Лекция № 3. Основные группы микроорганизмов.

План лекции:

1. Строение клетки бактерий.

2. Систематика бактерий.

3. Грибы.

4. Вирусы и фаги.

5. Дрожжи. Классификация дрожжей.

 

1. Строение клетки бактерий.

В качестве примера прокариотической клетки рассмотрим палочковидную бактерию.

Бактериальная клетка состоит из протопласта, окруженного наружной клеточной оболочкой, вакуолей, различных включений, имеющихся в составе протоплазмы.

Функцию ядра у бактерий выполняет циркулярно-замкнутая и сильно скрученная компактно уложенная молекула ДНК. Такое неограниченное мембраной ядро называют нуклеотидом, а в генетике-геномом или хромосомой. Обычно в покоящихся бактериях содержится один нуклеотид. Разные формы бактерий имеет различный тип ядерного аппарата. У одних ядерное вещество находится в дисперсном состоянии обособлено от цитоплазмы. У других в протоплазме содержатся отдельные зерна хроматина, участвующие в образование некоторых структур клетки. Химическая природа ядерных веществ довольно сложная. Основное место занимает нуклеопротеидный комплекс и состоит из двух основных компонентов: особого белка и тимонуклеиновой кислоты.

Клеточная оболочка плотная, бесцветная, обладает упругостью и эластичностью, служит защитой от неблагоприятных внешних воздействий, участвует в обмене веществ в клетке. Оболочка проницаема для воды и низкомолекулярных веществ, имеет слоистое строение. Толщина клеточной стенки 10-35 нм.

Химический состав оболочки неоднороден, резко отличен от оболочек высших растений. В ее состав входят специфические полимерные комплексы. Главным компонентом клеточной стенки бактерии является особый только им присущий гетерополимер- пептидогликан. Этот полимер состоит из параллельно чередующихся полисахаридных цепей, которые скреплены пептидными связями. Количественное содержание пептидогликана определяет характер окраски бактерий и других прокариот по Грамму. Те из них, котрые содержат в клеточной стенке большое количество (около90% пептидогликана) окрашиваются по Грамму в сине- фиолетовый цвет и их называют грамположительными, все другие, содержащие в оболочке 5-20% пептидогликана,- в розовый цвет и их называют грамотрицательными. Толщина слоя пептидогликана в клеточной стенке грамположительных бактерий в несколько раз больше, чем у грамотрицательных.

Из азотистых веществ в состав бактериальных оболочек входят белковые вещества, аминокислоты. Соотношение веществ варьирует, оболочка у некоторых бактерий может подвергаться разбуханию и ослизнению. Слизистый слой, бывает очень тонким, но может достигать и значительной толщины, образуя капсулу. Размер капсулы может превышать величину бактериальной клетки. Капсулы легко обнаруживаются при окраске фуксином. Химический состав слизей различен у отдельных видов. В составе бактериальных слизей обнаружены полисахариды, азотсодержащие вещества. Интенсивность образования слизи у капсул зависит от условий (питательная среда) окружающей среды.

Ослезнению подвергаются мясо, колбасы, творог, рассолы квашеных овощей.

Цитоплазма – содержимое клетки, за исключением ядра. Цитоплазма имеет сложный изменяющийся химический состав. Основными химическими соединениями являются белки, нуклеиновые кислоты, липиды, Н₂О. В цитоплазме содержатся рибосомы, мезосомы, включения (липиды, углеводы, сера и др.)

Поверхностный слой цитоплазмы более плотный, обладает полупроницаемостью - цитоплазмотическая мембрана. Выполняет важную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой. Цитоплазмотическая мембрана состоит из трех слоев: одного липидного и двух, примыкающих к нему с обеих сторон, белковых. Содержит 60-65% белка и 35-40% липидов, локализовано ферменты. Цитоплазма пегомогенна. Помимо бесструктурной полужидкой массы коллоидного состояния, она местами пронизана мембранами, в которой находятся различные по форме и величине частички - рибосомы. Рибосомы состоят на 60% из РНК и на 40% из белка. В одной бак. клетке содержится десятки тысяч рибосом. В рибосоме осуществляется синтез белка. Кроме рибосом в цитоплазме имеются пластинчатые структуры – мезосомы, они образуются путем ответвления и впячивания в полость клетки цитоплазмотической мембраны. В мезосомах происходят процессы окисления органических веществ. Помимо этих образований в цитоплазме также содержатся разнообразные включения, являющиеся запасными питательными веществами: крупинки гликогена, капли жира, гранулы волютина.

Жгутики – это органы движения бактерий. Представляют собой вращающиеся полужесткие спирально изогнутые нити из белка флагеллина, который обладает способностью сокращаться. Длина жгутиков больше самих бактерий и колеблется от 5 до 10 мкм в длину. По типу расположения и числу жгутиков бактерии делят на четыре группы: монотрихи- имеют один жгутик на полюсе клетки; лофотрихи- с пучком жгутиков на одном из концов палочки; амфитрихи- с двумя пучками жгутиков на полюсах; перитрихи- с множеством жгутиков вокруг бактерии. Жгутикование характерно, например, для кишечных бактерий, столбняка и ботулизма, холерного вибриона. Характер и скорость движения неодинаковы у отдельных видов бактерий. Подвижность бактерий может быть утрачена под влиянием неблагоприятных условий жизни, при старении клеток и при механических воздействий.

Спорообразование. Споры - это покоящиеся клетки, обладающие устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды, служащие для

сохранения вида.Спорообразование происходит почти исключительно у палочковидных бактерий. В клетке бактерий образуется только одна спора.

Спорообразование обычно наступает при обеднении среды питательными веществами или при накоплении в ней продуктов обмена. Перед спорообразованием в клетке накапливаются запасные питальные вещества (белки, липиды), образуются специфическое для спор вещество - дипиколиновая кислота. Спора развивается из части протопласта (цитоплазмы с ядерным материалом) материнской вегетативной клетки. По мере развития и созревания закладываются ее оболочки. Число и толщина котрых варьирует у разных бактерий. Поверхность наружной оболочки может быть гладкой либо с выростами. Процесс спорообразования происходит с течение нескольких часов.

Обычно споры имеют круглую или овальную форму, располагаются в центре клетки, ближе к концу и на самом конце клетки. Диаметр спор может превыщать ширину клетки. После созревания споры материнская вегетативная клетка отмирает, оболочка ее разрушается и спора высвобождается. Плотная оболочка, малое содержание свободной воды, наличие дипиколиновой кислоты создают большую устойчивость спор к физико-химическим воздействиям. Так, споры некоторых бактерий выдерживают кипячение в течение нескольких часов, могут длительное время сохраняться (десятки и сотни лет) в сухом состоянии, более устойчивы по отношению к действию химических ядов, радиации и других факторов внешней среды.

В благоприятных условиях споры прорастают в вегетативные клетки. При этом они набухают вследствие поглощения воды, активизируются их ферменты, усиливаются биохимические процессы, приводящие к росту. Затем происходит растворение внешней оболочки и через образовавшееся отверстие молодая бактериальная клетка выходит наружу.

Спорообразующие бактерии аэробные и факультативно-анаэробные- бациллы, анаэробные- клостридии.

Помимо истинных бактерии имеются и другие более или менее отличающиеся от них. Это актиномицеты, нитчатые бактерии, спирохеты, риккетсии, микоплазмы, миксобактерии.

Актиномицеты.

Актиномициты или лучистые грибы - это одноклеточные организмы, Имеющий вид небольших или длинных разветвленных тонких несептированных нитей. На конце некоторых актиномицетов образуются одна или несколько экзоспор, являющиеся органами плодоношения. Оформленного ядра у них нет. Мицелевидные формы размножаются спорами, развивающимися на воздушных ветвях мицелия, что сближает их с грибами. Немицелевидные формы размножаются делением и перешнурованием клеток. Актиномицеты широко распространены в природе, встречаются они также на пищевых продуктах, вызывая их порчу. Многие актиномицеты вырабатывают антибиотики. Есть среди них и патогенные формы (туберкулезные и дифтерийные бактерии).

Нитчатые бактерии.

Эти бактерии представляют собой длинные нити диаметром от 1 до 7 мкм, состоящие из коротких цилиндрических клеток. Каждая нить окружена тонкой слизистой оболочкой. Размножаются эти бактерии с помощью особых клеток-гонидий, которые развиваются из концевых клеток нитей. Гонидии могут подвижными (со жгутиками).

Нитчатые бактерии обитают преимущественно в воде, встречаются и в почве.

Спирохеты.

Спирохеты представляют собой гибкие спирально извитые клетки различной длины. Дифференцированное ядро и присущая истинным бактериям оболочка отсутствует. Клетки покрыты тонкой цитоплазматической мембраной. Они подвижны, передвигаются волнообразным сокращением тела. Спор не образуют. Размножаются делением. Некоторые спирохеты вызывают заболевания человека (возвратный тиф, сифилис). Спирохеты занимают промежуточное положение между истинными спиральными бактериями и протистами.

Риккетсии.

Риккетсии - это мелкие, длиной не более 1 мкм, неподвижные бактериоподобные организмы, видимые в световой микроскоп. Они сочетают признаки истинных бактерий и вирусов и занимают промежуточное положение между ними. Форма риккетстй разнообразна: округлые, палочковидные; одиночные, соединенные попарно или короткие цепочки. В клетках обнаруживаются зернистые включения хроматиновой природы. Риккетсии- внутриклеточные паразиты, в искусственных питательных средах они не растут. Заболевания человека и животных, вызываемые риккетсиями, называются риккетсиозами (сыпной тиф).

Миксобактерии.

Миксобактерии имеют палочковидную и вертенообразную форму. Они способны к образованию больших количеств слизи. Клеточная оболочка отсутствует. Размножаются делением или перешнурованием клетки. Некоторые в неблагоприятных условиях превращаются в покоющую стадию- в цисты. Микособактерии живут в почве, на различных растительных остатках.

Систематика бактерий.

Распрознавание прокариот проводится по четырехтомному определителю Берги (1984-1990), в котором царство Procsaryote подразделяются на четыре раздела:

1. тонкостеночные – Gracilicutes

2. толстостеночные -Firmicutes

3. лишенные стенок Tenericutes

4. дефектные по клеточной стенке Mendosicutes

При этом в нем выделены три класса:

- Класс 1 актерии-хемоорганотрофы - используют химический источник энергии и органические вещества;

- Класс 2. Риккетсии - внутриклеточные бактерии-паразиты, которые не растут на искусственных питательных средах;

- Класс 3. Микоплазмы, лишенные клеточной стенки.

Бактерии – хемоорганотрофы по морфологии и окраске по Грамму подразделяются на четыре морфо- и две хромогруппы. Среди морфогрупп выделяют: 1. Палочки и кокки, образующие эндоспоры; 2. Спирохеты; 3. Спиралевидные и изогнутые бактерии (спириллы и вибрионы); 4. Актиномицеты и родственные им ветвистые бактерии. В составе хромогрупп выделяют грамположительные и грамотрицательные аэробные бактерии, размножающиеся при широком доступе кислорода, факультативно-анаэробные и анаэробные, развитие которых происходит в бескислородной среде.

Грибы.

Одним из трех царств, относящихся к надцарству эукариот, являются грибы. Ранее считали, что грибы занимают промежуточное положение между царствами растений и животных, так как ряд признаков сближает их как с растениями, таки с животными. В настоящее время грибы выделены в отдельное царство Mycota, которое насчитывает около 100 тыс. видов.

Грибы широко распространены в природе. Они обитают в различных климатических зонах Особенно много их в почве, встречаются они в пресных и соленых водоемах, в местах с повышенной влажностью.

Среди грибов встречаются организмы, развивающиеся за счет органических веществ отмерших организмов; они участвуют в круговороте веществ в природе. Но имеются и такие, которые могут существовать в живых организмах и вызывать заболевания (например, болезни плодов иовощей).Некоторые грибы выделяют ядовитые вещества – микотоксины. Многие грибы вызывают порчу пищевых продуктов и повреждение разнообразных изделий и материалов, некоторые могут развиваться наоптических поверхностях, где имеется мизерное количество смазки, вызывая помутнение линз

С другой стороны, грибы имеют важное практическое значение, таккак многие из них употребляются в пищу, используются в производстве этилового спирта, органическихкислот, антибиотиков, витаминов, некоторых сортов сыра и т.д.

Признаки сходства с растительными организмами:

1. Наличие клеточной стенки и вакуолей, заполненных клеточнымсоком.

2. Неспособность к активному перемещению. Обычно грибы, как и растения, прикреплены к питательному субстрату, причем часть вегетативного тела возвышается над поверхностью питательной среды, а часть погружена в субстрат.

Различия:

1. У грибовнет хлорофилла. Этонефотосинтезирующие микроорганизмы, для которых характеренживотный тип питания. Клеточную энергию они получают путем окисления органических веществ в присутствии кислорода воздуха

2. По сравнению с растениями, имеющими стебли, корни, листья,грибы слабо дифференцированы морфологически, у них почти нет разделения функций между разными частями организма.

3. Грибы отличаются от растений по типу клеточной организации.Это циноцитные организмы, вегетативное тело которых представляет собой многоядернуюмассу цитоплазмы, заполняющуюсистему сильно разветвленных трубочек, играющих роль клеточной стенки.

Таким образом, грибы занимают промежуточноеположение между царством растений и царством животных надцарства эукариот, что позволило отнести их к самостоятельному царству - царству Mycota.

Вегетативное тело грибов называется мицелием. Состоитмицелий из множества тесно переплетенных нитей - трубочек, которые называются гифами. Гифырастут своими концами (апикально), причем если в среде имеются питательные вещества, то рост мицелия можетпродолжаться неограниченное время.

В зависимости от строения мицелия грибыделятся на высшие и низшие. У высшихгрибов в гифахимеются поперечные перегородки ( септы), поэтому мицелий септированный. У низших грибовмицелий несептированный. В центре септ имеются центральные поры, через которые свободно проходит цитоплазма и внутрицитоплазматические органеллы.

Различают поверхностный(воздушный) мицелий, посредством которого осуществляется дыхание и на котором образуются органы размножения и глубинный(субстратный) мицелий, через который происходитвсасывание питательных веществ.Гифы поверхностного мицелия болеетонкие, длинные и прямые, глубинного - извилистые,мешковидные.

Строение грибной гифы описано в теме 2 (Строение эукариотической клетки).

Большинство грибов - сапрофиты, т.е., микроорганизмы, которые перерабатывают органические соединения из отмерших клеток и тканей. Некоторые грибы являются паразитами, т.е. обитают в живых организмах.

Размножение грибов

Существует 3 способа размножения грибов:

1. Вегетативное размножение

Осуществляется кусочком мицелия или отдельными клетками - оидиями, образующимися в результате расчленения гифи хламидоспорами - толстостенными клетками, устойчивыми к неблагоприятным воздействиям. Оидии и хламидоспоры образуют высшие грибы.

 

Оидии Хламидоспоры

2. Бесполое размножение с образованием спор

В этом случае на определенномэтапе вегетативного размножения грибов образуются специальныеплодоносящие гифы воздушного мицелия.

У низших грибов споры формируются внутри шаровидных мешочков - спорангиев, внутри которых формируются внутренние споры (эндоспоры). Плодоносящий гиф на котором образуются спорангии называется спорангиеносцем.

У высших грибов на кончике плодоносящего гифа образуются специальные вытянутые клетки - стеригмы, на которых формируются цепочки из спор - конидии. Споры, расположенные на конидиях, находятся снаружи плодоносящего гифа (экзоспоры). Плодоносящий гиф на котором образуются конидии называется конидиеносцем.

 

1 2

Рис. 1 Строение плодоносящих гифов:

1 - спорангиеносца, 2 - конидиеносца

3. Половое размножение

Половому размножению (митозу) предшествует слияние двух многоядерных гифов мицелия. Состоит половое размножение из трех этапов:

• плазмогамия - соединение протопластов двух гифов. Возникающая в результате этого клетка имеет два ядра и называется дикарион;

• кариогамия - слияние двух гаплоидных ядер с образованием диплоидного ядра (ядра с двойным набором хромосом).

• мейоз - редукционное деление. Процесс деления ядер состоит из нескольких стадий.

Различают гомо- и гетероталличные грибы. У гомоталличных грибов происходит слияние двух одинаковых гифов, у гетероталличных -оплодотворение может происходить только между мицелиями разных половых знаков (+ и -).

Существуют грибы, которые не способны размножаться половым путем. Такие грибы называют несовершенными.