Паличкоподібні (цилідричні) бактерії

Особливості будови прокаріотів. Морфологічні типи бактеріальних клітин. Грампозитивні і грамнегативні бактерії. Будова бактеріальної клітини. Особливості організації ядерного апарату бактерій. Органи руху.

Вивчення клітинних макромолекул за допомогою антитіл і радіоактивних ізотопів. Гібридизація.

Гібридизація — схрещування різнорідних організмів, отримання гібридів. Гібридиза́ція — процес отримання гібридів, в основі якого лежить об'єднання генетичного матеріалу різних клітин в одній клітині.

Може здійснюватися в межах одного виду (внутрішньовидова гібридизація) і між різними систематичними групами (віддалена гібридизація, при якій відбувається об'єднання різних геномів). Для першого покоління гібридів часто характерний гетерозис, що виражається в кращій пристосованості, більшій плодючості і життєздатності організмів. При віддаленій гібридизації гібриди часто стерильні.

Гібридизація — процес, на основі якого виникає і реалізується комбінативна мінливість — один з факторів еволюції.

У молекулярній біології застосовують поняття молекулярна гібридизація — гібридизація між різними молекулами ДНК або між молекулами ДНК і РНК.

Міжвидове схрещування

Організми одного виду можуть схрещуватися один з одним. Хоча сумісність у межах одного виду і визначає можливість схрещування, ці кордони не є абсолютно суворими. Це стало очевидно на прикладі безлічі гібридів, які існують між різними видами (міжвидових гібридів). У селекції рослин і в сільському господарстві, здатність рослин до видового та міжвидового схрещування визначає переміщення генів серед культур і між культурами та їх дикими родичами. У деяких випадках, культурні рослини можуть взаємодіяти з відповідними дикими та формувати комплекси бур'ян — культура (цукровий буряк і дикий буряк). Популяції цих бур'янів можуть виступати як сховища чужорідних генів, в тому числі генів, введених за допомогою генної інженерії. Ці бур'яни можуть також виступати в якості містка, по якому гени переміщаються від культури до дикої рослини та навпаки.

Тема лекційного заняття 2. Загальна характеристика клітин різних форм живих організмів. Еволюційний розвиток клітин – 8 год. /0,23 кредит.

Історія.

Вперше бактерії спостерігав Антоні ван Левенгук в 1674 році, використовуючи мікроскоп, сконструйований ним самим. Назва «бактерія» з'явилася пізніше, вона була запропонована Крістіаном Ернбергом в 1828, виведене з грецького слова βακτηριον, яке означало «маленька паличка».

Луї Пастер продемонстрував в 1859 році, що процес бродіння викликається ростом мікроорганізмів, і що цей ріст не може бути зародженим мимовільно (хоча слід відмітити, що дріжджі, які зазвичай пов'язані з бродінням — не бактерії, а гриби). Разом з його сучасником, Робертом Кохом, Пастер був одним з авторів і перших захисників бактеріальної теорії виникнення хвороб. Роберт Кох був піонером медичної мікробіології, працюючи з такими хворобами, як холера, сибірська виразка і туберкульоз. У своєму дослідженні туберкульозу Кох остаточно довів бактеріологічну теорію, за що і був нагороджений Нобелівською премією 1905 року. У своїх «Постулатах Коха» він встановив критерії перевірки, чи хвороба викликається мікроорганізмом; ці постулати все ще використовуються сьогодні.

Хоча в 19 столітті вже було відомо, що бактерії — причина багатьох хвороб, не існувало ніяких ефективних засобів антибактеріального лікування. У 1910 році Пауль Ерліх створив перший антибіотик, модифікувавши фарбник, який вибірково фарбував бактерію Treponema pallidum — спірохету, що викликає сифіліс — у речовину, яка вибірково вбиває патоген. Ерліх був також нагороджений Нобелівською премією за свою роботу з імунології та відкриття використання фарбників для виявлення та ідентифікації бактерій, його робота стала основою для створення фарбування за Грамом і фарбування за Зіль-Нельсеном. В кінці 19 — на початку 20 століття завдяки працям Мартінуса Бейєрінка і Сергія Миколайовича Виноградського були закладені основи загальної та екологічної мікробіології.

Важливий крок вперед у вивченні бактерій був зроблений в 1977 році Карлом Воузом, який встановив, що археї — окрема від бактерій лінія еволюційного розвитку. Ця нова філогенетична таксономія була заснована на встановленні послідовності 16S рибосомної РНК і поділила прокаріоти на два окремих домени, як частину системи трьох доменів

Будова прокаріотичних (доядерних) організмів значно простіша, ніж еукаріотичних. Прокаріоти – бактерії, синьо-зелені водорості (ціанобактерії). Клітини прокаріотів не мають сформованого ядра – його замінює особлива ядерна зона в цитоплазмі. У прокаріотів немає типових хромосом, їхній спадковий матеріал представлений лише молекулою ДНК, яка не має зв’язку з білками. Прокаріоти позбавлені деяких органел, характерних для клітин еукаріотів: ендоплазматичної сітки, мітохондрій, пластид, апарата Гольджі, лізосом та ін. Рибосоми прокаріотів дрібніші, ніж у еукаріот. Функціональну роль мітохондрій та пластид у клітинах прокаріотів виконують досить просто побудовані мембранні структури. Порівняння основних ознак прокаріотів та еукаріотів наведено у таблиці.

Ознака	Прокаріоти	Еукаріоти
Організми	Бактерії	Протоктисти, гриби, рослини, тварини
Розміри клітин	Середній діаметр складає 0,5 – 10 мкм	Діаметр складає 10 – 100 мкм; об’єм клітини у 1000 – 10 000 разів більший, ніж у прокаріотів
Форма	В основному одноклітинні	В основному багатоклітинні
Виникнення у процесі еволюції	3,5 млрд. років назад	1,2 млрд. років назад
Клітинний поділ	В основному простий поділ навпіл; веретено не утворюється	Мітоз, мейоз або сполучення цих способів поділу; веретено утворюється
Генетичний матеріал	Нуклеоїд – закільцована ДНК, не оточена мембраною, не зв’язана з білками або РНК; хромосом немає	ДНК лінійна, локалізована у ядрі, зв’язана з РНК та білком; наявні хромосоми
Синтез білків	70S - рибосоми (дрібні). Ендоплазматичного ретікулуму нема (розбіжності й у багатьох інших деталях білкового синтезу, включаючи чутливість до антибіотиків)	80S - рибосоми (великі). Рибосоми можуть бути прикріплені до ендоплазматичного ретікулуму
Органели	Органел мало. Жодна не має оболонки (подвійної мембрани). Внутрішні мембрани зустрічаються рідко; у разі, якщо вони є, – ассоційовані з процесами дихання та фотосинтезу	Органел багато. Органели оточені мембранами (ядро, мітохондрії, хлоропласти) Велика кількість органел, оточених одинарною мембраною (апарат Гольджі, лізосоми, вакуолі, мікротільця, ендоплазматичний ретікулум)
Клітинна стінка	Жорстка, містить полісахариди і амінокислоти; основний опорний матеріал – муреїн	Клітинні стінки зелених рослин і грибів жорсткі, містять полісахариди; основний опорний матеріал у рослин – целюлоза, у грибів – хітин (у клітинах тварин клітинна стінка відсутня)
Джгутики	Прості, мікротрубочок немає; розташовані позаклітинно (не оточені плазматичною мембраною); діаметр 20 нм	Складні, з розташуванням мікротрубочок “9+2”; оточені плазматичною мембраною; діаметр 200 нм
Дихання	У бактерій відбувається у мезосомах, у ціанобактерій – на цитоплазматичних мембранах	Аеробне дихання відбувається у мітохондріях
Фотосинтез	Хлоропластів нема; відбувається на мембранах	У хлоропластах, які містять мембрани, упаковані у ламелли або грани
Фіксація азоту	Деякі мають таку здатність	Жоден організм не здатний до фіксації азоту

За формою клітин бактерії поділяються на чотири основні групи:

- кулясті (кокові);

- паличкоподібні;

- звивисті;

- нитчасті.

Кокові бактерії (від лат. сoccus – кулька) можуть бути суто кулястої, злегка подовженої (еліпсоїдної) або увігнутої форми. Характеризуються нерухливістю та нездатністю до спороутворення.

Залежно від характеру поділу та розташування клітин після нього коки поділяються на кілька морфологічних груп:

- 1) мікрококи (від лат. micros – малий) – характеризуються поодиноким невпорядкованим розташуванням клітин. Більшість – сапрофіти, розповсюджені у воді, ґрунті, харчових продуктах. Рідко зустрічаються патогенні форми; Представники: Micrococcus luteus, M. ro­seus, M. lysodeikticus, M. varians.

- 2) диплококи (від лат. diplos – подвійний) – характеризуються розташуванням клітин попарно. В основному – патогенні форми (збудники пневмонії, менінгіту, гонореї). Представники: Azotobacter chroococcum, Neisseria gonorrhoeae, N. meningitidis.

N. gonorrhoeae – збудник гонореї та бленореї. Розташовується в організмі хазяїна як внутрішньоклітинно, так і позаклітинно. Джерелом захворювання є хвора людина. Збуд­ник передається статевим шляхом, іноді через предмети туалету (мочалки, рушник та ін.). Шлях проникнення – крізь слизові оболонки статевих органів. Супроводжується гострим гнійним запаленням уретри, шийки матки у жінок, кон'юнктиви.

N. meningitidis – збудник менінгіту. Джерелом захворювання є хворі та носії. Інфек­ція передається повітряно-крапельним шляхом. Первинно збудник локалізується у носо­глотці, звідти потрапляє у лімфатичні судини та кров; потім менінгококи проникають у мозкові оболонки.

- 3) стрептококи (від грецьк. streptos – ланцюг) утворюють ланцюжки, які складаються з окремих кулеподібних клітин. В основному – сапрофіти. Представники: Streptococcus pyogenes, S. faecalis, S. lactis.

S. lactis – приймає участь у молочнокислому бродінні.

S. faecalis – живуть у кишечнику людини та тварин. Відносяться до представників нормальної мікрофлори. Має антагоністичну активність по відношенню до дизентерійної, черевнотифозної, паратифозної та кишкової паличок.

S. pneumoniae – викликають крупозну пневмонію, яка характеризується гострим перебігом та циклічністю. Можуть викликати септицемію, менінгіт, ураження суглобів, отит, ангіни та інші інфекційні процеси.

S. pyogenes – виділено із тканин при бешисі та нагноюванні ран.

- 4) тетракоки (від грецьк. tetra – чотири) поділ клітини можливий у двох взаємно перпендикулярних площинах, у результаті чого утворюються сполучення по чотири клітини. В основному – сапрофіти, зустрічаються досить рідко; Представники: Deinococcus proteolyticus, D. radiodurans, Stomatococcus mucilagi­nosus.

S. mucilaginosus – коменсали ротової порожнини та верхніх дихальних шляхів люди­ни, можуть бути пов’язані з інфекційними процесами.

- 5) сарцини (лат. sarcio – зв‘язувати) утворюють сполучення з 8, 16 та більше клітин в результаті поділу у трьох взаємно перпендикулярних площинах (пакетні коки). Сапрофіти. Дуже поширені. Хворо­ботворних видів серед сарцин не встановлено. Представник: S. ventriculi.

6) Стафілококи (від грецьк. staphylos – гроно) – утворюють сполучення неправильної форми, які нагадують виноградні грона. Більшість – патогенні (збудники нежіті, ангіни, отруєнь, гнійних уражень).

- Діаметр кокових бактерій дорівнює 0,5…4 мкм. Серед ста­філококів зустрічаються вільноживучі сапрофіти (на молочних, м‘ясних продуктах, у ґрунті, повітрі, на поверхні рослин), а також патогенні для людини форми. Пред­ставники: Staphylococcus aureus, S. epidermidis, S. saprophyticus, S. haemolyticus.

Стафілококи проникають в організм людини крізь шкіряні покриви і слизові обо­лонки повітряно-крапельним та повітряно-пиловим шляхом. Практично всі органи й тка­нини людського організму можуть бути уражені запальними процесами, зумовленими ста­філококами. Патогенні стафілококи викликають у людини абсцеси, перетоніти, фурун­кульози, остеомієліти, екземи, панаріціі, менінгіти, апендицити, пневмонії та ін.

Паличкоподібні бактерії мають форму паличок. Розрізняються різноманітністю розмірів, форм, розташуванням клітин. Розміри варіюють від 2 – 5 до 10 – 12 мкм. Кінці клітин можуть бути рівними, заокругленими, потовщеними або загостреними.

Взаємне розташування клітин: монобактерії, дипло- та стрептобактерії.

Можуть бути грампозитивні або грамнегативними. Рухливість залежить від видової приналежності, а також від віку культури та умов вирощування. Рухливі паличкоподібні бактерії пересуваються за допомогою джгутиків, які здійснюють обертові рухи і по-різному розташовані на мікробній клітині.

За здатністю утворювати спори паличкоподібні бактерії поділяються на три великі групи:

- бактерії (Bacterium) – безспорові,

- бацили (Bacillus) – утворюють ендоспори без зміни форми клітини;

- клостридії (Clostridium) – у процесі спороутворення спостерігається зміна форми клітини і з паличкоподібної вона стає веретеноподібної або подібною до барабанної палички.

Паличкоподібні бактерії:

1 – Bacterium; 2 – Bacillus; 3 – Clostridium: (а – термінальне розташування спори; б – субтермінальне)

До спороутворюючих відносять такі види бактерій: Amphibacillus, Bacillus, Clostri­dium, Desulfotomaculum, Oscillospira, Sporohalobacter, Sporolactobacillus, Sporosarcina, Syn­trophospora, Sulfobacillus.

Рід Amphibacillus – єдиний вид A. xylanus (0,3-0,5 х 0,9-1,9 мкм). Виділені із гній­ного компосту, трави, рисової соломи. Грампозитивні. Ендоспори розміщуються цен­трально.

Рід Bacillus – прямі палички (0,5-2,5 х 1,2-10 мкм) із закругленими або “обруб­леними” кінцями, часто утворюють пари, або ланцюжки. Грампозитивні. Ендоспори роз­ташовуються в центрі, клітин не деформують.

B. subtilis – типовий мешканець ґрунтів, м’ясних, молочних продуктів, а також від­носиться до нормальної мікрофлори травного тракту людини.

B. thuringiensis – містить пароспоральні тільця, які проявляють патогенні власти­вості по відношенню до личинок комарів.

B. anthracis – збудник сибірської виразки. Люди заражуються від хворих тварин, а також через вироби з інфікованої сировини (шуби, шапки, хутряні рукавиці та інші), мож­ливе зараження через комах. Сибірська виразка проявляється у трьох клінічних формах: шкіряній, легеневій та кишковій. При шкіряній формі утворюються карбункули. При ле­геневій – хвороба має вигляд тяжкої бронхопневмонії. При кишковій – уражуються сли­зові оболонки кишок із крововиливами та некрозами.

Рід Clostridium – (0,3-2,0 х 1,5-20,0 мкм). Утворюють овальні або сферичні спори, які зазвичай деформують клітину. Грампозитивні.

Анаеробна інфекція (збудник газової гангрени) є захворюванням полімікробного характеру. Воно зумовлюється дією декількох видів із роду Clostridium в асоціації з різ­ними аеробними мікроорганізмами (патогенними стафілококами та стрептококами). До збудників анаеробної інфекції нале­жать C. novyi, C. septicum, C. perfingens та інші.

C. botulinum (від лат. botulus – ковбаса) – збудник ботулізму. Причиною захво­рювання є вживання ковбасних виробів, консервів, консервованих грибів та інших про­дуктів, які інфіковані збудником ботулізму. Патологічний процес, зумовлений екзоток­сином, який всмоктується крізь кишечник, надходить у кров, уражує мозок, серцево-су­динну систему та м’язи. При ботулізмі з’являється сухість у роті, головний біль, блювота, параліч очних м’язів, по­рушення акомодації, глухота. Летальність – 40-60%.

С. tetani – збудник правцю. Джерелом зараження є тварини та людина, які виді­ляють клостридії з випорожненнями у ґрунт. Захворювання правцем пов’язане із травма­тизмом. Захворювання починається із судомних скорочень м’язів ділянок тіла куди пот­рапив збудник, потім відбувається тонічне скорочення жуйних м’язів, м’язів обличчя, по­тиличних м’язів, потім м’язів спини та кінцівок. Тіло хворого приймає вигляд дуги, хво­рий лежить, впираючись потилицею та тазом. Летальність – 35-70%.

Рід Desulfotomaculum (0,3-1,5 х 3-9 мкм). Грамнегативні, хоча мають клітинну стін­ку грампозитивного типу. Утворюють овальні або сферичні спори, термінальні або суб­термінальні, злегка розтягують клітину. Розповсюджені в ґрунті. D. nigrificans, D. rumi­nis.

Рід Sporosarcina – клітини овальні або сферичні, оточені джгутиками. Утворюють диплококи або тетради. Широко розповсюджені в ґрунті. S.urea, S. halophila.

Рід Sulfobacillus (0,6-0,8 x 1,0-6,0 мкм). Палички поодинокі, у парах або коротких ланцюжках. Грампозитивні. Ендоспори сферичні або злегка витягнуті, субтермінальні чи термінальні, розтягують клітину. Оптимальна температура для росту – 50⁰ С, рН – 1,9-2,4. Виділені з покладів піриту. Єдиний вид S. thermosulfidooxidans.

Неспороутворюючі палички. Хоча вважають, що спороутворюючі бактерії є більш пристосованими до переживання несприятливих умов оточуючого середовища, аспорогенні форми бактерій є більш розповсюдженою групою. Найбільш відомими пред­ставниками серед неспороутворючих паличок є:

- Esherichia coli, завжди виділяється із вмісту кишок та фекалій людини, тому її нази­вають “кишкова паличка”. Мікроорганізм було виділено Т.Ешеріхом у 1885 році з випо­рожнень ссавців. За кількістю E.coli в 1 літрі води (колі-індекс) визначають біологічну забрудненість водойм.

- Serratia marcescens – раніше мала назву Bacterium prodigiosum (чудесна паличка). Поява цього абсолютно безпечного для людини мікроорганізму на продуктах харчування, іко­нах, вівтарях супроводжувалась панікою. Справа в тому, що цей мікроб має криваво-чер­воний пігмент, і поява ікон, що плачуть кривавими сльозами, або хліба з такими пля­мами, сприймалося людьми як страшне знамення. Так існує давній переказ, що під час осаду Тіру у війську А.Македонського виникла паніка через те, що на хлібі з’явились “криваві” плями. Але мудрець заспокоїв солдат, пояснивши “криваві” плями тим, що їх чекає кривава розправа над ворогом.

Серед неспороутворюючих паличок також досить відомими є бактерії, які викли­кають такі розповсюджені захворювання, як дизентерія, черевний тиф, сальмонельоз. Збудником черевного тифу та паратифу є Salmonella typhi та S. paratyphy. Збудник ди­зентерії Shigella sonnei, S. dysenteriae, S. flexneri. Мікроорганізми роду Proteus (P. vul­garis, P.rettgeri) виділяються при харчових токсикоінфекціях, нагноюванні ран.

Дата добавления: 2014-11-20