Классификация микроорганизмов и особенности строения бактериальной клетки

1. Занятие 1 Классификация микроорганизмов. Особенности строения бактериальной клетки

ФГБОУ ВО Самарский государственный медицинский
университет МЗ РФ
Кафедра медицинской микробиологии и иммунологии
Дисциплина: «Основы микробиологии»
Занятие 1
Классификация
микроорганизмов. Особенности
строения бактериальной клетки

2. Что такое микробиология?

Микробиология – наука о микроорганизмах, отличительными особенностями
которых является крайне малый размер, что делает их невидимыми для
человеческого глаза без использования специальных оптических
приборов.
Объект изучения микробиологии – разнообразные группы микроорганизмов:
прокариоты, эукариоты, вирусы, а также инфекционные белки (прионы).

3. Прокариоты

Микроорганизмы, не
имеющие четко
оформленного ядра и
многих мембранных
органелл, характерных для
эукариотических клеток. К
ним относятся бактерии и
археи.

4. Классификация бактерий, основанная на различиях рРНК

Тип
Actinobacteria
Коринебактерии,
нокардии,
актиномицеты,
микрококки, бифидобактерии
Тип
Pseudomonadota
Альфа-протеобактерии:
риккетсии, сфингомонады
Бета-протеобактерии:
Тип
Bacteroidetes
Порфиромонады,
превотеллы,
буркхольдерии,
нейссерии,
бордетеллы
сфингобактерии, флавобактерии
Гамма-протеобактерии:
Тип
Firmicutes
Бациллы,
лактобактерии,
листерии,
энтерококки,
стафилококки,
энтеробактерии,
псевдомонады,
стрептококки,
вибрионы,
франциселлы,
клостридии, пептококки
легионеллы, иерсинии, гемофилы
Дельта-протеобактерии:
патогенов для человека
Тип
Fusobacteria
Фузобактерии, лептотрихии
Тип
Spirochaetae
Боррелии, трепонемы, лептоспиры
Тип
Tenericutes
Микоплазмы
Эпсилон-протеобактерии:
кампилобактеры, хеликобактеры
нет

5. Особенности строения бактериальной клетки. Клеточная стенка

На основании особенностей строения клеточной стенки
выделяют грамположительные и грамотрицательные
бактерии.

6. Клеточная стенка грамположительных бактерий

Клеточная стенка
грамположительных бактерий
толстая, достигает 50 нм и
более. Основной компонент
многослойный пептидогликан
(муреин), с которым связаны
тейхоевые кислоты. В составе
клеточной стенки
грамположительных бактерий
содержится рибонуклеат магния.

7. Клеточная стенка грамотрицательных бактерий

Клеточная стенка
грамотрицательных бактерий
тонкая, около 15-20 нм, состоит
из трех слоев: наружной
мембраны, представленной
липополисахаридами,
фосфолипидами и белками;
пептидогликана; внутренней
мембраны (липопротеиновый слой).

8. Знаете ли вы…

Знаете
ли
вы,
грамположительных
поэтому
эти
заморозку.
что
клеточная
бактерий
более
микроорганизмы
По
этой
хрупкая
хуже
причине,
стенка
и
переносят
они
плохо
сохраняются в замороженных продуктах питания,
чем
грамотрицательные
следует
учитывать
представители.
не
только
и
клиницистам,
микробиологам,
но
транспортировке
биоматериала
холодное время года.
от
Это
врачам
–
при
пациентов
в

9.

Клеточная
стенка
не
является
жизненно необходимой для бактерии. При
действии
ряда
факторов
(антибактериальная терапия, факторы по
стороны
иммунной
системы)
бактерия
может частично или полностью потерять
клеточную
стенку,
жизнеспособной.
при
этом
оставаясь

10. Знаете ли вы…

Знаете
является
ли
вы,
точкой
что
клеточная
стенка
приложения
самой
назначаемой
группы
многочисленной
и
антибактериальных
препаратов
–
β-лактамов.
Кроме того, на нее действуют гликопептиды,
фосфомицин
потеряла
и
бацитрацин.
клеточную
стенку,
Если
то
бактерия
даже
самые
дорогие и новые препараты из этих групп не
будут эффективны.

11.

Процесс потери клеточной стенки – L-трансформация.
Бактерия, утратившая клеточную стенку – L-форма.
Бактерии, потерявшие клеточную стенку, становятся
некультивируемыми на питательных средах.

12. Знаете ли вы…

Вы
можете
ситуацией
в
столкнуться
своей
с
подобной
практической
работе.
Помните, отсутствие роста микроорганизма в
посеве у пациента с картиной бактериальной
инфекции,
при
условии
материала,
может
клеточной
стенки.
быть
правильного
сбора
следствием
потери
Учитывайте
это,
при
назначении лечения. Используйте препараты,
действующие
структуры.
на
оставшиеся
у
бактерий

13. Особенности строения бактериальной клетки. Цитоплазматическая мембрана.

Цитоплазматическая мембрана. Трехслойная. Участвует
в регуляции осмотического давления, транспорте
веществ, энергетическом метаболизме.
Запомните: мембрана бактериальной клетки является
точкой приложения для антибиотиков группы
полимиксинов.

14. Особенности строения бактериальной клетки. Цитоплазма.

Состоит из белков, рибонуклеиновых кислот,
включений, зерен волютина и рибосом.
Рибосомы цитоплазмы имеют коэффициент седиментации
70S (сведбергов), а не 80S как у эукариот.

15. Знаете ли вы…

А что такое 70 или 80S, и кто вообще такие эти «сведберги»?
Для разделения клеточных структур используют метод
центрифугирования. Показателем скорости осаждения частиц
при центрифугировании является коэффициент седиментации,
единицей измерения которого и является сведберг или как его
обозначают – S.
Данная единица была названа по имени шведского ученого
Теодора Сведберга, впервые сконструировавшего центрифугу в
1923 году. Чем больше число S, тем крупнее частица.
Установлено, что антибиотики, действующие на синтез белка
на бактериальных рибосомах, не угнетают рибосомы человека,
имеющие иной коэффициент седиментации.

16. Знаете ли вы…

Есть несколько групп антибиотиков,
способных подавлять синтез белка на
рибосомах: стрептограмины,
линкозамиды, макролиды, фениколы,
тетрациклины, аминогликозиды,
фузидиевая кислота.

17.

Особенности строения бактериальной
клетки. Нуклеоид
• Нуклеоид. Расположен в центральной зоне в виде
двунитевой ДНК, замкнутой в кольцо и плотно скрученной.
Состояние суперскрученности достигается действием
ферментов топоизомеразы и ДНК-гиразы. Кроме этого, у
клетки есть мобильные генетические элементы: плазмиды,
транспозоны.

18. Знаете ли вы…

Блокирование ферментов топоизомеразы и
ДНК
–
гиразы
действия
Еще
ДНК,
к
в
антибиотиков
несколько
способны
лежит
групп
основе
группы
механизма
хинолонов.
антибиотиков
подавлять
синтез
ним
относятся,
нитроимидазолы и нитрофураны.
также
бактериальной
например,

19. Особенности строения бактериальной клетки. Капсула

Структура,
прочно
связанная
клеточной
стенкой
с
бактерии.
Защищает бактерию от фагоцитоза,
повреждения
Содержит
и
пересыхания.
важные
бактериальные
антигены
природы).
при
(полисахаридной
Капсула
попадании
формируется
в
человека и животных.
организм

20. Особенности строения клеточной стенки. Микрокапсулы, слизистые чехлы, S-слои.

Участвуют в адгезии, защищают бактерию от высыхания и
повреждения.

21. Особенности строения бактериальной клетки. Спора и спорообразование

Некоторые
грамположительные
бактерии
обладают
способностью
образовывать
устойчивые
неблагоприятным
условиям
среды
структуры
–
вегетативных
эндоспоры.
клеток.
Они
внешней
Спора
покоящиеся
формируется
устойчивы
к
к
внутри
нагреванию,
ультрафиолетовому излучению, действию физических и
химических факторов.

22. Знаете ли вы…

А знаете ли вы, что такой опасный
микроорганизм, как Bacillus anthracis
–
возбудитель
сибирской
язвы
–
способен
образовывать
и
спору,
и
капсулу.
При этом спора формируется вне
организма
человека,
а
капсула
–
внутри.

23. Строение споры

Экзоспориум (тонкая наружная
оболочка).
Наружная оболочка.
Кортекс (пептидогликан).
Внутренняя мембрана.
Внутренняя оболочка.
Ядро (протопласт).

24. Особенности расположения спор и их соотношение с размерами клетки

центральное
например, у возбудителя
сибирской язвы Вacillus
anthracis

25. Особенности расположения спор и их соотношение с размерами клетки

обенности расположения спор и их соотношение с
размерами клетки
субтерминальное
например,
у
бактерий
рода
Clostridium,
представители
которого вызывают ботулизм и
гангрену

26. Особенности расположения спор и их соотношение с размерами клетки

обенности расположения спор и их соотношение с
размерами клетки
терминальное
например, у возбудителя
столбняка Clostridium tetani

27.

Цикл образования спор
Спорообразование начинается в случае
попадания бактерии в неблагоприятные
условия, с целью сохранения вида.
В материнской
клетке
формируется
второй полный
нуклеоид, который
отходит к одному из
полюсов клетки.
Происходит
инвагинация
цитоплазматическо
й оболочки и
формирование
септы преспоры.
Клетка делится на
две неравные
части, меньшая из
которых
покрывается
второй оболочкой
(проспора).
Далее
формируется
кортекс, наружная
оболочка.
Завершается
синтез оболочек,
и зрелая спора
выходит из клетки.
Этот процесс
занимает 18-20
часов.

28.

Прорастание споры
Спора сохраняется в окружающей среде длительное
время. При попадании споры в благоприятные условия
начинается процесс ее прорастания.
Активация
(температура,
ультразвук..)
Созревание
(набухание,
активация
ферментов,
разрушение
кортекса)
Прорастание
(разрыв оболочки,
выход ростовой
трубки,
формирование
новой бактерии)
Процесс занимает
4-5 часов.

29. Знаете ли вы…

Почему
же
спора
настолько
устойчива в окружающей среде? Прежде
всего потому, что в ней нет свободной
воды,
а
также
вследствие
того,
что
спора покрыта липофильной оболочкой.

30. Особенности строения бактериальной клетки. Жгутики

Монотрихи. Имеют один полярно расположенный
жгутик. Например, Pseudomonas aeruginosa.

31. Особенности строения бактериальной клетки. Жгутики

Амфитрихи. Имеют 2 полярно расположенных жгутика (по одному
с каждого полюса клетки). Например, Campylobacter jejuni

32.

Особенности строения бактериальной
клетки. Жгутики
Лофотрихи. Имеют пучок жгутиков на одном из
полюсов клетки. Helicobacter pylori

33.

Особенности строения бактериальной
клетки. Жгутики
Перетрихи. Имеют множественные жгутики по всей
поверхности. Например, Escherichia coli

34.

лассификация бактерий на основании их
морфологии
Кокки
Палочки
Извитые

35.

Кокки – бактерии сферической формы
Стафилококки
(Staphylococcus)
Стрептококки
(Streptococcus)
Диплококки
Тетракокки

36.

Палочковидные бактерии
В зависимости от рода могут быть тонкие,
толстые, иметь разные концы и расположение в
мазке. Некоторые из них могут образовывать
спору.

37.

Извитые бактерии обладают спиральной симметрией
Вибрионы, спириллы, спирохеты.

38.

Окраска по Граму
В 1884 году датский
бактериолог Ганс Кристиан
Грам предложил метод
окраски, положивший начало
новой классификации
бактерий.

39.

Алгоритм окраски по Граму
На фиксированный мазок нанести раствор генцианвиолета.
Оставить
на
2
минуты.
Затем
краситель
Люголя
на
минуту.
слить,
мазок
промыть водой.
Нанести
раствор
1
Через
1
минуту
нанести этиловый спирт на 10 секунд. После этого промыть
мазок водой.
Нанести раствор фуксина на 3 минуты. Через указанное
время раствор слить, мазок промыть водой. Просушить.

40.

Особенности восприятия окраски в зависимости от
типа клеточной стенки
При окраске генцианвиолетом краситель проникает
и окрашивает в фиолетовый цвет слой пептидогликана
клеточной
стенки
бактерий.
Затем
краситель
фиксируется в клеточной стенке при помощи раствора
Люголя. У грамположительных бактерий при нанесении
раствора Люголя образуется прочная связь красителя с
компонентами
пептидогликана
клеточной
стенки
(в
частности, с рибонуклеатом магния).

41.

Особенности восприятия окраски в зависимости от
типа клеточной стенки
Далее,
при
нанесении
спирта,
происходит
обесцвечивание
тонкой
клеточной
стенки
грамотрицательных
бактерий,
при
этом
грамположительная стенка сохраняет краситель и
остается фиолетовой.

42.

Особенности восприятия окраски в зависимости от
типа клеточной стенки
При
последующем
докрашивании
раствором
фуксина,
обесцвеченная
клеточная
стенка
грамотрицательных
бактерии
окрашивается
в
розовый
цвет,
а
клеточная
стенка
грамположительных бактерий остается фиолетовой.

43.

Классификация бактерий на основании морфологии
и окраски по Граму
Кокки
Грам+
Грам-
Палочки
Грам+
Спора+
Извитые
Грам-
Спора-
Не
Грамимеют
морфологических
различий
Стафилококки
Нейссерии
Бациллы
Микобактерии
Ферментирующие
глюкозу:
Стрептококки
Моракселлы
Клостридии
Коринебактерии
энтеробактерии,
Вибрионы
все
Хеликобактер
Неферментирующие
Микрококки
Лактобактерии
глюкозу: псевдомонады, Кампилобактер
гемофилы

44.

Группы прокариот, имеющие структурные и
физиологические отличия от большинства остальных
бактерий
Риккетсии – мелкие грамотрицательные
палочковидные бактерии, облигатные
внутриклеточные ферментозависимые
паразиты. Форма и размер риккетсий могут
меняться. Структура не отличается от
структуры грамотрицательных палочек. Для
риккетсий характерно свойство
кислотоустойчивости.

45. Знаете ли вы…

Знаете ли вы, что ученые
Говард Тейлор Риккетс и
Станислав Провачек,
независимо друг от друга
изучавшие риккетсии и
именами которых назван
возбудитель сыпного тифа
Rikketsia prowazekii,
умерли от данного
заболевания при его
изучении.

46.

Группы прокариот, имеющие структурные и
физиологические отличия от большинства
остальных бактерий
Хламидии – облигатные
внутриклеточные паразиты
сферической формы,
энергозависимые от клеток
хозяина. В жизненном цикле
представлены в виде
элементарных (внеклеточных) и
ретикулярных (внутриклеточных)
телец. В клетку попадает
элементарное тельце, которое
трансформируется в
ретикулярное, реплицируется и,
снова превратившись в
элементарное тело, выходит из
клетки.

47.

Группы прокариот, имеющие структурные и
физиологические отличия от большинства
остальных бактерий
Микоплазмы – полиморфные бактерии, не имеющие
клеточной стенки. Паразитируют в мембране
эукариотических клеток. Являются факультативными
внутриклеточными паразитами.
Имеют дефект синтеза собственного холестерола, ввиду
чего, вынуждены «воровать» холестерол из
человеческих мембран. Ввиду отсутствия у них
клеточной стенки – исходно устойчивы к β-лактамам.

48.

Группы прокариот, имеющие структурные и
физиологические отличия от большинства
остальных бактерий
Спирохеты – тонкие, грамотрицательные, извитые
штопорообразно закрученные клетки, обладающие
активной подвижностью. Клетки состоят из спирально
извитого протоплазматического цилиндра, обвитого
нитями, которые по отдельности называются
аксиальными или осевыми фибриллами, а в совокупности
составляют аксостиль. Наличие этих структур
определяет движение спирохет, изгибом всей клетки, а
не просто движением жгутика.
Строение спирохет во многом отличается от других
бактерий. Они способны к образованию цист в
неблагоприятных условиях.

49.

Спирохеты
Боррелии
(от 3 до 8 завитков)
Трепонемы
(8-12 завитков)
Лептоспиры
(более 20 завитков)

50.

Актиномицеты
Актиномицеты («лучистые грибы») –
грамположительные бактерии, во многом
сходные с грибами. Они способны
образовывать примитивный мицелий,
формировать споры для размножения (а не
для сохранения вида, как это происходит у
бактерий), являются медленно растущими. В
клиническом материале актиномицеты
формируют мицелий в виде «лучистых
скоплений», называемый друзами.

51.

Эукариоты
Среди эукариот для медицинской микробиологии
представляют интерес грибы и простейшие.
Подробнее о них вы узнаете на занятии №3.

52.

Вирусы
Неклеточная форма жизни. Вирусы
содержат в себе нуклеиновую
кислоту и оболочку (капсид).
Капсид состоит из повторяющихся
субъединиц – капсомеров.
Нуклеиновая кислота и капсид
вместе называются нуклеокапсидом.
Более сложно устроенные вирусы
имеют дополнительную
липопротеиновую оболочку –
суперкапсид, на котором
расположены суперкапсидные белки,
а также ряд ферментов,
необходимых для синтеза вирусной
нуклеиновой кислоты.

53.

лассификация вирусов по типу нуклеиновой кислоты
Вирусы классифицируются на ДНК и РНК-содержащие.
Подавляющее большинство вирусов относится к РНК –
содержащим.
ДНК –вирусы
двунитевые
герпесвирус
ы
ДНК – вирус
однонитевые
парвовирусы
ДНК – вирусы
обратнотранскрибирую
щиеся
вирус гепатита
В
РНК – вирусы
двунитевые
РНК – вирусы
плюс
однонитевые
реовирусы
коронавирусы
РНК – вирусы
минусоднонитевые
вирус
бешенства
РНК – вирусы
обратно
транскрибирую
щиеся
вирус ВИЧ

54. Знаете ли вы…

Знаете
ли
вы,
что
вирусы
ответственны не только за развитие
инфекционных
заболеваний?
Так,
к
примеру,
папилломавирусы
человека
приводят к развитию рака шейки матки,
как и ряд других вирусов, ответственных
за онкогенез. В частности, парвовирусы
способствуют
развитию
онкогематологических заболеваний.

55.

Вирусы способны осуществлять свою активность
только
внутри
клетки,
эукариотической
или
прокариотической (бактериофаги).
Репликация
большинства
ДНК-содержащих
вирусов
происходит
в
ядре
эукариотической
клетки, а РНК-содержащих – в ее цитоплазме.
Сформированная вирусная частица называется
вирион.

56. Знаете ли вы…

Знаете ли вы, что вирусы – это не
всегда плохо? К примеру, на основе
лентивирусов разрабатывается терапия по
лечению онкологических заболеваний, а
также ряда генетических заболеваний,
таких как бета-талассемия, серповидноклеточная анемия и многие другие. Кроме
того, вирусы лежат в основе современных
вакцин
(например,
от
коронавирусной
инфекции).

57.

Единственный способ
изучения морфологии и
ультраструктуры вирусов –
электронная микроскопия.
Другие виды микроскопии не
позволяют увидеть вирусы.
Форма вирионов может быть
палочковидной, пулевидной,
сферической, нитевидной.

58.

Прионы
Особый класс инфекционных
патогенов, не содержащих
нуклеиновых кислот.
Они представляют собой белки с
аномальной третичной структурой.
Прион способен катализировать
превращение гомологичного ему
нормального клеточного белка,
выполняющего ряд регуляторных
функций, в себе подобный прион.
При развитии прионных болезней
происходит изменение структуры
прионного белка, в результате
чего он приобретает инфекционную
форму.

59.

Прионы
Это приводит к развитию нейродегенеративных
заболеваний, вследствие образования внеклеточных
скоплений
в
ЦНС
и
формирования амилоидных
бляшек, которые разрушают нормальную структуру
ткани.
Эти
изменения
приводят
к
образованию
полостей
в
ткани,
вследствие
чего
ткань
принимает губчатую структуру.

60.

Прионные болезни
Хотя инкубационный период прионных заболеваний,
как правило, очень долог, после появления симптомов
болезнь прогрессирует быстро, приводя к разрушению
вещества головного мозга и смерти.
Проявляющимися при этом нейродегенеративными
симптомами могут быть конвульсии, деменция, атаксия
(расстройство координации движений), поведенческие и
личностные изменения.
Все
известные
прионные
заболевания,
объединяемые под названием «трансмиссивные губчатые
энцефалопатии», неизлечимы и фатальны.

61.

Вопросы?