Принципы классификации микроорганизмов. Основные группы микроорганизмов

Микроорганизмами (микробами) называют одноклеточные организмы размером менее 0,1 мм, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. К ним относятся бактерии, микроводоросли, некоторые низшие мицелиальные грибы, дрожжи, простейшие (рис. 1). Их изучением занимается микробиология.

Рис. 1. Объекты микробиологии.

На рис. 2. можно увидеть некоторых представителей одноклеточных простейших. Иногда к объектам данной науки относят самые примитивные организмы на Земле — вирусы, не имеющие клеточную структуру и представляющие собой комплексы из нуклеиновых кислот (генетического материала) и белка. Чаще их выделяют в совершенно отдельную область исследования (Вирусологию), так как микробиология скорее направлена на изучение микроскопических одноклеточных.

Рис. 2. Отдельные представители одноклеточных эукариот (простейших).

Такие науки, как альгология и микология, изучающие водоросли и грибы, соответственно, являются отдельными дисциплинами, перекрывающимися с микробиологией в случае исследования микроскопических живых объектов. Бактериология является истинным разделом микробиологии. Данная наука занимается изучением исключительно прокариотных микроорганизмов (рис. 3).

Рис. 3. Схема прокариотической клетки.

В отличие от эукариот, к которым относятся все многоклеточные организмы, а также простейшие, микроскопические водоросли и грибы, у прокариот отсутствует оформленное ядро, содержащее генетический материал и настоящие органоиды (постоянные специализированные структуры клетки) .

К прокариотам относятся истинные бактерии и археи, по современной классификации обозначенные, как домены (надцарства) Archaea и Eubacteria (рис. 4).

Рис. 4. Домены современной биологической классификации.

Особенности строения бактерий

Бактерии являются важным звеном в круговороте веществ в природе, разлагают растительные и животные остатки, очищают загрязненные органикой водоемы, модифицируют неорганические соединения. Без них не могла бы существовать жизнь на земле. Данные микроорганизмы распространены везде, в почве, воде, воздухе, организмах животных и растений.

Бактерии различаются по следующим морфологическим особенностям:

1. Форма клеток (округлые, палочковидные, нитчатые, извитые, спиралевидные, а также различные переходные варианты и звездообразная конфигурация).
2. Наличие приспособлений для движения (неподвижные, жгутиковые, за счет выделения слизи).
3. Сочленение клеток друг с другом (изолированные, сцепленные в виде пар, гранул, ветвящиеся формы).

Среди структур, образуемых округлыми бактериями (кокками) выделяют клетки, находящиеся в паре после деления и затем распадающиеся на одиночные образования (микрококки) или остающиеся все время вместе (диплококки). Квадратичную структуру из четырех клеток образуют тетракокки, цепочку – стрептококки, гранулу из 8-64 единиц – сарцины, грозди – стафилококки.

Палочковидные бактерии представлены многообразием форм вследствие большой изменчивости длинны (0,1-15 мкм) и толщины (0,1-2 мкм) клетки. Форма последних также зависит от способности бактерий к образованию спор – структур с толстой оболочкой, позволяющей переживать микроорганизмам неблагоприятные условия. Клетки с такой способностью называет бациллами, а не обладающие такими свойствами просто палочковидными бактериями.

Особыми видоизменениями палочковидных бактерий являются нитчатые (вытянутые) формы, цепочки и ветвящиеся структуры. Последнюю образуют актиномицеты на определенной стадии развития. «Кривые» палочки называют извитыми бактериями, среди которых выделяют вибрионы; спириллы, имеющие два изгиба (15-20 мкм); спирохеты, напоминающие волнистые линии. Их длины клеток 1-3, 15-20 и 20-30 мкм, соответственно. На рис. 5 и 6 представлены основные морфологические формы бактерий, а также типы расположения споры в клетке.

Рис. 5. Основные формы бактерий.

Рис. 6. Бактерии по типу расположения споры в клетке. 1, 4 – в центре; 2, 3, 5 – концевое расположение; 6 – с боку.

Основные клеточные структуры бактерий: нуклеоид (генетический материал), предназначенные для синтеза белка рибосомы, цитоплазматическая мембрана (часть оболочки клетки), которая у многих представителей дополнительно сверху защищена , капсулой и слизистым чехлом (рис. 7).

Рис. 7. Схема бактериальной клетки.

По классификации бактерий выделяют более 20 типов. Например, экстремально термофильные (любители высоких температур) Aquificae, анаэробные палочковидные бактерии Bacteroidetes. Однако наиболее доминантным типом, включающим в себя многообразных представителей, является Actinobacteria. К нему относятся бифидобактерии, лактобациллы, актиномицеты. Уникальность последних заключается в способности формировать мицелий на определенной стадии развития.

В простонародье это называется грибница. Действительно, разветвления клеток актиномицет напоминают гифы грибов. Несмотря на такую особенность, актиномицеты относят к бактериям, так как они являются прокариотами. Естественно их клетки по особенностям структуры менее сходны с грибами.

Актиномицеты (рис. 8) являются медленно растущими бактериями, поэтому не имеют возможности конкурировать за легкодоступные субстраты. Они способны разлагать вещества, которые другие микроорганизмы не могут использовать в качестве источника углерода, в частности углеводороды нефти. Поэтому актиномицеты интенсивно исследуются в области биотехнологии.

Некоторые представители концентрируется в зонах нефтяных месторождений, и создают специальный бактериальный фильтр, препятствующий проникновению углеводородов в атмосферу. Актиномицеты являются активными продуцентами практически ценных соединений: витаминов, жирных кислот, антибиотиков.

Рис. 8. Представитель актиномицет Nocardia.

Грибы в микробиологии

Объектом микробиологии являются только низшие плесневые грибы (ризопус, мукор, в частности). Как все грибы они не способны синтезировать вещества сами и нуждаются в питательной среде. Мицелий у низших представителей данного царства примитивен, не разделен перегородками. Особую нишу в микробиологических исследованиях занимают дрожжи (рис. 9), отличающиеся отсутствием мицелия.

Рис. 9. Формы колоний дрожжевых культур на питательной среде.

В настоящее время об их полезных свойствах собраны многочисленные знания. Однако дрожжи продолжают исследоваться на способность синтезировать практически ценные органические соединения и активно применяются в качестве модельных организмов при проведении генетических экспериментов. С древних времен дрожжи использовались в бродильных процессах. Метаболизм у разных представителей отличается. Поэтому для какого-то конкретного процесса одни дрожжи больше подходят, чем другие.

Например, Saccharomyces beticus, более устойчивые к высоким концентрациям спирта, используются для создания крепких вин (до 24%). В то время как, дрожжи S. cerevisiae способны вырабатывать более низкие концентрации этанола. По направлениям их применения дрожжи классифицируются на кормовые, пекарские, пивные, спиртовые, винные.

Болезнетворные микроорганизмы

Болезнетворные или патогенные микроорганизмы встречаются повсеместно. Наряду с широко известными вирусами: гриппом, гепатитом, корью, ВИЧ и прочее опасными микроорганизмами являются риккетсии, а также стрепто- и стафилококки, вызывающие заражение крови. Среди палочковидных бактерий много возбудителей заболеваний. Например, дифтерия, туберкулез, брюшной тиф, (рис. 10). Немало опасных для человека представителей микроорганизмов встречается среди простейших, в частности малярийный плазмодий, токсоплазма, лейшмания, лямблия, трихомонада, патогенные амебы.

Рис. 10. Фотография бактерии Bacillus anthracis, вызывающей сибирскую язву.

Многие актиномицеты не опасны для человека и животных. Однако немало патогенных представителей встречается среди микобактерий, вызывающих туберкулез, проказу (лепру). Некоторые актиномицеты инициируют такое заболевание, как актиномикоз, сопровождающийся образованием гранулем, иногда повышением температуры тела. Отдельные виды плесневых грибов способны вырабатывать токсические для человека вещества – микотоксины. Например, некоторые представители рода Aspergillus, Fusarium. Патогенные грибы вызывают группу заболеваний, называемых микозами. Так, кандидоз или, попросту говоря, молочницу вызывают дрожжеподобные грибы (рис. 11). Они всегда содержаться в организме человека, но активизируются только при ослаблении иммунитета.

Рис. 11. Гриб Candida – возбудитель молочницы.

Грибы могут вызывать разнообразные поражения кожи, в частности всевозможные виды лишая, кроме опоясывающего (герпеса), который вызывается вирусом. Дрожжи Malassezia – постоянные обитатели кожи человека при спаде активности иммунной системы могут вызвать . Не стоит сразу бежать мыть руки. Дрожжи и условно патогенные бактерии при хорошем здоровье выполняют важную функцию, препятствуют развитию болезнетворных микроорганизмов.

Вирусы как объект микробиологии

Вирусы – самые примитивные организмы на земле. В свободном состоянии в них не происходят никакие обменные процессы. Только при попадании в клетку-хозяина вирусы начинают размножаться. У всех живых организмов носителем генетического материала является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Только среди вирусов встречаются представители с генетической последовательностью типа рибонуклеиновой кислоты (РНК).

Часто вирусы не относят к истинно живым организмам.

Морфология вирусов очень разнообразна (рис. 12). Обычно их диаметральные размеры колеблются в пределах 20-300 нм.

Рис. 12. Разнообразие вирусных частиц.

Отдельные представители достигают в длину 1-1,5 мкм. Структура вируса заключается в окружении генетического материала специальным белковым каркасом (капсидом), отличающимся разнообразием форм (спиральный, икосаэдрический, шарообразный). Некоторые вирусы сверху имеют еще оболочку, сформированную из мембраны клетки-хозяина (суперкапсид). Например, (рис. 13) известен как возбудитель заболевания, которое носит название (СПИД). Он содержит в качестве генетического материала РНК, поражает определенный тип клеток иммунной системы (т-лимфоциты хелперы).

Рис. 13. Строение вируса иммунодефицита человека.

В соответствии с восьмым изданием «Определителя бактерий по Берже» все бактерии делятся на 19 групп. Деление основано на некоторых важных свойствах бактерий: форме их клетки, отношении к кислороду, образованию спор, окраске по Граму*, особенностях размножения, типе питания и др. Для пищевой промышленности имеют значение следующие группы.

* Окраска по Граму - важный диагностический признак для определения микроорганизмов, обнаруживающий глубокие различия в строении и составе их клеточной стенки. Так, грамположительные организмы окрашиваются в фиолетовый цвет (первоначальная окраска), грамотрицательные - в красно-коричневый (вторичная окраска, так как первичная при обработке в растворе спирта не сохраняется).

У микроорганизмов, окрашивающихся по Граму положительно, в клеточной стенке мало белка и полисахаридов. К ним относятся дрожжи, бактерии-кокки и палочки, многие образующие споры или не образующие их (например, молочнокислые бактерии) и др.

У микроорганизмов, окрашивающихся по Граму отрицательно, в состав клеточной стенки входят соединения жировых и белковых веществ, углеводы и фосфаты. К ним относятся не образующие спор кокки и бактерии (в том числе уксуснокислые), бактерии группы кишечной палочки и др.

1. Грамотрицательные аэробные палочки и кокки. Среди этих бактерий важное значение имеет семейство Псевдомонас - прямые или изогнутые палочки со жгутиками, расположенными полярно. К брожению неспособны, обмен веществ дыхательный, строгие анаэробы (не могут размножаться в присутствии кислорода), образуют фермент каталазу, а некоторые оксидазу. Размножаются на пищевых продуктах в виде полупрозрачных колоний, иногда в виде слизей.

Вызывают изменение цвета продукта - позеленение или побурение. Размножаются в диапазоне температур 4-43 °С, хладостойки, портят пищевые продукты.

2. Грамотрицательные факультативно-анаэробные палочки и кокки. Сюда входят семейства, имеющие большое значение для качества пищевых продуктов и здоровья человека.

Семейство Энтеробактериацеэ (энтеробактерии) - небольшие палочки, подвижные (перитрихи) или неподвижные, не образующие спор, аэробы или факультативные анаэробы. Обмен веществ дыхательный или бродильный. При сбраживании глюкозы и других углеводов образуются кислота и газ (не у всех). Образуют фермент каталазу или оксидазу. Энтеробактерии являются обитателями желудочно-кишечного тракта человека и животных. По биохимическим признакам энтеробактерии делятся на два больших подраздела. К первому относятся три рода: Эшерихия, Сальмонелла и Шигелла, ко второму - род Протеус.

Эшерихия - прямые мелкие палочки, одиночные или парные, подвижные (перитрихи) или неподвижные. Хорошо растут на простых питательных средах. Сбраживают глюкозу и другие углеводы с образованием органических кислот.

Сальмонелла - палочки, обычно подвижные (перитрихи). Большинство бактерий растут на синтетических средах, сбраживают некоторые сахара с образованием газа. Вызывают пищевые отравления и инфекционные заболевания человека.

Шигелла - неподвижные палочки без капсул, хорошо растущие на питательных средах. Сбраживают глюкозу и другие углеводы с образованием кислоты, но газа не образуют. Вызывают заболевание дизентерией.

Протеус - прямые мелкие палочки, кокковидные или неправильной формы. В зависимости от условий среды форма клеток изменяется. Встречаются клетки, соединенные парами или цепочками. Клетки подвижные (перитрихи), при температуре 37 °С подвижность часто отсутствует. Капсул не образуют. Сбраживают углеводы, образуют индол. Температурные границы роста 10-43 °С.

Семейство Вибрионацеэ (вибрионовые) - прямые и изогнутые палочки, обычно подвижные, жгутики полярные. Обмен веществ бродильный и дыхательный. Оксидазу образуют факультативные анаэробы. Обычно встречаются в пресной и морской воде, иногда у рыб или человека.

К этому семейству относятся три рода - Вибрио, Зимомонас и Флавобактериум.

Вибрио - короткие мелкие, не образующие спор палочки, прямые или изогнутые, подвижные. Встречаются в пищеварительном тракте человека и животных, некоторые виды патогенны для человека и рыб. Вызывают заболевания холерой.

Для роста бактерий Зимомонас и Флавобактериум оптимальная температура ниже 30 °С. Они широко распространены в почве, пресных и морских водах. Флавобактерии обычно находятся на овощах во время их технологической обработки и в молочных продуктах. Некоторые являются вредителями бродильных производств.

3. Грамположительные кокки. В эту группу входят три семейства бактерий, различающихся по потребности в кислороде и расположению клеток.

Семейство Микрококкацеэ (Микрококкус) - мелкие сферические клетки; при размножении делятся в двух-трех направлениях, образуя неправильные группы, тетрады (группы из 4 клеток) или пакеты. Спор не образуют, подвижны или неподвижны, обмен веществ дыхательный или бродильный. Растут в присутствии 5 % поваренной соли, многие выдерживают концентрацию до 10-15%. Каталазу образуют. Аэробы или факультативные анаэробы. Оптимальная температура развития 25-30 °С. Являются обычными обитателями почвы и пресных вод. Часто встречаются в экскрементах человека и животных. В семействе Микрококкацеэ наибольшее значение имеет род Стафилококкус, так как образует токсины.

Стафилококкус - клетки сферической формы, мелкие, расположены поодиночке и в парах, а также неправильными скоплениями. Неподвижны, спор не образуют. Обмен веществ дыхательный и бродильный. Благодаря образованию внеклеточных ферментов могут расщеплять многие органические вещества - белки и жиры. Большинство штаммов растут в присутствии 15 % поваренной соли. Обычно чувствительны к нагреванию. Вырабатывают токсины, поэтому многие штаммы (коагулазоположительные, например стафилококк золотистый) патогенны.

Семейство Стрептококкацеэ (стрептококковые) - клетки сферической или овальной формы, в парах или цепочках различной длины или в тетрадах. Неподвижны, спор не образуют. Факультативные анаэробы. Обмен веществ бродильный. Из углеводов образуют кислоты.

Наибольшее значение имеют три рода: Стрептококкус, Лейконосток и Педиококкус.

Стрептококкус - сбраживают глюкозу с образованием в основном молочной кислоты. Клетки в парах, цепочках. Каталазу не образуют. Редко подвижны.

Лейконосток - сбраживают глюкозу с образованием молочной кислоты и других продуктов. Клетки делятся в одной плоскости, при этом образуются пары клеток и цепочки. Каталазу не образуют. Многие являются вредителями производства сахара, безалкогольных напитков и др.

Педиококкус - встречаются в виде одиночных клеток, в парах и тетрадах или цепочках. Неподвижны, спор не образуют, обмен веществ бродильный.

Из глюкозы и других сахаров образуют молочную кислоту. Анаэробы, но могут расти в присутствии небольших количеств кислорода. Обычно каталазу не образуют. Желатину не разжижают. Педиококки - сапрофиты, встречаются в бродящих растительных материалах. Являются вредителями пивоваренного производства, реже встречаются в молоке и молочных продуктах. Некоторые устойчивы к поваренной соли и развиваются при 15%-ной концентрации ее в среде.

4. Палочки и кокки, образующие эндоспоры. Среди бактерий этой группы наибольшее значение для пищевой промышленности имеют несколько родов, принадлежащих к семейству Бацилляцеэ.

Семейство Бацилляцеэ (бацилловые) - клетки палочковидной формы, образуют эндоспоры, более устойчивые к теплу и другим неблагоприятным факторам внешней среды. Большинство представителей грамположительны, подвижны или неподвижны, аэробы или анаэробы.

Наибольшее значение в этом семействе имеют два рода: Бациллус и Клостридиум.

Род Бациллус - мелкие подвижные палочки, жгутики обычно на конце клетки. Образуют термоустойчивые споры. Большинство видов образуют каталазу. Строгие аэробы или факультативные анаэробы. Отдельные виды рода Бациллус различаются формой клеток, положением споры в центре клетки или на конце, а также по биохимическим признакам.

Среди представителей этого рода имеются гнилостные бактерии - сапрофиты, вызывающие гидролиз белка, - Бациллус субтилис (сенная палочка), образующие очень термостойкие споры.

В этот же род входят патогенные бактерии, вызывающие пищевое отравление (Бациллус цереус), а также патогенные Бациллус антрацис, вызывающие острое инфекционное заболевание животных, передающееся человеку, - сибирскую язву.

Род Клостридиум - палочки, обычно подвижные (перитрихи), иногда неподвижные. Образуют споры различной формы (от овальной до сферической), которые обычно раздувают клетку. Мезофильные клостридии обитают в почве, пыли, воздухе, воде, осадках водоемов. Вызывают гнилостные процессы, маслянокислое брожение, сбраживают сахара, некоторые виды фиксируют атмосферный азот. Большинство штаммов - строгие анаэробы, хотя некоторые могут расти в присутствии кислорода воздуха. Каталазу обычно не образуют. Как правило, грамположительны.

К роду Клостридиум относятся бактерии с различными свойствами. Одни из них являются мезофилами и постоянно загрязняют пищевые продукты. Некоторые клостридии являются термофилами, образуют термостойкие споры, вызывают порчу консервов.

Некоторые виды клостридий, например Клостридиум ботулинум, образуют токсины и вызывают пищевое отравление. Два вида из рода Клостридиум являются патогенными. Клостридиум тетани вызывает заболевание человека столбняком. Клостридиум перфрингенс при попадании в желудочно-кишечный тракт вызывает пищевое отравление, при попадании в раны - газовую гангрену.

5. Грамположительные палочки, не образующие спор. Бактерии палочковидные или нитевидные, подвижные или неподвижные, образующие каталазу или неспособные к этому.

Семейство Лактобациллацеэ (лактобацилловые). Бактерии этого семейства - прямые или изогнутые палочки, обычно одиночные или в цепочках. Основная часть неподвижна. Анаэробы или факультативные анаэробы. Обладают сложными пищевыми потребностями в органических веществах. Способны сбраживать сахара. Каталазу не образуют. Бактерии рода Лактобациллус (молочнокислые бактерии) - палочки, часто образующие цепочки. Подвижность встречается редко. Обмен веществ бродильный. Одни представители этого рода - строгие анаэробы, другие могут расти при доступе кислорода воздуха. Сбраживают сахара. Температурные пределы роста 5-53 °С, оптимальная температура 30-40 °С. Кислотоустойчивы: растут при рН 5,0 и ниже.

Виды различаются по типу молочнокислого брожения. У гомоферментативных видов основным продуктом жизнедеятельности является молочная кислота. Сюда относятся бактерии Лактобациллус булгарикус (болгарская палочка), применяемые для получения простокваши, Лактобациллус казеи, используемые при производстве сыра, и др.

Рис. 5. Строение актиномицетов: а - ветвящиеся гифы (нити); б - часть гифы со спорами; в - палочки с боковыми выростами.

У гетероферментативных бактерий в результате сбраживания глюкозы 50 % конечных продуктов составляет молочная кислота, остальное - углекислый газ и кислоты.

6. Актиномицеты и родственные микроорганизмы.

В эту группу входят бактерии, различающиеся по форме клеток и свойствам.

Род Коринебактериум - грамположительные неподвижные палочки неправильной формы, не образующие споры и каталазу. Среди них известны патогенные виды, образующие токсин, - это возбудители дифтерии, а также вызывающие болезни растений и животных. Отличаются «щелкающим» делением. Сюда же входят организмы, вызывающие пропионовокислое брожение - пропионовокислые бактерии.

Большое значение имеют актиномицеты - неподвижные одноклеточные организмы, обладающие способностью ветвиться. Одни актиномицеты образуют мицелий из тонких нитей, другие (немицелиальные) существуют в виде отдельных клеток неправильной формы, иногда кокковидных (рис. 5).

Актиномицеты широко распространены в почве, воде и в пищевых продуктах и вызывают их порчу, проявляющуюся в появлении землистого запаха.

Понятие микроорганизмов

Микроорганизмы - это организмы, невидимые невооруженным глазом из-за их незначительных размеров.

Критерий размера - единственный, который их объединяет.

В остальном мир микроорганизмов еще более разнообразен, чем мир макроорганизмов.

Согласно современной систематике, микроорганизмы к 3 царствам:

• Vira - вирусы;
• Eucariotae - простейшие и грибы;
• Procariotae — истинные бактерии, риккетсии, хламидии, мико-плазмы, спирохеты, актиномицеты.

Так же как для растений и животных, для названия микроор­ганизмов применяется бинарная номенклатура, т. е. родовое и видовое название.

Если видовую принадлежность исследователям определить не удается и определена только принадлежность к роду, то упот­ребляется термин species. Чаще всего это имеет место при идентификации микроорганизмов, имеющих нетрадиционные пищевые потребности или условия существования. Название рода обычно либо основано на морфологическом при­знаке соответствующего микроорганизма (Staphylococcus, Vibrio, Mycobacterium), либо является производным от фамилии автора, который открыл или изучил данный возбудитель (Neisseria, Shig-ella, Escherichia, Rickettsia, Gardnerella).

Видовое название часто связано с наименованием основного вы­зываемого этим микроорганизмом заболевания (Vibrio cholerae - холеры, Shigella dysenteriae - дизентерии, Mycobacterium tuberculosis - туберкулеза) или с основным местом обитания {Escherihia coli - кишечная палочка).

Кроме того, в русскоязычной медицинской литературе воз­можно использование соответствующего русифицированного на­звания бактерий (вместо Staphylococcus epidermidis - эпидер-мальный стафилококк; Staphylococcus aureus - золотистый ста­филококк и т. д.).

Царство прокариот

включает в себя отдел цианобактерий и отдел эубактерий, который, в свою очередь, подразделяется на порядки:

• собственно бактерии (отделы Gracilicutes, Firmicutes, Tenericutes, Mendosicutes);
• актиномицеты;
• спирохеты;
• риккетсии;
• хламидии.

Порядки подразделяются на группы.

Прокариоты отличаются от эукариот тем, что не имеют :

• морфологически оформленного ядра (нет ядерной мембраны и отсутствует ядрышко), его эквивалентом является нуклеоид, или генофор, представляющий собой замкнутую кольцевую двуни-тевую молекулу ДНК, прикрепленную в одной точке к цито-плазматической мембране; по аналогии с эукариотами эту мо­лекулу называют хромосомной бактерией;
• сетчатого аппарата Гольджи;
• эндоплазматической сети;
• митохондрий.

Имеется также ряд признаков, или органелл, характерных для многих, но не для всех прокариот, которые позволяют отли­чать их от эукариотов :

• многочисленные инвагинации цитоплазматической мембраны, которые называются мезосомами, они связаны с нуклеоидом и участвуют в делении клетки, спорообразовании и дыхании бак­териальной клетки;
• специфический компонент клеточной стенки - муреин, по хими­ческой структуре это пептидогликан (диаминопиеминовая ки­слота);
• плазмиды - автономно реплицирующиеся кольцевидные моле­кулы двунитевой ДНК с меньшей, чем хромосома бактерий, молекулярной массой. Они находятся наряду с нуклеоидом в цитоплазме, хотя могут быть и интегрированы в него, и несут наследственную информацию, не являющуюся жизненно не­обходимой для микробной клетки, но обеспечивающую ей те или иные селективные преимущества в окружающей среде.

Наиболее известны :

F-плазмиды, обеспечивающие конъюгационный перенос

между бактериями;

R-плазмиды - плазмиды лекарственной устойчивости, обес­печивающие циркуляцию среди бактерий генов, детермини­рующих устойчивость к используемым для лечения различ­ных заболеваний химиотерапевтическим средствам.

Бактерии

Прокариотические, преимущественно одноклеточные микроорганизмы, которые могут также образовывать ассоциа­ции (группы) сходных клеток, характеризующиеся клеточны­ми, но не организменными сходствами.

Основные таксономические критерии, позволяющие отнести штаммы бактерий к той или иной группе :

• морфология микробных клеток (кокки, палочки, извитые);
• отношение к окраске по Граму - тинкториальные свойства (грамположительные и грамотрицательные);
• тип биологического окисления - аэробы, факультативные ана­эробы, облигатные анаэробы;
• способность к спорообразованию.

Дальнейшая дифференциация групп на семейства, рода и ви­ды, которые являются основной таксономической категорией, проводится на основании изучения биохимических свойств. Этот принцип положен в основу классификации бактерий, приве­денной в специальных руководствах - определителях бактерий .

Вид является эволюционно сложившейся совокупностью осо­бей, имеющих единый генотип, который в стандартных усло­виях проявляется сходными морфологическими, физиологиче­скими, биохимическими признаками.

Для патогенных бактерий определение «вид» дополняется спо­собностью вызывать определенные нозологические формы забо­леваний.

Существует внутривидовая дифференцировка бактерий на варианты :

• по биологическим свойствам — биовары или биотипы;
• биохимической активности- ферментовары;
• антигенному строению - серовары или серотжы;
• чувствительности к бактериофагам - фаговары или фаготипы;
• устойчивости к антибиотикам - резистентовары.

В микробиологии широко применяют специальные термины - культура, штамм, клон.

Культура - это видимая глазом совокупность бактерий на пи­тательных средах.

Культуры могут быть чистыми (совокупность бактерий одного вида) и смешанными (совокупность бактерий 2 или более видов).

Штамм - это совокупность бактерий одного вида, выделенных из разных источников или из одного источника в разное время.

Штаммы могут различаться по некоторым признакам, не вы­ходящим за пределы характеристики вида. Клон - это совокупность бактерий, являющихся потомством одной клетки.

Бактерии относятся к прокариотам – одноклеточным организмам, не имеющим ядра. Их подразделяют на два надцарства: Bacteria и Archaebacteria. Среди последних нет возбудителей инфекционных болезней. На сегодняшний день классификация бактерий базируется на принципах генетической связи.

Надцарство Bacteria образуют следующие организмы:

• тонкостенные (грамотрицательные);
• толстостенные (грамположительные);
• без стенок клетки (микоплазмы).

Внутри надцарства микроорганизмы классифицируются на шесть таксономических групп:

• Класс.
• Порядок.
• Семейство.

Главная группа – это вид. Он представлен как совокупность особей с одинаковым генезисом и генотипом, связанных схожими признаками и отличных от прочих видов.

Наименование вида определяется бинарной номенклатурой (то есть название сформировано из двух слов). Возбудитель сифилиса, например, обозначается как Treponema pallidum. Первая часть наименования обозначает род, указывается с заглавной буквы. Вторая указывает на вид, прописывается с маленькой буквы. Если вид упоминается вторично, наименование рода обозначается начальной буквой (T. padillum).

Самой распространенной считается фенотипическая группировка, включенная в девятое издание Определителя Берджи. Ее принципы базируются на структуре стенок клетки.

Определитель Берджи также классифицирует бактерии по окраске по Граму. Методика Грама – это способ исследования, при котором окрашивание позволяет дифференцировать организмы по биохимическим свойствам стенок их клетки. Метод разработал в 1884 году датский врач Грам.

Крупнейшие группы бактерий в классификации Берджи:

• Грамотрицательные.
• Грамположительные.
• Микоплазмы.
• Археи.

В определителе Берджи описания представлены по группам, включающим семейства, роды и виды. Иногда в группу включаются классы и порядки. Определитель Берджи выделяет 30 групп, включающих патогенные организмы, остальные 5 групп по Берджи не содержат патогенных видов.

В последние годы популярность набирает филогенетическая классификация, которая строится на принципах молекулярной биологии. В 60-е годы прошлого столетия был открыт один из первых способов определения родственных связей по схожести генома – методика сопоставления концентрации гуанина (элемента нуклеиновой кислоты) и цитозина (составляющей ДНК) в макромолекуле ДНК. Идентичные показатели их концентрации не свидетельствуют об эволюционной схожести микроорганизмов, но разница в 10% указывает на то, что бактерии относятся к разным родам.

В 70-е годы разработали еще одну методику, в корне изменившую теорию микробиологии – оценка последовательности генов в 16s рРНК. Посредством данного метода стало возможным выделение нескольких филогенетических группировок микроорганизмов и анализ их взаимосвязи.

Классификация на уровне вида осуществляется с помощью методики ДНК-ДНК гибридизации. Изучение досконально исследованных видов показывает, что 70% степени гибридизации описывают один вид, от 10% до 60% – один род, меньше 10% – различные роды.

Филогенетическая классификация частично копирует фенотипическую. Так, например, грамотрицательные входят и в ту, и в другую. Вместе с тем система грамотрицательных организмов практически полностью видоизменена. Архебактерии определены как независимый таксон высшего звена, некоторые таксономические группировки перераспределены, к одной категории отнесены микроорганизмы с различным экологическим предназначением.

Формы бактерий

Бактерии можно классифицировать, ориентируясь на их морфологию. Один из главных морфологических признаков – форма.

Выделяют несколько разновидностей:

• Шарообразная (кокки, диплококки, сарцины, стрептококки, стафилококки).
• Палочкообразная (бациллы, диплобациллы, стрептобациллы, коккобактерии).
• Витиеватая (вибрионы, спириллы).
• Спиралеобразная (спирохеты – тонкие, удлиненные, извилистые микроорганизмы с множеством завитков).
• Нитчатая.

На рисунке изображены их формы:

• 1 – микрококки;
• 2 – стрептококки;
• 3 – сарцины;
• 4 – бесспоровые палочки;
• 5 – споровые палочки (бациллы);
• 6 – вибрионы;
• 7 – спирохеты;
• 8 – жгутиковые спириллы;
• 9 – стафилококки.

Шарообразные бактерии имеют сферическую форму, также бывают овальные и бобовидные организмы.

Расположение кокков:

• По отдельности – микрококки.
• В паре – диплококки.
• В цепях – стрептококки.
• В форме виноградной лозы – стафилококки.
• В «пакетах» – сарцины.

Чаще всего встречаются палочкообразные бактерии. Палочки собираются поодиночке, в парах (диплобактерии) или в цепях (стрептобактерии). Ряд палочкообразных организмов может при тяжелых условиях формировать споры. Бациллы являются споровыми палочками. Бациллы, похожие на веретено, называются клостридиями.

Витиеватые микроорганизмы имеют форму запятой (вибрионы), тонкой извилистой палочки (спирохеты), также могут иметь несколько завитков (спириллы).

У архебактерий нет пептидогликана (компонента, выполняющего механическую функцию) в стенках клетки. Они обладают специфическими рибосомами и рибосомными РНК (рибонуклеиновая кислота).

Морфология тонкостенных грамотрицательных организмов:

• Шаровидная форма (гонококки, менингококки, вейлонеллы).
• Витиеватая (спирохеты, спириллы).
• Палочкообразная (риккетсии).

Среди толстостенных грамположительных микроорганизмов выделяют:

• Шарообразные (стафилококки, пневмококки, стрептококки).
• Палочкообразные.
• Разветвленные, нитевидные организмы (актиномицеты).
• Булавовидные организмы (коринебактерии).
• Микобактерии.
• Бифидобактерии.

Расположение и количество жгутиков

Морфология включает такой параметр, как месторасположение и количество жгутиков. По данному параметру различают:

• Монотрихи (единственный жгутик на полюсе их клетки).
• Лофотрихи (связка жгутиков на полюсе их клетки).
• Амфитрихи (два пучка жгутиков на их полюсах).
• Перитрихи (большое количество жгутиков по всей бактерии).

Наличие жгутиков свойственно кишечным микробам, холерному вибриону, спирилле, щелочеобразователям.

Расцветка стенок клетки

Окраска бактерий определяется концентрацией пептидогликана. Организмы, для которых характерно высокое содержание пептидогликана в стенках клетки (около 90%), имеют сине-фиолетовую окраску по Граму. Это грамположительные бактерии.

Все остальные бактерии, имеющие в оболочке от 5 до 20% пептидогликана, приобретают розоватую окраску. К ним причисляются грамотрицательные бактерии. Степень толщины пептидогликана у грамположительных организмов в несколько раз выше, чем у грамотрицательных.

Стенки клеток грамположительных организмов также включают полисахариды, тейхоевые кислоты и белки. Грамотрицательные бактерии покрывает внешняя мембрана, состоящая из липополисахаридов и базальных белков.

Расцветка по Граму позволяет классифицировать прокариоты на подкатегории. Толстостенные микроорганизмы из отдела Gracilicutes, протопласты и сферопласты с дефектной стенкой клетки окрашиваются грамотрицательно. Толстостенные бактерии типа Фирмикуты окрашиваются грамположительно.

Классификация по виду дыхания

По виду дыхания различают:

• аэробные;
• анаэробные организмы.

Клетки бактерий способны к дыханию, т. е. в них происходит окисление органических соединений кислородом, в результате чего образуется углекислый газ, вода и энергия. Эти организмы считаются аэробными, поскольку им нужен кислород. Они обитают на поверхности воды и земли, в воздушном пространстве.

Многие микроорганизмы существуют без кислорода, т. е. обходятся без дыхания. К ним относятся бактерии, участвующие в процессе разложения веществ при перегное. Такие организмы являются анаэробными. Дыхание заменяет брожение – разложение органических соединений без кислорода с выработкой энергии. В процессе брожения спирта образуется энергия в 114 кДж (или 27 килокалорий), в результате молочнокислого энергия составляет 94 кДж (или 18 килокалорий). Дыхание бактерий осуществляется в их лизосомах.

Способ питания

Классификация бактерий по типам питания:

• автотрофы;
• гетеротрофы.

Первые обитают в воздухе и используют неорганические вещества для продуцирования органических. Автотрофы используют солнечную энергию (цианобактерии) либо энергию неорганических соединений (серобактерии, железобактерии).

Классификация по ферментам

Ферменты играют важную роль в обменных процессах клетки. Они подразделяются на шесть групп:

• Оксиредуктазы.
• Трансферазы.
• Гидролазы.
• Лигазы.
• Лиазы.
• Изомеразы.

Вырабатываемые ферменты располагаются внутри клетки (эндоферменты) либо выводятся наружу (экзоферменты). Второй тип ферментов участвует в поступлении в клетку углерода и энергии. Большая часть ферментов из группы гидролаз причисляются к экзоферментам. Ряд ферментов (коллагеназа и т. д.) относится к ферментам агрессии. Отдельные ферменты расположены в стенках клетки. Они выполняют транспортную функцию, т. е. переносят в клетку вещества.

Бактерии – это безъядерные одноклеточные микроорганизмы, которые классифицируются по множеству параметров (способы дыхания и питания, строение стенки клетки, форма и т. д.). На сегодняшний день науке известно более 10000 видов бактерий, но предположительно их количество достигает миллиона.

Бактерии это одноклеточные организмы, лишенные хлорофилла.

Бактерии встречаются повсеместно, населяя все среды обитания. Наибольшее количество их находится в почве на глубине до 3 км (до 3 миллиардов в одном грамме почвы). Их много в воздухе (на высоте до 12 км), в организмах животных и растений (как живых, так и мертвых), не является исключением и организм человека.

Среди бактерий встречаются неподвижные и подвижные формы. Передви-гаются бактерии с помощью одного или нескольких жгути-ков, которые располагаются на всей поверхности тела или на определенном участке.

Клетки бактерий разнообразны по форме:

• шаровидные - кокки,
• палочковидные - ба-циллы,
• в форме запятой - вибрионы,
• извитые - спириллы.

Кокки :

Монококки: это отдельно расположенные клетки.

Диплококки: это парные кокки, после деления могут образовывать пары.

Гонококк Нейссера: возбудитель гонореи

Пневмококки: возбудитель крупозной пневмонии

Менингококки: возбудитель менингита (острое воспаление мозговых оболочек)

Стрептококки: это клетки округлой формы, которые после деления образуют цепочки.

α - зеленящие стрептококки

β - гемолитические стрептококки возбудители скарлатины, ангины, фарингита…

γ - не гемолитические стрептококки

Стафилококки: это группа микроорганизмов, которая не разошлась после деления, образует огромные беспорядочные грозди.

Возбудитель: гнойничковых заболеваний, сепсиса, фурункулов, абсцессов, флегмон, мастита, пиодермита и пневмонию у новорожденных.

Сарцины: это скопление кокков в группы в виде пакетиков по 8 и более кокков.

Палочковидные:

Это бактерии цилиндрической формы, похожие на палочки размером 1-5×0,5-1 мкм, чаще располагаются одиночно.

Собственно бактерии: это палочковидные бактерии, которые не образуют споры.

Бациллы: это палочковидные бактерии, которые образуют споры.

(бацилла Коха, кишечная палочка, возбудитель сибирской язвы, синегнойная палочка, возбудитель чумы, возбудитель коклюша, возбудитель мягкого шанкра, возбудитель столбняка, возбудитель ботулизма, возбудитель…)

Вибрионы:

Это слабо изогнутые клетки, напоминающие по форме запятые размером 1-3 мкм.

Холерный вибрион: возбудитель холеры. Обитает в воде, через которую происходит заражение.

Спириллы:

Это извитые микроорганизмы в виде спирали, с одни, двумя и более спиралевидными кольцами.

Безвредные бактерии, живущие в сточных водах и запруженных водоемах.

Спирохеты:

Это тонкие длинные топоровидные бактерии, представлены тремя видами: Трепонемы, Боррелия, Лертоспира. Для человека патогенна бледная трепонема - возбудитель сифилива передается половым путем.

Строение бактериальной клетки:

Структура бактериальной клетки хорошо изучена с помощью электронной микроскопии. Бактериальная клетка состоит из оболочки, наружный слой которой называется клеточная стенка, а внутренний - цитоплазматическая мембрана, а также цитоплазмы с включениями и нуклеотидами. Имеются дополнительные структуры: капсула, микрокапсула, слизь, жгутики, пили, плазмиды;

Клеточная стенка - прочная, упругая структура, придающая бактерии определенную форму, и «сдерживающая» высокое осмотическое давление в бактериальной клетке. Она защищает клетку от дейст-вия вредных факторов внешней среды.

Наружная мембрана представлена липополисахаридами, фосфолипидами и белками. С ее внешней стороны расположен липо-полисахарид.

Между клеточной стенкой и цитоплазматической мембранами находится периплазматическое пространство, или периплазма, содержащая ферменты.

Цитоплазматическая мембрана прилегает к внутренней по-верхности клеточной стенки бактерий и окружает наружную часть цитоплазмы бактерий. Она состоит из двойного слоя липидов, а также интегральных белков, пронизывающих ее насквозь.

Цитоплазма занимает основной объем бактериальной клетки и состоит из растворимых белков, рибонуклеиновых кислот, включений и многочисленных мелких гранул - рибосом, ответст-венных за синтез белков. В цитоплазме имеются различные включения в виде гранул гликогена, полисахаридов, жирных ки-слот и полифосфатов.

Нуклеотид - эквивалент ядра у бактерий. Он расположен в цито-плазме бактерий в виде двух нитчатой ДНК, замкнутой в кольцо и плотно уложенной наподобие клубка. Обычно в бактериальной клетке содер-жится одна хромосома, представленная замкнутой в кольцо мо-лекулой ДНК.

Кроме нуклеотида в бактериальной клетке могут находиться внехромосомные факторы наследственности - плазмиды, пред-ставляющие собой ковалентно замкнутые кольца ДНК и способ-ные к репликации независимо от бактериальной хромосомы.

Капсула - слизистая структура, прочно связанная с клеточной стенкой бактерий и имеющая четко очерченные внешние грани-цы. Обычно капсула состоит из полисахаридов, иногда из поли-пептидов,

Многие бактерии содержат микрокапсулу - слизистое образова-ние, выявляемое лишь при электронной микроскопии.

Жгутики бактерий определяют подвижность клетки. Жгутики представляют собой тонкие нити, берущие начало от цитоплазматической мембраны, они прикреплены к цитоплазматической мембране и клеточной стенке специальными дисками, имеют большую длину, они состоят из белка - флагеллина, закрученного в виде спирали. Жгутики выяв-ляют с помощью электронного микроскопа.

Споры - своеобразная форма покоящихся грамположительных бактерий, образующихся во внешней среде при неблагопри-ятных условиях существования бактерий (высушивание, дефицит питательных веществ и др.).

L-формы бактерий .

У многих бактерий при частичном или полном разрушении клеточных стенок образуются L-формы. У некоторых они возникают спонтанно. Обра-зование L-форм происходит под действием пенициллина, который нарушает синтез мукопептидов клеточной стен-ки. По морфологии L-формы разных видов бактерий сходны между собой. Они представляют шаровидные, образования различной величины: от 1-8 мкм до 250 нм, они способных, как и вирусы, прохо-дить через поры фарфоровых фильтров. Однако в отли-чие от вирусов L-формы можно выращивать на искусст-венных питательных средах, добавляя к ним пенициллин, сахара, лошадиную сыворотку. При удалении из пита-тельной среды пенициллина L-формы вновь превращают-ся в исходные формы бактерий.

В настоящее время получены L-формы протея, кишечной палочки, холерного вибриона, бруцелл, возбудителей газовой гангрены и столбняка и других микроорганизмов.

Грамположительные микроорганизмы (гр + м/о).

К ним относят : золотистый и эпидермальный стафилококк и стрептококк...

Место обитания : верхние дыхательные пути и кожа.

Резервуар : кожа, воздух, предметы ухода, мебель, постельные принадлежности, одежду.

При высушивании не погибают.

Размножение: вне человека не размножаются, но способны к размножению в продуктах питания при не правильном хранении.

Грамотрицательные микроорганизмы (гр - м /о).

К ним относят : кишечная палочка, клебсиелла, цитробактер, протей, синегнойная палочка...

Место обитания : кишечник, слизистая мочевыводящих и дыхательных путей…

Резервуар : влажная ветошь, щетки для мытья посуды, дыхательная аппаратура, влажные поверхности, лекарственные и слабые дез. растворы.

При высушивании погибают.

Размножение: накапливаются во внешней среде, в дез. растворах с заниженной концентрацией.

Передаются : воздушно-капельным и контактно-бытовым путем.