Преимущество микроскопии в темном поле зрения состоит в том, что при этом можно видеть объекты более мелкие. Кроме того, в темном поле зрения лучше наблюдать в живом состоянии такие микробы, как лептоспиры, которые в водной среде не преломляют света и поэтому в проходящем свете совершенно прозрачны.
Фазовоконтрастная микроскопия. При прохождении через непрозрачные объекты, такие как окрашенные препараты микроорганизмов, амплитуда световых волн уменьшается. Такие изменения, называемые амплитудными, улавливаются человеческим глазом. Поэтому окрашенные микробы видны в обычном микроскопе.
Объекты, разные по плотности, но одинаковые по прозрачности, не меняют амплитуды световых волн, а только изменяют фазу. Такие фазовые изменения человеческий глаз не способен уловить. Поэтому живые клетки микробов, их структурные элементы в живом состоянии прозрачны в проходящем свете и для нас невидимы.
Фазовоконтрастный микроскоп превращает фазовые изменения в амплитудные. Поэтому структурные элементы с различной плотностью выглядят как более светлые и более темные. Это позволяет наблюдать не только фазовые объекты целиком, но и структурные элементы микробов.
Фазовоконтрастная микроскопия осуществляется с помощью обычного светового микроскопа, в котором заменяют объективы и конденсор на специальные - фазово-контрастные.
Люминесцентная микроскопия. Люминесценция - это свечение объекта за счет поглощенной световой энергии коротковолновой или ультрафиолетовой части спектра. Большинство микроорганизмов не обладает собственной люминесценцией, поэтому пользуются наведенной люминесценцией путем обработки микробов флюорохромами. Чаще всего используют акридин-оранж, аурамин, изоцианат флюоресцеина, которые светятся под влиянием ультрафиолетовых лучей. Некоторые флюорохромы избирательно связываются с определенными структурами, такими, как ядро, цитоплазма, включения. Таким образом, можно дифференцировать эти структуры. Препараты, обработанные флюорохромами, микроскопируют в специальных люминесцентных микроскопах, в которых объекты исследуются в ультрафиолетовых лучах.
Люминесцентная микроскопия используется для реакции иммунофлюоресценции (РИФ). В этой реакции для определения вида микробов препарат-мазок из исследуемого материала обрабатывают специфической антисывороткой, соединенной с флюорохромом. Если в материале содержатся микробы, соответствующие антисыворотке, то при микроскопии препарата в люминесцентном микроскопе наблюдается свечение микробов.
Электронная микроскопия. Возможности разрешающей способности светового микроскопа ограничены не качеством линз, а длиной волны видимого света. В электронном микроскопе вместо световых лучей используется поток электронов. Источником электронов является раскаленная вольфрамовая нить. Роль линз в электронном микроскопе выполняет круговое магнитное поле. Вначале электроны попадают в магнитный конденсор и сходятся в одной точке на рассматриваемый предмет, лежащий в безвоздушной среде на тонкой пленке коллодия. Затем пучок электронов проходит через объективную и проекционные линзы. Наблюдатель видит не поток электронов, а изображение, которое проецируется на флуоресцирующий экран или фотографическую пленку.
Возникновение изображения на экране обусловлено тем, что различные части исследуемого объекта обладают неодинаковой проницаемостью для электронов. Электроноплотные участки выглядят темными, электронопрозрачные - светлыми.
С помощью электронного микроскопа можно наблюдать вирусы, детали морфологии микробов. Используя метод иммуноэлектронной микроскопии (ИЭМ), можно видеть и сфотографировать вирусы с присоединившимися к ним антителами.
8. Основные принципы систематики бактерий. Таксономические категории. Принципы классификации. Понятие о виде, критерии вида как основной таксономической единице. Подвид, инфравид (биовар, серовар, хемовар, фаговар), культура, популяция, штамм, клон (определение понятий)
Виды, связанные генетическим родством, объединяют в роды, роды -- в семейства. Высшими таксономическими категориями являются царства и подцарства.
Согласно современной систематике, патогенные (болезнетворные) бактерии относятся к надцарству прокариотов (Procaryotae), царству эукариот (Eucaryotae), грибы -- к царству микота (Mycota), простейшие -- к царству Protozoa, вирусы -- к царству Vira.
В основе современной систематики микроорганизмов лежат фенотипические признаки: морфологичеческие, физиологические, биохимические. Морфологические характеризуют форму и структуру микробной клетки; фйизиологические -- особенности роста микроорганизма на искусственных питательных средах в определенных условиях культивирования (температура, рН и др.), а также морфологию колоний на твердых средах и характер роста на жидкой среде; биохимические -- тип окислительного и пластического метаболизма, ферментацию углеводов, протеолитические и другие признаки.
В настоящее время используют ряд таксономических систем: нумерическая таксономия, хемотаксономия, генетическая и серологическая таксономии.
Нумерическая таксономия признает равноценность всех фенотипических признаков. Для ее применения необходимо иметь информацию о многих десятках признаков. Видовая принадлежность исследуемого микроорганизма устанавливается по числу совпадающих признаков. Расчеты проводятся с помощью компьютера. Трудности получения информации о многочисленных признаках исследуемого микроорганизма ограничивает возможность применения нумерической таксономии.
Для хемотаксонамии применяют физико-химические и биохимические методы: газовожидкостная хроматография, электрофорез и другие, с помощью которых исследуют липидный, аминокислотный состав (протеиновые профили) микробной клетки и ее компонентов, напр., клеточной стенки.
Генотаксономия основана на генетических признаках, которые устанавливаются в опытах трансформации, трансдукции и конъюгации, а также анализе внехромосомных факторов наследственности -- плазмид, транспозонов и фагов.
Серотаксономия основана на определении соответствующих антигенов, содержащихся в вбактериальной клетки с помощью диагностических сывороток. Данный метод особенно часто применяется в медицинской микробиологии.
- классификация бактерий по источнику питания (аутотрофы и гетеротрофы)
- классификация бактерий по источнику энергии (фототрофы и хемотрофы)
- классификация бактерий по способу углеродного питания (фотолитотрофы, хемолитотрофы, хемоорганотрофы, прототрофы и ауксотрофы)
Вид -- совокупность микроорганизмов, имеющих общий корень происхождения и максимально близкие фенотипические признаки и свойства. (Вид -- эволюционно сложившаяся совокупность особей, имеющих единый тип организации, который в стандартных условиях проявляется сходными фенотипическими признаками: морфологическими, физиологическими, биохимическими и др.) Однако генетичские механизмы, лежащие в основе изменчивости микроорганизмов, обеспечивают только относительную стабильность перечисленных признаков, которые в пределах одного и того же вида могут варьировать. Отсюда сложившееся понятие о вариантах (варах) микроорганизмов, отличающиеся отдельными признаками от стандартных видов. Так, различают морфовары (отличаются по морфологическим признакам), биовары (по биологическим признакам), ферментовары (по ферментативным признакам), резистенсвары (резистентностью к антибиотикам), фаговары (к фагам), серовары (по антигенной структуре), эковары (по экологическим нишам), патовары (по патогенности).
Домен>царство>тип>класс>порядок>семейство>род>вид> подвид.
Колония -- скопление бактерий одного вида на ( или в ) плотной питательной среде.
Чистая культура -- популяция состоящая из особей одного вида. (из олной микробной клетки на искусственной питательной среде)
Штамм -- чистые культуры микробов одного вида, полученные из разных источников или из одного источника в разное время.
Клон -- культура микроорганизмов, полученная из одной клетки.
Популяция -- совокупность особей одного вида, обитающих в пределах биотопа (территориально ограниченный участок биосферы с относительно однородными условиями жизни).
(В микробиологии широко применяются специальные термины: штамм, клон, чистая культура. Штамм -- культура, выделенная из определенного источника, или из одного и того же источника в разное время. Обычно штаммы обозначают либо протокольными номерами, либо по источнику выделения (человек, животное, внешняя среда), либо по местности (городу), где он был выделен. Штаммы одного и того же вида могут быть идентичными или различаться по некоторым признакам, не выходящим за пределы вида. Клоном называют культуру микроорганизма, выделенную из одной клетки (одноклеточная культура). Чистая культура представляет собой микробные особи одного и того же вида, выращенные из изолированной колонии, выращенной на твердой питательной среде.)
9. Формы бактерий. Морфология, ультраструктура, химический состав бактериальной клетки. Основные отличия прокариот от эукариот. Субклеточные формы бактерий; протопласты, сферопласты, L-формы бактерий
В настоящее время установлены принципиальные различия в организации и функционировании клеток прокариот и эукариот. Прежде всего, они заключаются в отсутствии у прокариот мембран, с помощью которых органеллы микробной клетки ( ядро, митохондрии, рибосомы и др.) отграничены от цитоплазмы. Система мембран у прокариот представлена только цитоплазматической мембраной, отдедяющей цитоплазму от клеточной оболочки или непосредственно от внешней среды. Вследствии этого при электронно-микроскопическом исследовании срезов клеток прокариот цитоплазма имеет вид мелкозернистой массы с включениями рибонуклеопротеиновых молекул, не организованных в ЭПС, но выполняющих рибосомальные функции.
Ядро у прокариот, которое часто называют нуклеоидом, имеет фибриальную структуру и не отграниченно от цитоплазмы ядерной мембраной. В клетках прокариот отсутствуют митохондрии, хлоропласты, пластинчатый комплекс Гольджи. Окислительно-восстановительные ферменты локализованы в производных образованиях цитоплазматической мембраны -- мезосомах.
У прокариот отсутствует митоз. Они размножаются путем бинарного деления и существуют в гаплоидном состоянии, вследствии чего диплоидность эукариот, имеющая огромное значение в их эволюции, не играет никакой роли в эволюции прокариот. У прокариот отсутствует также клеточный центр. Для них нетипичны внутриклеточные перемещения цитоплазмы и амебовидное движение.
По форме клеток собственно бактерии подразделяются на шаровидные, палочковидные и извитые.
Шаровидные бактерии -- кокки имеют правильную сферическую или эллипсовидную форму. Одни из них располагаются беспорядочно (микроккоки), другие парами (диплококкки), третьи -- цепочками из трех и более кокков (стрептококки) или восьми (сарцины) кокков. Это связано с особенностями их деления. В том случае, если они делятся в разных плоскостях, то образуются скопления, напоминающие виноградную гроздь (стафилококки). Деление в двух взаимоперпендикулярных плоскостях приводит к образованию тетракокков, в трех -- сарцины. При делении в одной плоскости дочерние клетки могут не отходить друг от друга, образуя диплококки и цепочки кокков -- стрептококки. Патогенные бактерии чаще всего представлены стафилококками, стрептококками, реже микрококками.
Палочковидные бактерии, имеющие цилиндрическую форму, различаются по размерам, форме клеток и их концов, а также по расположению. Большинство из них имеет длину, превышающую поперечник. Другие представляют собой крупные палочки с утолщениями на концах либо с обрубленными или заостренными концами. Они могут беспорядочно располагаться в виде одиночных клеток, парами -- диплобактерии, в виде цепочек -- стрептобактерии. Патогенные виды относятся ко всем перечисленным формам палочковидных бактерий.
Извитые формы бактерий представлены изогнутыми палочками, изгибы которых имеют один (холерный вибрион) или несколько оборотов (кампилобактерии) спирали. Извитые формы -- вибрионы и спириллы, а также спирохеты. Вибрионы имеют вид слегка изогнутых палочек, спириллы -- извитую форму с несколькими спиральными завитками.
Ультраструктура бактериальной клетки отражает уникальность ее организации. С помощью электронно-микроскопического исследования ультратонких срезов бактерий, цитохимих и других методов исследования можно установить структуру определенных органелл, определить их химий состав и функциональную роль, которую они играют в процессе жизнедеятельности клетки.
Рис. 1
Бактериальная клетка окружена внешней оболочкой, которая состоит из капсулы и клеточной стенки. От их состава зависит способность клетки воспринимать анилиновые красители (тинкториальные свойства). Капсулы в зависимости от степени выраженности подразделяют на микро- и макрокапсулы. Первые обнаруживаются только при электронно-микроскопическом исследовании в виде микрофибрилл из мукополисахаридов, которые тесно прилегают к клеточной стенке. Макрокапсулы представляют собой выраженный слизистый слой, снаружи покрывающий клеточную стенку. Он состоит из полисахаридов и редко из полипептидов. Как правило, макрокапсулу образуют немногие виды патогенных бактерий (пневмококки и др.) при неблагоприятных условиях среды, напр. в организме животных и человека. Однако у некоторых видов ( клебсиеллы пневмонии) макрокапсула обнаруживается постоянно.