Морфология бактерий

Практическое занятие № 8

Морфология бактерий

По сравнению с морфологическим разнообразием многоклеточных организмов бактерии мало дифференцированы. Разли­чают 3 основных морфологических типа бактерий 1) кокки — сферические или шаровидные клетки (от гр. kokkus — ягода, зерно); 2) бактерии и бациллы — цилиндрические или палочковидные клетки (от гр. bakteria— палочка, латин. bacillum — палочка); 3) извитые формы. Большинство встречающихся в природе бактерий име­ют одну из перечисленных форм.

Сферические бактерии -кокки, они различаются своими размерами и взаимным расположением после деления клеток. Диаметр клеток у кокковидных форм варьирует от 1,5 до 2,5 мкм. Кокковые формы не образуют спор, неподвижны, разнообразны по физиологическим свойствам и широко распространены в природе.

Если клетки делятся в одной плоскости и располага­ются парами (рис.), они образуют диплококки (от гр. diploos —двойной). Иногда соединенные попарно кокки бывают почковидно изогнуты, напоминая кофей­ные, зерна. Такую форму имеет возбудитель гонореи Neisseria gonorrheae, возбудители эпидермического цере­броспинального менингита Neisseria meningitidis и неко­торые сапрофитные бактерии.

Если деление кокков происходит в одной плоскости, но особи не отделяются друг от друга и образуют длинные цепочки, напоминающие нити бус (рис.), они называются стрептококками (от гр. streptos — плетен­ный). Такую форму образуют Streptococcus pyogenes, Streptococcus faecalis (бактерия - индика­тор фекального загрязнения), молочнокислые стрепто­кокки — Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris и др.

Рис. Схема деления кокка водной плоскости.

Рис. Стрептококки.

Существуют кокки, которые делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, образуя группы по четы­ре кокка — тетрады. Тетрады часто окружены толстыми капсулами. Это редко встречающаяся форма. Например, представители рода Pediococcus или Aerococcus.

Некоторые кокки делятся правильно и относительно равномерно в трех взаимно перпендикулярных плоскос­тях и образуют скопления "кубической формы, в виде пакетов, состоящих из 8—16 и т. д. кокков (рис.). Эти кокки называются сарцинами (от лат. sarcio — соеди­няю). Примером таких форм являются пигментные фор­мы, наиболее часто встречающиеся в воздухе, воде и почве, Sarcina lutea и Sarcina flava, уролитическая сарцина Sporosarcina ureae отличается тем, что образует споры и окружена жгутиками.

Рис. Сарцины:

а — расположение делящей перегородки в трех взаимно перпендикуляр­ных плоскостях; б — Sarcina lutea; a — Sporosarcina ureae.

Некоторые кокки делятся неравномерно в нескольких плоскостях, образуют скопления, напоминающие виноградную гроздь, которые называют­ся стафилококками (от гр. staphylos — виноградная гроздь).

Среди стафилококков (рис.) встречаются свободноживущие сапрофиты в молочных и мясных продуктах, в почве, воздухе, морской и речной воде, на поверхности растений и патогенные, например, Staphylococcus aureus — возбудитель гнойных инфекций — ангин, фурункулезов, маститов, абсцессов внутренних органов и Staphylococcus epidermidis — Рис. Стафилококки.менее вирулентный возбудитель тех же инфекций.

На коже и слизистых теплокровных животных, в раз­личных пищевых продуктах, в воздухе встречаются ус­ловно-патогенные стафилококки.

Цилиндрические бактерии. Самой многочисленной и разнообразной группой бактерий являются палочковидные (цилиндрические) формы. Па­лочковидные формы, которые способны образовывать споры обозначают бациллами. Не способные к спорообразованию палочки называют бактериями.

Так как клеточная стенка палочковидных бактерий представляет собой достаточно твердую, неэластичную трубку, то они растут в основном в длину и колебания в их размерах касаются длины. Обычные размеры наиболее распространенных неспоро­носных бактерий 0,8*2—3 мкм, а спороносных бацилл 1,2—1,8*3,2—11 мкм. Ширина клетки более устойчива и колеблется в основном в пределах от 0,5 до 1 мкм.

Среди палочковидных форм есть очень короткие, дли­на которых не превышает диаметра, их называют коккобациллами. Таких форм немного. Их трудно отличить от кокков.

Если среди палочковидных форм встречаются парные соединения клеток, их называют диплобактериями, или диплобациллами. При наличии цепочек они обозна­чаются как стрептобактерии или стрептобациллы (рис.).

Среди спороносных видов постоянно возникают цепочки клеток, в то время как неспороносные бактерии обра­зуют цепочки редко. Некоторые палочки располагаются под углом друг к другу, образуя фигуры наподобие бук­вы X или цифры V. Концы у палочек бывают закруглен­ными, с обрезанными краями, у некоторых палочек края заострены, вытянуты, у других, наоборот, утолщены.

Рис. Стрептобактерии.

Та­кими мелкими признаками иногда пользуются для от­личия близких видов.

Неспороносные палочки. Типичны­ми представителями цилиндрических форм являются псевдомонасы. Эти бактерии используют широкий спектр питательных веществ и благодаря этому широко распространены в природе. Среди них встречаются как пато­генные для человека, животных, растений и насекомых, так и сапрофитные формы. Например, Pseudomonas aeruginosa — мелкие палочки, одиночные или соединенные в пары, сапрофиты, но часто являются возбудителями вторичной инфекции долго незаживающих ран и язв у человека и животных. Pseudomonas fluorescens — мел­кие палочки, часто встречающиеся в воде, почве, на раз­ных субстратах. Среди них встречаются высокопатоген­ные для личинок кровососущих комаров.

Одной из наиболее изученных неспороносных палочек является Escherichia coli. Эта палочка содержится в кишечнике человека и животных. По­этому обнаружение ее в воде и пищевых продуктах сви­детельствует о вероятном фекальном загрязнении. Некоторые штаммы кишечной палочки вызы­вают заболевание желудочно-кишечного тракта (эшерихиоз).

Палочки Serratia marcescens (от Serratia — имя итальянского мореплавателя, marces­cens — гниющий) обладают способностью образовывать кроваво-красный пигмент при развитии на пищевых про­дуктах.

В геохимических преобразованиях большая роль при­надлежит тионовым бактериям (Thiobacillus). Это ма­ленькие неспороносные палочки. Наиболее изучены из них Thiobacillus thiooxidans, окисляющие серу, и Thiobacil­lus ferrooxidans, окисляющие также и железо.

Палочки Salmonella typhi, Salmonella paratyphi, вы­зывающие брюшнотифозные заболевания, названы в честь Сальмона, выделившего их в 1885 г. в Америке. Палочки дизентерии Shigella названы шигеллами в честь микробиолога Шига, доказавшего в 1898 г. их роль в возникновении дизентерии.

Спорообразующие палочки широко рас­пространены в природе. Их обнаруживают в самых раз­личных почвах любых континентов, на скальных породах горных массивов, в морях, пресных водах озер и рек, во­дах глубинных нефтяных источников, в кишечнике человека и животных.

Облигатные анаэробные бациллы — клостридии Clostridium butyricum вызывают маслянокислое брожение с образованием в качестве главных продуктов масляной и уксусной кислот (рис.). Другие клостридии могут быть возбудителями раневых инфекций — гангрены (Clostridium perfringens), столбняка (Clostridium tetani). Clostridium botulinum (от лат. botulus — колбаса) продуцирует токсины, вызывающие опасные пищевые от­равления.

Довольно обширную группу бактерий составляют аэробные спорообразующие бациллы. Среди этих бацилл имеются патогенные для человека, животных и растений формы. Bacillus anthracis — возбудитель сибирской язвы у человека и животных, Bacillus thuringiensis — энтомо-патогенная бацилла.

К сапрофитным формам относятся Bacillus subtilis, Bacillus brevis, Bacillus megaterium, Bacillus cereus, Ba­cillus polymyxa.

Извитые бактерии. Извитые формы различаются по длине, толщине нити и по количеству и характеру завитков. Изогнутые палочки, называются вибрионами (рис.). Такое название они получили за способ­ность к быстрым колебательным движениям (от лат. vibrare — трепещущий). В основном это сапрофиты, ши­роко распространенные в загрязненных реках и озерах. Есть несколько видов патогенных для человека и животных. Возбудитель холеры - холерный вибрион отличается полиморфизмом. На некоторых питательных средах образует палочки, спира­ли, нити, гигантские и дрожжеподобные формы.

Слегка изогнутую палочку представляют бактерии, паразитирующие внутри клеток других бактерий. Напри­мер, Bdellovibrio bacteriovorus (рис.) — «пиявко - вибрион, пожирающий бактерии» (от лат. bdelio — пи­явка, vibrio — вибрион, vorus — пожирающий).

Desulfovibrio — сульфатвосстанавливающие вибрио­ны, широко распространенные в иловых отложениях во­доемов. Спирально-извитые, состоящие из одного или многих витков, называются спириллами (рис.). В основном это безвредные для челове­ка сапрофиты, распростра­ненные в тихой заводи стоя­чих и загрязненных вод, а также в гниющих остатках растительного и животного происхождения. Наиболее мелкий представитель спи­рилл Spirillum minus —патогенен, наиболее круп­ный Spirillum volutans —типичный сапрофит. Rhodospirillum rubrum — фотосинтезирующий организм.

А. Б. В.

Рис. Клетки клостридий (А.), вибрионов (Б.), спирилл (В.).

Изгибающиеся, сильно извитые клетки называются спирохетами (рис.). Клетки спирохет сильно вытянуты в длину и окружены тонкой, гибкой стенкой. Извитая форма спирохет поддерживается благодаря наличию особых фибрилл, состоя­щих из хитиноподобного вещества — кутина. Фибриллы располагаются обычно снаружи клетки, реже — внутри. Находящиеся снаружи клетки фибриллы у некоторых ви­дов спирохет образуют аксиальную нить, вокруг которой спирально изгибается клетка спирохеты. У дру­гих — образуется плоская килевидная мембрана вдоль всей клетки — криста. При разрушении аксиальной нити клетка становится прямой.

Многие представители спирохет живут как сапрофиты в пресных и соленых озерах, особенно в донных от­ложениях и гниющем иле, некоторые спирохеты — пара­зиты человека и животных, например, Treponema palli-dum — возбудитель сифилиса, Borrelia — возбудитель возвратного тифа, Leptospira — возбудитель инфекцион­ной желтухи, образует 15—20 чрезвычайно мелких за­витков (от гр. lepto — мелкий, spiera —завиток).

Рис. Спирохеты а. – возвратного тифа, б. – сифилиса, в – инфекционной желтухи.

Плеоморфные бактерии. Встречаются бактерии, обла­дающие морфологической изменчивостью плеоморфизмом. Такие бактерии в зависимости от условий могут иметь вид палочек, кокков или слабоветвящихся форм.

Довольно широко распространены миксобактерии, клетки которых имеют палочковидную или веретенообразную форму с острыми концами, они обладают боль­шой гибкостью и способны к скользящему движению в слизи, которую они продуцируют. Благодаря эластич­ной клеточной стенке они двигаются за счет сгибания тела. В подходящих условиях среды клетки миксобакте­рий образуют миксоспоры, собранные в плодовые тела. Миксоспоры могух быть заключены в спорангии, возвы­шающиеся над субстратом на простых или разветвлен­ных стебельках (рис.).

Рис. Плодовые тела миксобактерий.

Микобактерии — палочковидные клетки с неправиль­ными очертаниями. Контуры их искривлены, в разных местах они неодинаковой толщины, часто колбовидно раздутые. Клетки более или менее изогнутые, одиночные или соединены в пары или короткие цепочки. Цепочки никогда не бывают правильно очерченными и прямыми, обычно они угловато искривлены. Возможен нитевидный или мицелиеобразный рост. Величина клеток меняется в зависимости от вида культуры и состава сре­ды. Среди микобактерий есть патогенные: Mycobacterium tuberculosis — возбудитель туберкулеза, Mycobacterium leprae — возбудитель проказы. Сапрофитные микобакте­рий обитают в почве, где принимают активное участие в минерализации органических ос­татков.

Для коринебактерий характерно образо­вание клеток различной формы — сфери­ческих, палочковидных и даже разветвленных (рис.). Эти организмы, например Arthrobacter, обнаруживают некоторую способность к мицелиальному росту.

К плеоморфным организмам относятся риккетсии — короткие палочки размером около 0,3X1,0 мкм, назван­ные в честь Риккетса, впервые описавшего их. Это облигатные внутриклеточные паразиты. Они могут иметь не только форму палочек разной длины, но и кокков, диплококков, иногда нитей. Риккетсии являются возбу­дителями многих опасных болезней животных и человека (разные типы лихорадок, сыпной тиф, риккетсиозная оспа). Естественными очагами резервации и переносчиками риккетсий являются членис­тоногие — клещи, пухоеды, блохи, вши.

К микроорганизмам, не имеющим клеточной стенки, относятся микоплазмы. Они отличаются сильно выраженным плеоморфизмом. Их клетки имеют непра­вильную, изменчивую форму. Встречаются кокковидные, грушевидные клетки, иногда с нитевидными отростками. Они могут расти в виде тонких разветвленных или неразветвленных нитей, иногда спирализованных.

Многие микоплазмы являются возбудителями заболе­ваний растений, домашней птицы, животных и человека. Непатогенные виды микоплазм способны существовать в почве, паразитируя на других микроорганизмах. Свободноживущие микоплазмы найдены в горячих источни­ках и других средах с высокой температурой.

Контрольные вопросы. 1. Как классифицируются бактерии по морфологическим признакам? 2. Что определяет разнообразие шаро­видных форм бактерий? 3. Чем различаются палочковидные бакте­рии? Что такое бациллы? Каковы их особенности? 5. Чем отличаются извитые формы: вибрионы, спириллы, спирохеты? 6. Какие формы бактерий называют плеоморфными?

Задание:

1. Ознакомиться с теорией вопроса, составить конспект.

2. Микроскопировать с использованием иммерсионной системы и зарисовать готовые препара­ты разных форм бактерий: сарцины, стафилококки, стрептококки, стрептобациллы, спирохеты.

3. Зарисовать одиночную клетку, определить отношение к окраске по Грамму, характерный тип скопления клеток. Подписать латинские названия.

Материалы и оборудование: предмет­ные стекла с мазками фиксированных и окрашенных бактерий, иммерсионное масло, микроскоп, марлевые сал­фетки, бензин.