1.3. Строение и классификация бактерий (прокариот).

Решением Международного кодекса для бактерий рекомендованы следующие таксономические категории: класс, отдел, порядок, семейство, род, вид. Название вида соответствует бинарной номенклатуре, т.е. состоит из двух слов. Например, возбудитель дифтерии пишется как Corynebacterium diphtheriae, возбудитель менингита - Neisseria meningitides, возбудитель туберкулеза - Mycobacterium tuberculosis. Первое слово – название рода и пишется с прописной буквы, второе слово обозначает вид и пишется со строчной буквы.

Бактерии относятся к прокариотам, т.е. доядерным микроорганизмам, поскольку у них имеется примитивное ядро без оболочки, ядрышка, гистонов, а в цитоплазме отсутствуют высокоорганизованные органеллы (митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы и др.).

Согласно второму изданию (2001 г.) Руководства Берджи по систематической батериологии, бактерии делят на 2 домена: «Bacteria» и «Archaea». В домене «Bacteria» можно выделить следующие бактерии: 1) бактерии с тонкой клеточной стенкой – грамотрицательные; 2) бактерии с толстой клеточной стенкой – грамположительные; 3) бактерии без клеточной стенки (микоплазмы). Архебактерии не содержат пептидогликан в клеточной стенке. Термин «архебактерии» появился в 1977г. Это одна из древних форм жизни, на что указывает приставка «архее». Среди них нет возбудителей инфекционных заболеваний.

В домен «Bacteria» входят 22 типа, из которых медицинское значение имеют следующие:

Тип Proteobacteria

Класс Alphaproteobacteria. Роды: Rickettsia, Orientia, Ehrlichia, Bartonella, Brucella.

Класс Betaproteobacteria. Роды: Burkholderia, Alcaligenes, Bordetella, Neisseria, Kingella, Spirillum.

Класс Gammaproteobacteria. Роды: Francisella, Legionella, Coxiella, Pseudomonas, Moraxella, Acinetobacter, Vibrio, Enterobacter, Callimatobacterium, Citrobacter, Edwardsiella, Erwinia, Escherichia, Hafnia, Klebsiella, Morganella, Proteus, Providensia, Salmonella, Serracia, Shigella, Yersinia, Pasteurella.

Класс Deltaproteobacteria. Род Bilophila.

Класс Epsilonproteobacteria. Роды: Campylobacter, Helicobacter, Wolinella.

Тип Firmicutes (главным образом грапположительные)

Класс Clostridia. Роды: Clostridium, Sarcina, Peptostreptococcus, Eubacterium, Peptococcus, Veillonella.

Класс Mollicutes. Роды: Mycoplasma, Ureaplasma.

Класс Bacilli. Роды: Bacillus, Sporosarcina, Listeria, Staphylococcus, Gemella, Lactobacillus, Pediococcus, Aerococcus, Leuconostoc, Streptococcus, Lactococcus.

Тип Actinobacteria

Класс Actinobacteria. Роды: Actinomyces, Arcanodacterium, Mobiluncus, Micrococcus, Rothia, Stomatococcus, Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia, Propionibacterium, Bifidobacterium, Gardnerella.

Тип Clamydiae

Класс Clamydiae. Роды: Clamydia, Clamidophila.

Тип Spirochaetes

Класс Spirochaetes. Роды: Spirochaeta, Borrelia, Treponema, Leptospira.

Тип Bacteroidetes

Класс Bacteroidetes. Роды: Bacteroides, Porphyromonas, Prevotella.

Класс Flavobacteria. Роды: Flavobacterium.

Формы бактерий. Различают несколько основных форм бактерий – кокковидные, палочковидные, извитые и ветвящиеся, нитевидные.

Сферические формы, или кокки – шаровидные бактерии, которые по взаимному расположению делятся на микрококки, диплококки, стрептококки, тетракокки, сарцины и стафилококки.

Микрококки характеризуются одиночным, парным или беспорядочным расположением клеток. Они являются сапрофитами, обитателями воды, воздуха.

Диплококки делятся в одной плоскости и образуют парные кокки, соединенные по две особи. К диплококкам относятся: менингококк, гонококк, пневмококк.

Стрептококки делятся в одной плоскости и располагаются цепочками различной длины. Патогенные для человека стрептококки вызывают гнойно-воспалительные заболевания.

Тетракокки располагаются по четыре, т.к. делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Заболевания человека не вызывают.

Сарцины делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и выглядят в виде тюков по 8, 16 и более клеток. Они часто встречаются в воздухе и не являются возбудителями инфекционных заболеваний.

Стафилококки – гроздевидно расположенные кокки, делящиеся в различных плоскостях, вызывают гнойно-воспалительные заболевания у человека.

Палочковидные бактерии подразделяются на бактерии, бациллы и клостридии. К бактериям относятся такие палочковидные микроорганизмы, которые как правило не образуют спор (кишечная, брюшнотифозная, дизентерийные, дифтерийные, туберкулезные и др.). К бациллам (лат. вacillus – палочка) и клостридиям (лат.closter – веретено) принадлежат микробы, образующие споры (сибиреязвенная, столбнячная палочки и др.). По форме палочковидные бактерии бывают короткими (туляремийная, коклюшная, бруцеллезная), длинными (сибиреязвенная), с закругленными концами (большинство палочек), с заостренными концами (фузобактерии), с булавовидными утолщениями на концах (дифтерийная).

Извитые формы бактерий. К этой группе бактерий относятся вибрионы, спириллы, кампилобактерии, хеликобактерии, спирохеты.

Вибрионы – клетки, изгиб которых равен ¼ завитка спирали, имеющие вид запятой.Патогенным представителем является холерный вибрион – возбудитель холеры.

Спириллы – извитые формы бактерий, имеющие изгибы с одним или несколькими оборотами спирали. Из патогенных известен один вид Spirillum minor – возбудитель содоку – болезнь, передающаяся через укус крыс и других грызунов.

Кампилобактерии, хеликобактерии – имеют изгибы как у крыла летящей чайки. Кампилобактерии относятся к возбудителям зоонозных бактериальных инфекций с преимущественным поражением пищеварительного тракта. Хеликобактерии относятся к условно патогенным микроорганизмам, способным вызывать хроническое поражение слизистой желудка и двенадцатиперстной кишки.

Спирохеты представлены 3 родами патогенными для человека: трепонемы, боррелии, лептоспиры.

Трепонемы имеют вид тонких штопорообразно закрученных нитей с 8-12 равномерно мелкими завитками. Патогенным представителем является T. Pallidum – возбудитель сифилиса.

Боррелии в отличие от трепонемболее длинные, имеют по 3-8 крупных завитков. К ним относится возбудитель клещевого боррелиоза или болезни Лайма – B. Burgdorferi.

Лептоспиры имеют завитки неглубокие и частые – в виде закрученной веревки. Концы этих спирохет изогнуты наподобие крючков с утолщениями на концах. Патогенный представитель L interrogans вызывает лептоспироз.

Нитевидные (серобактерии, железобактерии – обитатели водоемов; актиномицеты – ветвящиеся, нитевидные или палочковидные грамположительные бактерии, как и грибы образуют мицелий). К ним относят бактерии родов коринебактерии, микобактерии, нокардия). Патогенные актиномицеты вызывают актиномикоз, нокардии – нокардиоз, микобактерии – туберкулез и лепру, коринебактерии – дифтерию.

Риккетсии – мелкие грамотрицательные палочковидные бактерии, облигатные внутриклеточные паразиты. Размножаются бинарным делением в цитоплазме, а некоторые – в ядре инфицированных клеток. Обитают в членистоногих (вшах, блохах, клещах). У человека риккетсии вызывают эпидемический сыпной тиф (R.prowazekii), клещевой риккетсиоз (R. Sibirica), пятнистую лихорадку Скалистых гор (R. Rickettsii).

Хламидии – облигатные внутриклеточные кокковидные грамотрицательные бактерии. У человека хламидии вызывают поражения глаз (трахома, конъюнктивит), урогенитального тракта, легких.

Микоплазмы – мелкие бактерии, из-за отсутствия клеточной стенки имеют разнообразную форму: кокковидную, нитевидную, колбовидную.

Бактериальную клетку окружает оболочка, состоящая из клеточной стенки и цитоплазматической мембраны. Под оболочкой находится протоплазма, состоящая из цитоплазмы с включениями и ядра, называемого нуклеоидом. Имеются дополнительные структуры: капсула, микрокапсула, слизь, жгутики, пили. Некоторые бактерии в неблагоприятных условиях способны образовывать споры.

Клеточная стенка – прочная, упругая структура, придающая бактерии определенную форму, участвует в процессе деления клетки и транспорте метаболитов, имеет рецепторы для бактериофагов. В клеточной стенке грамположительных бактерий основным компонентом является многослойный пептидогликан (муреин) с которым ковалентно связаны тейхоевые кислоты. У грамотрицательных бактерий основным компонентом является двойной слой липидов. Внутренний слой наружной мембраны представлен фофолипидами, а в наружном слое расположен липополисахарид. Способность грамположительных бактерий при окраске по Грамму удерживать генциановый фиолетовый в комплексе с йодом (сине-фиолетовая окраска бактерий) связана со свойством многослойного пептидогликана взаимодействовать с красителем. Кроме этого, последующая обработка мазка бактерий спиртом вызывает суживание пор в пептидогликане и тем самым задерживает краситель в клеточной стенке. Грамотрицательные бактерии после воздействия спиртом утрачивают краситель, что обусловлено меньшим количеством пептидогликана в клеточной стенке, они обесцвечиваются спиртом и при обработке фуксином приобретают красный цвет. При нарушении синтеза клеточной стенки бактерий под влиянием лизоцима, пенициллина и др образуются клетки с измененной шаровидной формой – протопласты -бактерии, полностью лишенные клеточной стенки. Бактерии с частично сохранившейся клеточной стенкой – сферопласты. Бактерии сферо- или протопластного типа, утратившие способность к синтезу пептидогликана под влиянием антибиотиков или других факторов и способные размножаться, называются L-формами (от названия института им. Д. Листера, где они впервые были изучены). L-формы могут возникать и в результате мутаций. L-формы могут образовывать многие возбудители инфекционных болезней.

Цитоплазматическая мембрана является динамической структурой с подвижными компонентами, поэтому ее представляют как мобильную текучую структуру. Она окружает наружную часть цитоплазмы бактерий и участвует в регуляции осмотического давления, транспорте веществ и энергетическом метаболизме клетки. При избыточном росте (по сравнению с ростом клеточной стенки) цитоплазматическая мембрана образует инвагинаты – впячивания в виде сложно закрученных мембранных структур, называемые мезосомами.

Цитоплазма занимает основной объем бактериальной клетки и состоит из растворимых белков, рибонуклеиновых кислот, включений и многочисленных мелких гранул – рибосом, ответственных за синтез белков. Рибосомы бактерий имеют размер около 20 нм и коэффициент седиментации 70S, в отличие от эукариотических клеток (80S). Поэтому некоторые антибиотики, связываясь с рибосомами бактерий подавляют синтез бактериального белка, не влияя на синтез белка эукариотических клеток.

В цитоплазме имеются различные включения: гранулы волютина, липопротеидные тельца, гликоген, гранулеза, пигментные скопления, сера, кальций. Биологическое значение гранул волютина и липопротеиновых включений состоит в том, что они служат запасным питательным материалом и используются бактериями при недостатке питательных веществ. Характерное расположение гранул волютина выявляется у дифтерийной палочки при окрашивании по Нейссеру.

Нуклеиод – эквивалент ядра у бактерий. Он расположен в центральной зоне бактерий в виде двунитевой ДНК, замкнутой в кольцо. Ядро у бактерий не имеет ядерной оболочки, ядрышка и основных белков (гистонов). В бактериальной клетке содержится одна хромосома, представленная замкнутой в кольцо молекулой ДНК.

Капсула, микрокапсула, слизь. При попадании в макроорганизм патогенные бактерии могут образовывать капсулы толщиной более 0,2мкм. Капсула – мощный слизистый слой вокруг клеточной стенки. Она выявляется при специальных методах окраски мазка по Бурри-Гинсу (сибиреязвенная палочка, клебсиелла, пневмококк). Капсула состоит из полисахаридов или полипептидов. Капсула препятствует фагоцитозу бактерий, она антигена: антитела против капсулы вызывают ее увеличение (реакция набухания капсулы). Многие бактерии образуют микрокапсулу – слизистое образование менее 0,2мкм, выявляемое лишь при электронной микроскопии. От капсулы следует отличать слизь – мукоидные экзополисахариды, не имеющие четких внешних границ. Мукоидные экзополисахариды характерны для мукоидных штаммов синегнойной палочки, часто встречающихся в мокроте больных с кистозным фиброзом. Капсула и слизь предохраняют бактерии от повреждений, высыхания.

Споры. При попадании в неблагоприятные условия внешней среды (высушивание, дефицит питательных веществ) бактерии образуют споры. Спорообразование происходит во внешней среде (почва, питательные среды) и не наблюдаеся в тканях человека и животных. Попадая в благоприятные условия, споры прорастают и превращаются снова в вегетативные формы. Спорообразующие бактерии рода Bacillus, у которых размер споры не превышает диаметр клетки, называют бациллами. Спорообразующие бактерии, у которых размер споры превышает диаметр клетки, отчего они принимают форму веретена, называются клостридиями, например бактерии рода Clostridium. Споры кислотоустойчивы, поэтому по методу Ожешко окрашиваются в красный цвет, а вегетативная клетка – в синий. Форма спор может быть овальной, шаровидной; расположение в клетке – терминальное, т.е. на конце палочки (у возбудителя столбняка), субтерминальное – ближе к концу палочки (у возбудителей ботулизма, газовой гангрены) и центральное (у сибиреязвенной бациллы).

Жгутики бактерий определяют подвижность бактериальной клетки. Это тонкие нити, берущие начало от цитоплазматической мембраны, имеют большую длину, чем сама клетка. Жгутики состоят из белка – флагеллина, являющегося антигеном – так называемый Н – антиген. Число жгутиков у бактерий различных видов варьирует от одного (монотрих) у холерного вибриона до десятка и сотен жгутиков, отходящих по периметру бактерии (перетрих) у кишечной палочки, протея и др. Лофотрихи имеют пучок жгутиков на одном из концов клетки. Амфитрихи имеют по одному жгутику или пучку жгутиков на противоположных концах клетки. Жгутики выявляют с помощью электронной микроскопии.

Ворсинки или пили (фимбрии) – нитевидные образования, более тонкие и короткие, чем жгутики. Пили отходят от поверхности клетки и состоят из белка пилина. Различают пили, ответственные за адгезию, т.е. за прикрепление бактерий к поражаемой клетке, а также пили, ответственные за питание, водно-солевой обмен и половые (F- пили), или конъюгационные.