PR_mikrobiologia_1_2022

Классификация
микроорганизмов

В настоящее время мир микроорганизмов подразделяют на следующие формы:
1. Неклеточные формы: прионы; вироиды; вирусы.
2. Клеточные формы:
2.1. Прокариоты:
Домен Bacteria:
- бактерии с тонкой клеточной стенкой (грамотрицательные);
- бактерии с толстой клеточной стенкой (грамположительные);
- бактерии без клеточной стенки (микоплазмы).
Домен Archaea: архебактерии.
2.2. Эукариоты: простейшие; грибы.

Классификация микроорганизмов
В настоящее время в классификации микроорганизмов используются следующие таксономические категории:
надцарство или домен (Domain),
царство (Regnum),
филум, тип, отдел (Phylum),
класс (Classis),
порядок (Ordo),
семейство (Familia),
род (Genus),
вид (Species).
Эти категории являются обязательными.

Классификация микроорганизмов
Необязательными категориями являются:
подкласс (Subclassis),
подсемейство (Subfamilia),
подрод (Subgenus),
подвид (Subspecies).

Классификация микроорганизмов
Основной таксономической единицей является вид.
Вид – это группа близких между собой микробов, имеющих общее происхождение, сходные морфологические, биохимические и физиологические признаки, приспособленные к определенной среде обитания.
Подвид – это совокупность бактерий определенного вида, отличающихся некоторыми признаками, не препятствующими их объединению в вид.

Классификация микроорганизмов
Род – это группа микроорганизмов близкородственных видов с общими свойствами. Каждый род имеет типовой вид, на основе которого он формируется. Например, вид Escherichia coli является типовым для рода Escherichia.
Семейство - это совокупность родов, имеющих общие основные свойства. Сходные семейства объединяются в порядок, а порядки – в классы, типы, царство и домен.

Классификация микроорганизмов
Вариант – это бактерии одного вида, отличающиеся по тем или иным свойствам.
В медицинской бактериологии обычно выделяют серологические варианты (серовары), варианты с разной чувствительностью к бактериофагам (фаговары), варианты, различающиеся по биохимическим свойствам (хемовары), биологическим или культуральным признакам (биовары), патогенности (патовары), морфологическим характеристикам (морфовар).

В микробиологии для обозначения микробных культур используются специализированные термины:
Культура - это микроорганизмы, выращенные на плотной или в жидкой питательной среде в лабораторных условиях.
Чистая культура представляет собой культуру микробов из особей одного вида.
Смешанная культура представляет собой совокупность бактерий нескольких видов, выросших в питательной среде при посеве исследуемого материала или при попадании в питательную среду, засеянную одним видом микроба, еще и других видов микроорганизмов из внешней среды.

Клон (греч. klon - отводок) - это культура микробов, полученная в результате размножения на питательной среде одной бактериальной клетки определенного вида (потомство одной клетки).
Штамм (нем. stammen - происходить) - это чистая культура определенного вида микроба, выделенная из того или иного конкретного объекта (какого-либо организма или объекта окружающей среды) и отличающаяся от эталонного штамма незначительными изменениями свойств. Разные штаммы одного вида микроорганизмов могут различаться по таким признакам как чувствительность к антибиотикам, способность синтезировать некоторые ферменты и т. д.
Популяция - это совокупность бактерий одного вида, полученная при выращивании на питательной среде одной или нескольких клеток.

Принципы классификации микроорганизмов
Морфологические и тинкториальные свойства - величина, форма клеток, наличие капсулы, спор, жгутиков, способность окрашиваться красителями.
Тип дыхания – потребность в газообразном кислороде.
Биохимические свойства - способность ферментировать углеводы, расщеплять белки.
Антигенная структура – наличие антигенов.
Чувствительность к бактериофагам.
Химический состав - содержание и состав углеводов, липидов, белков.
Генетическое родство с другими бактериями.

Морфология бактерий

По форме клеток бактерии подразделяются на 3 основные группы:
шаровидные формы или кокки;
палочковидные формы или палочки;
извитые формы.

Кокки - в зависимости от взаимного расположения клеток после деления различают следующие виды кокков:
микрококки
диплококки
стрептококки
тетракокки
сарцины
стафилококки

микрококки

диплококки
Neisseria meningitidis

стрептококки

стрептококки
Streptococcus pyogenes

Тетракокки, сарцины

Тетракокки, сарцины

стафилококки

стафилококки
Staphylococcus aureus

Палочковидные бактерии

Палочковидные бактерии подразделяются на 2 группы:
не образующие спор палочки;
образующие споры палочки.

Clostridium и Bacillus

По размерам палочковидные бактерии распределяются на:
мелкие – до 1,5 мкм;
средних размеров (1,5 – 3 мкм);
крупные (более 3 мкм).

По форме концов бактериальной клетки выделяют:
закругленные;
обрубленные;
утолщенные;
расщепленные.

Escherichia coli
Т. Эшерих (1885)

Bacillus anthracis

Corynebacterium diphtheriae

Bifidobacterium bifidum

Палочковидные бактерии
Стороны бактериальной клетки:
параллельны, как в случае Escherichia coli или Bacillus anthracis
выпуклы - похожие на бочонок Yersenia pestis
вогнуты - Corynebacterium diphthеria

Yersenia pestis

Палочковидные бактерии
По взаимному расположению клеток:
беспорядочно расположенные;
попарно расположенные (диплобактерии);
цепочками (стрептобактерии);
под углом (L, V, X).

диплобактерии

Bacillus anthracis

Corynebacterium diphtheriae

Изогнутые и извитые бактерии

Изогнутые
Холерный вибрион Vibrio cholerae

Извитые бактерии
спириллы
спирохеты

Спирохеты - тонкие подвижные извитые микроорганизмы.
В эту группу входят представители трех родов:
Treponema
Leptospira
Borrelia

Трепонемы

Боррелии

Лептоспиры

Структурные элементы
бактериальной клетки

Главными отличиями прокариотической
(бактериальной) клетки от эукариотической является отсутствие:
оформленного ядра (отсутствие ядерной мембраны),
ядрышек,
комплекса Гольджи,
лизосом,
митохондрий.
Структурные элементы бактериальной клетки

Структурные элементы бактериальной клетки
Нуклеоид
Цитоплазма
Клеточная мембрана
Клеточная стенка
Включения
Рибосомы
Плазмиды
Поверхностные структуры

Структурные элементы бактериальной клетки
Нуклеоид – гигантская кольцевая молекула ДНК – геном бактериальной клетки (около 1000 генов). Нуклеоид не отделен от цитоплазмы мембраной.
Цитоплазма – коллоид, т.е. водный раствор белков, углеводов, липидов, минеральных веществ, в котором находятся рибосомы, включения, плазмиды.

Структурные элементы бактериальной клетки
Рибосомы прокариот отличаются от эукариотических размерами (70 S). На рибосомах происходит биосинтез белка.
Включения – запасные питательные вещества бактериальной клетки - гранулы волютина (неорганического полифосфата), гликоген, крахмал, капли жира, скопления пигмента и т.д.

Плазмиды
Небольшие кольцевые молекулы ДНК, способные к автономной репликации в цитоплазме. Могут нести полезную для бактериальной клетки информацию (гены устойчивости к антибиотикам).
Участвуют в обмене генетической информацией между бактериальными клетками.

Структурные элементы бактериальной клетки
Клеточная мембрана (КМ) – ограничивает цитоплазму. Состоит из двойного слоя фосфолипидов и встроенных мембранных белков.
Мезосомы - впячивания клеточной мембраны в цитоплазму. Мезосомы служат для увеличения поверхности КМ и повышения скорости обменных процессов.

Функции клеточной мембраны
Избирательная проницаемость.
Транспорт питательных веществ.
Энергетическая – на внутренней поверхности расположены ферменты дыхательной цепи и происходит синтез АТФ.

Клеточная стенка
Функции:
формообразующая;
защита от осмотического шока;
участие в регуляции роста и
делении бактерий;
рецепторная.

Строение клеточной стенки
В 1884 году
датский бактериолог
Ганс Кристиан Грам
предложил
метод окраски
бактерий

После окраски по Граму бактерии, имеющие толстую клеточную стенку окрашиваются в фиолетовый цвет – их называют
Грам-положительными (Грам+)
Бактерии, имеющие тонкую клеточную стенку окрашиваются в красный цвет – их называют
Грам-отрицательными (Грам -)

Грам +
Грам -
Staphylococcus
Escherichia

Клеточная стенка грамположительных бактерий
Состоит из многослойного пептидогликана (муреина), пронизанного молекулами тейхоевой и липотейхоевой кислот.
Пептидогликан клеточной стенки образован параллельно расположенными молекулами гликана, состоящего из остатков N-ацетилглюкозамина и N- ацетилмурамовой кислоты.

Тейхоевые кислоты (греч. teichos - стенка) представляют собой цепи из остатков глицерола и рибитола, соединенных фосфатными мостиками.
Пептидогликан и тейхоевые кислоты в конечном итоге формируют так называемый муреиновый мешок, покрывающий клетку снаружи.
Тейхоевые кислоты выполняют также антигенную и адгезивную функции грамположительных бактерий.
Клеточная стенка грамположительных бактерий

Клеточная стенка Грам+ бактерий

Среди грамположительных бактерий выделяют бактерии с кислотоустойчивым типом клеточной стенки.
К ним относятся микобактерии и коринебактерии.

Клеточная стенка кислотоустойчивых бактерий
Отличается по строению от клеточных стенок и грамположительных, и грамотрицательных бактерий.
Выделяют три основных структурных компонента:
пептидогликан,
арабиногалактан (полисахарид),
миколовые кислоты.

Клеточная стенка кислотоустойчивых бактерий
Наружные слои клеточной стенки представлены поверхностными гликолипидами (сульфолипидами).
В средней части клеточной стенки основными компонентами являются разветвленные жирные (миколовые) кислоты.
Миколовые кислоты обеспечивают высокую химическую устойчивость.

Клеточная стенка кислотоустойчивых бактерий
Внутренние слои образованы арабиногалактаном и пептидогликаном. Пептидогликан непосредственно примыкает к цитоплазматической мембране.
Липоарабиноманнан заякорен на цитоплазматической мембране, пронизывает клеточную стенку и выходит на ее поверхность. Концевые фрагменты липоарабиноманнана подавляют активацию Т-лимфоцитов и лейкоцитов, вызывая нарушения иммунного ответа.

Строение клеточной стенки
Mycobacterium tuberculosis
Поверхностные гликолипиды
Миколовые кислоты (миколаты)
Липоарабиноманнан
Арабиногалактан
Пептидогликан
Цитоплазматическая мембрана

Клеточная стенка микобактерий
Такая клеточная стенка гидрофобна и плохо проницаема для различных веществ, что обуславливает сниженный метаболизм в клетке, трудности окраски и устойчивость к физическим и химическим факторам.
По методу Грама данные бактерии окрашиваются плохо (условно грамположительны).
Для окрашивания применяют метод Циля – Нельсена для выявления кислотоустойчивых бактерий.

метод Циля – Нельсена

Клеточная стенка грамотрицательных бактерий
В ней выделяют внешнюю (наружную) мембрану и тонкий пептидогликановый слой или муреиновый мешок.
Пептидогликан грамотрицательных бактерий является однослойным и не содержит тейхоевых кислот.
Внешняя мембрана грамотрицательных бактерий представляет собой фосфолипидный бислой, содержащий белки и липополисахарид.

Липополисахарид – эндотоксин
Липид А
Полисахаридное
ядро
Концевые
олигосахариды

Клеточная стенка
Грам- бактерий

По строению бактериальной оболочки различают еще несколько морфологических типов бактерий:
бактерии, не имеющие клеточной стенки (микоплазмы);
грамотрицательные бактерии, имеющие клеточную стенку, лишенную пептидогликана и состоящую только из внешней мембраны (хламидии).

Бактерии без клеточной стенки – микоплазмы.
Особенностью микоплазм является то, что в составе их оболочки отсутствует клеточная стенка.
Снаружи у микоплазм располагается трехслойная цитоплазматическая мембрана, содержащая значительное количество липидов, в том числе холестерин.

Бактерии с клеточной стенкой, содержащей внешнюю мембрану, но лишенной пептидогликана – хламидии. Оболочка хламидий состоит из двуслойной цитоплазматической мембраны и клеточной стенки в виде внешней мембраны.
Клеточная стенка хламидий лишена пептидогликана и представляет собой двухслойную внешнюю мембрану, содержащую пептиды, перекрестно сшитые дисульфидными мостиками.
Клеточная стенка хламидий содержит также гликолипиды, сходные с ЛПС других грамотрицательных бактерий

Бактерии, лишенные полностью или частично клеточной стенки, называются L- формами
L- форма Грам+ бактерий называется протопласт
L- форма Грам- бактерий называется сферопласт

Поверхностные структуры бактериальной клетки

Поверхностные структуры бактериальной клетки
Капсула
Пили
Жгутики

Капсула
Поверхностная структура гелеобразной консистенции.
Состав: полисахариды или белки
Функция: защита от фагоцитоза и факторов внешней среды.
Макрокапсула различима при световой микроскопии.
Микрокапсула – только при электронной микроскопии.

Органы прикрепления к
субстрату – пили
(фимбрии, ворсинки)
Белок -
пилин

F – пили
(пили фертильности)
Участвуют в обмене генетической информацией
между бактериальными клетками

Органы движения
Жгутики – спиральные нити
Белок - флагеллин

Монотрих
(Trichos – волос)

Лофотрихи
(Lophos – кисточка)

Амфитрих
(Аmphi — с обеих сторон)

Перитрих

Спорообразование
у бактерий

При неблагоприятных условиях некоторые бактерии способны образовывать споры - покоящиеся клетки.
Одна клетка образует одну спору, т.е. спорообразование у бактерий не является формой размножения, а служит для сохранения вида.

Способность к спорообразованию является видовым признаком.
Например: к спорообразованию способны представители родов Bacillus и Clostridium.

Спорообразование
Bacillus

Спорообразование
Clostridium

Clostridium и Bacillus

Методы определения вида микроорганизмов
Бактериоскопический метод
Бактериологический метод
Серологический метод
Биологический метод
Метод кожно-аллергических проб
Молекулярно-биологический метод

Бактериоскопический метод
изучение микроорганизмов путем их микроскопирования в живом или окрашенном состоянии

Изучение микроорганизмов путем их микроскопирования в живом состоянии проводится:

ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ МЕТОДЫ ОКРАСКИ МИКРООРГАНИЗМОВ

Окраска по Граму
1. На фиксированный мазок наносят карболово-спиртовый раствор генцианового фиолетового через полоску фильтровальной бумаги. Через 2 минуты ее снимают, а краситель сливают.
2. Наносят раствор Люголя на 1 минуту.
3. Обесцвечивают препарат этиловым спиртом в течение 30-40 секунд.
4. Промывают препарат водой.
5. Докрашивают мазок водным раствором фуксина в течение 2 минут.
6. Промывают препарат водой, высушивают и микроскопируют.

Окраска по Граму
1 и 2 этапы
Карболово-спиртовой раствор генцианового фиолетового +
раствор Люголя

Окраска по Граму
3 этап
Обесцвечивают препарат этиловым спиртом

Окраска по Граму
4 этап
Мазок докрашивают водным раствором фуксина

Окраска по Граму

Грамположительные бактерии:
кокки (за исключением р. Neisseria, р.Veillonella )
спорообразующие палочки (р. Bacillus, р. Clostridium )
р. Corynebacterium, р. Mycobacterium,
р. Listeria
Грамотрицательные бактерии:
кокки - р. Neisseria, р. Veillonella
палочковидные бактерии не образующие спор
извитые формы (вибрионы, спириллы, спирохеты).

Морфологические свойства и особенности окрашивания (по Граму) бактерий. Некоторые бактерии образуют споры, расположенные центрально (1), субтерминально (2) или терминально (3).

Окраска по Бурри-Гинсу
1. На предметное стекло наносят каплю туши, а рядом – каплю исследуемого материала. Обе капли тщательно перемешивают и с помощью шлифованного стекла готовят мазок.
2. Мазок высушивают на воздухе и фиксируют на пламени горелки.
3. Мазок окрашивают фуксином. При этом бактерии окрашиваются в красный цвет, капсулы остаются неокрашенными и выделяются на темном фоне препарата.

Окраска по Бурри-Гинсу

Окраска по Нейссеру

Окраска по Ожешки

Окраска по Леффлеру

Методы определения вида микроорганизмов
Световая микроскопия с иммерсионной системой;
Увеличение – 900 раз
Разрешающая способность – 0,2 мкм

Методы определения вида микроорганизмов
Темнопольная микроскопия – источник света располагается сбоку, сам рабочий столик не освещается.
Treponema pallidum

Методы определения вида микроорганизмов
Фазово-контрастная микроскопия
На световой поток одевается в специальный контур, который разбивает световой луч на много лучиков в соответствии с длиной волны.

Методы определения вида микроорганизмов
Люминесцентная микроскопия - основана на способности некоторых красителей светиться в ультрафиолетовых лучах. Используется ультрафиолетовый излучатель.