К микроорганизмам относят микроскопические живые существа, не образующие хлорофилл, в том числе бактерии, грибы (плесени, дрожжи, актиномицеты).
Большинство микробов одноклеточные и лишь некоторые из них являются многоклеточными. К группе одноклеточных относятся бактерии, простейшие, дрожжи, отдельные виды плесневых грибов, а к группе многоклеточных – нитчатые бактерии и большинство плесеней. Вирусы не имеют клеточной структуры в отличие от других микроорганизмов.
Бактерии. Форма и размер бактерий. По внешнему виду различают три основные формы бактерий: шаровидную (кокки), палочковидную (цилиндрические) и извитую (рис. 8).
Рис. 8. Основные формы бактерий:
1 — микрококки; 2 — диплококки; 3 — стрептококки; 4 — тетракокки; 5 -сарцины; 6 — стафилококки; 7 — бациллы; 8 — бактерии; 9 — стрептобактерии; 10 — вибрионы; 11 — спириллы; 12 — спирохеты
Размеры бактерий могут колебаться в зависимости от условий обитания и влияния внешней среды (питание, температура, влажность и др.). Размер кокковидных форм колеблется в пределах от 0,75 до 2 мкм, палочковидных от 0,3-1 до 2-10 и извитых от 0,1-0,15 до 3-20 мкм.
Кокки – большинство их имеет правильную форму шара, но некоторые виды вытянуты и напоминают свечу, ланцет, бобы. В зависимости от взаимного расположения клеток (после деления) кокки подразделяются на микрококки – одиночные, беспорядочно расположенные кокки; диплококки – располагаются попарно; стрептококки – образуют цепочку при делении кокков в одной плоскости; тетракокки – сочетания по четыре кокка; сарцины – кокки, соединенные в виде пакетов, и стафилококки – скопления кокков, напоминающие грозди винограда.
Палочковидные бактерии – форма может быть в виде цилиндра, овоида различной длины и диаметра. Концы палочек закругленные, заостренные или резко обрубленные. Палочки, образующие споры, называются бациллами, не образующие споры – бактериями. Палочки, располагающиеся попарно, получили название диплобактерии, или диплобациллы, а располагающиеся в цепочку, – стрептобактерии, или стрептобациллы.
Извитые бактерии – это микроорганизмы, имеющие вид спирали. Они подразделяются на вибрионы, напоминающие слегка изогнутую запятую, спириллы, имеющие несколько крупных завитков, и спирохеты – бактерии с тонкими многочисленными завитками.
Строение бактериальной клетки . Ультраструктуру бактерий изучают с помощью электронно-микроскопических и микрохимических исследований, которые позволяют довольно точно определить структуру и составные части микробной клетки. Бактериальная клетка состоит из оболочки, цитоплазмы, ядерного вещества (рис.9).
Оболочка обладает значительной прочностью, упругостью, эластичностью, и благодаря этому создается как бы жесткий каркас микробной клетки, предохраняющий ее от неблагоприятных внешних воздействий и придающий ей постоянную форму (кокки, палочки). Оболочка имеет мельчайшие поры, она полупроницаема, через нее происходит обмен веществ с внешней средой.
Химический состав оболочки неоднороден: в ее составе обнаруживают азотистые и безазотистые соединения.
Оболочка бактерий представлена тремя структурами: внешним капсульным слоем, клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной.
Рис. 9. Строение бактериальной клетки:
1 — оболочка; 2 — цитоплазма; 3 — ядерная структура
Цитоплазма представляет собой дисперсную смесь коллоидов, состоящую из белков, воды, РНК (рибонуклеиновая кислота), липоидов, углеводов, минеральных веществ и др. Цитоплазма окружена тонкой цитоплазматической мембраной, состоящей из липопротеиновых и рибонуклеиновых компонентов. С цитоплазматической мембраной связаны ферментные системы, принимающие участие в обмене веществ с окружающей средой.
Цитоплазма содержит различные включения, наполненные клеточным соком, которые являются запасным питательным субстратом. В цитоплазме постоянно происходят процессы синтеза и распада веществ, т.е. осуществляются все функции, присущие живому организму.
Ядерное вещество бактериальной клетки, представленное ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) в виде овальных и мелкозернистых включений, распределено в цитоплазме диффузно. Вокруг ДНК нуклеоида в цитоплазме бактерий расположены короткие двухцепочечные нити внехромосомной ДНК, получившие название плазмиды. Они управляют функцией устойчивости к лекарственным препаратам (R-плазмиды), выработки энтеротоксинов и обуславливают внехромосомную передачу наследственных свойств.
Некоторые виды бактерий образуют споры и капсулы (рис. 10). Капсула является продуктом набухания и ослизнения оболочки клетки; она предохраняет бактерии от влияния неблагоприятных факторов. При неблагоприятных условиях внутри некоторых палочковидных бактерий образуются округлые тельца – споры.
Спорообразующие палочки (бациллы) могут существовать в двух формах: вегетативной, т.е. способной к росту и размножению, и споровой, неспособной к размножению. Спора представляет собой микробную клетку, потерявшую большое количество воды и покрывшуюся плотной оболочкой. Внутри микробной клетки образуется только одна спора, которая служит для сохранения вида. Если диаметр спор превышает поперечник микробной клетки, – это клостридии (например, возбудитель столбняка).
Рис. 10. Споры и капсулы бактерий: а — споры; б — капсулы
При благоприятных условиях (наличие влаги, питательных веществ и оптимальной температуры) спора прорастает и превращается в вегетативную форму. Споры чрезвычайно устойчивы к воздействию неблагоприятных внешних факторов (высушивание, действие высоких и низких температур и др.) и могут сохраняться годами.
Подвижность бактерий. Многие виды бактерий могут самостоятельно передвигаться с помощью специальных жгутиков. Жгутики представляют собой тонкие длинные нити, в несколько раз превышающие длину тела бактерий. Диаметр жгутиков около 1/20 ширины бактериальной клетки. Извитые формы микробов передвигаются путем сокращения тела. Микробы, не имеющие жгутиков и не являющиеся извитыми, неподвижны.
Грибы. Грибы – это большая группа растительных организмов. Они характеризуются тремя основными свойствами: размножаются вегетативным путем и посредством спор; имеют вегетативное тело в виде мицелия; в грибах отсутствует хлорофилл (в отличие от растений). Наиболее широко в природе распространены плесневые грибы, дрожжи, актиномицеты. Некоторые виды плесеней и дрожжей используют в пищевой промышленности для технологических целей, некоторые же из грибов вызывают порчу продуктов и являются возбудителями заболеваний человека и животных.
Плесени. Иногда их называют микроскопические грибы. Это неподвижные бесхлорофилловые организмы, видимые невооруженным глазом. Плесневые грибы имеют более сложное строение, чем бактерии (рис. 11). Плесневой гриб состоит из переплетающихся между собой нитей (гиф), которые образуют тело гриба (мицелий). Гифы могут быть одноклеточными и многоклеточными. Каждая клетка гифы имеет оболочку, цитоплазму с включениями и несколько отдельных ядер.
Рис. 11. Плесневые грибы:
1 — кистевидная плесень (пенициллиум); 2 — леечная плесень (аспергиллюс); 3 — головчатая плесень (мукор); 4 — гроздевидная плесень; 5 — шоколадная плесень, 6 — молочная плесень.
Плесневой гриб состоит из переплетающихся между собой нитей (гиф), которые образуют тело гриба (мицелий). Гифы могут быть одноклеточными и многоклеточными. Каждая клетка гифы имеет оболочку, цитоплазму с включениями и несколько отдельных ядер.
К одноклеточным плесневым грибам относится головчатая плесень (мукор). Тело ее состоит из одной разветвленной клетки. Плодоносящий гиф, на котором находятся споры, называется спорангиеносец. Некоторые виды мукоровых грибов используют в пищевой промышленности для приготовления органических кислот и спирта. Многие виды мукора вызывают порчу продуктов.
К многоклеточным плесневым грибам относятся пенициллиум, аспергиллюс, гроздевидная, шоколадная и другие плесени. У этих видов плесеней мицелий имеет перегородки (септы), споры получили название конидий, а плодоносящий гиф – конидиеносец. У молочной плесени споры называются оидии.
Некоторые многоклеточные плесени являются продуцентами антибиотиков – пенициллина, аспергиллина, используются в промышленности для приготовления ферментных препаратов, лимонной кислоты. В то же время такая плесень, как аспергиллюс, вызывает аспергиллез – поражение верхних дыхательных путей. Многие из плесеней вызывают порчу мясных и молочных продуктов. Так кандидиум придает мясу неприятный запах, расщепляя белки, шоколадная плесень образует на мясе темные, почти черные пятна.
Дрожжи. Это неподвижные одноклеточные организмы округлой, овальной или палочковидной формы, размером от 8 до 15 мкм. Дрожжевая клетка имеет оболочку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с включениями, ядро круглой или овальной формы. В цитоплазме дрожжевой клетки находятся вакуоли – внутриклеточные образования, содержащие питательные вещества и различные включения в виде зерен. В природе встречаются дрожжи спорообразующие и неспорообразующие. Некоторые виды дрожжей используют в пищевой промышленности для приготовления хлеба, пива, вина, кумыса и др. Есть дрожжевые организмы, которые вызывают пороки молочных и мясных продуктов, например дрожжи из рода родоторула, микодерма, пастерианум. Дрожжеподобные организмы родов кандида и бластомицесс вызывают заболевания: кандидомикоз, бластомикоз с поражением глаз, ногтей, сухожилий, суставов, слизистой оболочки полости рта, дыхательных путей, пищеварительного тракта.
Актиномицеты (лучистые грибы). Актиномицеты занимают промежуточное положение между плесневыми грибами и бактериями. Их тело состоит из довольно длинных ветвящихся тонких одноклеточных нитей (гиф). Длина актиномицетов может достигать нескольких сантиметров. Клетки актиномицетов имеют оболочку, цитоплазму и ядро. Сплетение гиф образует воздушный мицелий, который растет над питательной средой и образует спороносцы, на них – споры, посредством которых актиномицеты размножаются. Некоторые актиномицеты вызывают порчу пищевых продуктов; есть патогенные, вызывающие заболевание, известное под названием актиномикоз.
Актиномицеты являются продуцентами таких антибиотиков, как стрептомицин, тетрациклин, биомицин и др.
Сферические бактерии. Эти бактерии называются также кокками (греч. kokkos – зерно). Они имеют округлую форму и в зависимости от положения клеток после их деления подразделяются: микрококки – Micrococcus (греч. micros – малый) – кокки, которые делятся в одной плоскости и после деления клетки располагаются поодиночке; диплококки – Diplococcus (греч. diplos – двойной) – кокки, которые делятся в одной плоскости и после деления их клетки располагаются попарно; стрептококки – Streptococcus (греч. streptos – цепочка) – кокки, которые делятся в одной плоскости, после деления между клетками сохраняется связь, и они располагаются в виде цепочек. Цепочки кокков могут быть короткими (3-4 клетки) или длинными (несколько десятков клеток); тетракокки – Tetracoccus (греч. tetra – четыре) – кокки, которые делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и после деления образуют тетрады (тетрады – редко встречающиеся формы; сарцины – Sarcina (лат. sarcio – соединение) – кокки, которые делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, и после деления располагаются в виде пакетов из 8, 16, 32, 64 клеток; стафилококки – Staphylococcus (греч. staphyle – виноградная гроздь) – кокки, которые делятся в нескольких плоскостях, после деления клетки располагаются в виде виноградной грозди. Кокки не всегда бывают правильной круглой формы. Они могут быть ланцетовидные, овальные, бобовидные, подобными кофейному зерну, могут быть сдавлены с одной или нескольких сторон. Некоторые кокки могут иметь жгутики, эндоспоры. Но большинство кокков неподвижно и не образует эндоспоры.
Цилиндрические бактерии. Цилиндрическая, или палочковидная форма характерна для большинства бактерий (греч. bacteria – палочка; лат. bacillum – палочка). Палочковидные бактерии подразделяются на образующие эндоспоры и не образующие эндоспоры. Палочковидные бактерии различаются по длине, поперечному диаметру, форме концов клеток, расположению.
По длине палочковидные бактерии подразделяются на длинные (более 3 мкм), короткие (3-1 мкм) и очень короткие (менее 1 мкм). Длина последних слегка превышает диаметр клетки, поэтому их называют коккобактериями. По поперечному диаметру палочковидные бактерии делятся на толстые и тонкие. Концы палочек бывают закругленными, с обрезанными краями, заостренные, утолщенные. Располагаются палочки поодиночке, по две клетки (диплобактерии, или диплобациллы), цепочками (стрептобактерии, или стрептобациллы). Некоторые палочки располагаются под углом друг к другу, образуя фигуры подобные латинским буквам V, X, L.
Спиральные бактерии. Эти формы различаются количеством и характером завитков, длиной и толщиной клеток. Они подразделяются на вибрионы (лат. vibrare – колебание, дрожание), которые имеют вид изогнутой палочки или запятой; спириллы(лат. spiro – изгиб) – это спирально изогнутые клетки, имеющие большой поперечный диаметр и малое число высоких завитков; спирохеты (лат. spiro – изгиб, греч. сhaite – хохол, грива) – это изгибающиеся тонкие спирально изогнутые клетки.
Нитчатые формы бактерий. Они называются также трихомные(греч. trachoma – волосы). Это в большинстве случаев палочковидные клетки, которые соединяются в длинные цепочки, объединяемые либо слизью, либо чехлами, либо общей оболочкой.
Необычные формы бактерий. Эти формы морфологически разнообразны. Тороидальные (замкнутые и незамкнутые кольца) бактерии могут с помощью фимбрий (выростов клетки) объединяться в скопления – розетки, могут накладываться друг на друга, образуя спирали длиной 4-50 мкм. Звездообразные клетки напоминают шестиугольную звезду, они обнаружены в идах и торфах. Канатоподобные клетки образуют скопления звездообразной формы. Тубероидальные (лат. tuberculum – вздутие) клетки – это палочковидные бактерии со сферическими вздутиями. Бывают бактерии в форме плоских квадратных пластинок, коробочковидных плоских клеток геометрически разнообразной формы. Встречаются червеобразные клетки с заостренными и тонкими концами (рисунок А.1)..
Размеры бактерий. Размеры бактериальных клеток сильно варьируют. Шаровидные бактерии имеют диаметр от 0,2 мкм до 2,5 мкм. Встречаются гигантские формы (например, Achromaticum oxaliferum имеет в длину 125 мкм). Мельчайшими из известных клеточных организмов являются микоплазмы (0,15 мкм). Этот размер является теоретическим пределом клеточного уровня организации жизни, при котором в клетке еще может быть минимум молекул белка (порядка 1200) и минимум ферментных реакций, необходимых для поддержания клеточной структуры. Палочковидные бактерии имеют толщину в среднем 0,5-1,0 мкм. Длина палочек от 1-2 до 19 мкм. Нитчатые бактерии достигают в длину макроскопических размеров и видны невооруженным глазом (1 мм). Спирохеты могут быть длиной от 1-3 до 100-500 мкм.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Бактерии (греч. bakterion — палочка) — микроорганизмы с прокариотным типом строения. Преимущественно это одноклеточные организмы, однако существует немало форм, состоящих из многих клеток. Термин «прокариоты» равнозначен термину «бактерии.
По форме клеток бактерии подразделяются на три основные:
- сферические, или кокки,
- палочковидные,
- извитые.
Сферические формы (кокки) – шаровидные бактерии размером 0,5 – 1,0 мкм; по взаимному расположению клеток различают:
- микрококии,
- диплококки,
- стрептококки,
- тетракокки,
- сарцины,
- стафилококки.
Микрококки – отдельно расположенные клетки или в виде "пакетов".
Диплококки – располагаются парами, так как клетки после деления не расходятся.
Стрептококки – клетки округлой или продолговатой формы, составляющие цепочку вследствие деления клеток в одной плоскости и сохранения связи между ними в месте деления.
Сарцины – располагаются в виде пакетов из 8-и и более кокков, так как они образуются при делении клетки в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
Стафилококки – кокки расположенные в виде грозди винограда в результате деления в различных плоскостях.
Палочковидные бактерии различаются по размерам, форме концов клетки и взаимному расположению клеток. Длина клеток варьирует от 1,0 до 8,0, толщина от 0,5 до 2,0 мкм. Палочки могут быть правильной (кишечная палочка) и неправильной (коринебактерии) формы, в том числе ветвящиеся, например, актиномицеты. Слегка изогнутые палочки называют вибрионами (холерный вибрион). Большинство палочковидных бактерий располагаются беспорядочно, так как после деления клетки расходятся.
Риккетсии – мелкие грамотрицательные палочковидные бактерии (0,3 – 2,0 мкм), облигатные внутриклеточные паразиты. Размножаются делением в цитоплазме, а некоторые – ядре инфицированных клеток. Обитают в организме членистоногих (вшей, блох, клещей), которые являются их хозяевами или переносчиками. Форма и размер риккетсий могут изменяться (клетки неправильной формы, нитевидные) в зависимости от условий роста. Структура риккетсии не отличается от таковой грамотрицательной бактерии.
Хламидии – относятся к облигатным внутриклеточным кокковым грамотрицательным бактериям. Вне клеток хламидии имеют сферическую форму (0,3 мкм), метаболически неактивны и называются элементарными тельцами. Хламидии размножаются только в живых клетках, их рассматривают как энергетических паразитов. Элементарные тельца попадают к эпителиальную клетку путем эндоцитоза с формированием внутриклеточной вакуоли.
Микоплазмы – мелкие бактерии (0,15 – 1,0 мкм), окруженные цитоплазматической мембраной и не имеющие клеточной стенки. Из-за отсутствия клеточной стенки микоплазмы осмотически чувствительны. Имеют разнообразную форму: кокковидную, нитевидную, колбовидную. Патогенные микоплазмы вызывают хронические инфекции – микоплазмозы.
Актиномицеты – ветвящиеся, нитевидные или палочковидные грамположительные бактерии. Свое название (от греч. actis – луч, mykes – гриб) они получили всвязи с образованием в пораженных тканях друз – гранул из плотно переплетенных нитей в виде лучей, отходящих от центра и заканчивающихся колбовидными утолщениями. Актиномицеты могут делиться путем фрагментации мицелия на клетки, похожие на палочковидные и кокковидные бактерии. На воздушных гифах актиномицетов могут образовываться споры, служащие для размножения. Споры актиномицетов обычно нетермостойки.
Извитые формы – спиралевидные бактерии, например, спириллы, имеющие вид штопорообразно извитых клеток. К патогенным спириллам относится возбудитель содоку (болезнь укуса крыс). К извитым также относятся кампилобактеры, хеликобактеры, имеющие изгибы как у крыла летящей чайки; близки к ним и такие бактерии, как спирохеты.
Спирохеты — тонкие, длинные, извитые (спиралевидной формы) бактерии, отличающиеся от спирилл подвижностью, обусловленной сгибательными изменениями клеток. Спирохеты имеют наружную мембрану клеточной стенки, окружающую протоплазматический цилиндр с цитоплазматической мембраной. Под наружной мембраной клеточной стенки (в периплазме) расположены периплазматические фибриллы (жгутики), которые как бы закручиваясь вокруг протоплазматического цилиндра спирохеты, придают ей винтообразную форму (первичные завитки спирохет). Фибриллы прикреплены к концам клетки и направлены навстречу друг другу. Другой конец фибрилл свободен. Число и расположение фибрилл варьируют у разных видов. Фибриллы участвуют в передвижении спирохет, придавая клеткам вращательное, сгибательное и поступательное движение. При этом спирохеты образуют петли, завитки, изгибы, которые названы вторичными завитками.
Лептоспиры имеют завитки неглубокие и частые — в виде закрученной веревки. Концы этих спирохет изогнуты наподобие крючков с утолщениями на концах. Образуя вторичные завитки, они приобретают вид букв S или С; имеют 2 осевые нити. Патогенный представитель L. interrogates вызывает лептоспироз.
Бактерии не видимы невооруженным глазом. Поэтому для их изучения используют световые и электронные микроскопы. Клетки бактерий измеряются в микрометрах (1 мкм =10" м), элементы тонкого строения — в нанометрах (1нм = 10 м). Предел разрешения светового микроскопа составляет 0,2 мкм, современных моделей электронных микроскопов — 0,15—0,3 нм. Средние размеры прокариот лежат в пределах 0,5—3 мкм. Наиболее стабильны кокчи — их размер 0,5—2 мкм. Палочковидные формы обычно длиной 2—10 и шириной 0,5—1 мкм, мелкие палочки соответственно 0,7—1,5 и 0,2—0,4 мкм
В 1967 г. Адлер описал мини-клетки. Они примерно в 10 раз меньше исходных бактерий, не содержат хромосомную ДНК и имеют только плазмидную. Среди бактерий могут быть гиганты, достигающие в длину 125 мкм и более. Размеры спирохет 0,2—0,75 х 5—500 мкм.