Рисунок 2 Различные формы спор актиномицет
Споры длительное время могут сохраняться в покое, оставаясь жизнеспособными. Так, в почве споры патогенных микроорганизмов (возбудителя сибирской язвы, столбняка и др.) могут сохраняться десятками лет. При попадании в благоприятную среду споры очень быстро прорастают -- из 1 споры возникает 1 бактериальная клетка, которая начинает размножаться. Спорообразование -- видовое свойство палочек, а форма и расположение формирующейся споры по отношению к вегетативной части клетки является дифференциальнодиагностическим признаком. Форма спор может быть овальной или круглой, расположение центральное (возбудитель сибирской язвы), субтерминальное -- ближе к концу палочки (возбудители газовой гангрены, ботулизма) и терминальное -- на конце (возбудитель столбняка).
Полиморфизм бактерий. Морфология бактерий даже в пределах одного вида достаточно изменчива, что связано с высокой приспособляемостью к условиям существования. Даже при микроскопии окрашенного мазка из чистой культуры бактерий обнаруживаются клетки различной величины и расположения, неодинаково воспринявшие краситель. Эти особенности могут быть объяснены различными сроками с момента деления клетки, условиями питания, действием продуктов метаболизма и другими факторами. При действии некоторых химических веществ, химиотерапевтических препаратов, антибиотиков или воздействии повышенной температуры, ультрафиолетовых лучей происходят глубокие изменения в морфологии бактерий: клетки могут превращаться в длинные нити, ветвистые формы, иметь колбовидные вздутия на концах и т.д.
4. История изучения
В 1874 г. Ф. Кон в пробе из слёзного канала человека впервые обнаружил нитчатую бактерию, названную в честь врача, взявшего пробу Streptothrix foersteri. Поскольку родовое название Strepothrix уже было занято грибом, позднее бактерия была переименована в Streptomyces foersteri. В 1877 патолог Боллингер и ботаник Гарц исследовали опухоли (актиномикозные узлы) коров и обнаружили их возбудителя, которого из-за лучистого расположения нитей назвали лучистым грибком (Actinomyces). Это название вскоре стало собирательным для нескольких близких родов.[5,c 630]
В 1884 г. Израиль получил первую чистую культуру актиномицета (Actinomyces israelii). В дальнейшем было обнаружено множество патогенных форм (1888 -- из ноги больного мадуровой болезнью человека Нокардом был выделен первый представитель рода Nocardia), в 1890--1892 гг. Госпирини составил список родов актиномицетов.
В 1912--1916 гг. стали появляться первые описания непатогенных актиномицетов, выделенных из обычных природных субстратов. В этот период свой вклад в развитие актиномицетологии внесли С. А. Ваксман, Краинский, Рудольф Лиске.[3,c.202]
Новый этап развития науки начался в 1939 г., когда Красильников получил в нативном виде антибиотик мицетин, выделяемый стрептомицетами. В 1945 г.Ваксман, Шатц и Буги выделили стрептомицин. На актиномицеты оказалось обращено большое внимание, однако в основном развивались прикладные аспекты актиномицетологии, связанные с получением и применением антибиотиков. Тем не менее в это период также были получены сведения об экологии, биохимии, строении, циклах развития, которые в свою очередь позволили разработать принципы классификации актиномицетов.
С 1980-х-1990-х гг. внимание переключилось на изучение экологических функций актиномицетов, их взаимоотношения в естественных условиях с животными, растениями и микроорганизмами. Происходит пересмотр систематики, связанный с получением данных о геноме актиномицетов.
5. Хранение актиномицет
Чаще всего актиномицеты хранят в высушенном состоянии на адсорбентах. Этот метод применяют главным образом для актиномицетов, микроскопических грибов и анаэробных бактерий, образующих споры. В качестве адсорбентов используют почву, кварцевый песок, силикагель, вату, фильтровальную бумагу. Разработанной стандартной техники этот способ не имеет. В самом общем виде он сводится к тому, что стерильный адсорбент, помещенный в ампулы, смешивают с густой суспензией клеток и высушивают под вакуумом или при комнатной температуре. Затем ампулы запаивают и хранят при комнатной температуре или в холодильнике. Имеются данные, что у актиномицетов после хранения в почве или в кварцевом песке восстанавливаются некоторые таксономические признаки (окраска воздушного и субстратного мицелия), которые были утрачены в процессе длительного культивирования в лаборатории.[1,45]
6. Экологические функции
Актиномицеты (особенно рода Micromonospora) обнаруживаются в водоёмах и их донных осадках, однако не решен вопрос о том являются ли они постоянными их обитателями или занесены из почвы, неизвестна также их роль в данных местообитаниях.
Почвы являются тем природным субстратом, откуда актиномицеты выделяются в наибольшем разнообразии. Однако большая часть биомассы актиномицетов представлена спорами, которые и дают колонии при учёте популяций в почве методом посева, лишь 1--4 % биомассы занимает мицелий. Он обнаруживается в микрозонах с повышенным содержанием органического вещества.
Актиномицеты доминируют на поздних стадиях микробной сукцессии, когда создаются условия для использования труднодоступных субстратов. Активация актиномицетной микрофлоры происходит при внесении в почву крахмала, хитина, нефтепродуктов и т. д.. В то же время из-за медленного роста актиномицеты не способны конкурировать с немицелиальными бактериями за легкодоступные вещества. Возможно, что вторичные метаболиты (в особенности, меланоидные пигменты) играют какую-то роль в образовании гумуса.
Ценозообразующую роль актиномицеты играют в местах первичного почвообразования, находясь в этих условиях в ассоциации с водорослью. Эти ассоциации в лабораторных условиях формировали лишайникоподобный таллом (актинолишайник).
Актиномицеты (рода Streptomyces, Streptosporangium, Micromonospora, Actinomadura) являются постоянными обитателями кишечника дождевых червей, термитов и многих других беспозвоночных. Разрушая целлюлозу и другие биополимеры, они являются их симбионтами. Представители рода Frankia способны к азотфиксации и образованию клубеньков у небобовых растений (облепиха, ольха и др.). Есть патогенные формы, вызывающие актиномикоз. В организме человека обитают в ротовой полости, в кишечнике, в дыхательных путях, на коже, в зубном налете, в кариозных зубах, на миндалинах.
7. Отношение к факторам внешней среды
Большинство актиномицетов -- аэробы, факультативные анаэробы присутствуют лишь среди актиномицетов с непродолжительной мицелиальной стадией. Здесь усматривается некоторая параллель с грибами, среди которых лишь немицелиальные дрожжи также способны жить в анаэробных условиях. Предполагается что менее эффективный анаэробный тип метаболизма успешен при большей относительной поверхности клеток, которая достигается фрагментацией мицелия.
Считается что актиномицеты более устойчивы к высушиванию чем немицелиальные бактерии, благодаря чему они доминируют в пустынных почвах. Лабораторное хранение почвенных образцов в условиях, не способствующих вегетативному росту прокариот увеличивает относительное содержание актиномицетов, учитываемое методом посева. Особенно долго способны сохраняться при высушивании склероции, образуемые родом Chainia. Показано что при aw=0,50 некоторые споры прорастают (р. Streptomyces,Micromonospora), однако образовавшийся мицелий не ветвится. При aw=0,86 прорастают споры практически всех актиномицетов, у некоторых мицелий ветвится, образуются микроколонии, оптимум достигается при aw=0,95.
Чаще всего актиномицеты нейтрофилы, однако некоторые роды ацидофильны или алкалофильны. Характерным свойством актиномицетов является ацидотолерантность, благодаря чему их доля в микробном комплексе лесных почв относительно высока. Отмечено что на кислой среде продлевается вегетативная стадия, на щелочной, напротив, ускоряется спорообразование.
Актиномицеты не требовательны к содержанию органического углерода в среде, многие из них способны расти на «голодном» агаре. Представители рода Nocardia способны осуществлять хемосинтез, окисляя водород, метан и метанол. Широко среди актиномицетов распространена гетеротрофная фиксация CO2.
8. Биохимические особенности
Для актиномицетов отмечается наличие редких метаболических путей и ферментных систем. Например, для них характерен путь расщепления глюкозы Энтнера-Дудорова, встречается полифосфатгексокиназа (вместо обычной гексокиназы), существуют особенности в синтезе ряда аминокислот; во вторичном метаболизме им свойственен шикиматный путь синтеза ароматических соединений, включение цельных углеродных скелетов глюкозы во вторичные метаболиты, например, антибиотики.
Отличительной особенностью актиномицетов является способность к синтезу физиологически-активных веществ, антибиотиков, пигментов, пахучих соединений. Именно ими формируется специфический запах почвы и иногда воды (вещества геосмин, аргосмин, муцидон, 2-метил-изоборнеол). Актиномицеты являются активными продуцентами антибиотиков, образуя до половины известных науке.
9. Группы родов актиномицетов по 9 изданию определителя Берджи
9.1 Нокардиоформные актиномицеты
Аэробные организмы, имеющие в цикле развития мицелиальную стадию. Мицелий может распадаться на элементы, образуя цепочки, подобные спорангиям. Настоящих спор нет. Сюда относят род Nocardia, Rhodococcus, способный использовать углеводороды нефти, Promicromonospora, Actinobispora, Oerskovia и др.. деление на роды -- по хемотипу клеточной стенки и другим хемотаксономическим признакам.
9.2 Роды с многогнездовыми спорангиями
Образующийся мицелий делится на отдельные кокковидные клетки, подвижные у Geodermatophilus и Dermatophilus и неподвижные у Frankia. Франкии -- азотфиксирующие симбионты ольхи и других небобовых растений, образующие на их корнях клубеньки. Место обитания: почва, воды и кожа млекопитающих.
9.3 Род Dermatophilus congolensis
Dermatophilus congolensis[5,c.101] - актиномицет, образующий подвижные споры. Это возбудитель распростанненого у овец и лошадей дерматоза, поражающего кожу спины; он растет на твердых субстратах, образуя шероховатые или гладкие колонии с плотным субстратным мицелием.
Гифы делятся продольно и поперечно, так что образуется до восьми параллельных рядов кокковидных клеток, которые могут высвобождаться в результате желатинизациии лизиса стенки гиф. Кокковидные споры способны к передвижению помощью жгутиков.
9.4 Актинопланы
В цикле развития имеют подвижную стадию и стадию образования развитого мицелия, разделенного перегородками. Сапротрофы и факультативные паразиты. Распространены в почве, лесной подстилке, животных останках и воде природных источников, часто развиваясь на пыльце попавших в неё растений. Разделяются на роды по типам спорангиев:
· Подвижные споры в спорангиях (Actinoplanes, Ampullariella, Dactylosporangium, Pilimelia)
· Неподвижные споры
o Одиночные (Micromonospora)
o В цепочках (Catellatospora)
Тип клеточной стенки II (содержит мезо-ДАПК и глицин).
9.5 Стрептомицеты и близкие роды
Образуют хорошо развитый воздушный мицелий, не распадающийся в процессе развития на отдельные клетки. Строение этих спорофоров(прямые, волнистые, спиральные, собранные в пучки, мутовчатые и.т.д.), форма колоний, их цвет и величина, а также запах позволяют различать многочисленные виды и штаммы. Спорангии состоят из прямых или закрученных спиралью цепочек неподвижных спор.
Стрептомицетами обусловлен и тот запах, который исходит весной от свежевспаханной почвы. Из Streptomyces griseus было выделено масло, которому принадлежит этот запах; оно получило название «геосмин»; оказалось, что это 1,10-диметил-9-декалол. По мере роста промышленного значения стрептомицетов как продуктов антибиотиков знания о них постепенно расширялись. Из сотен выделенных антибиотиков наиболее эффективными оказались стрептомицин( продукт S. griseus), хлоромицетин( продукт S. tenezuelae), ауреомицин и тетрациклины( продукты S, aureofaciens).
Тип клеточной стенки I (содержит L-ДАПК)
9.6 Мадуромицеты
Мицелий также не распадается на отдельные клетки. Споры только на воздушном мицелии в цепочках или спорангиях, как подвижные так и нет. Группа плохо изучена и требует ревизии. Образуют короткие цепочки спор (Actinomadura и др.), спорангии с неподвижными (Planomonospora) или подвижными спорами (Streptosporangium).
9.7 Род Streptosporangium
Streptosporangium[5,c.101]-аэробный стрептомицет, разрушающий целлюлозу.На твердых субстратах он растет, образуя сначала субстратный мицелий, а затем воздушный.Кончики воздушных гиф набухают и превращаются в шаровидные спорангии диаметром 5-8 мкм, которые при созревании могут достигать 18 мкм. Гифа-носитель врастает в шаровидную концевую клетку. Типы клеточных стенок II--IV. В гидролизатах целых клеток обнаруживается мадуроза.