Классификация микроорганизмов. Основы морфологии бактерий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• ВВЕДЕНИЕ
• ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ МЕДИЦИНСКОЙ МИКРОБИОЛОГИИ
• ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕДИЦИНСКОЙ МИКРОБИОЛОГИИ
• СИСТЕМАТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
• Основы морфологии бактерий
• ФОРМА БАКТЕРИЙ. РАЗМЕР БАКТЕРИЙ
• БАКТЕРИИ
• СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ

• ВВЕДЕНИЕ
• Наша планета населена огромным числом живых существ. Микроорганизмы наиболее древняя форма жизни на Земле, они появились 3-4 млрд. лет тому назад. Их можно обнаружить в почве, в пыли, в воде, в воздухе, на покровах животных и растений, внутри организмов и даже в горячих источниках, в космосе. Все живые организмы, населяющие нашу планету, относятся к макро- или микромиру.
• К макромиру принадлежат организмы, видимые невооруженным глазом:
• млекопитающие
• пресмыкающиеся
• птицы, рыбы и др.
• К микромиру - представители живой природы, которых можно наблюдать с помощью микроскопа:
• бактерии
• грибы
• простейшие
• вирусы
• прионы.
• С точки зрения медицины все микробы можно разделить на 3 группы:
• К 1 гр. принадлежат микробы-сапрофиты, не обладающие патогенностью для человека. Ко 2 гр. относятся микробы, способные вызывать заболевания у человека, животных, насекомых, растений. Это связано с явлением паразитизма - эволюционно сложившимся способом существования микроба с представителями животного или растительного мира. К 3 гр. относятся микробы, оказывающие благоприятное действие на здоровье человека (к их числу относятся микробы молочно-кислого брожения, обитающие в кишечнике человека). Значение микроорганизмов в жизни человека:
• Ш Бактерии и грибы разрушают органическое вещество и участвуют в круговороте веществ в природе.
• Ш Разлагая органические вещества, микроорганизмы являются причиной порчи продуктов.
• Ш Некоторые микроорганизмы в результате своей жизнедеятельности разрушают человеческие строения, чем наносят огромный ущерб.
• Ш Человек использует бактерии для очистки сточных вод.
• Ш Человек получает с помощью микроорганизмов множество незаменимых продуктов (хлеб и сыр, вино и кумыс, льняная пряжа).
• Ш Некоторые микроорганизмы являются причиной инфекционных заболеваний человека.
• Ш В кишечнике человека и других животных живут многие бактерии-симбионты, которые приносят огромную пользу организму.
• Ш Бактерии, живущие внутри организма, выделяют дополнительное тепло.
• Ш Человек заставил микробы вырабатывать бактериальные удобрения, антибиотики, витамины, препараты для защиты растений. Такое техническое использование микроорганизмов называется биотехнологией.
• Ш Методом генетической инженерии получают многие белковые биологические вещества, представляющие ценность для медицины.
• ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ МЕДИЦИНСКОЙ МИКРОБИОЛОГИИ
• Микробиология (греч.micros - малый, лат.bios - жизнь, logos- учение) - наука, предметом изучения которой являются микроскопические существа, называемые микроорганизмами, или микробами, их биологические признаки, систематика, экология, взаимоотношения с другими организмами, населяющими нашу планету, - животными, растениями и человеком. Медицинская микробиология и иммунология тесно связаны со всеми медицинскими дисциплинами (инфектологией, терапией, педиатрией, хирургией, фтизиатрией, гигиеной, фармакологией и др.). Значительно возросла роль микробиологии, вирусологии и иммунологии в решении многих проблем здравоохранения.
• Цель медицинской микробиологии - глубокое изучение структуры и важнейших биологических свойств патогенных микробов, взаимоотношения их с организмом человека в определенных условиях природной и социальной среды, совершенствование методов микробиологической диагностики, разработка новых, более эффективных лечебных и профилактических препаратов, решение такой важной проблемы, как ликвидация и предупреждение инфекционных болезней. Микробиология изучает многообразный мир микробов. В своем развитии она разделилась на несколько самостоятельных дисциплин. В первую очередь её можно разделить на общую и частную микробиологию.
• В зависимости от решаемых задач делится:
• микробиология бактерия клетка морфология

• ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕДИЦИНСКОЙ МИКРОБИОЛОГИИ
• Медицинская микробиология развилась в результате изучения инфекционных болезней.
• История развития медицинской микробиологии как самостоятельной научной дисциплины насчитывает несколько этапов, обусловленных не столько временными периодами, сколько уровнем развития науки и техники.
• Эвристический этап - период догадок и случайных находок. О существовании микробов догадывались уже древние мыслители и врачи. «Отец медицины» Гиппократ считал, что некоторые болезни человека вызываются какими-то невидимыми частицами, которые он называл миазами. О живой природе миазм начали догадываться значительно позднее. Римский поэт Веррон уже определенно считал миазмы живыми существами. Итальянский врач Джироламо Фракасторо, живший в середине века, писал, что заболевания передаются от человека человеку «живыми контагиями». Он создал учение о живом «контагии» - «мельчайших и недоступных нашим чувствам частиц», которые, проникая в организм человека, вызывают болезнь.
• В 1840 г. Я.Генле впервые обосновал, что всякое инфекционное заболевание, обусловлено живыми существами, находящимися в паразитических отношениях с организмом хозяина.
• Величайшее открытие эвристического периода в медицинской микробиологии было сделано в конце 18 в. Э.Дженнером, который предложил вакцинацию против черной оспы путем нанесения на кожу человека содержимого оспин (пустул) от больных коров. Вирус коровьей оспы, содержащийся в пустулах, предохранял человека от заражения черной оспы. Еще не была доказана роль микробов в патологии, еще не была разработана теория защитных прививок, но микробиология начала реально помогать людям.
• Морфологический этап микробиологии начался в 17 в., когда голландский натуралист А. Левенгук впервые увидел микробы, находящиеся в воде, травяных настоях, пищевых продуктах, ротовой полости, кишечнике и т.д. Для своих наблюдений он использовал двояковыпуклые линзы (лупы), приготовленные им самим. Они давали увеличение в 160 - 200 раз. Увиденные микробы А. Левенгук назвал ничтожными «зверушками» и подробно описал их в письмах в Британское королевское научное общество. все его описания форм микробов (шарообразные, палочковидные, извитые и др.) были настолько точны, что до настоящего времени сохранили свое значение.
• Прообраз микроскопа как систему двух линз (объектива и окуляра) создал в 1590г. голландец З. Янсен. В последующие годы этот прибор многократно усовершенствовался. В результате в середине ХIХ века появился микроскоп, который по техническим возможностям не уступал современным световым микроскопам. Он мог увеличивать рассматриваемые предметы в 1000 раз. Создание микроскопов стимулировало развитие микробиологии. Начался период «охотников за микробами».
• Первыми были открыты возбудители заболеваний волос и кожи человека: парши (Шенлейн), стригущего лишая (Груби), отрубевидного лишая (Эйхштедт) и молочницы (Лагенбек, Груби). Так зародилась наука о патогенных грибах - микология.
• Развитие микробиологии ускорилось после того, как Р.Кох в конце ХIХ века разработал твердые питательные среды для получения чистых культур микроорганизмов, а также предложил использовать красители для изучения морфологии микробных клеток.
• Различные микробиологические методики, разработанные Р. Кохом, позволили изучить возбудителей почти всех инфекционных заболеваний. Р. Кох выделил чистую культуру возбудителя сибирской язвы, туберкулёза (палочка Коха) и холеры (запятая Коха).
• Среди всех «охотников за микробами» самым знаменитым был французский ученый Л. Пастер. Он доказал патологическую роль микробов родильной горячки, абсцессов и остеомиелита.
• В последующие годы Т. Эшерих открыл кишечную палочку, Э. Ру - дифтерийную палочку, Д. Сальмон - возбудителей кишечных инфекций. Вслед за ними последовали новые открытия. К. Шига описал возбудителей дизентерии и коклюша, Г. Ганзен - проказы, С. Китазато - столбняка и чумы, а Ф. Шаудин и Э. Гофман - сифилиса.
• Важнейшим событием в микробиологии было обнаружение ядовитых веществ (токсинов), выделяемых микробами. Это было сделано учеником Л. Пастера - Э. Ру, которые доказал, что основные симптомы и тяжесть течения дифтерии обусловлены токсином, выделяемым дифтерийной палочкой. Им был предложен способ лечения дифтерии при помощи специфических белков сыворотки крови (антител), нейтрализующих микробный токсин. Все перечисленные «охотники за микробами» заложили основы медицинской микробиологии.
• Еще в конце ХIХ века обнаружено, что болезни человека могут быть вызваны не только бактериями, но и простейшими. Русские ученые Ф.А. Леш и П.Ф. Боровский открыли возбудителей амёбной дизентерии и кожного лейшманиоза. В дальнейшем доказана патогенная роль малярийного плазмодия, трихомонад, токсоплазм, балантий и других простейших. Зародилось новое направление в медицинской микробиологии - протозоология.
• Русский ученый И.И. Мечников, работавший в институте Л. Пастера, первым изучил мир собственной микрофлоры организма и других микробов, окружающих человека. Он первым указал на большое значение микрофлоры для жизнедеятельности человека в норме и при патологии. Болезнетворные свойства микробов аутофлоры и окружающей среды проявляются только при ухудшении здоровья человека (условно-патогенные микробы). Таким образом, И.И. Мечников является основоположником нового раздела микробиологии - экологической микробиологии.
• Морфологический период развития микробиологии не окончен, так как ученые делают все новые и новые открытия. Всего к настоящему времени было выделено и изучено около 4000 видов бактерий.
• Развитие микробиологической техники, создание мелкопористых фильтров с определенным размером пор, использование метода культуры клеток позволили открыть вирусы. Период «охотников за микробами» сменился периодом «охотников за вирусами». Первым из них был русский ученый Д.И. Ивановский, выделивший в чистом виде (1892) вирус табачной мозаики. Вслед за ним Ф. Леффлер и П. Фрош открыли вирус ящура, поражающего животных, Т. Смит - вирус желтой лихорадки, вызывающий поражение печени у людей, Ф. Дэрелль - бактериофаг (вирус, поражающий бактерии), В. Смит с соавторами - вирус гриппа, Л.А. Зильбер - вирус энцефалита и онкогенные вирусы. Возникла новая наука - вирусология.
• Развитию вирусологии способствовало изобретение в 30-е годы ХХ века электронного микроскопа, в котором в качестве осветителя используется источник электронов, фокусируемых электростатическими линзами. Электронный микроскоп в 10 000 раз увеличивает изображение объекта. Его создание позволило увидеть «портреты» вирусов.
• Изучение патогенных вирусов продолжается. В 1982 году Л. Монтанье и Р. Гало открыли вирус иммунодефицита человека (ВИЧ/СПИД). В 2003 году китайские ученые описали вирус, вызывающий острый респираторный синдром (SARS) - атипичную пневмонию.
• В 1963 году американский ученый К. Гайдушек доказал существование принципиально нового инфекционного начала, названного прионом. В отличие от всех других микробов прионы не содержат нуклеиновых кислот и являются белками с низкой молекулярной массой (инфекционные белковые молекулы). Они поражают клетки ЦНС, вызывают их разрыв и губкообразное перерождение, что закономерно заканчивается гибелью организма. Вызываемые прионами болезни стали называть «медленными инфекциями», так как между заражением и гибелью организма проходило от 5 до 20 лет. До настоящего времени не разработано средств лечения этих заболеваний.
• Обнаружение возбудителей болезней сопровождалось изучением их биологических свойств. За морфологическим периодом развития микробиологии последовал ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ. В этот период изучены процессы обмена веществ и дыхания у микробов, их ферментативная активность, размножение и рост на питательных средах. Физиологический период развития микробиологии связан с именем Л. Пастера. Он открыл ферментативную природу брожения, вызываемого жизнедеятельностью микробов, и заложил основы промышленной микробиологии, основал принципы стерилизации питательных сред. Изучение особенностей жизнедеятельности микробов привело к появлению противобактериальных препаратов, способных убивать микробы в организме или препятствовать их размножению (сульфаниламиды и антибиотики). Основоположниками химиотерапии можно считать П. Эрлиха, синтезировавшего сульфаниламид - стрептоцид. Первый антибиотик пенициллин выделен в химически чистом виде английским ученым А. Флемингом и отечественным микробиологом З. В. Ермольевой. С каждым годом расширяется список противобактериальных препаратов. В настоящее время их количество исчисляется сотнями. Были получены препараты, обладающие противовирусной активностью (интерферон).
• С именами Л. Пастера, И.И. Мечникова и П. Эрлиха связан иммунологический этап развития микробиологии. В медицинскую практику вошли профилактические вакцины, приготовленные из микробов против многих инфекционных заболеваний, а также лечебные сыворотки, содержащие специфические антитела против микробных токсинов.
• В ХХ веке начался этап развития молекулярно-генетической микробиологии и иммунологии. В это время изучали основы молекулярного строения микробов, антител, генетического аппарата клеток и, наконец, генетического кода человека, обеспечивающего, в частности, иммунный ответ организма.
• СИСТЕМАТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
• М/о - это организмы, невидимые невооруженным глазом из-за их незначительных размеров.
• Базовая категория (таксон) биологической классификации, отражающая определенную стадию эволюции отдельной популяции организмов - вид. Вид - эволюционно сложившаяся совокупность особей, имеющая единый генотип, который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, биохимическими и другими признаками. Принципы таксономии и номенклатуры микроорганизмов
• Живые организмы (микроорганизмы) М/о относятся к 3 царствам:
• Прокариоты PROCARIOTAE:
• Эубактерии
• 1. Грациликуты (тонкая клеточная стенка)
• 2. Фирмикуты (толстая клеточная стенка)
• 3. Тенерикуты (нет клеточной стенки)
• Спирохеты, риккетсии, хламидии, микоплазмы, актиномицеты. Архебактерии
• 4. Мендосикуты
• Эукариоты EUCARIOTAE: Животные Растения Грибы ПростейшиеНеклеточные формы жизни VIRA: Вирусы Прионы Плазмиды
• Категории таксономической иерархии.
• Для микроорганизмов приняты следующие категории (таксоны) таксономической иерархии (по восходящей): Вид - Род - Семейство - Порядок - Класс - Отдел - Царство.
• Названия видов биноминальны (бинарны), то есть обозначаются двумя словами. Первое слово обозначает Род и пишется с заглавной буквы, второе слово обозначает Вид и пишется со строчной буквы.
• Схема формирования биноминального названия микроорганизмов.

• Примеры конструирования биноминального названия бактерий.

Вид бактерий	Условное обозначение принадлежности к:
	РОДУ	ВИДУ
Bacillus anthracis	Bacillus (палочка)	anthracis (уголь - «антрацит»)
Clostridium tetanus	Clostridium (веретено)	tetanus (судороги)
Staphilococcus aureus	Staphilococcus (гроздья винограда, шар)	aureus (золотистый цвет колонии)
Shigella dysenteriae	Shigella (Шига - автор)	dysenteriae (расстройство кишечника)
Esherichia coli	Esherichia (Эшерих - автор)	coli (кишка)
Salmonella typhi	Salmonella (Сальмон - автор)	typhus («туман» - бред)

• ОСНОВЫ МОРФОЛОГИИ БАКТЕРИЙ
• Специализированные термины:
• Штамм - культура микроорганизмов, выделенная из определенного конкретного источника (организма или объекта окружающей среды).
• Содержание:
• Форма бактерий. Размер бактерий.
• Строение бактериальной клетки.
• Характеристика некоторых групп бактерий.

ФОРМА БАКТЕРИЙ. РАЗМЕР БАКТЕРИЙ

Отдельным видам бактерий с достаточным постоянством присущи определенные формы и размер.

Выделяют три основные формы бактерий - шаровидные, палочковидные и извитые.

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.

Рис. 1. Шаровидные бактерии (энтерококки). Электронная микрофотография (ЭМ).

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 и клостридии.



Рис. 2. Палочковидные бактерии (кишечная палочка). ЭМ.

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.

Рис. 3. Извитые бактерии (холерный вибрион). ЭМ.

Размер бактерий

Микроорганизмы измеряются в микрометрах и нанометрах.

Средние размеры бактерий - 2 - 3 х 0,3 - 0,8 мкм.

Форма и размер - важный диагностический признак.

Способность бактерий изменять свою форму и величину называется полиморфизм.



БАКТЕРИИ

СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Строение бактерий.



Тело бактерии состоит из цитоплазмы (с различными включениями) и цитоплазматической мембраны, окруженных клеточной стенкой.

Цитоплазма занимает основной объем бактериальной клетки. Важнейшим компонентом цитоплазмы является нуктеотид, который считается эквивалентом ядра и расположен в центральной зоне бактерии. Кроме нуклеотида, в цитоплазме находятся плазмиды, являющиеся факторами наследственности (их может быть от 1 до 200).

Цитоплазматическая мембрана ограничивает цитоплазму (участвует в транспорте питательных веществ).

Между клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной находится пространство - периплазма, содержащая ферменты.

Клеточная стенка - прочная структура, придающая бактерии определенную форму. По типу строения клеточной стенки бактерии подразделяют на грамположительные с толстой стенкой и грамотрицательные с тонкой клеточной стенкой.

Основным компонентом клеточной стенки у грамположительных бактерий является пептидоглюкан, способный удерживать краску генцианвиолет в комплексе с йодом (сине-фиолетовый цвет) при обработке препарата спиртом.

Содержание пептидогликана в клеточной стенке тонкостенных грамотрицательных бактерий крайне незначительно, поэтому они не способны удерживать генцианвиолет в комплексе с йодом и обесцвечиваются спиртом. При дополнительной обработке фуксином грамотрицательные бактерии окрашиваются в красный цвет (окраска по Граму).

Клетки бактерий в процессе жизнедеятельности образуют защитные органеллы - капсулы и споры.

Капсула - внешний уплотненный слизистый слой, примыкающий к клеточной стенке. Это защитный орган, который появляется у некоторых бактерий при попадании их в организм человека или животных. Капсула предохраняет м/о от защитных факторов организма (препятствуют захвату бактерий фагоцитами).

Спора - форма грамположительных бактерий, образующаяся при неблагоприятных условиях существования клетки (высушивание, дефицит питательных веществ, изменение температуры и др). Образование спор способствует сохранению вида и не имеет отношения к размножению бактерий.

Спорообразующие аэробные бактерии называются бациллами, а анаэробные - клостридиями.

Споры отличаются по форме, размерам и расположению в клетке. Они могут располагаться:

центрально	субтерминально (ближе к концу)	терминально (на конце)

Жгутики обеспечивают подвижность микроба, их имеют только палочковидные бактерии, они берут начало от цитоплазматической мембраны.

По числу жгутиков различают:

1. Монотрих (один у холерного вибриона);

2. Перитрих (до сотен у кишечной палочки)

3. Амфитрихи - по одному или нескольку жгутиков на противоположных концах микробной клетки (спириллы)

4. Лофотрихи - имеют пучок жгутиков на одном из концов клетки.

Ворсинки, или пили, -- нитевидные образования, более короткие, чем жгутики. Они отходят от поверхности бактерии, состоят из белка пилина и ответственны за прилипание микроба к поражаемой клетке. Среди пилей выделяют половые пили, присущие "мужским" клеткам-донорам, содержащим трансмиссивные плазмиды (F, R, Col). 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.

Рис. 4. Строение бактериальной клетки (схема). Сapsule - капсула; Сell wall - клеточная стенка; Cytoplasmic membrane - цитоплазматическая мембрана; Mesosome - мезосома; Flagellum - жгутик; Pili - пили; Cytoplasma - цитоплазма; Nucleoid - нуклеоид; Ribosomes - рибосомы; Granular inclusion - включения.

Рис. 5. Определите форменные элементы бактериальной клетки.



Грамположительные бактерии имеют толстую (многослойную) клеточную стенку.

Окрашиваются по Граму в фиолетовый цвет.

Грамотрицательные бактерии имеют тонкую клеточную стенку, прикрытую снаружи тройным липидсодержащим слоем (внешняя мембрана).Окрашиваются по Граму в красный цвет.

Рис. 6. Строение клеточной стенки грамположительных (А) и грамотрицательных (Б) бактерий (схема).

У грамположительных бактерий (А) основной слой - пептидогликан - многослойный и пронизан тейхоевыми кислотами (толстая клеточная стенка); у грамотрицательных бактерий (Б) тонкий пептидогликан и над ним расположена внешняя мембрана, содержащая липиды (тонкая клеточная стенка).

Тинкториальные свойства - восприимчивость микроорганизмов к различным красителям.

L-формы - бактерии, полностью лишенные клеточной стенки и способные размножаться.

Споры и спорообразование

Споры бактерий - своеобразная форма покоящихся бактерий, форма сохранения наследственной информации в неблагоприятных условиях внешней среды и не является способом размножения, как у грибов.

Процесс спорообразования: спорогенная зона - проспора - спора.

В благоприятных условиях споры прорастают за 4-5 часов. Образуют споры в течение 18-20 часов.

Рис. 7. Спора внутри бактериальной клетки (ЭМ).

Рис. 8. Споры сибиреязвенной палочки (светооптическая микроскопия, СМ).

Размещено на Allbest.ru