Антони ван Левенгук (1632-1723)
Луи Пастер (1822-1895)
Роберт Кох (1843-1910)
И.И.Мечников (1845-1916)
Наибольшее признание среди микробиологов получила классификация микроорганизмов, которая дана в Определителе бактерий Д. Берги (Bergey’s Manual Systematic Bacteriology)
Основной таксономической категорией является вид - группа близких между собой организмов, которые имеют общее происхождение, единственный генотип, подобные морфологические, физиологичные, биохимические, серологические, экологические и другие признаки.
В соответствии с Международным кодексом номенклатуры бактерий микробиологи используют такие таксономические критерии систематики: вид - род - семейство - порядок - класс - отдел ( phylum) – царство - домен
Генетические механизмы, которые лежат в основе изменчивости, способны обеспечивать только относительную стабильность признаков в пределах одного вида, потому введено понятие о вариантах (типы) бактерий, которые по некоторыми особенностям отличаются от стандартных видов: морфовары (по морфологическим признакам) биовары (по биологическим) ферментовары (по ферментативным) фаговары (по чувствительности к бактериофагам), серовар (по антигенными свойствам) эковары (по экологическим нишам) патовары (по патогенности для лабораторных животных).
Микрококки (Micrococcus). ( M. roseus, M. luteus, etc.). МОРФОЛОГИЯ БАКТЕРИАЛЬНЫХ КЛЕТОК
Диплококки Neisseria meningitidis Neisseria gonorrhoeae P neumococcus
Стрептококки Streptococcus lactis
Тетракокки
Стафилококки Staphylococcus aureus, epidermis
Сарцины
Спиралеподобные бактерии Вибрионы Vibrio cholerae
Спириллы. Spirillum minus
Спирохеты Borrelia. Borrelia hispanica, Borrelia persica
Лептоспиры. Leptospira interrogans
Трепонемы Treponema pallid um
Структура прокариотической клетки
Структура пептидогликана ( муреина )
Клеточная стенка грамположительных бактерий
Клеточная стенка грамотрицательных бактерий
Отличия грамположительных и грамотрицательных клеток
Окраска по Граму
Капсулы Klebsiella pneumonie Bacillus anthracis Streptococcus pneumoniae
филамент крюк L- кольцо P- кольцо S- кольцо M- кольцо ЦПМ Периплазматическое пространство Пептидогликан Внешняя мембрана Жгутики грамотрицательных клеток Стержень
монотрихи ( V. с holerae ) амфитрихи ( Spirillum volutans ) лофотрихи ( Alcaligenes faecalis ) перитрихи ( E. coli, Salmonella )
Белки = 40-80% (сухой массы) Протеины – простые белки Протеиды – сложносоставные белки (нуклеопротеиды, липопротеиды, гликопротеиды). Углеводы = 30-50% - запасные полисахариды - компоненты гликопротеидов и сложных липидов - пептидогликан - сигнальные, в т.ч. поверхностные молекулы Липиды = 1,7 – 40% - фосфолипиды, липопротеиды и липополисахариды - запасные вещества - защитные молекулы (миколовые кислоты) - сигнальные молекулы
Метаболизм = катаболизм ( дессимиляция ) + анаболизм (ассимиляция) Поступление в клетку питательных веществ Обеспечение клетки энергией ( Ē ) и электронами ( ē ) Обеспечение клетки веществом: C, H, O, N ; микроэлементы ; факторы роста По потреблению УГЛЕРОДА делятся на: Автотрофы – только СО 2 Гетеротрофы – органика Сапрофиты Паразиты По усвоению АЗОТА : Ассимилируют из воздуха Ассимилируют из нитрата Ассимилируют из аммонийных солей Ассимилируют из аммонийных солей в присутствии аминокислот и пуринов Ассимилируют в присутствии факторов роста Нуждаются в сложных питательных средах Источник Ē Донор ē Источник С Ф Л А Х О Г
Эндоферменты и экзоферменты Конститутивные (существуют и в отсутствии субстрата) Индуцибельные (образуются при наличии субстрата) Классы ферментов Оксидоредуктазы ( окислительно -восстановительные); Трансферазы (перенос радикалов и атомов); Гидролазы (расщепляют вещества на более простые с присоединением воды); Лиазы (отщепляют от субстратов химические группы, не используя воду); Изомеразы (превращают субстрат в изомеры); Лигазы-синтетазы (ускоряют синтез сложных соединений).
Проникновение веществ : Активный перенос (концентрация веществ в клетке выше, чем в окружающей среде) – расход энергии (АТФ); Пассивная диффузия (концентрация веществ в окружающей среде выше, чем в клетке) – энергия не расходуется; Облегченная диффузия – энергия не расходуется; Транслокация радикалов – участвуют ферменты пермеазы Выделение веществ: Пассивная диффузия Облегченная диффузия
Наружная среда Мембрана Внутренняя среда Простая Диффузия П Облегчённая диффузия П Энергизованный источник П Энергия Активный транспорт П HPr~P ФЕП Транслокация П Фер- радикалов HPr мент П --P Пируват
Аэробный тип – дыхание. Полное разложение органики до СО 2 и Н 2 О Простота выращивания Высокая энергоэффективность и скорость роста Необходимость аэрирования Анаэробный тип – брожение и анаэробное дыхание. Неполное разложение органики при многих вариантах брожения Выделение в среду кислот, спиртов, кетонов и других продуктов Как правило, подавляется присутствием О 2 Низкая скорость роста и энергоэффективность Необходимость соблюдать строго анаэробную технологию культивирования
В зависимости от потребностей в кислороде бактерии делятся на : Облигатные аэробы – только в присутствии О 2 Mycobacterium tuberculosis, Micrococcus luteus Микроаэрофилы – при концентации О 2 ниже атмосферного Campylobacter sp., Streptococcus salivarius Факультативные анаэробы – как при О 2, так и без него E.coli, Vibrio cholerae, Corynebacterium diphtheriae, Salmonella typhi, и.т.д. Аэротолеранты – могут расти при О 2, но не используют его Streptococcus pyogenes, S. lactis Облигатные (строгие) анаэробы – при О 2 растут плохо или гибнут Clostridium botulinum, C. tetani
«Рост – это координированное воспроизведение всех клеточных компонентов и структур, ведущее в конечном итоге к увеличению массы клетки». По достижению определенного возраста клетка микроба начинает делиться, переходит к размножению. У одноклеточных организмов размножение ведет к увеличению числа индивидуумов, составляющих популяцию или культуру. Бактерии размножаются путем простого (чаще бинарного) деления. Средняя скорость деления – 20-30 минут. Кишечная палочка – 16-20 мин.; стрептококк и клостридии – 15 мин.; S.typhi – 24 мин.; шигеллы – 35 мин.; микобактерии – 24 часа. Прокариоты делятся в 100 раз быстрее, чем эукариотическая клетка.
Начальная фаза (лаг-фаза) (2 – 5 часов) Фаза ускоренного роста Экспоненциальная фаза (лог-фаза) - постоянная, максимальная скорость роста Фаза замедленного роста Стационарная фаза Фаза отмирания
Бактериальный геном состоит из генетических элементов, способных к самостоятельной репликации - репликонов Репликонами являются бактериальные хромосомы и плазмиды (внехромосомная ДНК) Подвижные генетические элементы ( IS- элементы, транспозоны) – к самостоятельной репликации не способны
Бактериальная хромосома представлена одной двухцепочечной молекулой ДНК кольцевой формы Бактериальная хромосома формирует компактный нуклеоид бактериальной клетки Размеры хромосом – 3,2х10 6 н.п. Кодирует жизненно важные для бактерии функции
Форма бактерии Структурные элементы Естественная резистентность Образование протеолитических ферментов Утилизация субстратов Способность адгезироваться на поверхности клеток хозяина Пенетрация Инвазия Колонизация тканей хозяина
Двухцепочечные молекулы ДНК Размеры плазмид – от 10 3 до 10 6 н.п. В основном кодируют функции, придающие бактерии преимущество в случае попадания в неблагоприятные условия Устойчивость к антибиотикам Образование колицинов Продукция факторов патогенности Синтез антибиотических веществ
Вставочные (инсерционные) последовательности IS- элементы Участки ДНК, способные как целое перемещаться из одного участка репликона в другой Содержат только гены для собственного перемещения Транспозоны Обладают теми же свойствами, что и IS- элементы, но содержат структурные гены, обеспечивающие синтез молекул, обладающих биологическими свойствами Инактивация генов тех участков, куда они встраиваются Образование повреждений генетического материала Слияние репликонов, т.е. встраивание плазмиды в хромосому Антибиотикоустойчивость, токсинообразование
Хромосомные гены Гены плазмид Гены транспозонов IS -элементы Основные гены метаболизма Пили адгезии Гиалуронидаза Нейраминидаза Антифагоцитарные свойства Антикомплементарные свойства Токсинообра зование Адгезия E. coli Вещества для пенетрации шигелл Токсинообразование Синтез бактериоцинов (вибриоцины, колицины, стафилоцины и др.) Гидролиз мочевины урологичским штаммом E. coli Образование пилей для конъюгации Резистентность к антибиотикам Токсинообразование Синтез токсинов Синтез ферментов, разрушающих или изменяющих антибиотики Мутагенные факторы (способность к транспозиции) Мутагенные факторы Активация и инактивация генов
Место прикрепления ДНК к мембране Частично реплицированная ДНК Две ДНК (хромосомы) Расхождение хромосом Формирование мембран дочерних клеток Дочерние клетки
Стрептокок в стадии деления Среда содержит стрептомицин Среда не содержит стрептомицин Стрептомицин- чувствительные клетки Стрептомицин- устойчивая клетка
Мутации Все возможные типы мутаций под действием химических, физических и биологических мутагенов Рекомбинации
Генетическая рекомбинация – взаимодействие между двумя геномами, т.е. между двумя ДНК, обладающими различными генотипами, которое приводит к образованию рекомбинантной ДНК, т.е. формированию дочернего генома, сочетающего гены обоих родителей Конъюгация Трансдукция Трансформация
КОНЪЮГАЦИЯКК КОНЪЮГАЦИЯ Клетка - донор Клетка- реципиент хромосома Плазмида - F -фактор Перенос ДНК плазмиды после репликации пили
ЛИЗОГЕННАЯ КОНВЕРСИЯ неспецифическая специфическая Переносятся любые гены, захваченные бактериофагом Переносятся определенне гены, вблизи которых встраивался умеренный бактериофаг в реципиентной клетке бактериофаг ДНК фага ДНК бактерии- донора ДНК бактерии- донора ДНК бактерии- реципиента ДНК бактерии- донора
Трансформация - поступление свободной ДНК (после разрушения клетки - донора) в клетку - реципиент с помощью специальных мембранных белков - переносчиков, интеграция поглощенной ДНК в хромосому (за счет рекомбинации) и изменение свойств клетки-реципиента. Хромосома клетки реципиента Клетка - реципиент чувствительная к стрептомицину ДНК разрушенной клетки-донора, устойчивой к стрептомицину Поглощение чужой ДНК Интеграция поглощенной ДНК в хромосому Трансформированная клетка-реципиент, устойчивая к стрептомицину
