Введение в микробиологию. Систематика и морфология бактерий. Ультраструктура бактериальной клетки.
 Скачать 176 Kb.
| Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей |
| ТЕМА ЛЕКЦИИ: «Введение в микробиологию. Систематика и морфология бактерий. Ультраструктура бактериальной клетки.» План лекции:
Микробиология как наука. Предмет и задачи микробиологии. Микробиология (от греч. micros – малый,bios – жизнь,logos – учение) – наука о мельчайших невидимых невооруженным взглядом живых объектах – микроорганизмах, закономерностях их развития и тех изменениях, которые они вызывают в среде обитания и в окружающей среде. Термин «микроорганизмы» ввел французский ученый Седдило в конце XIX века. Микроорганизмы – наиболее древняя форма организации жизни на Земле, они появились задолго до возникновения растений и животных – примерно 3-4 млрд. лет тому назад. В настоящее время они представляют собой по количеству самую значительную и самую разнообразную часть организмов, населяющих биосферу Земли. Они находятся в воздухе, воде, почве, пище, на окружающих нас предметах, на поверхности и внутри нашего тела и других организмов животного и растительного мира, и даже в космосе. Все микроорганизмы подразделяются на:
Название «микробиология» предложено французским ученым Дюкло. Микробиология зародилась в пределах биологии. Затем она постепенно дифференцировалась на самостоятельные научные дисциплины:
Предмет изучении общей микробиологии – общие закономерности, биологические свойства микроорганизмов вне зависимости от их видовой принадлежности: морфологию, физиологию, биохимию, генетику, экологию, эволюцию и другие признаки микроорганизмов. Предмет изучении частной микробиологии – особенности биологических свойств микроорганизмов, характерных определенному виду. Предмет изучения медицинской микробиологии – патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, процессы их взаимодействия с макроорганизмом. Задачи медицинской микробиологии:
В составе медицинской микробиологии выделяю следующие разделы:
Предмет изучения санитарной микробиологии, тесно связанной с медицинской микробиологией, – санитарно-микробиологическое состояние объектов окружающей среды и пищевых продуктов, разработка санитарно-микробиологических нормативови методов индикации патогенных микроорганизмов в различных объектах окружающей среды. Исторические этапы развития микробиологии. Выделяют 5 исторических периода развития и становления микробиологии как науки. I. Эвристический период. Многие тысячелетия человечество пользовалось плодами жизнедеятельности микроорганизмов, не подозревая об их существовании. Хотя мысль о наличии в природе невидимых живых существ возникала у многих исследователей. Гиппократ, Парацельс (VI век до н.э.) высказывали предположение о том, что «миазмы», обитающие в болотах, вызывают различные болезни у человека, попадая в его организм через рот. В наиболее законченной форме идею сформулировал Джироламо Фракосторо в труде «О контагиях, контагиозных болезнях и лечении» (1546 г.): заражение человека может происходить тремя путями – при непосредственном соприкосновении, опосредованно (через предмет) и на расстоянии, но при обязательном участии контагий («зародышей болезней»). Однако это были гипотезы, доказательств которых у них не было. II. Описательный период (морфологический) – охватывает вторую половину XVIII века и продолжается до середины XIX века. Связан с созданием микроскопа и открытием микроскопических существ, невидимых глазом человека. Первый микроскоп был создан в 1590 г. Гансом и Захарием Янсенами, но у него было увеличение всего лишь в 32 раза. Голландский натуралист Антоний Левенгук (1632-1723 гг.) сконструировал микроскоп с увеличением в 160-300 раз, при помощи которого ему удалось обнаружить мельчайших «живых зверьков» (анималькусов) в дождевой воде, зубном налете и других материалах. Зарисованные им формы микроорганизмов были удивительно правдивы. В этот же период в 1771 г. выдающийся русский врач Данило Самойлович (1744-1805 гг.) в опыте самозаражения гноем больных чумой доказал роль микроорганизмов в этиологии чумы и возможность предохранения людей от чумы с помощью прививок. Д.С. Самойлович был убежденным сторонником живой природы возбудителя чумы и за 100 с лишним лет до открытия этого микроба пытался обнаружить его. Лишь несовершенство микроскопов того времени помешало ему сделать это. Он предположил возможность искусственного создания невосприимчивости к инфекционному агенту и даже предпринял попытку создания противочумной вакцины. Эти исследования предшествовали работам Э. Дженнера. Работы Д.С. Самойловича внесли большой вклад в разработку мероприятий по борьбе с чумой. В 1796 г. Эдвард Дженнер (1749-1823 гг.) создал и успешно применил вакцину для профилактики натуральной оспы, взяв материал от доярки, больной коровьей оспой. III. Физиологический период (Пастеровский) (вторая половина XIX века) – «золотой век» микробиологии. С момента обнаружения микроорганизмов, возник вопрос не только об их роли в патологии человека, но и об их устройстве, биологических свойствах, процессах жизнедеятельности, экологии и т.д. Поэтому с середины XIX века началось интенсивное изучение физиологии бактерий. Л. Пастер (1822-1895 гг.) – основатель французской школы микробиологии (химик по образованию, талантливый экспериментатор, сделал ряд фундаментальных открытий во многих областях науки, в том числе и в микробиологии), его основные достижения:
Р. Кох (1843-1910 гг.) – основатель школы немецких микробиологов, его достижения:
Сейчас эта триада имеет относительное значение, установление роли микроорганизма в развитии инфекционного заболевания не всегда укладывается в рамки триады. IV. Иммунологический период (конец XIX – начало XX веков), связан с работами И.И. Мечникова и П. Эрлиха. И.И. Мечников (1845-1916 гг.) – один из основоположников иммунологии, описал явление фагоцитоза (клеточная теория иммунитета). Пауль Эрлих (1854-1915 гг.) сформулировал теорию гуморального иммунитета, объяснив происхождение антител и их взаимодействие с антигенами. В 1908 г. И.И. Мечникову и П. Эрлиху была присуждена Нобелевская премия за работы в области иммунологии. Конец XIXознаменовался эпохальным открытием царства вирусов. Д.И. Ивановский (1864-1920 гг.) – первооткрыватель вирусов. Будучи сотрудником кафедры ботаники Петербургского университета в 1892 г. при изучении мозаичной болезни табака пришел он к выводу, что заболевание вызвано фильтрующимся агентом, впоследствии названным вирусом. 1928 г. – А. Флеминг, изучая явления микробного антагонизма, получил нестабильный пенициллин. А в 1940 г. – Г. Флори и Э. Чейн получили стабильную форму пенициллина. Отечественный пенициллин был разработан в 40-е годы прошлого столетия ленинградским микробиологом З.В. Ермольевой. V. Современный период (начался в середине XX века) связан с научно-технической революцией в естествознании. 1944 г. – О. Эвери, К. Мак-Леод, К. Мак-Карти доказали роль ДНК в передаче наследственной информации. 1953 г. – Д. Уотсон и Ф. Крик расшифровали структуру ДНК. В 60-70 гг. появились работы по генетике бактерий, становление генной инженерии. 1958 г. – П. Медавар и Гашек описали явление иммунологической толерантности. 1959 г. – Р. Портер и Д. Эдельман смоделировали молекулу иммуноглобулина. 1982 г. – Р. Галло, 1883 г. Л. Монтанье открыли ВИЧ. Роль отечественных ученых в развитии микробиологии. Отечественным ученым принадлежит немало крупных достижений и открытий, внесших существенный вклад в развитие микробиологии. В ранний период развития микробиологии большое значение имели работы русских исследователей М.М. Тереховского (1740-1796 гг.) и Д.С. Самойловича. Работы М.М. Тереховского были посвящены изучению влияния на микроорганизмы различных физических и химических воздействий, первым разработал подходы к термическому обеззараживанию различных объектов. К сожалению, его работы были мало известны в то время. Русский ботаник Л.С. Ценковский (1822-1887 гг.), отнесший бактерии к растениям, разработал вакцину против сибирской язвы, которую успешно применял для вакцинации скота; описал 43 новых вида микроорганизмов; начал читать лекции о бактериях в Петербургском университете в середине 50-х годов XIX века. Г.Н. Минх (1836-1896 гг.) и О.О. Мочутковский (1845-1903 гг.) в опытах самозаражения доказали инфекционную природу возбудителя возвратного сыпного тифа. Д.К. Заболотный (1866-1929 гг.) – крупнейший организатор борьбы с чумой, доказал природную очаговость чумы, установил пути передачи инфекции от животных, тем самым заложив основы отечественной эпидемиологии. В 1898 г. создал 1-ю кафедру микробиологии в Петербургском женском медицинском институте. Г.Н. Габричевский (1860-1907 гг.) – первый русский бактериолог, открыл на частной основе Бактериологический институт при Московском университете в 1896 г., автор «Руководства к клинической бактериологии для врачей и студентов» и учебника «Медицинская бактериология». Имеет много работ по лечению и профилактике скарлатины, малярии и возвратного тифа. В 1894 г. получил первую противочумную сыворотку, которую сначала испытывал на себе. Н.Ф. Гамалея (1859-1949 гг.) – выдающийся русский микробиолог, ученик Пастера, автор многих работ, посвященных проблемам бешенства, холеры и др., разработал основы получения химических вакцин, в 1886 г. организовал и открыл в Одессе первую в России и вторую в мире Пастеровскую станцию, где проводились прививки против бешенства. Л.А. Зильбер (1894-1966 гг.) выделил вирус клещевого энцефалита и исследовал эпидемиологию этого заболевания, получил первую вакцину для специфической профилактики клещевого энцефалита. Является автором вирусно-генетической теории происхождения опухолей. П.Ф. Здродовский – иммунолог и микробиолог, известный фундаментальными работами по физиологии иммунитета и риккетсиологии. В.М. Жданов – крупнейший вирусолог, один из организаторов ликвидации натуральной оспы на Земле, основоположник молекулярной вирусологии и генной инженерии. В.Д. Тимаков – известен трудами по L-формам бактерий. М.П. Чумаков – вирусолог, организатор Института полиомиелита и вирусных энцефалитов (сейчас носит его имя), автор многих противовирусных вакцин, в том числе полиомиелитной пероральной вакцины. А.А. Смородинцев – автор гриппозной, коревой и полиомиелитной вакцин. Современные подходы к систематике и номенклатуре микроорганизмов. Систематика (от греч. systematicos– упорядоченный) – наука, занимающаяся изучением многообразия организмов, выявлением их сходства, различий, группировкой и классификацией. Классификация (от греч. classic – разряд, группа) – это распределение единиц по группам более высокого порядка (служит для упорядочения многообразных микроорганизмов, для определения видов). Таксономия (греч. taxis – порядок, расположение, nomos – закон) – это особый раздел систематики, изучающий принципы классификации. Признаки, используемые для таксономической классификации микроорганизмов:
Таксон – любая таксономическая группа, имеющая научное название. Основная таксономическая категория в микробиологии – вид. Вид – эволюционно сложившаяся совокупность микроорганизмов, имеющих единое происхождение и генотип, сходных по строению и физиологическим свойствам. Для обозначения вида применяется бинарное название, предложенное К. Линнеем. Схема формирования биноминального названия микроорганизмов:
Виды, связанные генетическим родством, объединены в роды, роды – в трибы, трибы – в семейства, семейства – в порядки, порядки – в классы, классы – в отделы, а отделы – в царства. Высшей таксономической категорией является царство. Признаки у особей одного и того же вида могут варьировать, поэтому внутри вида выделяют варианты: серологические (сероварианты/серовары), морфологические (морфовары), по отношению к специфическим бактериофагам (фаговары), биохимические (хемовары), экологические (эковары), бактериоциновары, резистовары (отличие по устойчивости к антибиотикам) и т.д. Помимо вида в микробиологии применяются специальные термины: штамм, клон, чистая культура, смешанная культура. Штамм – это культура клеток одного вида, выделенная из разных источников, или из одного источника, но в разное время. Клон – генетически однородная культура микроорганизмов, полученных из одной клетки. Чистая культура – популяция микробов одного вида, выращенных на питательной среде. Смешанная культура – культура клеток нескольких видов. Особенности систематики микроорганизмов. Выделяют мир микроорганизмов, который подразделяют на 3 царства: 1. Эукариоты (Eucaryotae): отделы – грибы (Fungi или Mycota) и простейшие (Protozoa). 2. Прокариоты (Procaryotae) : отделы – цианобактерии (сине-зеленые водоросли) и бактерии (35 групп по Берджи, в том числе бактерии, актиномицеты, спирохеты, риккетсии, хламидии и микоплазмы). 3. Вирусы (Vira) – ДНК- и РНК-содержащие. Существуют две неклассифицированные формы микроорганизмов – вироиды (инфекционные ДНК/РНК) и прионы (инфекционные белки). Особенности систематики бактерий. Среди трудов по систематике бактерий международное признание получили работы Берджи с авторами. Первое издание «Определителя бактерий» Берджи вышло в 1923 году; с тех пор руководство неоднократно переиздавалось. Последнее издание, дополненное и переработанное, опубликовано в 2001 г. По Берджи, царство прокариот делится на 4 отдела в зависимости от наличия у бактерий клеточной стенки и от ее состава. 1. Gracillicutes (тонкокожие) – имеют тонкую клеточную стенку (например, Грам- бактерии). 2. Firmicutes (толстокожие) – объединяют Грам+ бактерии с толстой клеточной стенкой. 3. Tenericutes (нежнокожие) – отдел представлен организмами, не имеющими клеточной стенки (микоплазмы). 4. Mendosicutes (mendosis – неправильный) – сюда вошли бактерии, имеющие клеточную стенку, но она не содержит пептидогликана (археобактерии). Описание бактерий в определителе даются по группам, которые делятся на семейства, роды. Всего выделено 35 групп, из них 30 содержат патогенные для человека виды. Морфология бактерий. Морфология бактерий – это раздел микробиологии, изучающий форму, размеры, строение бактерий и их взаимное расположение относительно друг друга. Размеры бактерий измеряются в мкм и колеблются от 0,1 до 10 мкм; размеры отдельных клеточных структур – в нм. Существуют 4 основные формы бактерий – шаровидные, палочковидные, извитые, ветвящиеся. Шаровидные бактерии – кокки (coccus – зерно) имеют правильно сферическую или эллипсовидную форму, по расположению в мазке различают:
Характер расположения в мазках зависит от особенностей деления бактериальных клеток в процессе размножения и наличием капсулы. Палочковидные формы подразделяются на:
Палочки бывают короткими, длинными с закругленными и заостренными концами. По расположению в мазках выделяют:
Извитые бактерии делятся на:
Нитевидные формы (ветвящиеся) – это палочки с разветвлениями на одном или обоих концах (например, актиномицета). Но размеры и форма бактерий могут изменяться под влиянием окружающей среды (состав питательной среды, ее pH, температура, лекарственные препараты и др.), а также в зависимости от возраста культуры. Ультраструктура бактериальной клетки. Бактерии относятся к прокариотам, устроенным более примитивно, чем эукариоты (растительные и животные клетки). Сходства в строении клеток эукариот и прокариот:
Различия в строении клеток эукариот и прокариот:
Ультраструктуру бактериальной клетки удалось изучить с помощью электронного микроскопа, а также благодаря биохимическим, цитохимическим и иммунологическим методам. Различают обязательные компоненты бактериальной клетки (имеющиеся у всех бактерий и постоянно) и необязательные (встречаются лишь у некоторых микроорганизмов и непостоянно). К обязательным элементам относятся: клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма, нуклеоид, рибосомы, мезосомы, пили 1-го порядка. К необязательным – капсула, споры, жгутики, плазмиды, пили 2-го порядка, включения.
Оболочка бактериальной клетки состоит из 3-х основных слоев: слизистый, клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана. Слизистый слой представляет собой аморфное слизистое образование. Некоторые бактерии имеют помимо этого легко отделяемого слизистого слоя, капсулу, отличающуюся упорядоченным фибриллярным строением. Образование капсулы зависит от среды, в которой находятся бактерии. Некоторые из них (пневмококки), образуют капсулу только в организме человека или животного, другие – в организме и на питательных средах с добавлением крови (возбудитель чумы). Функцией капсул является защита микроорганизмов от фагоцитоза, от действия антител и других барьерных факторов организма.
Клеточная стенка – прочная эластичная стенка, окружающая бактериальную клетку снаружи. Клеточная стенка имеет сложную структуру, ее химический состав и строение постоянны, что используется для определения вида микроорганизмов. В состав клеточной стенки почти всех прокариот обязательно входит пептидогликан (или муреин), обеспечивающий эластичность и ригидность. Это полисахарид, состоящий из чередующихся звеньев N-ацетилглюкозамина и N- ацетилмураловой кислоты. С каждым остатком данной кислоты ковалентно связан тетрапептид, в состав которого входят 4 аминокислоты: аланин, глутамин, лизин и диаминопимелиновая кислота, встречающаяся только у бактерий. В 1885 г. датский врач Христан Грам предложил метод окраски бактерий, при котором одни бактерии окрашивались в фиолетовый цвет (их назвали грамположительными); другие – в красный (грамотрицательные). Сам автор не смог объяснить механизм такого окрашивания. Позже было установлено, что характер окраски бактерий зависит от особенностей строения клеточной стенки. Ее структура и химический состав различны у грам+ и грам- бактерий. Грамположительные бактерии имеют сравнительно просто построенную, но мощную клеточную стенку. Она состоит преимущественно из множества слоев пептидогликана, составляющего до 95% его сухой массы. Часто вместо диаминопимелиновой кислоты содержится лизин, тейхоевые и липотейхоевые кислоты – на них приходится до 50% сухого веса клеточной стенки. Стенка эта не содержит липополисахаридов, но может включать различные белки, содержание которых вариабельно. Грамотрицательные бактерии имеют сравнительно тонкую клеточную стенку, в ней выделяют 2 слоя – пластичный и ригидный. Последний образован одним слоем пептидогликана, составляющего не более 10% сухой массы клеточной стенки. На пептидогликановом каркасе расположены фосфолипиды, липополисахариды и белки, образующие пластичный слой. Толщина пластичного слоя значительно превышает размеры монослоя пептидогликана. Различия в строении клеточной стенки Грам+ и Грам- бактерий.
Грамположительные и грамотрицательные микроорганизмы.
Цитоплазматическая мембрана расположена под клеточной стенкой и отделяет ее от цитоплазмы, представляет собой эластичный фосфолипидный бислой, в который погружены молекулы белков, толщина – 8-10 нм. Цитоплазма – коллоидная система, состоящая из воды (70-80%), протеинов, жиров, углеводов, минеральных веществ, содержит органеллы (нуклеоид, рибосомы, мезосомы) и включения (гранулы, содержащие крахмал, гликоген, серу, волютин и т.д.). Нуклеоид представляет собой кольцевую двунитевую молекулу ДНК и в отличие от ядер эукариот, не имеет мембраны и гистонных белков. Рибосомы представляют собой одноцепочечные молекулы РНК (40%), связанные с белком (60%), разбросанные по цитоплазме (от 500 до 5000 на одну бактериальную клетку). Мезосомы – производные ЦПМ, образуются путем инвагинации в цитоплазму, могут быть пластинчатыми (ламинарными), трубчатыми (тубулярными), везикулярными (пузырными), смешанными. Пили 1-го порядка (фимбрии, ворсинки, реснички) покрывают поверхность бактериальной клетки в количестве от нескольких сотен до нескольких тысяч, размеры – 0,3-12 нм длиной и 3-10 нм шириной. Пили 2-го порядка (коньюгативные, половые) участвуют в коньюгации бактерий, имеются только у бактерий-доноров 1-4 на клетку.   перейти в каталог файлов | Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||