахроматиновые         гранулы)..
Вы также можете почитать