Морфологія та будова бактерій. Роль окремих структур для життєдіяльності бактерій та у патогенезі інфекційних захворювань. Методи їх виявлення
Морфологічні особливості бактерій і їх ультраструктура є, як правило сталою (постійною) ознакою, що дозволяє використовувати їх в якості ідентифікаційного критерію
Сферичні – коки (гр. кokkos-ягода, зерно) – мають кулясту, овальну, бобовидну, ланцетовидну форму
В залежності від характеру розташування в полі зору, що пов’язано із кількістю площин поділу, виділяють:
• мікрококи (поодинокі коки)
• диплококи (по 2)
• тетракоки (по 4)
• стрептококи (ланцюги)
• сарцини (пакети по 8 - 16 коків)
• стафілококи (грона)
Паличкоподібні або палички – мають циліндричну форму, розрізняються за розмірами, формою кінців клітини, розташуванням і спороутворенням
За розташуванням: поодинокі, диплобактерії (диплобацили), стрептобактерії (стрептобацили)
За спороутворенням:
• Споронеутворюючі- власне бактерії
• Cпороутворюючі
- бацили – діаметр спори не перевищує d бактерії
- клостридії – d спори > d бактерії, тому при спороутворенні клітина деформується (closter-веретено)
Звивисті бактерії – спіралеподібні бактерії, які мають 1 або більше завитків
За кількістю завитків:
• Вібріони (1/4 завитка)
• Спірили (1-2 завитка)
• Спірохети (3-25 завитків)
- борелії (3-8 завитків)
- трепонеми (8-15 завитків)
- лептоспіри (20-25 завитків)
Ниткоподібні – розміри від 50 мкм (актиноміцети)
Ультраструктура бактерій:
Клітинна оболонка бактерій:
- капсула
- клітинна стінка
- цитоплазматична мембрана
Поверхневі структури бактерій:
- джгутики
- мікроворсинки
(пілі або війки, фімбрії)
Внутрішні структури:
- цитоплазма
- нуклеоїд
- рибосоми
- лізосоми, мезосоми
- включення
Капсула – зовнішній шар, розташований поверх клітинної стінки, який не фарбується аніліновими барвниками
За хімічним складом виділяють:
• Полісахаридні капсули
• Поліпептидні капсули
• Змішані капсули
За здатністю утворювати капсулу виділяють:
• Безкапсульні мікроорганізми
• Капсульні мікроорганізми, які утворюють капсулу
- тільки в макроорганізмі
- в макроорганізмі і на спеціальних поживних середовищах
- постійно
В залежності від товщини і щільності зв’язку з стінкою клітини капсули поділяють на:
• макрокапсули (істинні) – видимі в світловий мікроскоп, товщина > 0,2 мкм, виявляють за допомогою спеціального методу забарвлення за Бурі-Гінсом
• мікрокапсули (товщина < 0,2мкм), невидимі в світловий мікроскоп, виявляють за допомогою електронної мікроскопії або за допомогою серологічних реакцій
• Капсулоподібна оболонка або слизовий шар – нещільно зв’язана з поверхнею клітини (ліпідо-полісахарідний шар)
Функції та властивості капсули:
1.Захисна функція:
• Захист від несприятливих факторів навколишнього середовища ( інсоляції, висушування, бактеріофагів)
• Антифагоцитарна роль (обумовлює патогенні властивості капсульних бактерій)
2.Адгезивна функція
• Полісахариди капсули споріднені до певних клітин або тканин організму людини (тропізм)
3.Антигенні властивості
• Полісахариіди або поліпептиди капсул утворюють К-АГ – при потраплянні в організм викликає імунну відповідь
• Використовують для виготовлення вакцин проти капсульних бактерій
Будова клітинної стінки:
Для вивчення будови і хімічного складу клітинної стінки бактерій в умовах звичайної баклабораторії використовують складний метод забарвлення за Грамом.
В залежності від будови і хімічного складу клітинної стінки бактерії поділяють на:
грампозитивні (забарвлюються за методом Грама у синьофіолетовий колір)
грамнегативні – забарвлюються у рожевий колір.
Основним компонентом клітинної стінки гр(+) і гр(-) бактерій є пептидоглікан (син. муреїн,мукопептид протеоглікан) – складний біополімер, побудований із полісахаридних і пептидних ланцюгів і являє собою складну сітчасту макромолекулу (“муреїновий мішок”), який покриває протопласт бактерії.
Особливості будови клітинної стінки гр(+) бактерій:
1. пептидоглікан складає до 90% сухого залишку, який має багатошарову будову (одноманітність)
2. до складу клітинної стінки входять тейхоєві кислоти , які прошнуровують усю товщу клітинної стінки
3. ліпіди, як правило, відсутні; винятком є кислотостійкі бактерії, які містять велику кількість нейтральних жирів, восків,парафінів
4. білки розташовуються назовні від клітинної стінки (наприклад, білок А у Staphylococcus і білок М у Streptococcus)
5. товщина клітинної стінки > 20нм (20-40нм)
Особливості будови клітинної стінки гр(-) бактерій:
• 1. складається із трьох шарів, різних за хім. будовою:
• - внутрішній шар ригідний представлений 1 або 2 шарами пептидоглікану,який складає 20% сухого залишку
• середній шар - ліпопротеїновий (зовнішня мембрана) зовнішній шар - ліпополісахаридний пластичний шар
• до складу пластичного шару входять білки, фосфоліпіди, ліпополісахариди
• 2. товщина клітинної стінки < 20нм.
• 4. менш ригідна,чим клітинна стінка гр(+) бактерій
Функції клітинної стінки :
1. Захисна - від шкідливих факторів зовнішнього середовища
2. Формоутворююча –надає форми за рахунок ригідності
3. Рецепторна (рецептори для бактеріофагів, хімічних речовин, бактеріоцинів)
4. Імуногенна (компоненти клітини стінки є повноцінними АГ і подразнюють імунну систему людини)
5. Транспортна
6. Приймає участь у поділі клітини
7. Токсичні властивості (ендотоксин)
8. Будова та хімічний склад клітинної стінки бактерії обумовлює її тінкторіальні властивості (здатність сприймати барвники)
Поверхневі структури: До поверхневих структур мікроорганізмів відносять органели руху – джгутики, пілі (фімбрії)
Джгутики бактерій – орган руху, побудований із особливого скоротливого білка флагеліну;
Наявність джгутиків, їх кількість і характер розташування є ідентифікаційною ознакою певних мікроорганізмів.
• Джгутики складаються з базального тільця, за допомогою якого вони кріпляться до бактерії, гачка і власне джгутика (білок флагелін).
• Базальне тільце побудоване як система кілець (2 у гр(+) і по 4 (2по2) у гр (-), нанизаних на осьовий циліндр. В базовому тільці утворюється обертовий момент , який передається на джгутик, завдяки руху якого бактерія рухається.
• Направлений рух бактерій називається таксис
• (аеро-, хемофототаксис)
За видом руху виділяють:
• Ковзаючі – рух за рахунок скорочення тіла
• Плаваючі – рух за допомогою жгутиків
• а)монотрихи – один джгутик з одного боку б)лофотрихи – два або декілька з одного боку в)амфітрихи – по одному або декілька з обох полюсів г)перитрихи – джгутики по всій поверхні тіла
До поверхневих структурних елементів відносять також пілі або фімбрії.
Розрізняють пілі двох типів:
1. Пілі загального типу (common-пілі) – забезпечують адгезію бактерій на певних органах або тканинах
2. F – пілі або sex- пілі – слугують для передачі генетичного матеріалу під час кон”югації двох різних клітин.
Джгутики виявляють у плаваючих бактерій, здатних до руху у рідкому або напіврідкому середовищі. Існують як прямі, так і непрямі способи виявлення джгутиків.
Методи виявлення джгутиків:
Прямі (мікроскопічні методи):
а) електронна мікроскопія – дозволяє вивчити будову джгутиків, встановити їх кількість і розташування (монотрихи,амфітрихи, лофотрихи, перитрихи)
б) світлова мікроскопія мазків , забарвлених спеціальними методами (Леффлера, імпрегнація сріблом)
Непрямі методи – базуються на вивченні рухливості бактерій:
а)бактеріоскопічний метод – мікроскопія нативних препаратів ”роздавлена” або висяча крапля – для вивчення монотрихіальної рухливості
б) бактеріологічний метод – посів уколом в стовпчик напіврідкого агару (визначення перитрихів) або посів в конденсаційну воду скошеного агару
Внутрішні структури бактерій:
• Включення – це продукти метаболізму бактерій, які розташовуються в цитоплазмі і використовуються клітиною в якості запасних поживних речовин.
• За хімічним складом це можуть бути як органічні (білки, жири, глікоген, крохмаль), так і неорганічні сполуки (сірка, поліфосфати, залізо).
Ідентифікаційне значення в медичній мікробіології мають тільки зерна волютину (поліфосфати) у Corynebacterium diphtheriaе, які виявляють за методом забарвлення за Нейсером (тіла бактеріальних клітин жовті, зерна – синьо-чорні).
Спори бактерій – округлі або овальні утворення, які формуються всередині бактеріальної клітини за несприятливих умов зовнішнього середовища.
Основна мета спороутворення у бактерій – збереження виду в несприятливих умовах.
Найбільш впливовим фактором для утворення спори є відсутність поживних речовин, наявність кисню в оточуючому середовищі для анаеробних бактерій, висушування.
Процес спороутворення у бактерій проходить у 4 стадії і триває 18-20 годин.
В організмі людини або на поживних середовищах (сприятливі умови) спори проростають і утворюють вегетативну форму.
Процес проростання спори триває 5-6 годин.
Виявляють спори за методами Ожешко або Ціля-Нільсена (спори забарвлюються у червоний колір, вегетативні клітини – у синій).