ГБОУ ВПО Тюменская государственная медицинская академия

ГБОУ ВПО Тюменская государственная медицинская академия Кафедра микробиологии МИКРОБИОЛОГИЯ КАК НАУКА. МОРФОЛОГИЯ И УЛЬТРАСТРУКТУРА БАКТЕРИЙ Лекция № 1

1. Микробиология как наука

Медицинская микробиология Микробиология - наука, изучающая микроскопические существа, названные микроорганизмами, их биологические признаки, систематику, экологию, взаимоотношения с другими организмами, населяющими нашу планету (растения, животны и человек)

Классификация микробиологических наук • По объекту исследования – общая микробиология – частные микробиологические науки: • бактериология (прокариоты) • микология (эукариоты-грибки) • протозоология (эукариоты- простейшие) • вирусология (вирусы)

Задачи медицинской микробиологии • изучение структуры и биологических свойств микробов • изучение взаимоотношений микроба с организмом человека: – патогенез – диагностика – лечение – профилактика

Микробиологические методы исследования (диагностики) Эксперименталь- Микроскопи- Культуральный ческий (биологический) Патологический материал Патологический материал лабораторное чистая культура животное мазок микроба микроскопия результат идентификация (болезнь, гибель)

Микробиологические методы исследования (диагностики) Иммунологические (иммунобиологические) методы Кожно- Серологические реакции аллергичес кие пробы Выявление антигенов Методы микроорганизмов: выявление Выявление оценки специ- антител в иммунного в чистой фической сыворотке статуса в пат. м-ле культуре гипер- больного (экспресс- (серол. чувстви- (сероди- диагности- тельности иденти- агностика) (аллергии) фикация)

2. История развития микробиологии

История развития микробиологии: описательный период • конец XVII – сер. XIX в. • открытие мира микроорганизмов, описание их внешнего вида • А. Левенгук – открытие микроорганизмов

История развития микробиологии: физиологический (пастеровский) период • середина XIX – начало ХХ века • изучение жизнедеятельности микробной клетки, открытие болезнетворных бактерий, начало научной микробиологии

Л. Пастер

Открытия Л. Пастера • 1857 г. Бактериальная природа брожения • 1865 г. Установление причин болезней вина и пива • Открытие возбудителя болезни шелковичных червей • 1881 г. Создание первой искусственной вакцины (против сибирской язвы) • 1885 г. Создание вакцины против бешенства

30 апреля 1878 – день рождения медицинской микробиологии как науки Л. Пастер в своем докладе французской академии наук твердо указал, что «причиной инфекционных болезней является исключительно присутствие микроорганизмов» .

Р. Кох

Заслуги Р. Коха • открытие патогенных микроорганизмов – сибиреязвенная палочка – холерный вибрион – туберкулезная палочка • разработка основных правил идентификации патогенных микробов как этиологических агентов – триада Генле-Коха: 1. выделить данный микроб от больного 2. получить чистую культуру 3. заразить ею лабораторное животное с последующим развитием у него схожей клинической картины • другие открытия – плотные питательные среды – анилиновые красители – иммерсионный объектив – стерилизация текучим паром

История развития микробиологии (иммунологический период) • начало – середина ХХ века • открытие иммунитета • И. Мечников • П. Эрлих • А. Флеминг • Г. Домагк • Д. Ивановский

• И. Мечников – клеточная теория иммунитета

• П. Эрлих – – гуморальная теория иммунитета – основоположник химиотерапии инфекционных болезней

• А. Флеминг – открытие пенициллина

• Г. Домагк – применение сульфаниламидов в медицинской практике

• Д. Ивановский – открытие вирусов

История развития микробиологии (современный период) с середины ХХ века до наших дней молекулярные методы исследования • Львов • Портер и Эдельман • Бернет • Галло и Монтанье • Пруссинер

• А. Львов – открытие провируса

Р. Р. Портер Дж. Эдельман открыли структуру антител

• М. Бернет – клонально- селекционная теория иммунитета

• Р. Галло и Л. Монтанье – открытие ВИЧ

• С. Пруссинер – открытие прионов

3. Принципы классификации и систематики микроорганизмов

КЛАССИФИКАЦИЯ ПАТОГЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРОКАРИОТЫ НАДЦАРСТВО ЭУКАРИОТЫ ЦАРСТВО ВИРУСЫ ЭУБАКТЕРИИ ГРИБЫ ПРОСТЕЙШИЕ НУКЛЕОИД ЯДРО ГЕНОМ (ДНК ИЛИ РНК) КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА КЛЕТОЧНАЯ ТИП СИММЕТРИИ ГР+, ГР- ОБОЛОЧКА КАПСИД (ХИТИН) (ЦЕЛЛЮЛОЗА) (СУПЕРКАПСИД) 1. БАКТЕРИИ 2. МИКОПЛАЗМЫ 3. РИККЕТСИИ НАЛИЧИЕ 4. ХЛАМИДИИ 5. АКТИНОМИЦЕТЫ МИЦЕЛИЯ СПОСОБ 6. СПИРОХЕТЫ ДВИЖЕНИЯ, ЦИСТЫ ОБЛИГАТНЫЕ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ ПАРАЗИТЫ Размеры про- и эукариотов от 0, 01 – 0, 4 мкм до 20 мкм; Размеры вирусов от 10 до 400 нм

Надцарство прокариот Царство бактерий Отдел III Отдел IV Грациликуты Фирмикуты Тенерикуты Мендозикуты Грам– бактерии Грам+ бактерии Бактерии без Бактерии с дефектной (тонкая клеточная (толстая клеточная клеточной стенки клеточной стенкой стенка) (микоплазмы) (архебактерии)

ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ПРОКАРИОТ 1. Уровень организации генома (подобие ядра – нуклеоид) 2. Наличие и состав белоксинтезирующих систем (дифференциация рибосом по коэффициенту седиментации) 3. Уникальная клеточная стенка (наличие в составе пептидогликана)

Дифференциальные признаки микроорганизмов : 1. Морфологические свойства 2. Физиологическая активность 3. Антигенная специфичность 4. Биохимические свойства 5. Генетическое родство 6. Молекулярно-биологические свойства

Наука, систематизирующая микроорганизмы - ТАКСОНОМИЯ Основные таксоны: вид род (триба) семейство порядок класс (отдел) царство Вид - это совокупность микроорганизмов, имеющих общий корень происхождения, сходный генотип (степень гомологии ДНК 60% и более, близкое суммарное содержание пар Г + Ц) и максимально близкие фенотипические признаки и свойства

4. Морфология бактерий

ПО ФОРМЕ БАКТЕРИИ ПОДРАЗДЕЛЯЮТ:

ШАРОВИДНЫЕ менингококки пневмококки гонококки Стафилококки вейлонеллы стрептококки

ПАЛОЧКОВИДНЫЕ энтеробактерии клостридии риккетсии коринебакте рии бациллы микобактерии

ИЗВИТЫЕ вибрионы спириллы кампилобактерии спирохеты: -боррелии -лептоспиры -трепонемы

5. Анатомия бактериальной клетки

схема строения бактериальной клетки Капсула Кл. стенка Включения Рибосомы Нуклеоид Мезосома ЦПМ Пили Жгутик

Постоянные и непостоянные компоненты клеток прокариот постоянные непостоянные Нуклеоид Жгутики Клеточная стенка Пили Цитоплазма Плазмиды Рибосомы 70 S Капсула Мезосомы Споры ЦПМ Включения

Строение клеточной стенки Гр+ бактерий Пептидогликан имеет Клеточная многослойную структуру стенка (5 – 6 слоев) Пептидогликан связан с тейхоевыми и Цитоплазма липотейхоевыми тическая мембрана кислотами, которые пронизывают его насквозь и закрепляются Липотейхоевые кислоты Белок в ЦПМ Тейхоевые кислоты

Схема строения пептидогликана дисахариды β-гликозидные связи (разрушаются лизоцимом) Аминокислотные связи (разрушаются β-лактамными антибиотиками)

СТРОЕНИЕ КЛЕТОЧНОЙ СТЕНКИ ГР- БАКТЕРИЙ Фосфолипид • Тонкий слой пептидогликана Липид А ЛПС (О-антиген) Порин Ядро ЛПС • В состав наружной мембраны входят: • Липополисахариды Наружна • Липопротеины я мембрана • Гликолипиды ЦПМ • Белки-порины Белок Фосфолипид Периплазма Пептидогликан Липопротеин

• В 1884 г. Кристиан Грам предложил оригинальный метод окраски бактерий • После окраски по Граму одни бактерии окрашиваются в фиолетовый цвет – их называют Грам- положительными (Гр +) • Другие окрашиваются в красный цвет – их называют Грам- трицательными (Гр -)

Грам + Грам - Стафилококк Кишечная палочка

ФУНКЦИИ КЛЕТОЧНОЙ СТЕНКИ 1. Определяет и сохраняет постоянную форму 2. Обеспечивает связь с внешней средой через каналы и поры 3. Определяет антигенную специфичность бактерий, обладает важными иммунобиологическими свойствами 4. Нарушение синтеза клеточной стенки ведёт к формированию L-форм бактерии

Бактерии, лишенные полностью или частично клеточной стенки, но способные размножаться называются L- формами • L- форма Грам+ бактерий называется протопласт • L- форма Грам- бактерий называется сферопласт

Свойства L-формы бактерий 1. L-трансформация индуцируется антибиотиками, ферментами и антимикробными антителами 2. Сходство морфологических изменений 3. Превращение из Гр+ в Гр- структуру 4. Изменение антигенных свойств 5. Сходные культуральные признаки 6. Снижение вирулентных свойств, в связи с утерей адгезивных, инвазивных, эндотоксических свойств

L-трансформация L-формы — это бактерии, частично или полностью лишенные клеточной стенки, но сохранившие способность к развитию. L-формы возникают под воздействием агентов, блокирующих синтез клеточной стенки. L-формы обладают пониженным уровнем метаболической активности, чем исходные бактерии. Они нечувствительны к действию любых агентов, влияющих на клеточную стенку. Различают стабильные и нестабильные L-формы. Нестабильные L- формы обладают элементами клеточной стенки, они могут превращаться в нормальные бактериальные клетки после исключения действия агентов. Стабильные L-формы (микоплазмы) полностью лишены ригидной клеточной стенки они не возвращаются в исходные бактериальные формы. L-трансформанты обладают следующими свойствами: • имеют сходные морфологические свойства • изменяется антигенные свойства О- и К-Ag • снижается вирулентность т. к. идет утеря адгезивных свойств • способны длительно находится в организме т. к. становятся не чувствительны к действию антибиотиков

Нуклеоид Это эквивалент ядра эукариот. Представлен двунитевой молекулой ДНК, замкнутой в кольцо. Лишён ядерной мембраны, не содержит хромосом, не делится митозом.

НУКЛЕОИД • Нуклеоид (означает -подобный ядру) в нём находится генетический материал прокариотов. ДНК нуклеоида имеет замкнутую кольцевую форму. Такой метод хранения наследственной информации может быть противопоставлен методу эукариот, у которых ДНК упакована в хромосомы и изолирована имеющей мембрану органеллой — ядром. Несмотря на то, что он не имеет постоянной формы, он ясно виден на фоне цитоплазмы. • Нуклеоид состоит в основном из ДНК, примерно 60 %, с небольшими добавками РНК и белков. Последние два компонента представляют собой в основном матричную РНК и белки активаторы которые регулируют бактериальный геном. • Он лишен ядерной мембраны, не содержит хромосом, не делится митозом. В составе отсутствуют гистоны.

ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА (ЦПМ) ЭТО ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА, СОСТОЯЩАЯ ИЗ ЛИПОПРОТЕИНОВ

Функции ЦПМ 1. Воспринимает всю химическую информацию, поступающую в клетку 2. Является основным осмотическим барьером 3. Участвует в процессе репликации нуклеоида и плазмид 4. Содержит большое количество ферментов 5. Участвует в синтезе компонентов клеточной стенки

ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА По химическим структурам представляет собой липопротеин, состоящий из липидов, протеинов и небольшого количества углеводов. Липидный состав непостоянен в качественном и количественном отношении. Белки разделяются на структурные и функциональные. ЦПМ состоит и трех слоев: два слоя фосфолипидов и белков пронизывающих эти слой, которые участвуют в транспорте питательных веществ. Функции ЦПМ: 1) регулирует поступление в клетку метаболитов и ионов 2) участвует в метаболизме 3) у некоторых видов бактерии участвует в образовании спор

Мезосомы Производные ЦПМ, участвуют в энергообмене, в формировании межклеточной перегородки при делении и спорообразовании

МЕЗОСОМЫ - представляют собой мембранные структуры, образуемые при закручивании ЦПМ. Выглядят как ламеллярные стопки или спирально упакованные ламеллы, везикулярные или тубулярные структуры. По расположению в клетке различают: мезосомы, образующиеся в зоне клеточного деления и формирования клеточной перегородки (септальные мезосомы) и мезосомы, сформированные в результате инвагинации периферических участков ЦПМ (латеральные мезосомы). Полифункциональные мезосомы, содержат различные ферментные системы и играют роль в энергетическом метаболизме, являются так же сайтом для формирования клеточной стенки бактерий и прикрепления нуклеоида в процессе репликации ДНК. Септальные мезосомы участвуют в построении поперечной перегородки при делении бактерий. Типы строения истинных мезосом. а - ламеллярный; б - г - тубулярные

РИБОСОМЫ Это многочисленные мелкие гранулы цитоплазмы, имеющие коэффициент седиментации у прокариот -70 S, у эукариот - 80 S. Рибосомы служат местом синтеза белка

РИБОСОМЫ Рибосомы - субмикроскопические рибонуклеопротеидные гранулы диаметром 15 -20 нм. В рибосомах находится 80 -85% всей бактериальной РНК. У прокариот пост компонент рибосомы 70 S= 50 S + 30 S ( 30 S, 50 S, 70 S — константы седиментации, характеризующие скорость, с которой эти частицы Рибосома осаждаются в центрифуге при определенных стандартных условиях) располагаются непосредственно в цитоплазме. У эукариот пост компонент рибосом 80 S = 60 S +40 S располагаются на мембранах ЭПС. Рибосомы служат местом синтеза белка субъединицы -большая (б) и малая (в)

КАПСУЛА Капсула - слизистый слой клеточной стенки бактерий, состоящий из полисахаридов или полипептидов Различают: микрокапсулу (толщина менее 0, 2 мкм), и макрокапсулу (толщиной более 0, 2 мкм).

Функции капсулы: § защищает бактерии от бактериофагов, фагоцитов, гуморальных факторов иммунитета; § Определяет антигенную специфичность микроорганизмов; § обеспечивает адгезивные свойства бактерий

КАПСУЛА МАЗОК ИЗ ЧИСТОЙ МАЗОК-ОТПЕЧАТОК КУЛЬТУРЫ МИКРООРГАНИЗМОВ

КАПСУЛА Капсула - слизистый слой клеточной стенки бактерий, состоящий из полисахаридов (пневмококк) или полипептидов (бацилла сибирской язвы). Различают: микрокапсулу (толщиной менее 0, 2 мкм) способны формировать большинство бактерий и четко выраженную макрокапсулу (толщиной более 0, 2 мкм). У патогенных бактерий капсула образуется в макроорганизме. В макроорганизме капсула защищает патогенные бактерии от бактериофага, фагоцитоза и гуморальных факторов иммунитета, делает оболочку клетки более прочной и плотной, определяет антигенную специфичность микроорганизмов. Капсулы, имея консистенцию геля, плохо удерживают краситель, и для их выявления чаще всего применяют методы негативного контрастирования.

ЖГУТИКИ Это тонкие нити, состоящие из белка- флагеллина, берут начало от ЦПМ, к которой прикреплены специальными дисками Их основная функция – локомоторная (двигательная)

ЖГУТИКИ Это орган движения бактерий. По характеру движения бактерии разделяют на плавающие и скользящие (ползающие). Расположение жгутиков: A — монотрихиальное B — лофотрихиальное C — амфитрихиальное D — перитрихиальное

Органы прикрепления к субстрату – пили (фимбрии, ворсинки) Белок пилин

Пили • Пили - тонкие, полые нити белковой природы, покрывающих поверхность бактериальных клеток. • В отличие от жгутиков не выполняют локомоторную функцию Пили типа 1 придают бактериям гидрофобность, снижают их электрофоретическую подвижность, вызывают агглютинацию эритроцитов. С помощью их бактерии приклеиваются к клеткам макроорганизма Пили типа 2 – половые пили (F-пили) обеспечивают перенос части генетического материала от клетки донора к клетке реципиента

F – пили (пили фертильности) Осуществляют конъюгацию бактериальных клеток и транспорт плазмид в другие клетки

СПОРЫ Это своеобразная форма покоящихся Гр+ бактерий, образующихся во внешней среде при неблагоприятных условиях существования бактерий

Споры Расположение спор у бактерий: 1 -центральное; 2 -субтерминальное; 3 -терминльное.

Включения Это продукты метаболизма про- и эукариотических микроорганизмов. Располагаются в цитоплазме и являются запасом питательных веществ. Включениями являются: гликоген, крахмал, сера, волютин. Их обнаружение является дифференциально- диагностическим признаком для некоторых бактерий

Благодарю за внимание!