СИСТЕМАТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ УЛЬТРАСТРУКТУРА БАКТЕРИЙ Лектор зав

СИСТЕМАТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ. УЛЬТРАСТРУКТУРА БАКТЕРИЙ Лектор: зав. кафедрой микробиологии, иммунологии и вирусологии д. м. н. , Леванова Людмила Александровна ГБОУ ВПО Кем. ГМА Минздравсоцразвития 2012 г.

Терминология Систематика – это: Наука, которая занимается всесторонним описанием микроорганизмов, выяснением степени родства между ними и распределением на соподчиненные группы. Цель систематики – создать классификацию. Классификация - это Система соподчиненных понятий какой-либо области знаний, необходимая как средство связи между этими понятиями. Таксономия - это ►Раздел систематики, изучающий принципы и методы распределения (классификации) организмов в иерархическом порядке (греч. порядок, расположение). ► Таксон- группа микроорганизмов, объединенных по определенным свойствам в рамках той или иной таксономической категории.

МИКРОБЫ (МИКРООРГАНИЗМЫ) Неклеточные (доклеточные формы) — вирусы, вироиды, прионы; Клеточные формы — бактерии, архебактерии, грибы, простейшие;

Клеточные формы жизни Домен «Bacteria» - прокариоты (истинные бактерии или эубактерии); Домен «Archeae» - прокариоты (архебактерии); Домен «Eucarya» - эукариоты;

Домен «Eucarya» Царство грибов (Fungi) Царство животных (Animalia) с подцарством простейших (Protozoa) Царство растений (Plantae)

Отличия прокариот от эукариот: Вместо ядра – нуклеоид - двойная спираль, замкнутая в кольцо не отграниченная от цитоплазмы кариолеммой, с гаплоидным набором, без гистонов. Отсутствуют митохондрии, ЭПС, комплекс Гольджи. Производное ЦПМ - мезосомы. Цитоплазма не движется. В составе клеточной стенки имеется особый гетерополимер – пептидогликан Способны к движению с помощью жгутиков Отсутствует митоз, размножаются бинарным делением Не способны к пино, фаго и экзоцитозу, вещества поступают через всю поверхность бактериальной клетки Множество путей метаболизма

Домен «Bacteria» (эубактерии) ► бактерии с тонкой клеточной стенкой, грамотрицательные; ► бактерии с толстой клеточной стенкой, грамположительные; ►бактерии без клеточной стенки (класс Mollicutes - микоплазмы)

Отделы ● Gracilicutes ● Firmicutes ● Tenericutes ● Mendosicutes

Иерархическая система таксонов, применяемая в бактериологии Домен (Domain) Царство (Kingdom) Тип (отдел) (Phylum) Класс (Class) Порядок (Order) (-ales) Семейство (Famili) (-ceae) Род (Genus) (-us) Вид (Species)

Определение понятия «ВИД» Это основная таксономическая категория в бактериологии, протозоологии, микологии. Это совокупность особей, имеющих общее происхождение, единый генотип, который в стандартных условиях проявляется одинаковыми биологическими свойствами.

Подвидовые категории: Морфовары (по форме) Серовары (по антигенам) Фаговары (по чувствительности к фагам) Ферментовары (по ферментам) Эковары (по эконишам)

Номенклатура бактерий Bacillus cereus (B. cereus) Staphylococcus aureus (S. aureus) Salmonella typhi (S. typhi) Номенклатура – бинарная ► 1 слово – род (фамилия автора, морфология) ► 2 слово – вид (клиника, место обитания, место выявления, морфология колоний)

Примеры конструирования биноминального названия бактерий Вид бактерий Род Вид Clostridium tetanus Clostridium (веретено) Tetanus (судороги) Shigella dysenteriae Shigella (Шига –автор) Dysenteriae (расстройство) Salmonella typhus Salmonella (Сальмон – автор) Typhus ( «туман» -бред) Bacillus anthracis Bacillus (палочка) Anthracis (уголь-антрацит)

Терминология в микробиологии Чистая культура-совокупность особей одного вида, выращенная на питательной среде Клон - совокупность особей одного вида, которые являются потомством одной клетки Штамм- совокупность особей одного вида, выделенные из одного источника, но в разное время или из разных источников

Признаки, лежащие в основе классификации микроорганизмов Морфологические - форма, размер, взаимное расположение, наличие капсулы, жгутиков. Тинкториальные – характеризуют отношение к красителям, в зависимости от особенностей клеточной стенки. Спорообразование – форма и характер расположения спор Культуральные – особенности роста на питательных средах при определенной РН и температуре. Биохимические – способности утилизировать различные субстраты Физиологические – это тип дыхания, питания Антигенные – свойства, которые определяют чужеродность микроба по отношению к человеку

Основные принципы классификации микроорганизмов Нумерическая таксономия ►Принцип сопоставления по большому числу признаков Генотаксономия ►Принцип изучения нуклеотидного состава ДНК Филогенетическая таксономия ►Принцип учета исторического развития мира и эволюционных преобразований

Методы исследования: микроскопический Основан на непосредственном обнаружении микробов в материале. Позволяет изучить: морфологические и тинкториальные свойства (фиксированные препараты), Морфологию и подвижность (в нативных препаратах) Не позволяют осуществить видовую идентификацию ! Антони ван Левенгук (1632 -1723) Микроскоп Левенгука

Методы исследования: культуральный (бактериологический) Основан на выделении чистой культуры возбудителя и ее идентификации. Позволяет определить: Видовую или родовую принадлежность микроба Чувствительность к антибиотикам Играет решающее значение в лабораторной диагностике инфекционных заболеваний

Методы исследования: биопробы Основаны на неодинаковой чувствительности лабораторных животных к микробам. Применяют для: Выделения чистых культур, если микробы плохо растут или не растут на питательных средах Изучения вирулентности бактерий

Методы исследования: серологические Основаны на обнаружении феномена взаимодействия антигена с антителом. Применяют для: Поиска антител в сыворотке крови больного или определения динамики их нарастания Изучения антигенной структуры микроорганизмов при идентификации

Методы исследования: аллергологический Основаны на выявлении гиперчувствительности к инфекционным антигенам (аллергены) при некоторых заболеваниях: туберкулеза, бруцеллеза, туляремии и др.

УЛЬТРАСТРУКТУРА БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Органеллы бактериальной клетки Обязательные Нуклеоид Цитоплазма Рибосомы ЦПМ Клеточная стенка Необязательные Включения Капсула Споры Фимбрии (пили) Жгутики Плазмиды

Функции клеточной стенки бактерий Определяет и сохраняет постоянную форму клетки, Защищает внутреннюю часть клетки от действия механических и осмотических сил внешней среды, Обеспечивает коммуникацию с внешней средой через каналы и поры,

Функции клеточной стенки бактерий Несет на себе рецепторы для вирусов (бактериофагов), Определяет антигенность бактерий (О-антиген), Пептидогликан наделяет клетку иммунобиологическими свойствами (угнетает миграцию макрофагов, оказывает пирогенное действие, обладает противоопухолевым действием).

2 типа клеточной стенки 1 тип: пептидогликан до 90% массы клеточной стенки, многослоен (до 10 слоев), связан с тейхоевыми кислотами (ТХК). По методу Грама прочно удерживает комплекс генцианового фиолетового и йода, окрашиваются в сине-фиолетовый цвет. Бактерии называются грамположительными

2 типа клеточной стенки 2 тип: пептидогликан до 5 -20% массы клеточной стенки, немногослоен (до 2 -3 слоев), поверх пептидогликана располагается слой липополисахаридов. По методу Грама неспособны прочно удерживает комплекс генцианового фиолетового и йода, обесцвечиваются спиртом, прокрашиваясь дополнительным красителем - фуксином в розово-красный. Бактерии называются грамотрицательными

Строение пептидогликана Состоит из остова тетрапептидов (боковых цепочек) пептидных поперечных мостиков

Остов постоянен и состоит из: параллельных полисахаридных цепочек N-ацетилглюкозаминовой (Nац. Глю) и N-ацетилмурамовой (Nац. Мур) кислот

Тетрапептид ковалентно связан с остатком Nац. Мур кислотой состоит из: L- и D-ала, D-глю 3 -я позиция вариабельна: грам-: диаминопимелиновая кислота (meso. ДАП) грам+: лизин

Пептидные поперечные мостики У грам- бактерий: образуются между двумя одинаковыми тетрапептидами (L -АЛА, D-ГЛУ, мезо-ДАП, D-АЛА) У грам+ бактерий между ЛИЗ и D-АЛА. Тетрапептиды двух гликановых цепей соединены пентаглициновыми мостиками (5 остатков глицина).

Особые компоненты клеточной стенки грам+ бактерий ТХК – водорастворимые полимеры, содержащие остатки рибитола и глицерина, содиненные между собой фосфодиэфирными связями. Свойства: Обладают антигенными свойствами; Связывают ионы Mg и участвуют в транспортировке этих ионов в клетку;

Особые компоненты клеточной стенки грам- бактерий 3 полимера: ►Липопротеин ► Наружная мембрана ► Липополисахарид (ЛПС)

Наружная мембрана ► 2 -х слойный фосфолипид, в котором значительная часть фосфолипидной фракции наружного слоя замещена молекулами ЛПС ► Имеет мозаичное строение ► Содержит специфические белки (основные и второстепенные)

Липополисахарид (ЛПС) Состоит из 3 звеньев: Основное базисное : 2 кето-3 дезоксиоктаната (КДО), гал, глю, геп, Nац. Глю; Липид А; Специфические олигосахаридные, повторяющиеся звенья из 3 -4 сахаров;

Клеточная стенка у гр+ и грбактерий в сравнительном аспекте

Трансформация бактерий Грам+ бактерии под влиянием лизоцима, лизостафина, пенициллинов превращаются в протопласты – структуры, полностью лишенные клеточной стенки. Грам- бактерии под влиянием лизоцима превращаются в сферопласты – структуры, частично лишенные клеточной стенки

Трансформация бактерий L-формы – это бактерии сферо или протопластического типа, способные к размножению. L-формы - это способ приспособления бактерий к неблагоприятным условиям

Особенности L- форм Сходство морфологии: образование нитевидных, волокнистых, шаровидных форм Сходные культуральные свойства: анаэробные условия роста, потребность в холестерине, сывороточных белках Превращение грам+ в грам- бактерии

Особенности L-форм Изменение антигенных свойств Снижение вирулентности (утрата факторов адгезии, инвазии, эндотоксина) Устойчивость к некоторым антибиотикам Происходит переход острой формы болезни в хроническую.

Капсулы бактерий

Капсулы Это поверхностный слизистый слой, прочно связанный с клеточной стенкой и имеющий четкие внешние границы, толщиной более 0, 2 мкм. По химическому составу – это полисахариды или полипептиды (Bacillus, Y. pestis). Молекулы гидратированы, поэтому капсула не воспринимает красители

Капсулы бактерий Ложнокапсульные бактерии – образуют капсулы только в организме человека или животного (S. pneumoniae, B. anthracis, C. perfringens) Истиннокапсульные бактерии – образуют капсулу как в организме, так и на искусственных питательных средах (S. aureus, S. pyogenes, K. pneumoniae).

Функции капсул: Предохраняют бактерий от высыхания, повреждения Содержат капсульные антигены (Кантигены) Являются фактором патогенности (маскируют бактерии от фагоцитов, подавляют фагоцитоз).

Капсулы бактерий: окраска по Бурри-Гинсу

СПОРЫ И СПОРООБРАЗОВАНИЕ

Спорообразование-это Способ сохранения вида бактерий в неблагоприятных условиях. Характер и расположение спор имеет таксономическое значение Спорообразование характерно для гр+ бактерий

БАКТЕРИИ, ОБРАЗУЮЩИЕ ЭНДОСПОРЫ Семейство Bacillaceae (грам+ крупные аэробные палочки) род Bacillus – B. cereus, B. anthracis Семейство Clostridiaceae род Clostridium (грам+ крупные анаэробные палочки) – C. perfringens, C. tetani, C. botulinum

Этапы споруляции 1. На одном из полюсов начинается сгущение цитоплазмы, сюда перемещается нуклеоид и большое количество рибосом – спорогенная зона. 2. Этот участок начинает отграничиваться от остальной части клетки септой, которая образуется врастающей внутрь ЦПМ – проспора 3. Проспора обрастает двойным слоем ЦПМ. Между внутренним и наружным слоями мембраны образуется кортекс из пептидогликана. 4. Внешняя оболочка мембраны покрывается плотной оболочкой, в состав которой входят белки, липиды и дипиколиновая кислота – экзоспориум. 5. Вегетативная часть клетки отмирает

Свойства спор: Устойчивость к высушиванию, действию высокой температуры, кислот, щелочей, спиртов, дезинфектантов. Способность десятилетиями сохраняться в окружающей среде Плохо воспринимают анилиновые красители, поэтому окрашивают по Шефферу-Фултону, по Ожешки.

Факторы, обусловливающие устойчивость спор к температуре, высушиванию ◦ практически полное отсутствие свободной воды ◦ повышенная концентрация кальция ◦ наличие дипиколиновой кислоты ◦ особое строение пептидогликана кортекса

Прорастание спор Активация Начальная стадия (инициация) Стадия роста Прорастание происходит всего за 4 -5 часов, тогда как спорообразование идет 12 -24 часа.

Спасибо за внимание!