Микробиология строение бактерии. Структура бактериальной клетки

Бактерии - это большая и важная группа мелких, в основном одноклеточных микроорганизмов. Они принадлежат к растительным организмам, но почти все бактерии не имеют хлорофилла, чем и отличаются от настоящих растений.

От внешней среды клетка отделена плотной оболочкой - клеточной стенкой (рис. 1). У бактерий клеточная стенка очень тонка и достигает толщины 10-20 -6 мм. Это очень важная часть клетки: она определяет ее форму и охраняет от вредных воздействий внешней среды, являясь своеобразным барьером.

Рис. 1. Строение бактериальной клетки: 1 - клеточная стенка; 2 - клеточная мембрана; 3 - цитоплазма; 4 - рибосомы; 5 - жировые включения; 6 - ядерное вещество (нуклеотид с нитями ДНК); 7 - мезосомы.

Внутреннее пространство клетки под мембраной заполнено полужидкой цитоплазмой (протоплазмой). В цитоплазме находятся различные структурные элементы клетки: рибосомы, мезосомы, ядерное вещество и разнообразные включения - запасные питательные вещества. В рибосомах протекает синтез белков, необходимых клетке для ее роста, размножения и замены изношенных частей. Мезосомы - это особые структуры в клетках бактерий, в которых происходит окисление органических веществ и накопление энергии. Среди запасных питательных веществ клетки обнаруживают крахмалоподобное вещество гликоген, азотсодержащее вещество волютин, жиры и др.

К клеточной оболочке примыкает цитоплазматическая мембрана, которая состоит из трех слоев. Она содержит много ферментов и принимает активное участие в обмене веществ клетки, так как транспортирует питательные вещества внутрь и продукты обмена наружу.

Бактерии бывают палочковидной, шаровидной и извитой формы (рис. 2). Шаровидные бактерии называются кокками. Они различаются размерами и взаимным расположением отдельных клеток.

Рис. 2. Формы бактерий: а - микрококки; б - стрептококки; в - диплококки; г - стафилококки; д - палочки; е - вибрионы; ж - спирохеты.

Группы из двух кокков называются диплококками, цепочки из кокков в виде ожерелья - стрептококками, скопления неправильной формы в виде виноградной грозди - стафилококками, группы правильной формы в виде пакетов - сарцинами. Палочковидные бактерии встречаются в виде одиночных клеток, соединенных по две, в виде цепочек, и т. д.

Большое разнообразие форм клеток наблюдается в группе спирально извитых бактерий, которые отличаются длиной, толщиной клеток, а также количеством и характером завитков. Так, бактерии, клетка которых изогнута незначительно (не более чем на 1/4 оборота), называются вибрионами.

Бактерии, имеющие один или несколько правильных завитков, называются спириллами. Бактерии с длинными и тонкими извитыми клетками и многочисленными мелкими завитками называются спирохетами. Существуют также нитчатые формы бактерий: серобактерии, железобактерии и др.

Многие виды бактерий способны к активному движению с помощью специальных органов-жгутиков. Жгутики - это тонкие выросты цитоплазмы, длина которых может во много раз превышать длину клетки. Количество и расположение жгутиков постоянно для каждого вида бактерий.

Бактерии с одним жгутиком на конце называются монотрихами, с пучком жгутиков на конце - лофотрихами. Бактерии, у которых жгутики расположены по периферии клетки, называются перитрихами (рис. 3). Обнаружить жгутики можно с помощью специальной окраски и микроскопирования в темном поле или в электронном микроскопе.

Рис. 3. Основные типы расположения жгутиков у бактерий: а - монотрих; б-г - лофотрихи; д - перитрих.

Говоря о бактериях, чаще всего мы представляем нечто негативное. А между тем знаем мы о них очень мало. Строение и жизнедеятельность бактерий достаточно примитивны, но это, по предположениям некоторых ученых, самые древнейшие обитатели Земли, и за столько лет они не исчезли и не вымерли. Многие виды таких микроорганизмов человек использует для своего блага, другие же являются причиной серьезных заболеваний и даже эпидемий. Но вред одних бактерий порой не соизмерим с пользой других. Давайте поговорим об этих удивительных микроорганизмах и познакомимся с их строением, физиологией и классификацией.

Царство бактерий

Это безъядерные, чаще всего одноклеточные микроорганизмы. Их открытие в 1676 году - заслуга голландского ученого А. Левенгука, который впервые разглядел крошечные бактерии под лупой микроскопа. А вот изучать их природу, физиологию и роль в жизни человека впервые начал французский химик и микробиолог Луи Пастер в 1850-х годах. Строение бактерии стало активно исследоваться с появлением электронных микроскопов. Ее клетка состоит из цитоплазматической мембраны, рибосомы и нуклеотида. ДНК бактерии сосредоточена в одном месте (нуклеоплазме) и представляет собой клубок из тонких нитей. Цитоплазма отделена от клеточной стенки цитоплазматической мембраной, в ней находятся нуклеотид, различные мембранные системы, клеточные включения. Рибосома бактерии состоит на 60% из РНК, остальное - белок. На фото ниже изображено строение сальмонеллы.

Клеточная стенка и ее компоненты

Бактерии имеют клеточное строение. Стенка клетки обладает толщиной около 20 нм и, в отличие от высших растений, не имеет фибриллярной структуры. Ее прочность обеспечивается специальным покровом, называемым мешком. Он состоит преимущественно из полимерного вещества - муреина. Его компоненты (субъединицы) соединены в определенной последовательности в особые полигликановые тяжи. Они совместно с короткими пептидами образуют макромолекулу, напоминающую сеть. Это и есть муреиновый мешок.

Органы передвижения

Эти микроорганизмы способны к активному передвижению. Осуществляется оно за счет плазматических жгутиков, имеющих винтообразное строение. Бактерии могут передвигаться со скоростью до 200 мкм в секунду и оборачиваться вокруг своей оси за секунду 13 раз. Способность жгутиков к движению обеспечивается специальным сократительным белком - флагеллином (аналог миозина в мышечных клетках).

Размеры они имеют следующие: длина - до 20 мкм, диаметр - 10-20 нм. Каждый жгутик отходит от базального тельца, которое погружено в оболочку клетки бактерии. Органы передвижения могут быть единичными или располагаться целыми пучками, как, например, у спириллы. Количество жгутиков может зависеть от условий внешней среды. Например, Протеус вульгарис при бедном питании имеет всего два субполярных жгутика, тогда как при нормальных условиях развития в пучках их может быть от 2 до 50.

Движение микроорганизмов

Строение бактерии (схема ниже) таково, что она может достаточно активно передвигаться. Движение в большинстве случаев происходит за счет толчка и осуществляется в основном в жидкой или влажной среде. В зависимости от действующего фактора, другими словами - вида внешнего раздражителя, оно может представлять собой:

• хемотаксис - это направленное движение бактерии к питательным веществам или, напротив, от каких-либо токсинов;
• аэротаксис - движение к кислороду (у аэробов) или от него (у анаэробов);
• фототаксис - реакция на свет, проявляющаяся в движении, характерна прежде всего для фототрофов;
• магнитотаксис - реакция на изменения в магнитном поле, объясняется наличием у некоторых микроорганизмов специальных частиц (магнетосом).

Одним из перечисленных способов бактерии, особенности строения клетки которых позволяют им передвигаться, могут создавать скопления в местах с оптимальными условиями для их жизнедеятельности. Кроме жгутиков, некоторые виды имеют многочисленные более тонкие нити - их называют "фимбрии" или "пили", но их функция в достаточной мере еще не изучена. Бактерии, которые не имеют специальных жгутиков, способны к скользящему движению, правда, оно характеризуется очень низкой скоростью: примерно 250 мкм в минуту.

Вторая малочисленная группа бактерий - автотрофы. Они способны синтезировать из неорганических веществ органические, частично могут усваивать атмосферный углекислый газ и являются хемотрофами. Эти бактерии занимают весьма важное место в круговороте химических элементов в природе.

Также существуют две группы настоящих фототрофов. Особенности строения бактерий этой категории заключаются в том, что они содержат вещество (пигмент) бактериохлорофилл, родственное по природе растительному хлорофиллу, а так как у них отсутствует фотосистема II, фотосинтез протекает без выделения кислорода.

Размножение делением

Основной способ размножения - это деление исходной материнской клетки надвое (амитоз). У форм, имеющих вытянутую форму, это всегда происходит перпендикулярно продольной оси. Строение бактерии претерпевает при этом кратковременные изменения: от края клетки к середине образуется поперечная перегородка, по которой затем и разделяется материнский организм. Это объясняет старое название царства - Дробянки. Клетки после деления могут оставаться соединенными в неустойчивые, рыхлые цепочки.

Вот такие можно выделить отличительные особенности строения бактерий некоторых видов, например, стрептококков.

Спорообразование и половое размножение

Второй способ размножения - спорообразование. Оно напрямую сопряжено со стремлением приспособиться к неблагоприятным условиям и направлено на то, чтобы их пережить. У некоторых палочковидных бактерий споры образуются эндогенно, то есть внутри клетки. Они очень устойчивы к нагреванию и могут сохраняться даже при длительном кипячении. Образование спор начинается с различных химических реакций в материнской клетке, при этом разлагается около 75% всех ее белков. Затем происходит деление. При этом образуются две дочерние клетки. Одна из них (меньшая) покрывается толстой оболочкой, которая по объему может занимать до 50% - это и есть спора. Она сохраняет жизнеспособность и готовность к прорастанию в течение 200-300 лет.

Некоторые виды способны к половому размножению. Впервые этот процесс открыли в 1946 году, когда изучали строение клетки бактерии Эшерихия коли. Оказалось, что возможен частичный перенос генетического материала. То есть фрагменты ДНК передаются от одной клетки (донора) к другой (реципиенту) в процессе конъюгации. Осуществляется это при помощи бактериофагов или путем трансформации.

Строение бактерии и особенности ее физиологии таковы, что в идеальных условиях процесс деления происходит постоянно и очень быстро (каждые 20-30 минут). Но в естественной среде он ограничен различными факторами (солнечным светом, питательной средой, температурой и др.).

В основу классификации этих микроорганизмов положено различное строение клеточной стенки бактерий, которое обуславливает сохранение анилинового красителя в клетке или его вымывание. Это было выявлено Х. К. Грамом, а впоследствии, в соответствии с его именем были выделены два больших отдела микроорганизмов, о которых мы поговорим ниже.

Грамположительные бактерии: особенности строения и жизнедеятельности

Эти микроорганизмы имеют многослойный муреиновый покров (30-70% от всей сухой массы клеточной стенки), благодаря чему из клеток не вымывается анилиновый краситель (на фото выше слева схематично изображено строение грамположительной бактерии, а справа - грамограмотрицательной). Их особенностью является и то, что диаминопимелиновая кислота часто заменяется лизином. Содержание белка значительно меньше, а полисахариды отсутствуют или связаны ковалентными связями. Все бактерии этого отдела разделены на несколько групп:

1. Грамположительные кокки. Они представляют собой одиночные клетки или группы по две, четыре и более клеток (до 64), скрепленных между собой целлюлозой. По типу питания это, как правило, облигатные или факультативные анаэробы, например, молочнокислые бактерии из семейства Стрептококковые, но могут быть и аэробы.
2. Неспорообразующие палочки. По названию уже можно понять строение клетки бактерии. К этой группе относят анаэробные или факультативно аэробные молочнокислые виды из семейства Лактобациллы.
3. Спорообразующие палочки. Они представлены всего одним семейством - Клостридии. Это облигатные анаэробы, способные образовывать споры. Многие из них формируют характерные цепочки или нити из отдельных клеток.
4. Коринеморфные микроорганизмы. Внешнее строение клетки бактерии этой группы может значительно меняться. Так, палочки могут становиться булавовидными, короткими, кокками или слабо разветвленными формами. Эндоспоры они не образуют. К ним относятся пропионовокислые, стрептомицетовые бактерии и т. д.
5. Микоплазмы. Если обратить внимание на строение бактерии (схема на рисунке ниже - стрелка указывает на цепочку ДНК), то можно отметить, что она не имеет клеточной стенки (вместо нее есть цитоплазматическая мембрана) и, следовательно, не окрашивается анилиновым красителем, поэтому ее нельзя отнести к данному отделу на основании окрашивания по Граму. Но согласно последним исследованиям микоплазмы произошли от грамположительных микроорганизмов.

Грамотрицательные бактерии: функции, строение

У таких микроорганизмов сеть муреина очень тонкая, ее доля от сухой массы всей клеточной стенки составляет всего лишь 10%, остальная часть - это липопротеины, липополисахариды т. д. Вещества, поступающие при окрашивании по методу Грама, легко вымываются. По типу питания грамотрицательные бактерии - фототрофы или хемотрофы, некоторые виды способны к фотосинтезу. Классификация внутри отдела находится в процессе формирования, различные семейства объединяют в 12 групп, исходя из особенностей морфологии, обмена веществ и других факторов.

Значение бактерий для человека

Несмотря на свою, казалось бы, незаметность, бактерии имеют огромное значение для человека, как положительное, так и отрицательное. Производство многих пищевых продуктов невозможно без участия отдельных представителей этого царства. Строение и жизнедеятельность бактерий позволяют получать нам многие молочные продукты (сыры, йогурты, кефир и многое другое). Эти микроорганизмы участвуют в процессах квашения, брожения.

Многочисленные виды бактерий являются возбудителями болезней у животных и человека, таких как сибирская язва, столбняк, дифтерия, туберкулез, чума и т. д. Но в то же время микроорганизмы участвуют в различных промышленных производствах: это генная инженерия, получение антибиотиков, ферментов и других белков, искусственное разложение отходов (например, метановое сбраживание сточных вод), обогащение металлов. Некоторые бактерии растут на субстратах, богатых нефтепродуктами, и это служит индикатором при поиске и разработке новых месторождений.

Основные группы микроорганизмов и принципы их классифика­ции. Ветеринарная микробиология изучает бактерии, вирусы, па­тогенные грибы, риккетсии, микоплазмы, хламидии. Для класси­фикации микроорганизмов используют комплекс признаков: фенотипические (морфология, культуральные, физиологические и другие свойства) и генотипические (структуры и гибридизация ДНК для установления гомологии). Методы геносистематики по­зволяют определять микроорганизмы не по сходству их призна­ков, а по степени родства.

Определение вида микроорганизма в практической работе проводят по его основным свойствам: морфологии, росту на питательных средах, биохимическим свойствам, отношению к различным краскам, по антигенным свойствам, патогенности для животных и др. По этим признакам находят место изучаемого микроба в классификационной таблице определителя.

Для обозначения видов принята двойная (бинарная) номен­клатура - название каждого микроба состоит из двух слов: пер­вое слово обозначает род, пишется с прописной буквы; второе - обозначает вид и пишется со строчной буквы. Например, возбу­дитель сибирской язвы - Bacillus anthracis, возбудитель мыта - Streptococcus equi.

Классификация бактерий. Бактерии - микроскопические представители растительного мира - объединены в царство про­кариотов, которое включает отделы, разделенные на классы, по­рядки, семейства, роды, виды.

Вид - основная таксономическая единица. Бактерии с от­клонениями от типичных свойств вида называют подвидом, при отличии по каким-то отдельным свойствам - вариантом (например, по серологическим свойствам - серологический ва­риант, или серовар).

Патогенные для животных бактерии есть в двух классах: 1) в классе шизомицет - возбудители мелиоидоза, кампилобактериоза, болезни укуса крыс, бруцеллеза, туберкулеза, лептоспироза и др. В отдельные семейства выделены возбудители риккетсиозов и хламидиозов; 2) в классе молликутов - возбудители микоплаз­мозов животных: контагиозной плевропневмонии крупного рога­того скота, агалактии овец и коз и др.

Классификация вирусов. Она проводится по типу нуклеиновой кислоты, числу нитей в ней, относительной молекулярной массе, размеру и особенностям строения- вирусных частиц и репродук­ции вирусов, кругу хозяев, патогенности, способам передачи. Вирусы делятся на две группы: содержащие дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и содержащие рибонуклеиновую кислоту (РНК).

К ДНК-содержащим вирусам относят: аденовирусы (возбудители аденовирусных болезней животных); герпесвирусы (возбудители болезней Ауески и Марека, ринопневмонии лоша­дей, инфекционного ринотрахеита крупного рогатого скота); паповавирусы (вирусы бородавок рогатого скота и собак); парвовирусы (парвовирусные инфекции свиней, собак, кошек, крупного рогатого скота, кроликов, гусей, алеутская болезнь норок, панлейкопения кошек); поксвирусы (возбудители оспы животных, миксоматоза кроликов, эктимы овец).

К РНК-содержащим вирусам принадлежат: бунъявирусы (возбудители болезни Акабане, лихорадки долины Рифт, болезни Найроби); калицивирусы (вирус везикулярной экзантемы свиней, морских львов Сан-Мигель, калицивирус кошек, возбу­дитель геморрагической болезни кроликов); коропавирусы (вирус инфекционного бронхита птиц, трансмиссивного гастроэнтерита свиней); орбивирусы (вирус инфекционной катаральной лихорад­ки овец, африканской чумы лошадей, эпизоотической геморра­гической болезни оленей); ортомиксовирусы (возбудители гриппа животных); парамиксовирусы (возбудители ныокаслской болезни, парагриппа, чумы плотоядных, чумы крупного рогатого скота); пестивирусы (вирус классической чумы свиней, диареи крупного рогатого скота); пикорнавирусы (возбудители ящура, энтеровирусы животных, возбудители везикулярной болезни свиней, болез­ни Тешена); рабдовирусы (возбудители бешенства, везикулярного стоматита); ретровирусы (возбудители лейкоза животных, вирус висны-маэди овец); тогавирусы (возбудители энцефаломиелитов лошадей - восточного, западного и венесуэльского, японского энцефалита, менингоэнцефалита индеек). Ряд вирусов пока еще не классифицирован.

В практической работе выделенные вирусы определяют путем фильтрации через фильтры с определенными размерами пор, электронной микроскопией, по чувствительности к эфиру и дезоксихолату, определенным показателям рН и химическим веще­ствам, позволяющим установить тип нуклеиновой кислоты, по способности размножаться в куриных эмбрионах, культурах кле­ток и организме специфически восприимчивых животных.

Классификация грибов. Грибы - растительные микроорганиз­мы, не содержащие хлорофилла. Их насчитывают более 100 тыс. видов, объединенных в 20 классов. Болезни животных вызывают грибы, относящиеся к классам фикомицетов, аскомицетов (сум­чатых), базидиомицетов и несовершенных грибов.

Морфология и строение бактерий. Бактерии (от греч. bacte­ria - палочка) - преимущественно одноклеточные микроорга­низмы, имеющие клеточную стенку, ДНК и РНК, неоформлен­ное ядро без оболочки, лишены хлорофилла, размножаются про­стым делением. Спорообразующие аэробные бактерии называют бациллами (например, возбудитель сибирской язвы), анаэроб­ные - клостридиями (возбудители столбняка, брадзота). Величи­на бактерий от 0,1 до 20 мкм. Форма и размеры их могут изме­няться в зависимости от внешних условий. Но при определенных стабильных условиях бактерии сохраняют постоянно присущую данному виду морфологию, выработанную в процессе эволюции. Различают 4 основные формы бактерий: шаровидные (кокки), палочковидные (бактерии, бациллы и клостридии), извитые спи­ралевидные (вибрионы, спириллы), нитевидные (хламидобактерии) (рис. 1).

Кокки чаще имеют форму шара. По взаимораспо­ложению, зависящему от плоскости деления, их можно разделить на группы: микрококки, расположенные одиночно и беспорядоч­но; диплококки - парные кокки; стрептококки - цепочки кок­ков; тетракокки, расположенные по четыре клетки; сарцины - пакеты кокков в несколько рядов; стафилококки - скопления кокков, напоминающие виноградные грозди.

Палочковидные (цилиндрические) бактерии, бациллы и клостри­дии бывают короткими, длинными, с закругленными, обрублен­ными или заостренными концами. Парные палочки называют диплобактериями, цепочки палочек - стрептобактериями. У некоторых бактерий обнаруживают боковые выросты или булаво­видные утолщения на концах клетки.

Извитые спиралевидные бактерии: вибрионы, изогнутость тел которых не превышает, одной четверти оборота; спириллы и спи­рохеты - с изгибами из одного или нескольких оборотов.

Рис. 1. Основные формы бактерий:

1 - стафилококки; 2 и 3 - диплококки; 4 - стрептококки; 5 - тетракокки; 6 - сарцины;
7, 8 и 9 - различные виды палочек; 10 - вибрионы; 11 - спириллы; 12 - спирохеты

Нитевидные - серобактерии, железобактерии - непатогенные обитатели водоемов.

Строение бактерий. Бактерии состоят из оболочки, цитоплазмы, нуклеоида (ядра) и других структур (рис. 2). Оболоч­ка бактерий - тонкая пленка, в которой заключено содержимое бактериальной клетки. Придает бактериям определенную форму, через нее проходят необходимые для жизнедеятельности клетки вещества и выводятся ненужные продукты обмена веществ. За­щищает бактерию от воздействия вредных факторов внешней среды. Состоит из клеточной стенки и цитоплазматической мем­браны. У бактерий некоторых видов имеется капсула.

Клеточная стенка бактерий состоит из наружного (липопротеидного), среднего (липополисахаридного) и внутреннего (ригид­ного, мукополимерного) слоев. Она проницаема для солей, со­держит ферменты. К ее внутренней поверхности прилегает цитоплазматическая мембрана, состоящая из липидного и протеинового слоев. Она также содержит ферменты и играет роль осмотического барьера. Если действием лизоцима раство­рить клеточную стенку, то такая бактерия превращается в про­топласт.

Цитоплазма бактерий - внутреннее содержимое клетки. Это коллоидная система, состоящая из воды, белков, нуклеиновых кислот и других веществ. В ней происходят сложные процессы обмена веществ. Цитоплазма содержит мелкие зерна - ри­босомы (рибонуклеопротеиды), функция которых - синтез белка; плазмиды - генетические внехромосомные структуры в виде молекул ДНК; различные включения - гранулы волютина, липопротеиновые тела, гликоген, гранулезу, пигментные скопле­ния, серу, кальций - это резерв питательных веществ клетки или конечные продукты ее обмена; вакуоли, число которых увеличи­вается по мере старения клетки; мезосомы - особые мембранные системы, участвующие в обмене веществ и делении клетки. Су­ществует две группы бактерий, цитоплазма которых имеет раз­ный химический состав. Одни окрашиваются по Граму положи­тельно, другие - отрицательно, что имеет большое значение при дифференциальной диагностике.

Рис. 3. Жгутики бактерий:

1 - монотрихи; 2 - амфитрихи; 3 - лофотрихи; 4 - перитрихи

Нуклеоид (ядро) - плотный хроматиновый тяж в центре бакте­рии, состоит из клубка двойных нитей ДНК.

Жгутики - цитоплазматические тонкие и длинные нити (рис. 3), состоящие из белка - флагелина; обеспечивают движе­ние бактерии. Их обнаруживают с помощью особых методов ок­раски или при исследовании в электронном микроскопе. Бакте­рии по расположению жгутиков и их числу делятся на: моно­трихи - с одним жгутиком на конце; амфшприхи - с двумя полярно расположенными жгутиками; лофотрихи - с пучком жгутиков на одном конце клетки; перитрихи - жгутики распола­гаются по всей поверхности клетки. Характер движения бактерий зависит от числа жгутиков и их расположения, возраста культуры, температуры инкубирования, наличия химических веществ и дру­гих факторов. Наиболее подвижны моно- и лофотрихи, они дви­жутся прямолинейно. Перитрихи движутся беспорядочно.

Подвижность бактерий устанавливают специальными метода­ми. Это свойство используют для дифференциации бактерий.

Кроме активной подвижности микробы способны к молекуляр­ному (пассивному) броуновскому движению, что нужно учиты­вать при оценке степени подвижности бактерий.

Бахромки (пили, реснички, ворсинки) покрывают тело бакте­рий отдельных видов. Они короче и тоньше жгутиков.

Споры - одна из стадий развития бацилл и клостридий, выра­ботанная в процессе эволюции в борьбе за сохранение вида. Спорообразование начинается с появления в клетке спорогенной зоны, затем образуется проспора и, наконец, зрелая спора. Это сопровождается уплотнением цитоплазмы, концентрацией ядер­ной субстанции и формированием плотной трехслойной оболоч­ки. Споры образуются при воздействии неблагоприятных факто­ров (недостаток питательных веществ), старении культуры, а также при определенной температуре и степени аэрации. Так, возбудитель сибирской язвы образует споры при доступе кисло­рода, а возбудитель столбняка - в его отсутствие. Споры устой­чивы, длительно сохраняются в неблагоприятных условиях, вы­держивают кипячение и действие концентрированных дезинфи­цирующих веществ. Вблагоприятных условиях они прорастают в вегетативные клетки. Споры могут располагаться в разных частях микробной клетки, диаметр спор может превышать поперечник бактериальной клетки.

Морфология и строение актиномицетов (лучистых грибов). Клетки актиномицетов - тонкие ветвящиеся нити (гифы) без перегородок, поэтому все разветвление представляет как бы одну клетку. Размножаются с помощью воздушных спор, образующих­ся на ветках мицелия, или путем фрагментации - распада цито­плазмы на отдельные клетки. Гифы актиномицетов имеют обо­лочку, в цитоплазме обнаруживают вакуоли, различные включе­ния, диффузно расположенную ядерную субстанцию. Таким образом, по морфологии, диффузному ядру, свойствам цитоплаз­мы и оболочки, отношению к краскам и питательным веществам актиномицеты сходны с бактериями, а по способу размножения (образование спор и их прорастание) сходны с низшими гриба­ми. В настоящее время их принято относить к бактериям, а не к грибам (цв. табл. 1).

Из патогенных актиномицетов известны возбудители актиномикоза животных и человека. В пораженных тканях мицелий гриба образует плотные зерна (друзы) из переплетенных нитей. Огромное значение имеют виды актиномицетов - продуцентов антибиотиков (стрептомицина, хлортетрациклина и др.). Особого внимания заслуживают актиномицеты из рода Mycobacterium. Мицелий у них не образуется, клетки палочковидные, ветвящие­ся. К ним относятся возбудители туберкулеза.

Морфология и строение спирохет. Спирохеты - группа микро­организмов с характерными свойствами и с признаками, общими для бактерий и простейших; имеют штопорообразную извитую форму. Тело их состоит из осевой нити и цитоплазмы; офор­мленного ядра, спор, капсул и жгутиков не обнаружено. Вместо оболочки - тонкий эктоплазматический слой - перипласт. Об­ладают подвижностью благодаря сокращениям тела клетки.

К спирохетам относятся лептоспиры - возбудители лептоспироза животных.

Морфология и строение микоплазм. Микоплазмы - самые мелкие из бактерий, спор не образуют, неподвижны. Растут на сложных питательных средах. Колонии врастают в твердые среды, имеют вид «глазуньи». Микоплазмы полиморфны, так как у них нет истинной клеточной оболочки (есть только трехслой­ная мембрана). Отмечают шаровидную, зернистую, нитевидную, кольцевидную формы. Микоплазмы проходят через бактериаль­ные фильтры и растут на средах, не содержащих живых клеток. Все это позволяет считать их промежуточными микроорганизма­ми между бактериями и вирусами.

К патогенным для животных принадлежат возбудители конта­гиозной плевропневмонии крупного рогатого скота, агалактии овец и коз, контагиозной плевропневмонии коз и овец, респира­торного микоплазмоза птиц. Микоплазмы также контаминируют куриные эмбрионы и культуры клеток, что затрудняет выращива­ние вирусов.

К патогенным для животных относятся возбудители Ку-лихорадки, гидроперикардита крупного рогатого скота (ко удриоза).

Бактерии, относящиеся к семейству хламидий. У крупного рогатого скота, овец и свиней встречается Ch. picorni, у птиц - Ch. psittaci, а у кошек - Ch. pneumoniae. Два последних вида патогенны и для людей.

(Морфология вирусов описана в главе 5«Основы учения о вирусах» раздела I.)

Морфология и строение грибов. Грибы размножаются спора­ми, имеют вегетативное тело в виде мицелия. Интерес для вете­ринарной микробиологии представляют плесени, дрожжи и не­совершенные грибы.

Плесени (гифомицеты) образуют длинные гифы, форми­рующие грибницу (мицелий). Гифа имеет оболочку, цитоплазму и ядро. В цитоплазме находят включения, зерна и вакуоли. Широко распространены в природе мукоровые грибы (головчатая плесень). Они имеют ветвящийся одноклеточный мицелий, раз­виваются в сырых местах.

Плесень пенициллиум (кистевидная плесень) также широко рас­пространена в природе, ее обнаруживают в почве, на грубых кормах, в молочных продуктах. Представители этого рода - про­дуценты пенициллина;

Аспергилл (леечная плесень) имеет многоклеточный мицелий, его часто обнаруживают на сене. Один из видов вызывает аспергиллез животных. Некоторые аспергиллы - продуценты анти­биотиков (фумигаллин, аспергиллин). Фузариум - плесень, ми­целий которой бывает окрашен в разные цвета. Поражает пере­зимовавшие в поле злаковые растения и делает их ядовитыми для человека и животных («пьяный хлеб»). Молочная плесень появляется на поверхности молочных продуктов. Один из видов этой плесени вызывает молочницу - заболевание молодняка жи­вотных, в том числе птиц.

Дрожжи относятся к классу сумчатых грибов - аскомицетов. Это одноклеточные организмы округлой, овальной или уд­линенной формы с двухконтурной оболочкой и ядром. Размно­жаются почкованием или спорообразованием. Большое значение имеют расы дрожжей, вызывающие спиртовое брожение, а также используемые для приготовления кефира. Патогенным для лоша­дей является возбудитель эпизоотического лимфангита.

Несовершенные грибы - группа грибов, имеющих многоклеточный мицелий, размножаются спорами, бесполым путем. Имеют оболочку, цитоплазму, ядро, включения. К ним относятся возбудители дерматомикозов - трихофитии, микро­спории, парши (фавуса).

Лабораторная работа

Техника безопасности при работе с инфекционным материалом и больными животными. Приготовление и исследование мазков из культур бактерий и органов животных

При работе с патологическим материалом и больными живот­ными внимание ветеринарного специалиста должно быть сосре­доточено на двух основных моментах: предупредить заражение людей и не допустить распространения возбудителя инфекции. Существуют инфекционные болезни животных, которыми может заразиться человек (зооантропонозы): сибирская язва, туберку­лез, бруцеллез, туляремия, Ку-лихорадка, лептоспироз, листериоз, мелиоидоз, бешенство, болезнь Ауески, ящур, дерматомикозы (трихофития, микроспория), сап, сальмонеллезы, эктима, чума верблюдов (зооантропонозная чума), рожа свиней, орнитоз. За­ражение человека этими болезнями может произойти при: кли­ническом осмотре животных и оказании им лечебной помощи; вскрытии трупов и взятии патологического материала для лабо­раторного исследования; проведении прививок и диагностичес­ких исследований; работе с патологическим материалом в лабо­ратории; соприкосновении с необеззараженным сырьем живот­ного происхождения (кожа, шерсть и т.п.); переработке мясных и молочных продуктов; употреблении в пищу инфицированных продуктов животного происхождения. В организм человека пато­генные микробы проникают через кожу при нарушении ее це­лости, главным образом рук, а также через слизистые оболочки рта, носовой полости, дыхательных путей, глаз и пищеваритель­ного тракта.

Чтобы предохранить себя и других от заражения инфекцион­ной болезнью и не допустить ее распространения, нужно соблю­дать следующие меры предосторожности:

1) люди, допускаемые к работе с патологическим материалом и больными животными, должны быть тщательно проинструкти­рованы;

2) все работы с больными животными и патологическим ма­териалом выполняют только в защитной одежде, включающей халат (с завязками на спине и рукавах), колпак или косынку, при необходимости - нарукавники, передники, резиновые пер­чатки, резиновые сапоги, очки и защитные марлевые маски. Людей с повреждениями на руках к этой работе, как правило, не допускают. При необходимости разрешают работать только в резиновых перчатках, раны на руках смазывают настойкой йода и затем коллодием. Перед надеванием проверяют целость рези­новых перчаток;

3) оборудование лаборатории и рабочего места должны обес­печивать высокую производительность труда и его безопасность;

4) при работе с патологическим материалом нельзя курить, разговаривать, касаться лица руками, сморкаться, поправлять во­лосы, отвлекаться от работы. Следует избегать лишних передви­жений. В лаборатории запрещается хранить и принимать пищу;

5) руки после работы погружают в сосуд с дезинфицирующей жидкостью (2%-ным раствором фенола) на 1-2 мин, затем тща­тельно моют водой с мылом;

6) использованные в работе пипетки, предметные и покров­ные стекла, куски ваты и т.п. тотчас помещают в сосуд с дезин­фицирующей жидкостью (5%-ный раствор фенола; 3%-ный рас­твор лизола или креолина). Металлические предметы, бывшие в контакте с патологическим материалом, немедленно обеззаражи­вают прокаливанием на пламени. Инструменты (ножницы, скальпели, пинцеты и др.) после употребления кипятят в стери­лизаторе или кладут в закрытый сосуд для последующего автоклавирования. Если патологический материал попал на окружающие предметы, необходимо немедленно провести тщатель­ную дезинфекцию, залив это место дезинфицирующим раство­ром, а затем, если можно, прожечь данное место с помощью тампона, смоченного спиртом;,

7) весь патологический материал (культуры микробов, трупы животных и т.п.), не подлежащий дальнейшему исследованию, обеззараживают (автоклавируют, сжигают). Место работы с этим материалом должно быть тщательно продезинфицировано и очи­щено. Допускается только влажная уборка помещений. Особое внимание уделяют удалению пыли с предметов, находящихся в лаборатории. Для обеззараживания комнат, где работают с пато­логическим материалом, применяют бактерицидные лампы.

Меры против заражения при попадании патологического ма­териала в организм человека: а) при ранениях инфицированным инструментом или при покусе животным не следует торопиться с остановкой кровотечения. Рану нужно прижечь настойкой йода и наложить 40-60%-ную спиртовую повязку; б) при попадании патологического материала в рот его немедленно выплевывают в чашку с дезинфицирующей жидкостью, а рот в течение несколь­ких минут прополаскивают слабым раствором йода (3-5 капель настойки йода на стакан воды) или перманганата калия; в) если патологический материал попал в глаз, его нельзя тереть; следует промыть глаз слабым раствором йода или перманганата калия.

Правила обращения с больными инфекционными болезнями животными. Ветеринарный специалист соприкасается с больны­ми животными во время их исследования (при постановке диа­гноза), при оказании лечебной помощи, убое животных, вскры­тии трупов, проведении противоэпизоотических мероприятий. Любая работа с больными и в особенности с подозрительными по заболеванию заразными болезнями животными проводится только в защитной одежде.

Исследование больного животного слагается из предвари­тельного ознакомления, включающего регистрацию его, изучение документов и сбор анамнестических, в том числе эпизоотологических, данных, и собственно исследования, которое, в свою очередь, делится на общее исследование (внешний осмотр, исследование кожного покрова и видимых слизистых оболочек и лимфатических узлов, термометрия) и специальное исследование (исследование отдельных систем и органов). При необходимости берут кровь и другие материалы для лабораторно­го исследования. При исследовании больных и подозрительных по заболеванию животных необходимы чрезвычайная осторож­ность и продуманность действий. Прежде чем вплотную присту­пить к этому, надо собрать по возможности полный анамнез, провести предварительное наблюдение за животным и беглый клинический осмотр. Например, если кажется, что собака пода­вилась костью, прежде чем исследовать глотку, надо тщательно расспросить хозяина о поведении животного в последние дни, характере кормления, о возможных контактах с другими живот­ными, особенно собаками, выяснить, нет ли подобных призна­ков у собак или кошек, принадлежащих соседям. И только после всего этого, соблюдая все меры предосторожности, можно начи­нать исследовать животное (возможно бешенство!).

Осторожность нужно соблюдать и при оказании больным жи­вотным лечебной помощи (при отделении последа или родовспо­можении можно заразиться бруцеллезом; ошибочное вскрытие сибиреязвенного карбункула повлечет за собой рассеивание воз­будителя болезни и возможность заражения человека). Место, где проводилась работа с больным животным, дезинфицируют.

Изготовление мазков. Мазки из культур микробов и мазки-от­печатки из органов трупа готовят на чистых обезжиренных пред­метных стеклах. Непосредственно перед приготовлением мазка предметное стекло несколько раз проводят через пламя горелки. При изготовлении мазка из культуры микробов надо предохра­нить ее от загрязнения микробами из окружающей среды и не допустить инфицирования этой культурой окружающих предме­тов. Материал из пробирки с культурой берут прокаленной на пламени горелки бактериологической (платиновой) петлей или стерильной пастеровской пипеткой. Тонкий конец пипетки после прокаливания на пламени сгибают под прямым углом. Открывают пробирку над пламенем, вынимают пробку и откры­тый конец пробирки также обжигают на пламени. Петлю прожи­гают еще раз и, остудив, вводят в пробирку, не касаясь ее краев, захватывают каплю культуры. При пользовании пипеткой тонкий конец ее обламывают и насасывают культуру, пользуясь при этом резиновой грушей (а не ртом). Пробирку в этот момент держат чуть в стороне от пламени горелки. Затем закрывают пробирку над пламенем пробкой, также проведенной через пламя горелки. Взятый материал наносят на предметное стекло и размазывают тонким слоем, петлю прокаливают и ставят в шта­тив, пипетку - в сосуд с дезраствором.

При изготовлении мазков из агаровых культур на предметное стекло предварительно наносят каплю стерильного физиологи­ческого раствора или бульона.

При изготовлении мазков-отпечатков из органов участок ор­гана, откуда предполагается сделать отпечаток, прижигают шпа­телем или обжигают на пламени. Стерильными ножницами вы­резают небольшой кусочек исследуемого органа и, захватив его пинцетом, прижимают поверхностью разреза к "предметному стеклу, делая таким образом несколько отпечатков.

Мазки с обратной стороны специальным карандашом по стеклу обводят и надписывают, указывая при этом номер или кличку животного и дату изготовления мазка. Приготовленные тем или иным способом мазки высушивают на воздухе и фикси­руют физическим (3-4-кратным проведением над пламенем го­релки) или химическим (спирт-ректификат в течение 15-20 мин; смесь спирта с эфиром поровну - 10-15; метиловый спирт - 5 мин; хлороформ - несколько секунд) способом.

Окраска мазков. Ее проводят простым или сложными спосо­бами.

Простой способ: на фиксированный мазок наливают несколько капель раствора карболового фуксина Циля в разведе­нии 1:10 или метиленовой синьки Леффлера. Затем краску смы­вают дистиллированной водой, мазок высушивают фильтроваль­ной бумагой.

Сложные способы. Окраска по Грому: на фиксирован­ный мазок кладут кусочек фильтровальной бумаги и на него наливают раствор генцианвиолета. Через 2 мин бумагу удаляют, раствор сливают, на препарат наливают люголевский раствор. Спустя 1 мин его сливают и препарат в течение 30 с обрабаты­вают спиртом-ректификатом, затем промывают водой и окраши­вают спирто-водным фуксином (для этого карболовый фуксин разводят 1:10 водой) в течение 2 мин. После этого препарат промывают водой и рассматривают под микроскопом.

Можно использовать заранее приготовленные и высушенные бумажки, пропитанные 1%-ным спиртовым раствором генциан­виолета. Их кладут на фиксированный мазок и смачивают водой; в остальном техника окраски та же.

Микрокартина: грамположительные микробы темно-фиолето­вые, грамотрицательные - розовые.

Окраска по Цилю - Нильсену. Применяют при микроскопи­ческой диагностике туберкулеза и паратуберкулеза. Фиксирован­ный на пламени мазок покрывают фильтровальной бумажкой, наливают на нее карболовый фуксин и подогревают до появле­ния паров, после чего нагревание прекращают и оставляют крас­ку на препарате 2-3 мин. Затем пинцетом удаляют бумажку и промывают мазок водой. После этого обесцвечивают препарат 5%-ным водным раствором серной кислоты в течение 3-5 с, тщательно промывают водой и в течение 10-15 с обрабатывают спиртом. Снова промывают водой и докрашивают в течение 3-5 мин метиленовой синькой Леффлера. Краску смывают водой, препарат высушивают.

Микрокартина: спирто-кислотоустойчивые микробы красные, остальные - синие (см. цв. табл. I).

Окраску по Козловскому применяют для микроскопической диагностики бруцеллеза. Фиксированный на пламени мазок ок­рашивают 2%-ным раствором сафранина (раствор готовят непо­средственно перед употреблением) с интенсивным подогревани­ем (до появления паров). Промывают водой и окрашивают 1%-ным водным раствором малахитовой зелени в течение 1 мин. Затем промывают водой и высушивают.

Микрокартина: бруцеллы красные, остальные микробы зеле­ные (см. цв. табл. 1).

Окраска капсул применяется при микроскопической диагностике сибирской язвы.

Способ Михина. Фиксированный мазок при подогревании ок­рашивают метиленовой синькой Леффлера в течение 2-3 мин до появления паров. Краску быстро смывают водой, мазок высу­шивают.

Микрокартина: капсулы светло-розовые, бациллы темно-синие.

Окраска спор. Способ Пешкова. Фиксированный мазок окрашивают кипящей метиленовой синькой Леффлера в течение 20 с. После охлаждения мазок промывают водой и докрашивают 0,5%-ным водным раствором нейтральрота в течение 30 с, затем промывают водой и высушивают.

Микрокартина: споры синие, микробные тела розовые, ядра фиолетовые.

Контрольные вопросы. 1. Каковы основные группы микроорганизмов? 2. На каких принципах основана классификация микроорганизмов? 3. Из каких струк­тур состоят бактерии? 4. В чем состоят меры личной профилактики при работе с патологическим материалом, культурами микроорганизмов и животными, боль­ными инфекционными болезнями? 5. Как приготовить и окрасить мазки из культур микробов, из патологического материала?

Похожая информация.

Общая часть

ЛАБОРАТОРНАЯ ДИАГНОСТИКА ИНФЕКЦИОННЫХ

Шевченко А.А., Шевченко Л.В., Черных О.Ю., Шевкопляс В.Н.

Краснодарского края

И Департамента науки и образования администрации

При поддержке Российского фонда фундаментальных исследований

КРАСНОДАР

Владимир Николаевич Шевкопляс

Олег Юрьевич Черных

Людмила Васильевна Шевченко

Александр Алексеевич Шевченко

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

Образования

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КРАСНОДАР

ЛАБОРАТОРНАЯ ДИАГНОСТИКА ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ ЖИВОТНЫХ

В.Н. ШЕВКОПЛЯС

О.Ю. ЧЕРНЫХ

Л. В. ШЕВЧЕНКО

А. А. ШЕВЧЕНКО

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

Образования

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Федеральное государственное образовательное

учреждение высшего профессионального

Учебное пособие

БОЛЕЗНЕЙ ЖИВОТНЫХ. Краснодар: КубГАУ, 2009. 584с.

В руководстве изложены основные общие вопросы и методы

лабораторной диагностики инфекционных болезней животных,
вызываемых бактериями и вирусами.

Для студентов высших учебных заведений факультетов
ветеринарной медицины и биологических специальностей.

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

И.А. Болоцкий – доктор ветеринарных наук, зав. лабораторией
Краснодарского НИВИ

Ю.Ф. Мишанин – доктор биологических наук, академик РАЕ,
профессор Кубанского государственного технологического
университета.

ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»

350044, Краснодар, ул. Калинина, 13

Микро­бы - это в основном одноклеточные бесхлорофилльные организ­мы прокариотического типа. По форме различают шаровидные, палочковидные и извитые микробы (рис. 1).

Рис. 1. Основные формы микроорганизмов (схема):

шаровидные: 1 - стафилококки, 2 - диплококки, 3 -стрептококки, 4 -тетракокки, 5 - сарцины; палочковидные: 6 - бактерии, 7 - стрептобактерии, 8 - бациллы, 9 - стрептобациллы; извитые:
10 - вибрионы, 11 - спириллы, 12 - спирохеты.

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 споры (пишут Вас, например Вас. subtilis). Бактерии и бациллы бывают разными по форме и размерам. Концы палочек чаще закруглены, но могут быть срезаны под прямым углом (возбудитель сибирской язвы), иногда сужены. У мелких бактерий разница между длиной и шириной невелика; по внешнему виду они напоминают кокки, в связи с чем такие формы получили название коккобактерии (возбудитель бруцеллеза).

Спорообразующие микроорганизмы окрашиваются в основном по Граму положительно. Большинство из них имеют палочковид­ную форму и лишь Sporosarcina - шаровидную.

Среди палочковидных форм, образующих споры, различают бациллы и клостридии. Бациллы, за исключением Вас. anthracis, подвижны. Бациллы - аэробы. У бацилл споры не превышают толщины вегетативной клетки. Клостридии - анаэробы. Споры толще вегетативной клетки. Такие формы напоминают веретено, ракетку, лимон, барабанную палочку. Клостридии принимают участие во многих процессах в природе. Являются возбудителями анаэробных инфекций. Вызывают аммонификацию белковых ве­ществ, мочевины. Разлагают фосфорорганические соединения. Фиксируют молекулярный азот и др.

Палочки, как и кокки, могут располагаться попарно или це­почкой. При соединении бактерий попарно образуются диплобактерии, при таком же соединении бацилл - диплобациллы. Со­ответственно образуются стрептобактерии и стрептобациллы, если клетки располагаются цепочкой. Тетрад и пакетов палочко­видные формы не образуют, так как они делятся в одной плоско­сти, перпендикулярной продольной оси. Термин «бактерии» применяют для обозначения палочковидных форм, не образую­щих спор, и это правильно, в то время как многие авторы ис­пользуют его как собирательное название разных микроорганиз­мов. Мы считаем, что вместо «бактерии» следует применять сло­во «микроорганизмы», или кратко «микробы».

Извитые формы микробов определяют не только по длине и диаметру, но и по количеству завитков. Вибрионы напоминают по форме запятую. Спириллы - извитые формы, образующие до 3-5 завитков. Спирохеты - тонкие длинные извитые формы с множеством завитков. Они занимают промежуточное положение между бактериями и простейшими. Микобактерии - палочки с боковыми выростами (возбудители туберкулеза, паратуберкулеза). Коринебактерии напоминают микобактерии, но отличаются от них образующимися на концах утолщениями и включениями зерен в цитоплазме (дифтерийная палочка). Нитчатые бактерии - мно­гоклеточные организмы, имеющие форму нити. Миксобактерии - скользящие микробы, по форме напоминающие палочки или ве­ретено. Простекобактерии могут быть треугольной или иной фор­мы. У некоторых из них лучевая симметрия. Свое название такие организмы получили по наличию остроконечных выростов - простек. Размножаются они делением, или почкованием. Так, у тре­угольных форм на одной из вершин образуется почка, которая при достижении размеров материнской клетки отделяется. С помо­щью простек, расположенных на двух других вершинах, происхо­дит улавливание пищи. Простекобактерии обычно неподвижны; подвижные формы образуют круговые движения. Спор не образу­ют, по Граму не окрашиваются. Растут на картофельной среде (агаре) при температуре 28 °С.

Размеры микробов.Микробы - микроскопические организмы. Их размеры определяются в микрометрах(мкм) (10- 6 м по системе СИ). Диаметр шаровидных форм 0,7-1,2 мкм; длина палочковид­ных
1,6-10 мкм, ширина 0,3-1 мкм. Вирусы - еще более мелкие существа. Их размеры определяются в нанометрах(1 нм = 10- 9 м).

Примерные размеры некоторых микробов, мкм

Итак, микробами называются мельчайшие живые организмы, невидимые простым глазом. Как мы узнали из предыдущей главы, к микробам относятся разнообразные формы живой материи, имеющие как клеточную, так и неклеточную организацию.

Различают следующие основные группы микробов: простейшие, микроскопические грибки и дрожжи, актиномицеты, бактерии и спирохеты, риккетсии, фильтрующиеся вирусы.

Каждая группа обладает более или менее характерными для всех представителей группы свойствами, указывающими на общность их происхождения, и различной сложностью организации.

Наиболее высокую степень организации мы находим среди представителей группы простейших. Это одноклеточные организмы животного происхождения. Они обладают сравнительно крупной величиной - до 40–50 микрон (микрон равен одной тысячной доле миллиметра). Их-то в основном и наблюдали в свои лупы первые микроскописты XVII и XVIII веков. Клетка некоторых простейших чрезвычайно сложно устроена. Рассмотрим в качестве примера строение инфузории - одного из наиболее распространённых в природе представителей простейших животных, которого можно найти почти в любой луже (рис. 10). Здесь в одной и той же клетке мы находим и ядро с ядрышком, и многочисленные органы движения - реснички, окружающие толстую клеточную оболочку, и ротовое отверстие с глоткой, и выделительные органы - порошицу, и так называемые сократительные вакуоли, и сложную сеть мельчайших мышечных волоконец, позволяющих инфузории активно изгибаться.

Рис. 10. Простейшие. Инфузория:

Я - ядро; Г - глотка; ПВ - пищеварительная вакуоль; СВ - сократительная вакуоль; П - порошица

Рис. 11. Простейшие. Радиолярия

Рис. 12. Простейшие. Амёба

Более однотипно строение следующей группы микробов - грибков, принадлежащих вместе с актиномицетами и бактериями уже к растительным организмам. Это или одноклеточные или многоклеточные организмы. Клетка состоит из протоплазмы с ядром, окружённой более толстой оболочкой. Тело некоторых микроскопических грибков состоит из многих клеток, соединённых в переплетающиеся нити. Это так называемые плесневые грибки или плесени (рис. 13). Они могут питаться самыми разнообразными органическими веществами и при достаточном количестве влаги часто развиваются на хлебе, крупе, кожаных изделиях, чернилах и других объектах. Хотя плесени состоят из многих клеток, но каждая отдельная клетка способна прорастать в целый организм. Некоторые плесневые грибки имеют большое практическое значение: из них добывают замечательные лекарства, например пенициллин.

Рис. 13. Плесневой грибок пенициллиум:

А - плодовые тела грибка - конидии, сидящие на конидиеносце (Б ); В - нить грибка, так называемая «гифа»

Другие виды микроскопических грибков существуют в виде отдельных овальных или округлых клеток. Это дрожжи. Некоторые виды дрожжей применяются в пищевой промышленности (рис. 14). Среди грибков встречаются и возбудители заразных болезней человека, животных и растений. Особенно часто грибки вызывают различные кожные заболевания: паршу, стригущий лишай, молочницу, эпидермофитию.

Рис. 14. Дрожжи:

А - дрожжевая клетка; Б - клетка в процессе почкования; В - клетка в процессе быстрого почкования и роста; Г - образование спор внутри клетки; Д - прорастание споры

Актиномицеты - группа, промежуточная между грибками и бактериями. Они походят на грибки тем, что тело их также состоит из многих клеток и образует ветвящиеся, переплетающиеся нити, только нити эти гораздо тоньше, чем нити грибков, и приближаются по толщине к бактериям (рис. 15). Сближает их с бактериями также отсутствие обособленных ядер в клетках. Ядерное вещество у актиномицетов и бактерий распределено по всей протоплазме клетки. Эти бактериоподобные грибы чрезвычайно нетребовательны к выбору пищи и питаются такими веществами, которые негодны для питания большинства других организмов. Поэтому актиномицеты очень широко распространены в природе.

Рис. 15. Сравнительная величина нитей актиномицета и плесневого грибка:

а - актиномицета; б - плесневой грибок (увеличение - 500 ?)

Еще проще строение бактерий (рис. 16). Большинство бактерий - одноклеточные организмы величиной от 1 до 5 микрон. По форме своего тела бактерии различаются мало. Известны только три основные формы: шарообразная, палочковидная и извитая. Бактерии, имеющие шарообразную форму, называются кокками, палочковидную - бактериями и бациллами, а извитую - вибрионами и спириллами. Некоторые виды бактерий имеют жгутики, с помощью которых они передвигаются (рис. 17).

Рис. 16. Бактерии:

1–6 - различные виды шарообразных бактерий; 7–9 - палочковидные бактерии; 10–12 - извитые формы бактерий

Рис. 17. Органы движения бактерий - жгутики

При относительном однообразии своей формы бактерии чрезвычайно разнообразны по своим жизненным проявлениям. Многие из них являются возбудителями ряда заразных заболеваний человека - чумы, холеры, брюшного тифа, дизентерии и др. Многие вызывают заразные заболевания животных и растений. Размножаются бактерии поперечным делением на две части. Почти все известные бактерии можно выращивать на искусственных питательных средах.

Следующая группа - риккетсии - является как бы переходной между бактериями и вирусами. По некоторым своим свойствам риккетсии походят на бактерии, а по некоторым - на вирусы. Так же, как бактерии, они имеют клеточное строение, но размеры их клеток чрезвычайно малы - значительно меньше 1 микрона. Они едва видны при рассматривании в микроскоп с увеличением в 1500–2000 раз, но не проходят через фильтры, пропускающие вирусы, чем и отличаются от вирусов.

Все эти свойства - размножение, наследственность, изменчивость, способность к приспособлению и эволюции - присущи только живой материи. Поэтому мы и считаем вирусы живыми.

Итак, мы кратко познакомились со строением основных групп микробов. Оказалось, что в этом мире мельчайших живых тел наблюдается не меньшее разнообразие строения, чем среди видимых невооружённым глазом многоклеточных животных и растений - от нескольких молекул вирусного белка, стоящего на грани неживой материи, но все же обладающего всеми важнейшими свойствами живого, до сложнейшей клетки инфузории.

В одной из следующих глав мы узнаем, как произошли современные микробы. Мы узнаем, что жизнь, эта высшая форма существования материи, возникла не сразу в виде готовой клетки, а через ряд все более и более сложных неклеточных ступеней развития белка. «Прошли, вероятно, тысячелетия, - писал Энгельс, - пока создались условия, при которых стал возможен следующий шаг вперед и из этого бесформенного белка возникла благодаря образованию ядра и оболочки первая клетка» (Ф. Энгельс , Диалектика природы, 1950, стр. 13).

Различные микробы обладают различными размерами. В этом мире невидимых есть и великаны и карлики. По сравнению с частицей вируса полиомиелита (возбудителя, поражающего нервную систему человека) диаметром в 10 тысячных микрона дрожжевая клетка, имеющая в поперечнике 10 микрон, является гигантом, превышающим по своей величине вирус в 1000 раз. А дрожжевая клетка еще не самый крупный микроб. Есть и бактерии-гиганты, например, серная бактерия, так называемая беггиатоа, диаметр ее клетки равен 40 микронам. Но при сравнении величин микробов следует учитывать не только диаметр, а их объёмные размеры. Мелкая бактерия шарообразной формы, называемая стафилококком и вызывающая гноеродные заболевания человека, имеет диаметр, равный 1 микрону. Диаметр шарообразного вируса гриппа равен 1 / 10 микрона. Как будто бы разница не так велика, всего в 10 раз. Но подсчитайте, сколько шариков с диаметром в 1 / 10 микрона можно уложить в шарик диаметром в 1 микрон!

Невольно возникает вопрос: неужели при столь ничтожных величинах микробы могут играть большую роль в природе? Что может сделать тельце, имеющее размеры в тысячи и десятки тысяч раз меньшие, чем песчинка?

Действительно, одна микробная особь слишком мала, чтобы проявить ощутимое действие, но вследствие способности к чрезвычайно быстрому размножению микробы всегда производят работу большими скоплениями, насчитывающими миллиарды отдельных особей.

Средняя скорость деления бактерии, помещённой в искусственную питательную среду, равна 20 минутам. Поэтому одна бактерия уже через 10 часов может дать потомство, насчитывающее до миллиарда и более особей. Правда, по мере размножения в одном и том же объёме питательной среды в ней накапливаются вредные продукты обмена веществ , истощаются и пищевые ресурсы. Поэтому скорость размножения несколько замедляется, а через сутки и почти совсем приостанавливается. Но все же в суточной культуре количество бактерий может дойти до одного-полутора миллиардов в 1 миллилитре питательного мясного бульона. При такой густоте культуры составляющая её масса бактерий становится видимой уже невооружённым глазом: прозрачный при засеве бульон становится мутным.

В естественных условиях существования микробы размножаются также чрезвычайно быстро и образуют большие массы особей в малых объемах. В одной капельке гноя из нарыва можно найти миллионы гноеродных бактерий.

На старых сахарных заводах, где производство не было механизировано, нередко сладкий свекловичный сок, находившийся (в огромных чанах, за 10–12 часов превращался в вязкую слизистую массу, почти целиком состоящую из бактерий, которые превращают свекловичный сахар в вискозу, уже непригодную для сахарного производства. Бактерии эти, называемые лейконостоками, попадают в чан вместе с землёй, пристающей к поверхности свёклы. В почве же число микробов нередко исчисляется десятками миллионов в 1 грамме.

Другим свойством микробов, способствующим сохранению и выживанию их в природе, является исключительная стойкость к вредным воздействиям окружающей среды - температурному воздействию, высушиванию, атмосферному давлению, ядовитым веществам. По своей выносливости многие микробы превосходят в этом отношении все известные нам живые существа. Можно ли себе представить организм, выдерживающий многочасовое пребывание в кипящей воде?

Оказывается, что некоторые бактерии, способные образовывать так называемые споры - тельца с толстой оболочкой и сгущённой, обезвоженной протоплазмой (рис. 18), - в этом состоянии сохраняют жизнеспособность даже после нескольких часов кипячения. Убить такие споры бактерий можно только после прогрева их при температуре 115–125° . Для этого используют специальные приборы, так называемые автоклавы (рис. 19). Эти автоклавы и применяются в лабораториях, хирургических отделениях больниц, на фабриках перевязочных материалов, на консервных заводах - везде, где требуется уничтожить всех (в том числе и наиболее стойких - спорообразующих) бактерий. Процесс этот называется обеспложиванием, или стерилизацией.

Рис. 18. Споры бактерий

Рис. 19. Автоклав

А многие микробы не только переносят, но даже предпочитают высокие температуры. Эти теплолюбивые бактерии прекрасно развиваются и размножаются при температуре 60–70°, т. е. при той температуре, при которой свёртываются и разрушаются белки других организмов. Такие бактерии живут обычно в горячих источниках, в прогреваемых солнцем поверхностных слоях почвы, в гниющем навозе и т. д.

Еще менее чувствительны бактерии к низким температурам, при которых они впадают в состояние оцепенения, но не погибают. Бактерии выдерживают многочасовое пребывание при температуре жидкого водорода –253°. Зимние морозы легко переносят даже такие нежные, не имеющие спор бактерии, как холерный вибрион. Советский микробиолог проф. В. О. Таусон находил в вечно мёрзлой почве Памира на высоте 4000 метров над уровнем моря вполне жизнеспособных бактерий, которые развивались при 0°. А некоторые холодолюбивые микробы развиваются и при температуре –2° - –4°. Они, между прочим, часто являются причиной порчи продуктов в холодильниках. При 40° мороза вирусы сохраняются годами, не теряя заразительности для человека или животных. Некоторые микробы хорошо переносят и высушивание.

Споры бактерий сохраняют жизнеспособность в высушенном состоянии в комках земли десятки лет. В высохшей мокроте больного туберкулёзная палочка сохраняется до 10 месяцев.

Эти два свойства микробов - способность к очень быстрому размножению и устойчивость к вредному действию температуры и высушиванию - дают им возможность выживать в разнообразных условиях существования и, несмотря на свою ничтожную величину, играть большую роль в общем круговороте веществ в природе.

Каким же образом участвуют микробы в круговороте веществ?

Нет места на поверхности нашей планеты , где бы не было микробов. И на Крайнем Севере, и в знойной пустыне, в луже воды и на дне морей и океанов, в стратосфере и на глубине сотен метров под землей - везде можно найти микробов. Множество микробов обитает в почве, на поверхности тела здоровых животных и человека, в его кишечнике и полости рта, в пищевых продуктах. Поверхность тела и кишечник новорожденного уже через несколько часов после рождения заселяются микробами. Можно сказать, что вся жизнь человека, животных и растений проходит в постоянном общении с микробами.

Если мы простерилизуем, т. е. освободим от микробов путём нагревания при 120° какой-нибудь предмет, например кусок бинта, и положим его на стол в комнате, то уже через несколько минут на поверхности бинта окажутся десятки и даже сотни этих невидимых существ, осевших на бинт из воздуха. Бинт станет нестерильным и негодным для перевязки раны. Откуда в воздухе появились микробы? Оказывается, микробы вследствие своего чрезвычайно малого веса могут очень долгое время находиться во взвешенном состоянии в воздухе. А вес микробов так мал, что на 1 грамм приходится 100 миллиардов бактерий! При самых мелких, незаметных для нас движениях воздуха высохшие микробы поднимаются с почвы, с подсохших пищевых продуктов и других мест их обитания и часами плавают в воздухе. Эта способность находиться длительное время во взвешенном состоянии позволяет микробам передвигаться вместе с токами воздуха на громадные расстояния и широко расселяться во внешней среде.

Если микробная клетка в конце концов осядет на благоприятную для ее развития среду, то она выходит из оцепенения и начинает быстро размножаться.

Какие же условия являются благоприятными для жизни микробов? «Жизнь - это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой » (Ф. Энгельс , Диалектика природы, 1950, стр. 244).

Для того, чтобы жить, развиваться, размножаться, микроб должен питаться - он должен перерабатывать вещества внешней среды в вещества собственного тела, т. е. усваивать различные химические соединения.

При росте и развитии микробной клетки совершается большая работа. Энергия для этой работы образуется при разложении химических соединений. Это разложение и сопровождается выделением свободной энергии. Обычно свободная энергия выделяется при окислении (соединении с кислородом) различных веществ. Вещества при окислении сгорают. Этот процесс лежит в основе акта дыхания.

Таким образом, микробы, как и все другие живые существа, должны питаться и дышать.

Кроме питания - ассимиляции, в живой клетке идут и процессы обратного порядка - частицы живого тела распадаются и заменяются новыми. В ещё большем количестве распадаются в микробной клетке те химические соединения, которые освобождают необходимую для работы энергию или служат для построения других веществ клеточного тела. Эти два взаимосвязанных процесса - процесс построения вещества своего тела (ассимиляция) и процесс распада (диссимиляция) - и составляют основу обмена веществ, основу жизнедеятельности всего живого.

Возвращаясь к ранее поставленному вопросу о том, какие же условия являются благоприятными для жизнедеятельности микроба, мы можем ответить теперь, что эти условия должны прежде всего предоставлять микробу возможность питаться и получать энергию для работы.

Мы знаем, что для человека и животных эти условия относительно ограничены: для дыхания человеку и животным необходим свободный кислород воздуха, а для питания - сложные готовые органические вещества, обязательно содержащие белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные соли и воду. Для животных и человека важно еще, чтобы эти вещества были в усвояемой форме, так как не каждый белок, углевод или жир может быть ассимилирован и превращён в вещества, из которых состоит их собственное тело.

Многие микробы в этом отношении значительно менее притязательны. Любое живое тело состоит из кислорода, водорода, азота, углерода и некоторых простейших минеральных солей. Свою потребность в кислороде и водороде, которые идут на построение их тела, микробы покрывают за счёт воды. В воде всегда находятся и необходимые им минеральные соли, содержащие фосфор, серу, железо и некоторые другие элементы. Потребление же остальных, особенно важных для построения тела элементов - углерода и азота - многие микробы осуществляют не только за счёт белков, жиров и углеводов, но и за счёт почти всех химических соединений, содержащих эти два элемента. Даже свободный азот атмосферы усваивается некоторыми микробами и переводится ими в содержащие азот белковые соединения их тела.

Что же касается выработки энергии, то здесь микробы отличаются еще большим разнообразием. Процесс дыхания человека, животных и растений сводится к окислению - сжиганию свободным кислородом воздуха углеводов (сахара и др.), в результате чего углевод распадается на углекислоту и воду, с выделением значительной тепловой энергии. Микробы могут окислять не только сахара, но и различные другие органические (спирты, аминокислоты) и даже минеральные соединения, например, сероводород, аммиак, соли железа, а также нефть, парафин, воск. Все эти микробы называются аэробами (от греческого слова «аэр» - воздух).

Особенно удивительно, что некоторые микробы могут получать нужную им энергию не только путём окисления питательных веществ свободным кислородом воздуха, но и путём бескислородного распада сложных соединений. При этом окисление (а следовательно, и выделение энергии) происходит за счёт кислорода, который уже находился в связанном состоянии в молекуле расщепляемого сложного соединения. Такие микробы называются анаэробами, они не нуждаются в свободном кислороде воздуха, наоборот, для многих анаэробов кислород является ядовитым веществом. Анаэробный распад безазотистых соединений называется брожением. Брожение виноградного сока при его превращении в вино, скисание молока в простоквашу - все это примеры анаэробного безазотистого распада, производимого микробами.

Ясно, что при таком чрезвычайном разнообразии способов питания и дыхания условия, благоприятствующие жизнедеятельности микробов, оказываются значительно более широкими, чем для человека, животных и высших растений. Становится понятным широчайшее распространение микробов на поверхности нашей земли.

Попав в пищевые продукты, столь богатые высокопитательными соединениями, микробы очень быстро здесь размножаются. На поверхности человеческого тела микробы питаются п?том, клетками эпителия и выделениями сальных желез. В ротовой полости, кишечнике микробы находят просто роскошные условия жизни - тепло, влагу, остатки пищи - и размножаются здесь не хуже, чем в лабораторном бульоне. Некоторым микробам удаётся пробраться и в кровь человека и во внутренние органы его. Преодолевая защитные силы организма, такие болезнетворные микробы быстро здесь размножаются, вызывая в таких случаях заболевания человека.

В почве, воде, на поверхности скал и в глубинах морей и океанов микробы также находят для себя необходимое количество пищи. Некоторые виды микробов способны довольствоваться самыми простейшими соединениями, содержащими углерод и азот, или усваивать такие несъедобные вещества, как каменный уголь, нефть, керосин, нафталин, бензол и даже ядовитую карболовую кислоту, если она даётся в небольших концентрациях (0,05 процента). Ясно поэтому, что развитие микробов нередко совершается в самых трудных для жизни условиях.

Вот эта-то исключительная способность микробов использовать самые различные соединения и определяет их огромную роль в общем круговороте веществ в природе.