Открытое им явление И.И.Мечников назвал фагоцитозом (от гречес. Phago - пожираю и cytos - клетка), а участвующие в нем клетки - фагоцитами. Так было положено начало создании теории иммунитета, которой было суждено открыть широчайшие перспективы в медицине и биологии.
Ближайшим помощником Мечникова в этот период был Н.Ф.Гамалея (1859-1949), один из основоположников микробиологии. Он был направлен к Пастеру для изучения метода приготовления вакцины против бешенства и впервые применил эту вакцину в России. Изучая вместе с Мечниковым чуму рогатого скота. Н.Ф.Гамалея обнаружил, что она вызывается фильтрующимся вирусом. В 1887-1891 гг. он впервые наблюдал явления бактериофагии - растворение бактерий под влиянием особого агента. Н.Ф.Гамалея был крупным иммунологом. Ему принадлежат оригинальные теории инфекции и иммунитета. Он положил начало применению так называемых химических вакцин. Не менее важны его работы по изменчивости микробов.
Учениками и сотрудниками И.И.Мечникова были выдающиеся микробиологи - Л.А.Тарасевич, А.М.Безредко и П.В.Циклинская.
В 1887 - 1891 гг. он провел ряд крупных исследований по изучению бешенства, туберкулеза, холеры.
2. Морфология микроорганизмов
Мир микроорганизмов велик и разнообразен. Поэтому при классификации микроорганизмов встречается много трудностей, а полученные данные иногда бывают противоречивы. Микроорганизмы-один из древнейших живых существ, но некоторые исследователи полагают, что им предшествовали неклеточные формы жизни. Считается, что развитие живого шло от простых к более сложным организмам.
Вначале появились вирусы (РНК- с державшие, затем ДНК - содержащие), за ними риккетсии, микоплазмы, бактерии, сине зеленые водоросли, низшие и высшие грибы, растения и, наконец, животные. Вначале в основу классификации микроорганизмов были положены морфологические признаки, так как больше о них человек ничего не знал.
К концу XIX в. было описано много видов; разные ученые, в основном ботаники, делили микроорганизмы на группы по признакам, принятым для классификации растений.
В 1896 г. К.Леман и Р.Кейман предприняли попытки объединить микроорганизмы в три группы: шаровидные (Coccaceae), палочковидные (Bacteriaceae) и извит?е (Spirillaccae).
Годом позже для систематики микробов стали использовать наряду с морфологическими и физиологические признаки. Как выяснилось впоследствии, для научно обоснованной классификации растений. Поэтому в настоящее время для этом цели используют комплекс признаков: фенотипические (морфологические, культуральные, физиологические и дригие свойства) а также генотические (физико-химические свойства ДНК). Геносистематика позволяет определять микроорганизмы не по сходству, а по родству. Установлено, что нуклеотидный состав суммарной ДНК в процессе развития микроорганизмов в разных условиях не изменяется обнаружены и также микроорганизмы, которые имеют сходны нуклеотидный состав ДНК, хотя относятся к разным систематическим группам: кишечные палочки и некоторые корижбактерии. С 1923 г. Американским обществом микробиологов был выпущен определитель бактерий. Первые издания определителя выходим под реакцией Д.Берчи 1860-1937 г, последующие 1938-1984 г подготовлены большой группой авторов из разных стран мира и представляют коллективный труд Н.А.Красильников в книге «определитель бактерий и актиномицетов» 1949 г описывает свыше 6000 названий микроорганизмов и все их делит на две группы: 1) организмы, образующие хлорофилл (Schizomyceae). В последней различают четыре обособленных класса: актиномицеты, бактерии, миксобактерии, спирохеты. До недавнего времени все живые существа клеточного строения в зависимости от взаимоотношения ядра и органелл с цитоплазмой, состава клеточной стенки и других признаков делили на две группы: прокариоты (доядерные) и эвкариоты (ядерные). У прокариотов ядерное вещество и органеллы не отделены от цитоплазмы специальными оболочками, у эвкариотов, наоборот, ядро и органеллы окружены мембранами. В состав клеточной стенки прокариотов входит гетерополимерное вещество пептидогликан (муреин), у эквариотов его не содержится. Большинство микроорганизмов (бактерии, актипомицеты, спирохеты, риккетсии и сине зеленые водоросли) относят к прокариотам, остальные (дрожки, плесневые грибы, микроскопические водоросли и некоторые простейшие) - к эвкариотам.
Архебактерии - третье царство живых существ органического мира. В 1977 г. Л.Магрум и Д.Кенни представителей нового царства назвали орхебактериями, которые, по-видимому, представляют одну из древнейших групп живых существ. Среди них метанобразующие, аэробные сероокисляющие, анаэробные серовосстанавливающие, термоацидофильные серые аэробы, голо филы, микоплазмо подобные и другие группы микробов. Клетки архебактерий имеют форму шара, цилиндра, спирали, луча, квадрата, коробочки и др. Они, как и прокариоты, содержат в цитоплазме нуклеоид, характерные для эвкариотов мембранные органеллы: митохондрии, лизосомы, аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум. Пости все кроме термоплазмы, имеют клеточную стенку, а некоторые также жгутики и фимбрин.
Некоторые виды археобактерии образуют монослойные липидные мембраны, в то время как во всех других организмах липиды в мембранах расположены в два слоя. В составе клеточных стенок архебактерий вместо муреина содержатся другие биополимеры: кислые полисахариды, белки или псевдо муреин. Псевдо муреин отличается от муреина тем, что не содержит мурамовой кислоты. Имеются и другие отличая. Архебактерии могут развиваться при температуре выше 1000 С (1050 С) и.т.д. Для обозначения микроорганизмов принята двойная (бинарная) номенклатура, которая включает в себя название рода и вида. Родовое название пишется с прописной буквы, видовое, даже происходящее от орамими - со строчной. Например, бациллу сибирской язвы называют Bacillus antnracis, кишечную палочку - Escherichia coli, возбудителя эмфищемматозного карбонкула - Clostridium cpauvoei и т.д. Основной (низшей) таксономической единицей является вид. Выды объединяются в роды, роды - в семейства, семейства - в порядки, порядки - в классы, классы в отделы, отделы - царства. Вид - это совокупность популяций, имеющих общее происхождение и гено тип морфологические, физиологические и другие признаки, способные в определенны условиях вызыват одинаковые процессы.
Культура - микроорганизмы, полученные от животного, человека, растения или субстрата внешней среды и выращенные на питательной среде. Чистые культуры состоят из особей одного вида, смешанные - представляют скопления клеток разных видов. Микробиологии часто в своей работе употребляют слово штамм. Штамм - культура одного и того же вида, выделенная из разных сред и отличающаяся незначительными изменениями свойств неодинаковая биохимическая активность, чувствительность к лекарственным веществам и.т.д. Например, кишечная палочка, выделенная от крупного рогатого скота, и такая же палочка, выделенная от свиней, могут быть разными штаммами. Клон - культура микроорганизмов, выделенная из одной клетки. По Международному кодексу номенклатуры бактерий 1980 г. вид может бит разделен на подвиды или варианты. В названиях микробов, отличающихся по некоторым свойствам, вместо суффикса «тип» введен «вар». Так, биотип называют биовар, серотип-серовар, фаготип-фаговар и.т.д.
3. Форма и строение микробов
Форма микробов.
Микробы - в основном одноклеточные бесхлорофилльные организмы прокариотического типа. По форме различают: шаровидные, палочковидные и извитые. Между основными формами имеются и переходные (коккобактерии и др).
Шаровидные - (кокковые) микробы по форме напоминают шар, но бывают овальные, плоские, односторонне вогнутые или с легка вытянутые. Шаровидные формы образуются в результате деления клеток в одной, двух, трех взаимно перпендикулярных или разных плоскостях. При делении кокков в одной плоскости клетки могут располагаться попарно, в связи с чем такие формы получили название диплококков. Если деление происходит последовательно в одной плоскости и клетки соединены в виде цепочки, - это стрептококки. Деление кокка в двух взаимно перпендикулярных плоскостях ведет к образованию четырех клеток, или тетракокка. Пакетообразные кокки, или срацины, - результат деления кокков в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Беспорядочное расположение клеток или образование скоплений, напоминающих гроздья винограда, происходит при делении кокков в разных плоскостях, такие формы называются стафилококками.
Палочковидные - или цилиндрические, формы принято делить на бактерии и бациллы. Бактерии - палочковидные формы, не образующие спор (пишут Bact, например, Bact aceti).
Бациллы - палочковидные формы, образующие спори (пишут Bac, например, Bac subtilis). Бактерии и бациллы бывают разные по форме и размерам. Концы палочки чаще закруглены, но могут быть срезаны под прямым углом (возбудитель сибирской язвы), иногда сужены. У мелких бактерий разницы между длиной и шириной невелика, по внешнему виду они напоминают кокки, в связи с чем такие формы получили название «коккобактерии» возбудитель бруцеллеза. В настоящее время палочковидные микробы, образующие споры, представлены бациллами клостридиями. У клостридий в отличие от бацилл споры превышают диаметр поперечного сечения вегетативной клетки, что придаёт им форму веретена, ракетки, барабанной палочки.
Клостридии - анаэробы. Среди них встречаются азотфиксаторы, возбудители анаэробных инфекций и других процессов и природе. Палочки, как и кокки, могут располагаться попарно или цепочкой. При соединении бактерий попарно образуются диплобактерии, при таком же соединении бацилл - диплобакцилл. Соответственно образуются стрептобактерии и стрептобациллы, если клетки располагаются цепочкой. Бактериология, так как оно охватывает собой не только бактерии, но и другие группы низших организмов: дрожжи, плесневые грибы, мелкие водоросли, которые называют микробами.
Извитые - формы микробов определяют не только по длине а диаметру, но и по количеству завитков. Вибрионы напоминают по форме запятую. Спириллы - извитые формы, образующие до 3-5 завитков. Спирохетытонкие длинные извитые формы со множеством завитков. Микробактерии палочки с боковыми выростами (возбудитель туберкулеза, пара туберкулеза). Коринебактерии - напоминают микобактерии, но отличаются от них образующимся на концах утолщениями и включениями зерен в цитоплазме (дифтерийная палочка).
Нитчатые бактерии - многоклеточные организмы, имеющие форму нити.
Миксобактерии - скользящие микробы, по форме напоминают палочки или веретено.
Размеры микробов. Микробы - микропические организмы, их размеры определяются в микрометрах (10-6 м) (по системе СИ-мкм). Диаметр шаровидных форм 0,7-1,2 мкм; длина палочковидных 1-6-10 мкм, ширина 0,5-1 мкм. Вирусы - еще более мелкие существа, их размеры этих существ, достаточна сказать, что в одной капле воды может вместиться несколько миллионов микробов.
Строение микробных клеток.
Из-за малых размеров строение микробов долгое время не было изучено. С появлением электронного микроскопа и ультрамикротома, при помощи которого можно делать очень тонкие срезы, представилась возможность глубже было установлено что микробные клетки имеют такое же сложное строение, как и клетки животных и растений. Микробная клетка окружена оболочкой. В ней различают: капсулу, клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану. Роль оболочки огромна: она придает клетке определенную форму, защищает ее от неблагоприятных воздействий, через нее осуществляется обмен веществ между клеткой и окружающей средой.
Капсула. У некоторых микроорганизмов вокруг клеточной стенки образуется слизистый слой, который называется капсулой. У большинства микробов капсула состоит из полисахаридов, у отдельных (сибиреязвенная бацилла) содержит полипептиды и до 98% воды. Капсула предохраняет воздействий микроорганизма - фагоцитов, антител, обусловливает вирулентность. У возбудителя сибирской язвы капсула образуется в организме хозяина.
Клеточная стенка - основная структурная единица оболочки микробной клетки. У грамположительных микробов она имеет однородную структуру, у грамотрицательных состоит из нескольких слоев. В более просто устроенной стенке грамположительных микробов содержится много (до 80% сухой массы стенки) пептидогликана (муреин, гликопептид, мукопептид), в стенке же грамотрицательных микробов его горазда меньше (от 1 до 10% сухой массы стенки). Пептидогликан входит в состав ригидного (жесткого) слоя стенки, который придает ей прочность и сообщает определенную форму микробной клетке. Такая стенка, выдерживает внутриклеточное давление равное 0,5-2,0 Мпа. Масса стенки составляет пятую часть сухого вещества всей микробной клетки. У грамположительных микробов клеточная стенка обычно толще и достигает 50 нм, у грамотрицательных -не превышает 5-15 нм. В клеточных стенках большинства грамположительных микробов содержится до 50 % (по массе) тейхосвых кислот, которые размещены по обе стороны пептидогликанового слоя. Из больше содержится на стороне, обращенной к цитоплазматической мембране, и меньше на наружной поверхности. Микрофибриллы пептидогликана образуют каркас микробные клетки. При их переплетении формируются ячейки (поры), через которые осуществляется движение веществ внутри клетки и из клетки во внешнюю среду. Разный химический состав и строение стенок клеток лежит в основе деления микробов на грамположительные и грамотрицательные организмы.
Цитоплазматическая мембрана. - располагается между клеточной стенкой и цитоплазмой, представляет относительно плотное образование, и его можно обнаружить при помощи электронного микроскопа. Мембрана состоит из трех слоев: фосфолипидного и двух белковых. Отдельная молекула фосфолипидного слоя имеет форму головки с двумя отростками. Молекулы расположены в два ряда, в которых гидрофильные головки направлены в противоположные стороны. Мембрана обеспечивает постоянство внутри клеточного осмотического давления, избирательную проницаемость разных веществ; в ней находятся ферменты, регулирующие процессы метаболизма клетки и окружающей средой. Масса мембраны достигает 10% сухого вещества клетки.
У некоторых микроорганизмов цитоплазматическая мембрана выполняет роль наружной оболочки (микоплазмы).
Цитоплазма - содержимое клетки за исключением ядра. Представляет коллоидную систему неодинаковой консистенции: чем ближе к поверхности, тем она плотнее. В цитоплазме содержатся; рибосомы, мезосомы, включения (липиды, углеводы, валютин, среа, железо и другие соединения).
Рибосомы - рибонуклеопротеидные частицы цитоплазмы, количество которых в одной клетке достигает нескольких тысяч. Форма округлая или овальная, размер 20-25 нм. Располагаются одиночно или группами по 10-20 рибосом (полирибосома). Представлены двумя субъединицами: большой и малой. Имеют разный состав у прокариот и эвкариот. У прокариот состоят на 2/3 из РНК и на 1/3 из белков.
У эвкариот - содержат примерно одинаковое количество РНК и белков. Коэффициент седиментации (осаждение) рибосом у прокариот 70s, у эвкариот - 80s. Рибосомы - место биосинтеза белки.
Мезосомы - или митохондрии, образуются в результате инвагинации и последующего ущемления цитоплазматической мембраны. Является энергетическими центрами клетки. С помощью ферментов в них происходит окисление жирных кислот, окислительное фосфорилирование, то есть то, что называют процессами дыхания. Гранулеза и гликоген - полисахариды, резервные вещества микробной клетки. Много гранулезы содержат маслянокислые бациллы. При действии на них раствором Люголя, в котором содержится йод, окрашивают в синий цвет. Сера содержится в виде капель в клетках серобактерий.
В такой же форме в клетках железобактерий находится железо.
Споры - (эндоспоры) образуются в конце экспоненциальной фазы роста, когда истощается питательная среда и накапливаются продукты жизнедеятельности. В этом время внутри большинства вегетативных клеток появляются округлые образования, сильно преломляющие свет, которые отличаются от материнской клетки по структуре, химическому составу и физиологическим свойствам. Эндоспоры образуют грамположительные облигатно анаэробные клостридии и грамположительные кокки рода Sporasarcina. У бацилл споры выполняют защитную функцию, у дрожжей и плесневых грибов служат для размножения. Форма спор округлая и овальная округлые споры чаще располагается терминальное (на конце клетки), такие формы напоминают барабанные палочки (возбудитель столбняка). Овальные обычно располагаются в центре или ближе к одному из концов клетки и придают ей форму веретена - это клостридии (возбудитель эмфизематозного карбонкула).