Лекция Морфология и физиология микроорганизмов Преподаватель Юнусова Л

Лекция Морфология и физиология микроорганизмов Преподаватель Юнусова Л. Ф.

Протисты (греч. Protistos – первейший) • Собирательное название царства микроорганизмов. Предложено в 1866 году Эрнстом Хеккелем. • Отличительная особенность: более простое, чему животных и растений строение клетки. 2

Протисты • Высшие протисты (эукариоты)(водоросли, грибы, простейшие). • Низшие протисты (прокариоты)(эубактерии, архебактерии, риккетсии, сине – зеленые водоросли). • Неклеточные формы ( прионы, вироиды, вирусы). 3

Домены Среди клеточных форм жизни различают 3 домена: • Бактерии; • Архебактерии (не имеют медицинского значения); • Грибы – эукариоты. 4

Домен бактерий В домен бактерий входят: • микоплазмы (бактерии, не имеющие клеточной стенки), • бактерии с тонкой клеточной стенкой (грамотрицательные), • бактерии с толстой клеточной стенкой (грамположительные)

Патогенные для человека типы бактерий • • • Тип протеобактерий, Тип фирмикутов, Тип актинобактерий, Тип хламидий Тип спирохет Тип бактероидов.

• Внутри каждого типа бактерий расположены определенные классы бактерий. • Каждый класс бактерий включает определенные роды бактерий. • Пример 1: Тип спирохет. Класс спирохет, роды Spirochaeta, Borrelia, Treponema, Leptospira • Пример 2: Тип фирмикутов. Класс клостридий, роды Clostridium, Sarcina, Peptostreptococcus, Eubakterium, Peptococcus, Veilonella

Принципы систематизации бактерий в определителе Берджи (1923 год) Основан на различиях в строении клеточной стенки и отношении к окраске по Граму. Выделены 4 основные категории бактерий: • 1 - с тонкой клеточной стенкой , Гр-; • 2 - с толстой клеточной стенкой, Гр+; • 3 - бактерии, лишенные клеточной стенки (микоплазмы и др. ); • 4 - архебактерии.

Классификация • Описание бактерий дается по группам(секциям), в состав которых включены семейства, роды и виды; в некоторых случаях в состав групп входят классы и порядки. Патогенные для человека бактерии входят в небольшое число групп.

Основная таксономическая единица - вид • ВИД – совокупность особей, имеющих общее происхождение, близких между собой по генетическим, морфологическим и физиологическим признакам, приспособленных к определенной среде обитания, обладающих сходным обменом веществ и характером межвидовых отношений. • ВИД –условная группа микроорганизмов, одинаковых по своим фенотипическим и генотипическим свойствам (В. Б. Сбойчаков).

РАЗЛИЧИЯ ПРОКАРИОТОВ И ЭУКАРИОТОВ ПРИЗНАК ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АППАРАТ МЕМБРАННАЯ СИСТЕМА КЛЕТОЧНЫЕ ОБОЛОЧКИ ПРОКАРИОТЫ ЭУКАРИОТЫ НУКЛЕОИД: ИСТИННОЕ ЯДРО: ДВОЙНАЯ ЗАМКНУТАЯ ПАРНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ НИТЬ ДНК. НЕПАРНАЯ ХРОМОСОМЫ. ЯДЕРНАЯ ХРОМОСОМА. ЯДЕРНАЯ МЕМБРАНА +. ГИСТОНЫ +. МЕМБРАНА -. ГИСТОНЫ -. ТИПИЧЕН МИТОЗ МИТОТИЧЕСКИЙ АППАРАТЦПМ С ИНВАГИНАЦИЯМИ (МЕЗОСОМЫ). МИТОХОНДРИИ-. ЛИЗОСОМЫ-. ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ СЕТЬ - СЛОЖНОЕ И МНОГООБРАЗНОЕ СТРОЕНИЕ. ЕСТЬ САМОСТОЯТЕЛЬНЫЕ МЕМБРАННЫЕ СТРУКТУРЫ КЛЕТОЧНАЯ ОБОЛОЧКА КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА СТЕРОЛЫ +, ЦЕЛЛЮЛОЗА+, СТЕРОЛЫ –, ЦЕЛЛЮЛОЗАХИТИН +, ХИТИНОЗАН+, ХИТИН -, ХИТИНОЗАН-, ПЕПТИДОГЛИКАН+ ТОЛЩИНА ТЕЛА менее 2 мкм более 2 мкм ЖГУТИКИ ПРОСТОЕ СТРОЕНИЕ СЛОЖНОЕ СТРОЕНИЕ

Схема строения клетки прокариот

Структура бактериальной клетки • Оболочка: имеет наружный слой – клеточную стенку и внутренний слой – клеточную мембрану. Клеточная стенка придает бактерии определенную форму, вместе с цитоплазматической мембраной «сдерживает» высокое осмотическое давление в клетке, защищает клетку от действия вредных факторов внешней среды, участвует в процессе деления клетки, участвует в транспорте метаболитов.

Структура бактериальной клетки ПРИ НАРУШЕНИИ СИНТЕЗА КЛЕТОЧНОЙ СТЕНКИ ОБРАЗУЮТСЯ • Протопласты – клетки полностью лишенные клеточной стенки, • Сферопласты – клетки с частично сохраненной клеточной стенкой. • Эти формы могут реверсировать, то есть приобретать полноценную клеточную стенку и восстанавливать исходную форму.

Структура бактериальной клетки Цитоплазматическая мембрана участвует в регуляции осмотического давления, участвует в транспорте веществ и энергетическом метаболизме. Периплазма – пространство между клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной, содержит ферменты.

Структура бактериальной клетки • Цитоплазма состоит из растворимых белков, РНК, включений, рибосом. Включения –запасные являющиеся при избытке питания, используются клеткой для питания и энергетических потребностей. Рибосомы отвечают за синтез белка.

Структура бактериальной клетки • Нуклеоид –двухнитчатая ДНК, замкнутая в кольцо и плотно уложенная в виде клубка. Несет генетическую информацию.

Дополнительные структуры бактериальной клетки • Капсула – слизистая структура, прочно связанная с клеточной стенкой. Препятствует фагоцитозу бактерий. • Микрокапсула –слизистое образование, видимое при электронной микроскопии. • Гликокаликс – экзополисахариды на поверхности клетки, участвуют в прилипании бактерии (адгезии).

Дополнительные структуры бактериальной клетки • Жгутики – определяют подвижность бактериальной клетки. Состоят из белка флагеллина, закрученного в виде спирали. Берут начало из ципоплазматической мембраны, прикреплены к ней и клеточной стенке специальными дисками. • Ворсинки (пили) – тонкие, короткие нитевидные образования, состоят из белка пилина. Отходят от поверхности клетки. Принимают участие в прикреплении бактерий к субстрату, питании, водно – солевом обмене, передаче генетической информации (половые пили).

Дополнительные структуры бактериальной клетки • Споры – форма покоящихся Грамотрицательных бактерий, образующихся во внешней среде при неблагоприятных условиях. • Внутри одной бактерии образуется одна спора. • Способствует сохранению вида. • В благоприятных условиях прорастает.

Формы бактерий • Шаровидные (кокки); • Палочковидные (бактерии); • Извитые; • Ветвящиеся. • Средние размеры бактериальной клетки 2 -6 мкм

Кокки • Размер 0, 5 -1, 0 мкм По взаимному расположению особей в мазке • • • подразделяются на следующие морфологические группы: Микрококки- располагаются по одной особи; Диплококки – клетки расположены попарно; Стрептококки-клетки располагаются цепочкой; Тетракокки- клетки располагаются группами по четыре; Сарцины – пакетообразные, располагаются в 2 плоскостях по 4 в одной; Стафилококки –гроздевидные, располагаются в виде виноградной грозди

Гонококки в электронном микроскопе и в гное

Кокки • Патогенные кокки встречаются среди диплококков, стрептококков и стафилококков. • Не образуют спор и жгутиков. Бывают грамположительные и грамотрицательные.

Палочковидные бактерии • Длина клеток от 1, 0 дол 10, 0 мкм, толщина от0, 5 до 2, 0 мкм. Самые мелкие палочки – риккетсии. По форме различают: • Короткие (туляремийная ), • С закругленными концами (большинство палочек), • С заостренными концами (фузобактерии), • С утолщенными концами (коринебактерии).

Палочка Коха Прямая окразка мокроты по Цилю-Нильсену Мазок из флотационного слоя по Цилю-Нильсену

Палочковидные бактерии По способности образовывать споры подразделяются на : 1. Бактерии ( не образующие споры) , 2. Бациллы ( споры не превышают диаметр бактериальной клетки) и клостридии (споры больше диаметра клетки).

Извитые формы • Вибрионы (изогнутые палочки, напоминающие запятую), • Спириллы ( имеют изгибы с одним или несколькими оборотами спирали), • Спирохеты (тонкие , длинные, извитые, штопорообразной формы). Спирохеты представлены 3 родами: Treponema, Borrelia, Leptospira.

Трепонемы (в электронном микроскопе)

Полиморфизм бактерий • -способность бактерий изменять форму и величину в зависимости от условий питания, культивирования, взаимодействия различных физических и биохимических факторов.

Физиология микроорганизмов Изучает процессы питания, дыхания, рост и размножение микроорганизмов. • Ассимиляция (анаболизм) – усвоение питательных веществ и использование их для синтеза клеточных структур. • Диссимиляция (катаболизм)- разложение и окисление питательных веществ с выделением энергии. • Все процессы совершаются с участием ферментов.

Химический состав микробной клетки • Вещества – органогены: углерод, азот, кислород, водород. Нужны для построения белков, углеводов, жиров. • Элементы золы: фосфор, сера, калий, кальций, магний, железо, натрий, хлор, марганец. Входят в состав белков, присутствуют в клетке в виде солей, входят в состав ферментов. • Вода – составляет 80 -85% массы микробной клетки.

Химический состав микробной клетки Количественное и качественное содержание органических и неорганических веществ зависит от • Продуктов, находящихся в питательной среде, • Характера обмена веществ, возраста культуры, интенсивности жизненных процессов, условий существования во внешней среде.

Питание бактерий 2 физиологические группы : 1. Аутотрофы – микробы усваивают вещества в виде элементов и неорганических соединений. Из простых соединений синтезируют сложные органические соединения (белки, жиры, углеводы, ферменты). 2. Гетеротрофы- усваивают сложные органические соединения.

Питание бактерий По источнику энергии микробы делятся на • Фототофы – фотосинтезирующие, используют энергию света, • Хематрофы – нуждаются в химических источниках энергии.

Питание бактерий • В микробную клетку питательные вещества поступают через полупроницаемую мембрану путем осмоса, диффузии и обменной адсорбции. • Выделение веществ происходит за счет диффузии и при участии транспортных систем.

Ферменты • Это вещества белковой природы, вырабатываемые живой клеткой. • Являются биологическими катализаторами. • Играют важную роль в обмене веществ. • Локализуются в основном в цитоплазме, некоторые в ядре и клеточной оболочке. • Участвуют в дыхании, делении, обеспечивают энергию и питание.

Ферменты Относятся к 6 классам: 1. Оксиредуктазы, 2. Трансферазы, 3. Гидролазы, 4. Лиазы, 5. Изомеразы, 6. Лигазы. • Характерным свойством ферментов является специфичность действия.

Ферменты • Конститутивные – находятся в микробной клетке постоянно, не зависимо от условий существования. • Индуктивные (адаптивные) – синтезируются в клетке только под влиянием соответствующего субстрата, находящегося в питательной среде, и когда микроорганизмы вынуждены его усваивать. ( Позволяют микробной клетке приспособиться к изменившимся условиям существования). • Некоторые ферменты относятся к факторам патогенности (ферменты агрессии).

Дыхание • Совокупность биохимических процессов, в результате которых высвобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности клетки. Облигатные аэробы • По типу дыхания Облигатные анаэробы Факультативные анаэробы

Виды колоний • Колония –популяция микроорганизмов, развившихся из одной клетки определенного вида бактерий. • R –форма: шероховатые с неровными краями. • L -форма –гладкие с ровными краями. • Внешний вид колоний – важный диагностический признак.

Колонии анаэробов

Создание анаэробных условий • Анаэростат Питательные среды закладываются в емкость и инкубируются при анаэробной атмосфере. Анаэробная среда может создаваться по выбору посредством так называемых генераторов анаэробов или через продувку CO 2. • Gas. Pak — система химическим путем обеспечивает постоянство газовой смеси приемлемой для роста большинства анаэробных микроорганизмов. В герметичном контейнере, в результате реакции воды с таблетками боргидрида натрия и бикарбоната натрия образуется водород и диоксид углерода. Водород затем реагирует с кислородом газовой смеси на палладиевом катализаторе с образованием воды, уже вторично вступающей в реакцию гидролиза боргидрида.

Пигменты • Красящие вещества. • По химическому составу и свойствам неоднородны. • Являются стойким признаком вида. • Значение : защищают клетку от УФЛ, принимают участие в процессах дыхания, обладают свойствами антибиотиков.

Размножение • Простое поперечное деление. • Палочки всегда делятся только поперечно. • Деление кокков происходит в разных плоскостях, вследствие чего образуются различные группировки в мазке. • Высокая скорость деления. • В жидкой питательной среде отмечается помутнение, пленка, осадок. • На плотных питательных средах отмечается рост типичных для данного вида колоний, отличающихся по форме, размеру, строению, консистенции, цвету, запаху.

Выделение отдельных видов бактерий из исследуемого материала, содержащего, как правило, смесь различных микроорганизмов, является одним из этапов любого бактериологического исследования, проводимого с различными целями: диагностики заболеваний, определения микробной обсемененности окружающей среды и т. д. • Для выделения чистой культуры применяют методы, основанные на: v 1) механическом разобщении бактериальных клеток (метод Дригальского); v 2) предварительной обработке исследуемого материала с помощью физических или химических факторов, оказывающих избирательное антибактериальное действие; v 3) избирательном подавлении размножения сопутствующей микрофлоры физическими или химическими факторами во время инкубации посевов; v 4) способности некоторых бактерий быстро размножаться в организме чувствительных к ним лабораторных животных (биопробы)

Классификация питательных сред • Питательные среды делят по консистенции, составу, назначению. • В зависимости от консистенции различают жидкие (мясопептонный бульон, сахарный бульон), плотные (1 -2% мясопептонный агар, свернутая сыворотка), полужидкие (0, 2 -0, 5% мясопептонный агар) питательные среды. Для получения питательной среды плотной консистенции к жидкой среде добавляют обычно агар-агар - полисахарид, добываемый из морских водорослей, или желатин - вещество белковой природы животного происхождения. • По составу среды могут быть простыми и сложными • В зависимости от назначения выделяют элективные, среды обогащения, дифференциальнодиагностические.

Простые(универсальные, основные) питательные среды • мясо-пептонный бульон (МПБ) — жидкая среда • мясо-пептонный агар (МПА) — плотная среда v Обеспечивают рост большинства бактерий v Служат основой для приготовления сложных сред

Сложные среды с повышенной питательной ценностью • Обогащенные углеводами (сахарный бульон/агар) • Обогащенные белками (кровяной, сывороточный, асцит бульон/агар) • Рост гноеродного стрептококка на кровяном агаре (вокруг колоний видны зоны гемолиза)

Элективные (избирательные) питательные среды • Обеспечивают преимущественный рост определенной группы бактерий • Среда Леффлера (свернутая сыворотка крови с сахарным бульоном) - эффективна для дифтерийной палочки

Элективные (избирательные) питательные среды (продолжение) • Щелочной агар для холерного вибриона • Желточно-солевой агар для S. aureus (золотистый стафилококк)

Элективные (избирательные) питательные среды (продолжение) Агар Сабуро для обнаружения дрожжей и плесневых грибов

Дифференциально-диагностические среды • Позволяют дифференцировать группы или виды бактерий по ферментативной активности • Среды Эндо, Левина, Плоскирева – используются для выделения чистой культуры энтеробактерий на 1 этапе; позволяют дифференцировать бактерии, способные и неспособные ферментировать лактозу • Среды Гисса – используются на 3 этапе выделения чистой культуры для определения спектра сахаролитической активности.

Среда Эндо v. Состав: мясопептонный агар, лактоза, фуксин, сульфит натрия (Na 2 SO 3), v Принцип действия: фуксин обесцвечивается сульфитом натрия (образуется бесцветная фуксинсернистая кислота); v. Энтеробактерии, сбраживающие лактозу, в процессе брожения выделяют муравьиную кислоту, которая даёт цветную реакцию с реактивами на альдегтды, в том числе и с фуксинсернистой кислотой с образованием свободного фуксина, в E. coli результате чего их колонии ферментирует окрашиваются в малиново-красный цвет лактозу с металлическим блеском или без него. v Колонии бактерий, не сбраживающих лактозу, имеют белый или слаборозовый цвет (цвет питательной среды). Salmonella и Shigella не способны ферментировать лактозу

Среда Плоскирева v селективная среда для выделения шигелл и сальмонелл. v В состав среды Плоскирева входят ингибирующие вещества (желчные соли, бриллиантовый зеленый, йод), вследствие чего она должна полностью подавлять рост грамположительной флоры, значительно задерживать (первые 24 ч) рост эшерихий и другой сопутствующей микрофлоры, подавлять роение протея. v. Дифференцирующие свойства агара Плоскирева основаны на изменении р. Н в кислую сторону при росте лактозоферментирующих бактерий, которые образуют колонии брусничного цвета (индикатор нейтральный красный). v. Лактозоотрицательные бактерии вырастают в виде бесцветных или слабоокрашенных колоний.

Среды Гисса : n n Состав: МПА, набор углеводов, индикатор Принцип действия: при ферментации углевода образующиеся кислые продукты меняют р. Н, при этом изменяется окраска индикатора

Дифференциально-диагностические среды (продолжение) Среда Симмонса для определения способности микроорганизмов утилизировать цитраты Окислительноферментативные среды для опледеления типа дыхания бактерий

Среда Клиглера: Содержит 1% лактозу, 0. 1% глюкозу, тиосульфат натрия и сульфат железа, индикатор фенол рот. Посев по поверхности и уколом в столбик агара. При ферментации только глюкозы – желтый столбик, скошенная часть не меняет окраску. При ферментации и глюкозы, и лактозы (E. coli) – весь агар желтый При образовании сероводорода (сальмонеллы, протей) – агар чернеет

n Культуральные свойства бактерий S. аureus на кровяном агаре Колонии Bacillus anthracis «голова медузы» Колонии возбудителя чумы Y. pestis «кружевной платочек»

Культуральные свойства бактерий Streptomyces Рост изолированных колоний Klebsiella pneumoniae

Микроколонии хламидий в клетке

Благодарю за внимание