Эндоспора - уплотненная часть цитоплазмы, которая вместе с нуклеоидом располагается обычно на одном из концов клетки, в так называемой спорогенной зоне. В начале образуется споспора, она окружена собственной мембраной материнской клетки. Пространство между внутренней (споровой) и наружной (материнской) мембранами заполнено пептидогликаном, из которого формируется стенка эндоспоры (кортекс), дающая затем начало стенке прорастающей вегетативной клетки.
При образовании стенки споры происходит поглощение Ca++, синтезируется дипикоменовая кислота (ДПК), количество которой достигает 12% сухой массы, в вегетативных клетках ее нет. Комплекс ДПК Ca++ (дипикоминат) кальция обеспечивает обезвоживание, уплотнение стенке и тем самым повышает устойчивость споры к неблагоприятным воздействием. Гибель спор объясняется автоматическими процессами, повышением проницаемости стенок и выходом из них РНК, ДНК и дипиколината кальция. У некоторых видов бацилл вокруг спор образуется еще тонкая липопротеиновая оболочка - экзоспориум.
Попадания благоприятные условия, спора набухает, увеличивается в объеме, активизируются ферментативные процессы, в результате чего разрушается наружная оболочка, во внешнюю среду выходит проросток, который дает начало вегетативной клетке. Процесс прорастания длится 4-5 ч, а иногда и меньше (2,5ч). Он начинается с активизации спор, в результате чего нарушается целостность оболочки. Способствующими факторами могут быть: повышенная температура (65-700С), механические повреждения, кислая среда и.т.д. После активизации спора начинает прорастать, поглощать воду, освобождать во внешнюю среду дипикалинат кальция и другие продукты, образуемые гидрометрическими ферментами. Затем формируется клеточная стенка и новая вегетативная клетка.
В период роста клетки необходимы питательные вещества, оптимальная температура, повышенная влажность, а для аэроб-ы кислород воздуха. Так, сибиресезвенные споры, полученные на плотной питательной среде, где аэрация выше чем в жидкой, более устойчивы при хранении, у них 30-40% увеличено содержание дипикалината кальция и почти вдвое в - оксимасляной кислоты.
Споры сильно прелолияют свет, хорошо видные в препаратах, плохо воспринимают красители. Для их окрашивания требуется соответствующая обработка: воздействие кислотами или нагревание. Так же трудно споры и обеспечиваются.
Спорообразование у бацилл - видовой признак, но он непостоянен и при определенных условиях исчезает. Так, при температуре 42,50% С возбудитель сибирской язвы теряет способность образовывать споры. Споры содержат минимальное количество свободной воды, много липидов, имеют плотную оболочку, благодаря чему могут десятками лет сохраняться в почве и служить источником заражения животных и человека.
Жгутики - органы передвижения у микробов. Впервые обнаружены в 1838 г. Дренбергом и описаны в 1897 г. Мигулой. Они представляют собой тонкие спиральные нити, превышающие по длине размеры клетки. Диаметр жгутиков клетки выходит за пределы видимости в световом микроскопе, их толщина достигает 13 нм и более. Жгутик представляет собой цилиндр. В нем различают филамент (тело жгутика), крюк и базальное тело. Жгутик соединяется с клеткой базальным телом, которое имеет сложное строение. У основание жгутика имеются кольца. Нижним кольцам базальное тело прикрепляется к цитоплазматической мембране. С помощью колец осуществляются вращательные движения. Микробная клетка передвигается не волнообразным колебаниям жгутика, а его вращением со скоростью 10-20 об/с, причем движение может быть как по часовой стрелке, так и против часовой.
При множестве жгутиков они бывают собраны на конце клетки в один пучок и вытянуты вдоль продольной оси тела. Каждый из жгутиков пучка совершает синхронное и независимое вращательное движение. Вращается нижнее кольцо, находящийся в липидном слое клеточной мембраны, а вместе с ним и филамент.
Количество жгутиков и их расположение у палочковидных формы неодинаковое. Микробы с одним жгутикам на конце получили название монотрихов, с пучков жгутиков, - лафотрихов, при наличии одного или пучка жгутиков на противоположных концах - амфитрихов, если жгутики расположены по всей поверхности клетки - перитрихов. Шаровидные формы, за исключением некоторых (Sarecimae ureae), не имеют жгутиков. Извитые формы могут передвигаться не только в результате сокращения тела, но при помощи жгутиков. Филамент жгутика состоит из белка флагеллина. Химическая структура его строго специфична для каждого штамма, что дает возможность использовать антигенные свойства жгутиков при классификации микроорганизмов.
Жгутики относятся к видовому признаку, но он непостоянен, зависит от возраста и условий жизни микроба. У старых форм жгутики могут отсутствовать, поэтому для определения подвижности используют молодые культуры. Движение микробов наблюдают в придавленной или висячей капле. При расположении жгутиков на одном конце (монотрихи, лофотрих) клетки передвигаются поступательно и прямолинейно, их скорость достигает 20-100 нм в секунду. Если жгутики расположены по всей поверхности клетки (перитрихи), их движение бывает беспорядочное.
Риккетсии - полиморфные грамотрицательные микробы. В своем составе содержат ДНК и РНК, белок и до 40% липидов. По форме и размерам напоминают бактерии, по культуральным и биологическим свойствам - вирусы. В настоящее время риккетсии относят к истинным бактериям. По ультраструктуре они сходны с грамотрицательными микроорганизмами. Паразитируют у члестоногих (вши, клещи, блохи), а при попадании в организм животного или человека вызывают болезни под общим названием риккетсиозы (сынной тиф, Ку-лихорадка и др.).
Вирусы. В 1892 г. русским ботаником Д.И.Ивановским был открыт возбудитель табачной мозаике. Им оказался организм, проходящей через бактериальные фильтры и способный заражать здоровые растения. Шестью годами позже (1898) инфекционная природа возбудителя табачной мозаики была подтверждена назвал, голландским ученым-ботаником Мартином Бейсринком. Ученый назвал возбудителя вирусом, что означает яд. Когда с вирусом табачной мозаики работал М.Бейсринк, Ф.Леффлер и П.Фрош случайно обнаружили что вирус ящура проходит через фильтры Ш.Китазато. Они хотели путем фильтрации очистить содержимое пузырьков (заразное начало) от клеточных элементов чтобы затем полученный фильтрат использовать для приготовления вакцины. При исследовании фильтрата было обнаружено, что он также заразен, как исходный материал. В дальнейшем Ф.Леффлер и П.Фрош установили, что заразное начало обладает не только контагиозностью, но и способно размножаться. Еще в конце прошлого столетия были открыты вирусы растений и животных, что и положило начало науке вирусологии.
По типу нуклеиновой кислоты, а также биологическим, химическим, физическим свойствам и некоторым другим признакам вирусы разделяют на две большие группы: РНК - содержащие время вирусы животных объединены в 19 семейств из них 12 содержат РНК - геномные и 7 - ДНК - геномные вирусы. Односпиральные РНК содержат геномы вирусов следующих 11 семейств: ретровирусов, парамиксовирусов, отромиксовирусов, рабдовирусов, тогавирусов, бунъявирусов, пиконарвирусов, коронавирусов, аренавирусов, калицивирусов, флавивирусов; двуспиральную РНК - семейство реовирусов. Двуспиральные ДНК содержат геномы вирусов 6 - семейств: поксвирусов, герпесвирусов, калицивирусов, флавивирусов; Вирусов содержащих РНК, могут быть возбудители гриппа, бешенства, стоматита, энцефалита, ящира, саркомы Рауса и т.д. ДНК содержат возбудители натуральной оспы, фаги и др.
Характеристика вирусов. - Вирусы простейшие объекты живой природы, неклеточные формы жизни, проникают в клетки высокоорганизованных существ, где и воспроизводят себе подобных. Вирусы очень малы и измеряются в нанометрах (нм). Размеры вирусов определяют по величине пор фильтров, через которые проходит материал, суперцентрифугированием и в электронном микроскопе. Наиболее хорошо изучен вирус табачной мозаики (ВТМ) он имеет форму шестигранной призмы длиной 300 нм, а размер его в поперечнике 15-18 нм, то есть длина вируса (вириона) находится односпиральная нуклеиновая кислота (РНК), а на поверхности - белковая оболочка (капсид), и все это заключено в мембрану. Нуклеиновая кислота (Р) в вирусе расположена в виде спирали. Двуспиральное строение ДНК было установлено в 1953 г. Д. Уотносом и Ф.Криком. Содержание нуклеиновой кислоты и белка у разных вирусов неодинаковое. Так, у вируса гриппа на долю нуклеиновая кислоты приходится 1% (массе), у вируса полиолислита - 25 %, у бактериальных вирусов (фагов) - 50%. В отличие от клеток живых организмов вирусы содержат только одну нуклеиновую кислоту. РНК содержат аденин, гуанин, цитозин, урацил - тимин и сахар дезоксирибозу (это рибоза, лишенная атомакислорода). ДНК синтезирована в 1957 г. А.Корнбергом, РНК -в 1955 г. C.Orod. Кроме палочковидной, имеются вирусы шаровидной (куриная саркома), кубовидной (коровья оспа), булавовидной (фаги) и нитевидной (вирусы растений). Как видно, они разные по форме и размерам.
Вирусы не растут на искусственных питательных средах, они способны размножаться только внутри клеток восприимчивого организма или на культуре тканей. Вне организма живой клетки вирус инертен, в таком состоянии он сохраняется длительное время. Жизнь вируса начинается лишь после проникновения в живую клетку. У него отсутствуют способы размножения, свойственные другим микробов (деление, почкование). У вирусов отсутствуют многие признаки живого организма (клеточное строение, собственный обмен веществ, обычный рост и размножение, одна нуклеиновая кислота и др), но они содержат генетическую информацию, которую могут передавать потомству. Таким образом, вирусы совмещают в себе признаки живого и неживого, проявляют свойства существа и вещества. Им, как и другим организмам, свойственна изменчивость, благодаря чему они сохраняются в природе.
4. Физиология микроорганизмов
Химический состав микробов.
Вода составляет основную массу микробной клетки - в капсульных бактериях ее больше, в бациллах меньше. В Aerobacter aceti воды содержится 98,3%, в кишечной палочке - 73,3, в спорах - до 50%. Количество воды в микробных клетках в среднем колеблется от 75 до 85%. В спорах - уплотнении цитоплазмы микробной клетки - вода находится в связанном состоянии, у вегетативным форм - в свободном. Связывание воды обусловливается более высоким содержанием в спорах кальция и магния. В такой среде белки не коагулируют, что повышает их устойчивость к высоким температурам. микроб риккетсия бактерия прокариотический
Большие воды содержат молодые формы и меньше - зрелые. Связанная вода входит в состав молекул белков, углеводов, жиров и других соединений. Свободная вода служит средой, в которой происходит движение ионов и электрических зарядов. С участием воды осуществляются биохимические и физиологические процессы в клетке. Уменьшение ее ведет к замедлению жизнедеятельности (анабиоз), а высушивание даже к гибели вегетативных форм. Вода - из главных компонентов, с которым связана жизнедеятельность микробной клетки.
Сухого вещества в микробах в среднем 15-25%, в нем содержатся органогены, входящие в состав органические веществ, и зольные элементы. Органические вещества представлены белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, липидами. В их состав входят: углерод (45-55%), кислород (30-40%), азот (8-10%), водород (6-8%), содержание которых достигает 90-97% сухого вещества.
Белки среди органических веществ занимают первое место, в теле патогенных микробов их количество составляет более половины сухого вещества, у других доходит от вида микроба и состава питательной среды. Такие вещества, как антигены, токсины, ферменты, представляют собой белки, что указывает на большое значение их в жизни микробной клетки. Различают простые белки, или протеины, и сложные, или протеиды. Протеиды при гидролизе дают аминокислоты. В белках патогенных микробов содержится девять аминокислот: лизин, аргинин, гистидин, пролин, триптофан, тирозин, валин, фенилаланин и лейцин. В состав других микробов входит до 15-20 амина кислот. Протеиды - комплексы простых белков (протеинов) с небелковыми группами. При соединении протеидов с нуклеиновой кислотой образуются нуклеопротеиды, с полисахаридами - гликопротеиды, с жироподобными веществами - липопротеиды. Нуклеопротеиды основную массу микробного белка, принимают активное участие в размножении клетки, передаче наследственных признаков.
Великая роль в жизни микробной клетки нуклеиновых кислот. Известны две нуклеиновые кислоты: рибднуклеиновая (ДНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК). ДНК находится обычно в ядре клетки, а РНК -в цитоплазме. Различают три типа РНК: рибосомную, информационную и транспортную. У вирусов обнаружена только одна нуклеиновая кислота: ДНК или РНК. Из других протеидов следует отметить ромопротеиды, участвующие в процессе дыхания, и ферменты, роль которых неизмеримо велика как катализаторов, биологических процессов.
Углеводы в микробной клетке представлены полисахаридами. В цитоплазме углеводы могут встречаться в виде зерен крахмала и гликогена. Они служат главным образом энергетическим материалом, их содержание в микробной клетке от 12 до 28%. Углеводами богаты капсульные микробы: азотобактер, лейконосток, возбудитель сибирской язвы и другие. В каждом из микроорганизмов имеется определенный полисахарид, что дает возможность дифференцировать их. Образующаяся на поверхности патогенных микробов капсула, состоящая из углеводов, обусловливает их вирулентность и выполняет защитную функцию.
Липиды. Их количество может колебаться от 3,8 до 40% (дифтерийная бактерия содержит 3,8% туберкулезная - 40%). Липиды поддерживают определенную структуру цитоплазмы и входит в состав цитоплазматических мембран. В микробной клетки липиды распределены неравномерно, их больше содержится в поверхностях слоях цитоплазмы и оболочке клетки. Липиды и липоиды повышают устойчивость микробов к кислотам и другим веществам. Несмотря на отсутствие спот и капсул, возбудители туберкулёза и рожи свиней могут сохраняться длительное время в неблагоприятных условиях среды.
Минеральные вещества - разнообразные как по составу, так и по количеству. Они представляют золу после сжигания вегетативных форм микробов и составляют от 2 до 14% сухого вещества клеток. В большем количестве встречаются: фосфор, калий, натрий, сера, кальций, магний, железо, хлор, а также микроэлементы (цинк, медь, кобальт, барий, марганец и др.). По данным Куррана, микробов содержится, % фосфора - 9,6-55,23; натрия -11,6-33,79; калия - 7,7-25,59; кальция - 7,16-12,6; магния - 0,12-9,81; серы -0,54-4,2; железы - 0,1; хлора -1,25.
Питание микробов.
Одно из основных свойств живого организма - обмен веществ. Он включает в себя два процесса; 1) поступление из окружающий в (себя) среды питательных веществ, необходимых для синтеза составных частей микробной клетки; 2) выделение в окружающую среду продуктов жизнедеятельности, то есть ассимиляцию и диссимиляцию. Хотя обмен веществ (метаболизм) и диссимиляцию (катаболизм), деление это условное, так как в живой клетки они взаимосвязаны. Микроорганизмы могут получать углерод из неорганических и органических углеродсодержащих соединений, в связи с чем их делят на две большие группы: автотрофы и гетотрофы. А с учетом еще и источника энергии, доноров электронов их разделяют на хемолитотрофы, фотолитотрофы, хемоорганотрофы и фотоорганотрофы.