ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ПГУ)
МЕДИЦИНСКИЙ ИНСТИТУТ
РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ ПО МИКРОБИОЛОГИИ
Часть 1
Общая микробиология
Н.Н. Митрофанова
В.Л. Мельников
Методическое пособие «Рабочая тетрадь по микробиологии» составлено в соответствии с программой для студентов 2 курса специальности «Стоматология» по микробиологии, вирусологии 2011 г.
Подготовлено на кафедре микробиологии, эпидемиологии и инфекционных болезней медицинского института ПГУ.
В пособии представлена методика проведения практических работ по микробиологии для студентов медицинских вузов.
Занятие № 1 Дата______________
Тема: БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА. ПРАВИЛА РАБОТЫ И ПОВЕДЕНИЯ В ЛАБОРАТОРИИ. ВИДЫ МИКРОСКОПОВ. МЕТОДЫ МИКРОСКОПИИ. МОРФОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ, ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ФОРМ БАКТЕРИЙ. МЕТОДЫ ОКРАСКИ БАКТЕРИЙ.
Цель: Выучить и научиться выполнять правила противоэпидемического режима и техники безопасности в бактериологической лаборатории. Научиться готовить фиксированный препарат, окрашивать его простым методом и изучать при помощи иммерсионного микроскопа. Познакомиться с методами прижизненного изучения морфологии микроорганизмов.
Основные вопросы, разбираемые на занятии:
1. Предмет и задачи медицинской микробиологии
2. История развития микробиологии.
3. Основные принципы классификации микроорганизмов.
4. Оснащение и режим работы бактериологической лаборатории
5. Типы микроскопов и методы микроскопии
6. Строение механической и оптической части микроскопа.
7. Особенности морфологии бактерий
8. Особенности морфологии грибов, актиномицетов, риккетсий, спирохет, микоплазм и хламидий
9. Понятие о простых и сложных методах окраски..
10. Принципы классификации микроорганизмов.
БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ
Лаборатория - _____________________________________________________
ПБА - _____________________________________________________________ ____________________________________________________________________
Требования, предъявляемые к бактериологическим лабораториям:
5_________________________________________________________________
Группы возбудителей инфекционных заболеваний:
1_________________________________________________________________
2_________________________________________________________________
3_________________________________________________________________
4_________________________________________________________________
Оборудование бактериологической лаборатории
| Название | Назначение |
ТИПЫ МИКРОСКОПОВ.
Разрешающая способность объектива (Z) - _____________________________ ____________________________________________________________________
Формула Аббе
где λ - длина волны источника излучения, используемого для освещения препарата;
п - показатель преломления среды между объектом и фронтальной линзой объектива;
и - отверстный угол, образуемый крайними лучами, попадающими в объектив.
Числовая апертура объектива - _______________________________________
__________________________________________________________________
Увеличительная способность микроскопа -_____________________________
__________________________________________________________________
Иммерсионный микроскоп.
Иммерсионный микроскоп отличается от обычного светового микроскопа -
____________________________________________________________________
Иммерсионное масло необходимо для ____________________________________
Конденсор Аббе необходим для _________________________________________
Темнопольный микроскоп.
Темнопольный микроскоп отличается от обычного светового микроскопа___
Фазово-контрастный микроскоп.
Принцип работы_____________________________________________________ ______________________________________________________________________
Фазово-контрастный микроскоп микроскоп отличается от обычного светового микроскопа
Люминесцентный микроскоп.
Принцип работы____________________________________________________ ______________________________________________________________________
Люминесцентный микроскоп микроскоп отличается от обычного светового микроскопа
______________________________________________________________________
Вывод (области применения разных типов микроскопов)
_____________________________
Морфология бактерий - размер, форма и взаимное расположение бактериальных клеток.
Этапы приготовления фиксированного мазка
· Подготовка стекла
· Приготовление мазка
· Высушивание
· Фиксация
Простые методы окраски - методы, основанные на применении одного красителя.
Окраска препарата простым способом.
1_________________________________________________________________
Микробиология изучает строение, жизнедеятельность, условия жизни и развития мельчайших организмов, называемых микробами, или микроорганизмами.
«Невидимые, они постоянно сопровождают человека, вторгаясь в его жизнь то как друзья, то как враги», — сказал академик В. Л. Омельянский. Действительно, микробы есть везде: в воздухе, в воде и в почве, в организме человека и животных. Они могут быть полезны, и их используют в производстве многих пищевых продуктов. Они могут быть вредны, вызывать заболевания людей, порчу продуктов и др.
Микробы были открыты голландцем А. Левенгуком (1632-1723) в конце XVII в., когда он изготовил первые линзы, дававшие увеличение в 200 и более раз. Увиденный микромир поразил его, Левенгук описал и зарисовал микроорганизмы, обнаруженные им на различных объектах. Он положил начало описательному характеру новой науки. Открытия Луи Пастера (1822-1895) доказали, что микроорганизмы отличаются не только формой и строением, но и особенностями жизнедеятельности. Пастер установил, что дрожжи вызывают спиртовое брожение, а некоторые микробы способны вызывать заразные болезни людей и животных. Пастер вошел в историю как изобретатель метода вакцинации против бешенства и сибирской язвы. Всемирно известен вклад в микробиологию Р. Коха (1843-1910) — открыл возбудителей туберкулеза и холеры, И. И. Мечникова (1845-1916) — разработал фагоцитарную теорию иммунитета, основоположника вирусологии Д. И. Ивановского (1864-1920), Н. Ф. Гамалея (1859-1940) и многих других ученых.
Классификация и морфология микроорганизмов
Микробы - это мельчайшие, преимущественно одноклеточные живые организмы, видимые только в микроскоп. Размер микроорганизмов измеряется в микрометрах — мкм (1/1000 мм) и нанометрах — нм (1/1000 мкм).
Микробы характеризуются огромным разнообразием видов, отличающихся строением, свойствами, способностью существовать в различных условиях среды. Они могут быть одноклеточными, многоклеточными и неклеточными.
Микробы подразделяют на бактерии, вирусы и фаги, грибы, дрожжи. Отдельно выделяют разновидности бактерий — риккетсии, микоплазмы, особую группу составляют простейшие (протозои).
Бактерии
Бактерии — преимущественно одноклеточные микроорганизмы размером от десятых долей микрометра, например микоплазмы, до нескольких микрометров, а у спирохет — до 500 мкм.
Различают три основные формы бактерий — шаровидные (кокки), палочковидные (бациллы и др.), извитые (вибрионы, спирохеты, спириллы) (рис. 1).
Шаровидные бактерии (кокки) имеют обычно форму шара, но могут быть немного овальной или бобовидной формы. Кокки могут располагаться поодиночке (микрококки); попарно (диплококки); в виде цепочек (стрептококки) или виноградных гроздьев (стафилококки), пакетом (сарцины). Стрептококки могут вызывать ангину и рожистое воспаление, стафилококки — различные воспалительные и гнойные процессы.
Рис. 1. Формы бактерий: 1 — микрококки; 2 — стрептококки; 3 — сардины; 4 — палочки без спор; 5 — палочки со спорами (бациллы); 6 — вибрионы; 7- спирохеты; 8 — спириллы (с жгутиками); стафилококки
Палочковидные бактерии самые распространенные. Палочки могут быть одиночными, соединяться попарно (диплобактерии) или в цепочки (стрептобактерии). К палочковидным относятся кишечная палочка, возбудители сальмонеллеза, дизентерии, брюшного тифа, туберкулеза и др. Некоторые палочковидные бактерии обладают способностью при неблагоприятных условиях образовывать споры. Спорообразующие палочки называют бациллами. Бациллы, напоминающие по форме веретено, называют клостридиями.
Спорообразование представляет собой сложный процесс. Споры существенно отличаются от обычной бактериальной клетки. Они имеют плотную оболочку и очень малое количество воды, им не требуются питательные вещества, а размножение полностью прекращается. Споры способны длительно выдерживать высушивание, высокие и низкие температуры и могут находиться в жизнеспособном состоянии десятки и сотни лет (споры сибирской язвы, ботулизма, столбняка и др.). Попав в благоприятную среду, споры прорастают, т. е. превращаются в обычную вегетативную размножающуюся форму.
Извитые бактерии могут быть в виде запятой — вибрионы, с несколькими завитками — спириллы, в виде тонкой извитой палочки — спирохеты. К вибрионам относится возбудитель холеры, а возбудитель сифилиса — спирохета.
Бактериальная клетка имеет клеточную стенку (оболочку), часто покрытую слизью. Нередко слизь образует капсулу. Содержимое клетки (цитоплазму) отделяет от оболочки клеточная мембрана. Цитоплазма представляет собой прозрачную белковую массу, находящуюся в коллоидном состоянии. В цитоплазме находятся рибосомы, ядерный аппарат с молекулами ДНК, различные включения запасных питательных веществ (гликогена, жира и др.).
Микоплазмы - бактерии, лишенные клеточной стенки, нуждающиеся для своего развития в ростовых факторах, содержащихся в дрожжах.
Некоторые бактерии могут двигаться. Движение осуществляется с помощью жгутиков — тонких нитей разной длины, совершающих вращательные движения. Жгутики могут быть в виде одиночной длинной нити или в виде пучка, могут располагаться по всей поверхности бактерии. Жгутики есть у многих палочковидных бактерий и почти у всех изогнутых бактерий. Шаровидные бактерии, как правило, не имеют жгутиков, они неподвижны.
Размножаются бактерии делением на две части. Скорость деления может быть очень высокой (каждые 15-20 мин), при этом количество бактерий быстро возрастает. Такое быстрое деление наблюдается на пищевых продуктах и других субстратах, богатых питательными веществами.
Вирусы
Вирусы — особая группа микроорганизмов, не имеющих клеточного строения. Размеры вирусов измеряются нанометрами (8-150 нм), поэтому их можно увидеть только с помощью электронного микроскопа. Некоторые вирусы состоят только из белка и одной из нуклеиновых кислот (ДНК или РНК).
Вирусы вызывают такие распространенные болезни человека, как грипп, вирусный гепатит, корь, а также болезни животных — ящур, чуму животных и многие другие.
Вирусы бактерий называют бактериофагами , вирусы грибов - микофагами и т. п. Бактериофаги встречаются повсюду, где есть микроорганизмы. Фаги вызывают гибель микробной клетки и могут использоваться для лечения и профилактики некоторых инфекционных заболеваний.
Грибы являются особыми растительными организмами, которые не имеют хлорофилла и не синтезируют органические вещества, а нуждаются в готовых органических веществах. Поэтому грибы развиваются на различных субстратах, содержащих питательные вещества. Некоторые грибы способны вызывать болезни растений (рак и фитофтора картофеля и др.), насекомых, животных и человека.
Клетки грибов отличаются от бактериальных наличием ядер и вакуолей и похожи на растительные клетки. Чаще всего они имеют форму длинных и ветвящихся или переплетающихся нитей - гифов. Из гифов образуется мицелий, или грибница. Мицелий может состоять из клеток с одним или несколькими ядрами или быть неклеточным, представляя собой одну гигантскую многоядерную клетку. На мицелии развиваются плодовые тела. Тело некоторых грибов может состоять из одиночных клеток, без образования мицелия (дрожжи и др.).
Грибы могут размножаться разными путями, в том числе вегетативным путем в результате деления гиф. Большинство грибов размножаются бесполым и половым путями при помощи образования специальных клеток размножения - спор. Споры, как правило, способны длительно сохраняться во внешней среде. Созревшие споры могут переноситься на значительные расстояния. Попадая в питательную среду, споры быстро развиваются в гифы.
Обширную группу грибов представляют плесневые грибы (рис. 2). Широко распространенные в природе, они могут расти на пищевых продуктах, образуя хорошо видные налеты разной окраски. Причиной порчи продуктов часто являются мукоровые грибы, образующие пушистую белую или серую массу. Мукоровый гриб ризопус вызывает «мягкую гниль» овощей и ягод, а гриб ботритис покрывает налетом и размягчает яблоки, груши и ягоды. Возбудителями плесневения продуктов могут быть грибы из рода пениииллиум.
Отдельные виды грибов способны не только приводить к порче продуктов, но и вырабатывать токсические для человека вещества — микотоксины. К ним относятся некоторые виды грибов рода аспергиллус, рода фузариум и др.
Полезные свойства отдельных видов грибов используют в пищевой и фармацевтической промышленности и других производствах. Например, грибы рода пениииллиум применяются для получения антибиотика пенициллина и в производстве сыров (рокфора и камамбера), грибы рода аспергиллус — в производстве лимонной кислоты и многих ферментных препаратов.
Актиномицеты — микроорганизмы, имеющие признаки и бактерий, и грибов. По строению и биохимическим свойствам актиномицеты аналогичны бактериям, а по характеру размножения, способности образовывать гифы и мицелий похожи на грибы.
Рис. 2. Виды плесневых грибов: 1 — пениииллиум; 2- аспергиллус; 3 — мукор.
Дрожжи
Дрожжи — одноклеточные неподвижные микроорганизмы размером не более 10-15 мкм. Форма клетки дрожжей бывает чаще круглой или овальной, реже палочковидной, серповидной или похожей на лимон. Клетки дрожжей своим строением похожи на грибы, они также имеют ядро и вакуоли. Размножение дрожжей происходит почкованием, делением или спорами.
Дрожжи широко распространены в природе, их можно обнаружить в почве и на растениях, на пищевых продуктах и различных отходах производства, содержащих сахара. Развитие дрожжей в пищевых продуктах может приводить к их порче, вызывая брожение или закисание. Некоторые виды дрожжей обладают способностью превращать сахар в этиловый спирт и углекислый газ. Этот процесс называется спиртовым брожением и широко используется в пищевой промышленности и виноделии.
Некоторые виды дрожжей кандида вызывают заболевание человека — кандидоз.
Морфология бактерий (прокариот)
Бактерии (греч. bakterion — палочка) — микроорганизмы с прокариотным типом строения. Преимущественно это одноклеточные организмы, однако существует немало форм, состоящих из многих клеток. Термин «прокариоты» равнозначен термину «бактерии».
Форма и размеры бактерий
По форме клеток бактерии подразделяются на три основные группы: шаровидные, или кокки, палочковидные и извитые (рис. 1).
Кокки (греч. kokkos — зерно, лат coccus — ягода). Имеют сферическую форму в виде правильного шара, эллипса, боба, ланцета. В зависимости от взаимного расположения клеток после деления различают: микрококки, или монококки, стафилококки, диплококки, стрептококки, тетракокки и сарцины.
Рис. 1. Основные формы бактерий
а — микрококки; б — диплококки и тетракокки; в — сарцины; г — стрептококки; д — стафилококки; е. ж — палочковидные бактерии; з — вибрионы; и — спириллы; к — спирохеты
Микрококки (лат. micrococcus — маленький) делятся в равных плоскостях и располагаются одиночно, парами или беспорядочно. Сапрофиты, обитают в почве, воде, воздухе. Например, Micrococcus luteus.
Стафилококки (греч. staphyle — виноградная гроздь) — кокки, делящиеся в различных плоскостях и располагающиеся несимметричными гроздями, иногда одиночно, парами, тетрадами. Сапрофиты и патогенные. Например, Staphylococcus aureus.
Диплококки (греч. diploos — двойной) делятся в одной плоскости, образуя попарно соединенные кокки. Например, Azotobacter chroococcum.
Стрептококки (греч. streptos — цепочка) — кокки, расположенные в виде цепочки, встречаются одиночные и парные клетки, иногда тетрады. Образуются при делении в одной плоскости. Сапрофиты и патогенные. Например, Streptococcus pyogenes.
Тетракокки (греч. tetra — четыре) — кокки, которые делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и располагаются по четыре.
Сарцины (лат. sarcio — связываю) — кокки, делящиеся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и образующие правильные пакеты по 8—16 клеток и более. Сапрофиты, встречаются в воздухе, почве, кишечнике животных и человека. Например, Sarcina ureae.
Палочковидные бактерии. Это самая многочисленная группа прокариот. Они имеют осевую симметрию и цилиндрическую форму тела с округлыми или заостренными концами. Палочковидные формы делят на две группы: неспоровые палочки — бактерии (Bacterium) и палочки, образующие споры, — бациллы (Bacillus). Палочки, у которых диаметр споры превышает ширину вегетативной клетки, принято называть клостридиями (Clostridium).
В зависимости от взаимного расположения клеток палочковидные бактерии подразделяют на одиночные и бессистемные скопления, диплобактерии и диплобациллы (располагающиеся попарно), а также стрептобактерии и стрептобациллы (формы, образующие длинные или короткие цепочки). Сапрофиты и патогенные виды. Например, Bacillus anthracis, Clostridium tetani.
К палочковидным формам также относят коринебактерии и фузобактерии.
Коринебактерии….греч. korync — булава) — прямые или изогнутые палочки с булавовидными утолщениями на концах. Сапрофиты, патогенны для животных и человека. Например, Corynebacterium pseudotuberculosis и др.
Фузобактерии — длинные, толстые, с заостренными концами палочки. Имеются патогенные виды — возбудитель некробактсриоза (Fusobacterium necrophorum).
Извитые бактерии. Обладают спиральной симметрией. К ним относятся вибрионы, спириллы и спирохеты.
Вибрионы (лат. vibrio — извиваюсь). Клетки вибрионов имеют цилиндрическую изогнутую форму, образуя 1/4—1/2 завитка спирали, и напоминают запятую. Сапрофиты и патогенные. Например, Vibrio cholerae.
Спириллы (лат, spira — изгиб) — бактерии, имеющие форму спирально извитых палочек с 4—6 витками. Обитают в пресной и морской воде. Преимущественно сапрофиты (Spirillum volutans); к патогенным видам относятся S. minus и кампилобактсры (Campylobacter fetus).
Спирохеты (spirochaeta; греч. speira — изгиб и chaite — длинные волосы) — прокариоты спирально извитой формы. У спирохет выявляется два типа витков: первичные — образованные изгибами протоплазматического цилиндра, и вторичные — представляющие изгибы всего тела. Спирохеты — эластичные спиралевидные длинные клетки, состоящие из осевой нити (аксистиля), цитоплазмы с рибосомами и включениями, нуклеоида, мезосом, цитоплазматической мембраны и клеточной стенки. Тонкая эластичная клеточная стенка состоит из наружной липопротеидной мембраны и несплошного слоя паптидогликана. Осевая нить растянута на всю длину клетки, выполняет локомоторную и опорную функции, содержит пучок из 2—150 аксиальных (опорных) фибрилл, состоящих из аминосахара кутина. Количество и величина фибрилл у разных видов неодинаковы. Протоплазматический цилиндр упакован спиралевидно и окружен аксиальными фибриллами, прикрепляющимися к дискам на его концах. Фибриллы заключены в перипласте (между цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой). Движение спирохет осуществляется за счет активного сокращения осевой нити и протоплазматического цилиндра; формы движения разнообразны: вращательное, поступательное, сгибательное.
Размножаются поперечным делением. В неблагоприятных условиях спирохеты могут переходить в цисту — укороченную и свернутую в спираль, окруженную прочной оболочкой клетку.
По морфологии (размерам, числу и форме завитков), количеству осевых фибрилл, характеру движения, типу биологического окисления, экологии, патогенности в пределах группы спирохет дифференцируют: спирохеты, кристиспиры, трепонемы, боррелии и лептоспиры.
Спирохеты и кристиспиры обитают в открытых водоемах, иле, сточных водах; для позвоночных непатогенны. Кристиспиры — гигантские прокариоты (28—150 мкм) спирально изогнутой формы с плоской зернистой килевидной мембраной (криста), идущей вдоль тела клетки. Число фибрилл более 100.
Трепономы — спиралевидно извитые эластичные бактерии, размер 0,1—0,5, 5—20 мкм; осевая нить состоит из 1 или 4 фибрилл; хорошо выражены равномерные или неравномерные завитки; подвижны. Типовой вид — Treponema pallidum.
Боррелии — извитые нитевидные бактерии, размер 0,2— 0,5 Х5—30 мкм; осевая нить состоит из 15—20 параллельных фибрилл.
Лептоспиры — спиралевидные бактерии диаметром 0,1—0,25 мкм и длиной 6—30 мкм, формирующие около 20 мелких, тесно расположенных первичных завитков и 1—2 вторичных, придающих клетке форму, букв Г, S, С. Осевая нить состоит из 2 фибрилл. Главный тип движения — вращательно-поступательный. Например, Leptospira interrogans.
Бактерии не видимы невооруженным глазом. Поэтому для их изучения используют световые и электронные микроскопы. Клетки бактерий измеряются в микрометрах (1 мкм =10" м), элементы тонкого строения — в нанометрах (1нм = 10 м). Предел разрешения светового микроскопа составляет 0,2 мкм, современных моделей электронных микроскопов — 0,15—0,3 нм. Средние размеры прокариот лежат в пределах 0,5—3 мкм. Наиболее стабильны кокчи — их размер 0,5—2 мкм. Палочковидные формы обычно длиной 2—10 и шириной 0,5—1 мкм, мелкие палочки соответственно 0,7—1,5 и 0,2—0,4 мкм.
В 1967 г. Адлер описал мини-клетки. Они примерно в 10 раз меньше исходных бактерий, не содержат хромосомную ДНК и имеют только плазмидную. Среди бактерий могут быть гиганты, достигающие в длину 125 мкм и более. Размеры спирохет 0,2—0,75 х 5—500 мкм.
ТЕМА: «Введение. Классификация и морфологические свойства микроорганизмов. Физиология микроорганизмов и распространение их во внешней среде»
План изложения:
1. Микробиология и её отрасли
2. Задачи медицинской микробиологии
3. Основоположники микробиологии
4. Классификация микроорганизмов
5. Отличительные особенности эукариот, прокариот, вирусов
6. Морфология бактерий
7. Питание микроорганизмов
8. Особенности метаболизма микробных клеток
9. Типы дыхания микроорганизмов
10. Рост и размножение микроорганизмов
11. Распространение микроорганизмов в природе
12. Нормальная микрофлора человека и её значение
Микробиология (mikros – малый, bios – жизнь, logos – учение) – наука о микроорганизмах, их строении и жизнедеятельности, наследственности и изменчивости, значении в природе и народном хозяйстве.
По целевой направленности и решению практических задач различают общую, техническую (промышленную), медицинскую, ветеринарную, санитарную, радиационную и космическую микробиологию. При этом общая микробиология изучает систематику, структурную организацию, химический состав, ферментные системы, культивирование и генетику микроорганизмов; техническая – использование микроорганизмов в производстве антибиотиков, ферментов, витаминов, стероидов, аминокислот и прочих биологически активных веществ, молочных и других продуктов, чая, кофе, какао, обработке каучука, хлопка, шелка, дублении кож и др.; медицинская и ветеринарная – закономерности жизнедеятельности патогенных для человека и животных микроорганизмов, механизмы инфекции и иммунитета, методы специфической профилактики и терапии инфекционных заболеваний; санитарная – микробную обсемененность окружающей среды, в частности выживаемость на различных объектах санитарно-показательных и патогенных микробов, их влияние на здоровье человека и естественные процессы; радиационная и космическая – влияние ионизирующих излучений и космических частиц на микроорганизмы.
В становлении микробиологии как науки выделяют два этапа –описательный (морфологический) и физиологический .
Морфологический период берет начало от первых наблюдений голландского естествоиспытателя Антония ван Левенгука (1632-1723), который, изготовив микроскоп, увеличивающий объекты до 200 раз, сумел увидеть и описать все основные формы бактерий и простейших.
Разрозненные факты описательного периода микробиологии были обобщены и приумножены основателем научной микробиологии Луи Пастером (1822-1895), с именем которого связано развитие второго, физиологического периода микробиологии и эпохальные открытия сущности брожения (1857), невозможности самопроизвольного зарождения (1860), природы порчи пива и вина (1865), болезней шелковичных червей (1868), микробной обусловленности и заразности инфекционных болезней (1881), методов изготовления вакцин и способов предохранения от куриной холеры, сибирской язвы и бешенства (1882-1885).
Большую роль в истории развития микробиологии сыграли труды Роберта Коха (1843-1910), который разработал метод выделения чистых культур микроорганизмов на плотных питательных средах, в частности ввел в практику агар-агар, желатин, свернутую сыворотку, кусочки овощей, предложил методы окраски бактерий анилиновыми красителями, усовершенствовал микроскоп, использовал микрофотографию. Благодаря усовершенствованию техники и методики микробиологических исследований Кох установил природу сибирской язвы, туберкулеза, холеры.
Основоположником современной вирусологии является русский ученый, профессор ботаники Д.И. Ивановский (1864-1920), установивший в 1892 г., что мозаичная болезнь табака (МБТ) вызывается инфекционным агентом, фильтрующимся через фарфоровые свечи Шамберлана с такими мелкими порами, которые задерживали известные в то время микроорганизмы.
Основоположниками иммунологии, зародившейся в недрах микробиологии, являются лауреаты Нобелевской премии И.И. Мечников (1845-1916) и П. Эрлих (1854-1915), разработавшие клеточную и гуморальную теории иммунитета.
Главные задачи медицинской микробиологии – профилактика и лечение инфекционных болезней. Выдающиеся открытия в микробиологии позволили за полстолетия повсеместно ликвидировать натуральную оспу, снизить до спорадических (единичных) случаев широко распространенные ранее чуму, туляремию, сыпной и возвратные тифы, мягкий шанкр, дифтерию, коклюш, полиомиелит, трахому, бешенство, столбняк, корь, лейшманиоз городского типа. Большие успехи достигнуты в профилактике клещевого энцефалита, клещевого возвратного тифа, бруцеллеза, но по-прежнему трудна борьба с заболеваемостью острыми кишечными инфекциями, гриппом, туберкулезом, другими острыми инфекциями дыхательных путей, вирусными гепатитами. Разработаны эффективные меры пресечения экзотических (завозных) и карантинных инфекций, в частности желтой лихорадки. Проводятся интенсивные поиски вакцинопрофилактики и способов лечения СПИДа.
Современная систематика, или таксономия (taxis – расположение, порядок + nomos – закон) микроорганизмов построена на общепринятой в биологии иерархической схеме, объединяющей в единое целое филогенетически родственные соподчиненные группы или таксономические категории, высшими из которых являются царства, подцарства, отделы (типы) → классы → отряды → семейства →трибы (группы) → роды →виды.
Основным таксономом является вид.
Вид – совокупность происходящей от одного предка скрещивающейся популяции, обладающей общим генофондом, экологическим единством и, если исключить некоторое виды бактерий, – репродуктивной изоляцией, т.е. между особями одного вида происходит свободный обмен генами, а между особями разных видов обмен ими невозможен или затруднен.
Клон – генетически однородная чистая культура микроорганизмов, происходящая из одной клетки.
Штамм – культура определенного вида микроорганизмов, выделенная из окружающей среды, патологического материала, музея.
В зависимости от штаммовых особенностей морфологии микроба, культуральных, биохимических, серологических (антигенных) свойств, его чувствительности к фагу и антибиотикам, степени патогенности различают несколько инфраподвидовых категорий: морфовары, культивары (биовары), хемовары, серовары, фаговары, резистенсвары, патовары и подвиды, отличающиеся друг от друга двумя-тремя особо важными признаками.
Каждый вид микроорганизмов, исключая вирусы, в соответсвии с правилами биноминальной (двойной, бинарной) номенклатуры обозначается двумя латинскими словами, например Mycobacterium tuberculosis, Mycoplasma pneumoniae. Первое слово, начинающееся с заглавной буквы, указывает на родовую принадлежность вида, второе – конкретно определяет вид.
Эукариоты , т.е. клетки с подлинными ядрами, подобны клеткам растений и животных. Они имеют поверхностную мембрану и внутриклеточную систему элементарных мембран, составляющих эндоплазматический ретикулум и комплекс Гольджи. В цитоплазме эукариот содержатся оформленное ядро (ядра), митохондрии, рибосомы и ряд других органелл. Клеточная стенка эукариот имеет разный характер строения и степень выраженности, которые нередко зависят от стадии или фазы развития. Размножаются простые эукариоты половым и бесполым путем.
Прокариоты – клетки, не имеющие отграниченного ядра, внутриклеточных систем элементарных мембран и митохондрий, а некоторые – лишены также клеточной стенки. Размножаются амитотически: простым поперечным делением или почкованием.
Виды прокариот идентифицируют по определению Д. Берги, изданному в 1994 г., в котором по структуре клеточной оболочки и отношению к окраске по методу Грама выделено четыре основных отдела (главных таксона): 1 – Gracilicutes (тонкостенные, окрашивающиеся грамотрицательно в розовый цвет), 2 – Firmicutes (толстостенные, окрашивающиеся грамположительно в фиолетовый цвет), 3 – Tenericutes (лишенные оболочек) и 4 – Mendosicutes (с дефектными оболочками), как правило, окрашивающиеся грамотрицательно.
Морфология бактерий
Бактерии – это одноклеточные организмы растительной природы лишенные хлорофилла и размножающиеся простым делением. К морфологическим свойствам бактерий относят форму, размеры, расположение, подвижность, споро- и капсулообразование. Размеры микроорганизмов колеблются от 0,4 до 10 мкм. Различают 3 формы микроорганизмов:
1 – шаровидные – кокки. В зависимости от плоскости деления и расположения клеток после деления кокки делят на: а – микрококки – деление и расположение беспорядочно; б – диплококки – деление в одной плоскости, расположение по 2; в – стрептококки – деление в одной плоскости, расположение цепочкой; г – тетракокки – деление в двух взаимноперпендикулярных плоскостях, расположение по 4; д – сарцины – деление в трех взаимноперпендикулярных плоскостях, расположение в виде пакетов по 8-16 штук; е – стафилококки – располагаются в виде гроздьев винограда.
2 – цилиндрическая или палочковидная форма – по способности образовывать споры палочковидные микроорганизмы делят на бациллы (образующие споры) и бактерии (не образующие споры). В зависимости от плоскости деления и расположения клеток после деления палочковидные микроорганизмы делят на: а – диплобактерии и диплобациллы – делятся в одной плоскости и располагаются по 2; б – стрептобактерии и стрептобациллы – делятся в одной плоскости и располагаются цепочкой; в – большинство палочковидных форм делятся хаотично и располагается по одному.
3 – извитые . Делят на: а – вибрионы – напоминают запятую или полумесяц; б – спириллы и спирохеты – имеют винтообразное строение.
Строение бактериальной клетки
Бактериальная клетка имеет оболочку, состоящую из трех слоев: слизистый слой, клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана. Если слизистый слой достаточно толст, прочен и концентрируется вокруг микробной клетки, то он называется капсулой. Микрокапсула имеется у большинства микроорганизмов, а макрокапсула – только у пневмококка, клебсиелл и возбудителей сибирской язвы. При культивировании на питательных средах способность образовывать капсулу обычно утрачивается (кроме клебсиелл), капсула защищает микроорганизм в макроорганизме от действия фагоцитоза и гуморальных факторов.
Функции оболочки: формообразующая (за счет клеточной стенки), обеспечивает прочность, эластичность, гибкость, предохраняет от осмотического лизиса (цитоплазматическая мембрана), за счет избирательной проницаемости обеспечивает питание и выделение продуктов обмена, является местом биосинтеза некоторых составных частей клетки, участвует в делении.
Цитоплазма представляет собой прозрачное, слегка вязкое вещество жидкой консистенции, коллоидное состояние обеспечивается за счет содержания воды, белков, жиров, углеводов, минеральных веществ.
Аналогом ядра в бактериальной клетке является нуклеотид, у которого отсутствует дифференцированная ядерная мембрана.
В цитоплазме располагаются рибосомы, ответственные за синтез белка, и мезосомы, в которых протекают окислительно-восстановительные процессы. Включения представлены глыбками крахмала, гликогена, зернами серы, волютина, капельками жира и выполняют роль запаса питательных веществ.
Подвижные бактерии имеют органеллы движения – жгутики, начинающиеся от базального тельца и состоящие из белка флагеллина способного к самосокращению. По количеству и месту нахождения жгутиков подвижные бактерии делят на:
1. Монотрихи – один жгутик расположен на одном полюсе
2. Амфитрихи – по пучку жгутиков или по одному жгутику на 2 полюсах
3. Лофотрихи – пучок жгутиков на 1 полюсе
4. Перитрихи – жгутики расположены по всей поверхности
Для палочковидных микроорганизмов характерно спорообразование. Споры у микроорганизмов – это способ сохранения вида, и образуются они при попадании микроорганизмов в неблагоприятные условия внешней среды. Процесс спорообразования начинается с уплотнения цитоплазмы вокруг нуклеотида, после чего вокруг проспоры образуется многослойная оболочка и обменные процессы идут на самом низком уровне. В таком состоянии микроорганизмы сохраняют жизнеспособность в течение 40-50 лет. Наступление благоприятных условий способствует прорастанию спор в вегетативные формы, вызывающие заболевание при попадании в организм человека.
Физиология микроорганизмов
Питание – процесс, в ходе которого бактериальная клетка получает из окружающей среды компоненты, необходимые для построения ее биополимеров.
По источнику получения углерода:
a) Аутотрофы (питающийся сам) или литотрофы – единственный источник углерода – CO 2 , они способны из простых неорганических соединений синтезировать сложные органические
b) Гетеротрофы (питающийся за счет других) или органотрофы – добывают углерод из глюкозы, многоатомных спиртов, реже углеводородов, аминокислот, органических кислот, они нуждаются в поступлении готовых органических соединений
Метаболизм микроорганизмов состоит из:
– Ассимиляции (анаболизм) – увеличивает сложность соединений, т.е. обеспечивает синтез веществ с затратой энергии
– Диссимиляция (катаболизм) – расщепление сложных соединений на простые, которые потом используются для последующего синтеза, а часть выделяется во внешнюю среду
Особенности метаболизма бактерий:
1. Преобладание процессов диссимиляции над процессами ассимиляции
2. Высокая интенсивность метаболизма
3. Очень широкий спектр потребляемых бактериями веществ
4. Очень широкий набор ферментов
Дыхание – биологический процесс окисления различных органических веществ, при котором происходит перенос протонов и электронов от субстрата (донора) к кислороду (акцептору) и образование молекул АТФ.
Органеллы дыхания у бактерий – мезосомы, содержащие специальные дыхательные ферменты типа цитохромоксидаз.
По типу дыхания бактерии делят на:
Облигатные аэробы – они способны получать энергию только путем дыхания и нуждаются в О 2 как акцепторе протонов и электронов в окислительно-восстановительных процессах.
Облигатные анаэробы – способны расти только в среде, лишенной О 2 (для них О 2 токсичен). Для них как тип окислительно-восстановительных процессов характерна ферментация, при которой происходит перенос протонов и электронов от субстрата-донора к субстрату-акцептору.
Факультативные анаэробы – способны расти как при наличии О 2 , так и в отсутствии его.
Среди них различают:
a) Аэротолерантные – могут расти в присутствии атмосферного О 2, но не способные его использовать, т.к. получают энергию исключительно с помощью брожения (молочнокислые)
b) Факультативно-анаэробные – которые в отсутствие О 2 способны перестраиваться на брожение (энтеробактерии)
Рост – увеличение размеров отдельной особи (растут несколько минут)
Размножение – повышение числа особей популяции, способность к самовоспроизведению. Чаще всего бактерии размножаются путем простого поперечного деления и почкования: удваивается ДНК и каждая дочерняя клетка получает копию материнской ДНК, после чего между ними образуется перегородка. Процесс размножения микробных клеток идет довольно интенсивно. Деление бывает: изоморфное – дочерние клетки одинаковой величины; гетероморфное – дочерние клетки разной величины.
Распространение микроорганизмов в природе
Почва – является основной средой обитания многих микроорганизмов. Содержание микроорганизмов в почве – миллионы и миллиарды в 1 грамме. Состав и количество микроорганизмов зависят от влажности, температуры, содержания питательных веществ, кислотности почвы.
Плодородные почвы содержат больше микроорганизмов, чем глинистые и почвы пустынь. Верхний слой почвы (1-2 мм) содержит меньше микроорганизмов, т.к. солнечные лучи и высыхание вызывают их гибель, а на глубине 10-20 см – микроорганизмов больше всего. Чем глубже, тем количество микроорганизмов в почве меньше. Наиболее богаты микробами 15 см верхнего слоя почвы.
Видовой состав почвенной микрофлоры прежде всего зависит от вида почвы. В песчаных почвах преобладают аэробные микроорганизмы, а в глинистых – анаэробные. В их составе, как правило, обнаруживаются сапрофитические виды спорообразующих бацилл и клостридий, актиномицеты, грибы, микоплазмы, сине-зеленые водоросли, простейшие.
Микроорганизмы почвы осуществляют разложение трупов человека, животных и растительных остатков, самоочищение почвы от нечистот и отбросов, биологический круговорот веществ, изменяют структуру и химический состав почвы. Патогенные микроорганизмы попадают в почву с выделениями человека и животных.
Существует 3 группы микроорганизмов, для которых:
I. Почва – место обитания: возбудитель ботулизма, грибы.
II. Почва – вторичный резервуар, где они сохраняются длительное время: это чаще всего споровые бациллы – возбудитель сибирской язвы
III. Почва – среда, где микроорганизмы сохраняются от нескольких часов до нескольких месяцев: опасность передачи этих заболеваний невелика, но она увеличивается в военное время – возбудители столбняка и газовой гангрены
Воздух . Количество постоянно находящихся микрооргаизмов атмосферного воздуха сравнительно невелико. Больше всего их содержиться в околоземных слоях атмосферы. По мере удаления от земной поверхности в экологически благоприятных регионах воздух становится чище.
Количество микроорганизмов зависит от высоты и отдаленности от населенных пунктов. Здесь они только сохраняются некоторое время, а затем происходит их гибель за счет солнечной радиации, температурного воздействия, отсутствия питательных веществ.
Зимой количество микроорганизмов в воздухе открытых пространств меньше, чем летом. В воздухе закрытых помещений количество микроорганизмов зимой больше, чем летом. Микроорганизмы попадают в воздух от больных через дыхательные пути, с пылью, от загрязненных предметов, почвы.
В атмосферном воздухе видовой состав микрофлоры непрерывно меняется. В воздухе могут быть: стафилакокки, стрептококки, возбудители дифтерии, туберкулеза, вирусы кори, гриппа. Поэтому возможен воздушно-капельный и воздушно-пылевой пути передачи заразного начала. И для их предотвращения используют маски, проветривание, влажную уборку.
Вода. Вода – естественная среда обитания многих микроорганизмов. Количественные соотношения водных микроорганизмов в открытых водоемах колеблются в широких пределах, что зависит от типа водоема, сезона, степени его загрязнения. Особенно много микроорганизмов вблизи населенных пунктов, где вода загрязняется стоками хозяйственных нечистот. Чистая вода – артезианские скважины и родники. Для воды характерно ее самоочищение: гибель под действием солнечного света, разбавление чистой водой, за счет антагонизма микроорганизмов и других факторов.
Видовой состав микрофлоры воды мало чем отличается от почвенной. Известны водные эпидемии: при холере, брюшном тиф, дизентерии, туляремии, лептоспирозах.
Нормальная микрофлора тела человека. Микрофлора, выделенная от здорового человека, отличается видовым разнообразием. При этом одни виды микроорганизмов обитают в организме человека постоянно и составляют нормальную группу микрофлоры, другие – обнаруживаются периодически, попадая в организм человека от случая к случаю.
Дыхательные пути : постоянная микрофлора содержится только в полости носа, носоглотки и зева. В ее составе обнаруживаются грамотрицательные катаральные микрококки и фарингиальные диплококки, дифтероиды, капсульные грамотрицательные палочки, актиномицеты, стафилококки, пептококки, протей, аденовирусы. Конечные ветви бронхов и легочные альвеолы стерильны.
Рот : специфические виды микроорганизмов в полости рта ребенка появляются через 207 суток. Среди них 30-60% составляют стрептококки. Также заселяется полость рта микоплазмами, дрожжеподобными грибами, сапрофитическими видами трепонем, боррелий и лептоспир, энтамеб, трихомонад.
ЖКТ : тонкий кишечник не содержит специфических видов микробов, а случайные – редки и немногочислены. Толстый кишечник заселяется транзиторными микроорганизмами с первого дня жизни. Превалируют в нем облигатные анаэробы, в частности – бифидобактерии, лактобациллы, бактероиды и эубактерии – 90-95%. 5-10% – факультативные анаэробные бактерии: кишечные палочки и молочнокислые стрептококки. Десятые-сотые доли процента кишечного биоценоза приходятся на остаточную микрофлору: клостридии, энтерококки, протей, кандида и пр.
Микрофлора кожных покровов и конъюнктивы глаза : на коже и конъюнктиве глаза обитают микро- и макрококки, коринеформы, плесневые дрожжи и дрожжеподобные организмы, микоплазмы, условно-патогенные стафилококки. Другие виды микробов, актиномицеты, грибы, клостридии, эшерихии, золотистые стафилококки, обсеменяют кожу и конъюнктиву в условиях сильной запыленности воздуха помещений, загрязнения предметов обихода, прямого контакта с почвой. При этом на коже количество микроорганизмов во много раз больше, чем на площади глаза, что объясняется высоким содержанием в секрете конъюнктивы микробоцидных веществ.
Микрофлора мочеполовых путей : мочевыводящие пути здоровых людей стерильны, и лишь в передней части мочеиспускательного канала встречаются грамотрицательные непатогенные бактерии, коринеформы, микрококки, стафилококки и другие. На наружных половых органах обитают микобактерии смегмы и микоплазмы. Влагалище со 2-5 дня жизни новорожденного на многие годы заселяется непатогенной кокковой микрофлорой, которая при половом созревании заменяется молочнокислыми бактериями.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что является предметом изучения микробиологии?
2. Что означает дословный перевод с греческого термина «микробиология»?
3. Какие отрасли микробиологии Вы знаете?
4. Изучением каких вопросов занимается общая микробиология?
5. Какие группы микроорганизмов изучает ветеринарная микробиология?
6. Какие группы микроорганизмов изучает производственная микробиология?
7. Что изучает медицинская микробиология и каковы ее задачи?
8. Какие основные этапы развития микробиологии Вы знаете?
9. Кто является основоположником морфологического периода микробиологии?
10. Основоположником какого периода развития микробиологии является Луи Пастер?
11. Каков вклад Луи Пастера в развитие микробиологии?
12. Какой ученый положил начало развитию иммунологического периода микробиологии?
13. Каковы современные принципы классификации микроорганизмов?
14. Назовите микроорганизмы, относящиеся к эукариотам.
15. Какие микроорганизмы относят к прокариотам?
16. Перечислите основные признаки, отличающие строение бактериальной клетки от строения клетки животных и растений.
17. Какие 3 формы микроорганизмов Вы знаете?
18. Из каких слоев состоит оболочка микробной клетки?
19. Какова функция жгутиков у микроорганизмов?
20. Какую функцию выполняют ворсинки?
21. В чем отличие спорообразования у грибов и бактерий?
22. Как могут располагаться споры у бактерий?
23. Какова форма спор?
24. На какие 2 группы делят микроорганизмы по типу питания?
25. На какие 2 группы делят гетеротрофы в зависимости от источника получения готовых органических соединений?
26. Что такое анаболизм?
27. Что такое катаболизм?
28. Как классифицируются микроорганизмы по типу дыхания?
29. Что такое рост микроорганизмов?
30. Что такое размножение микроорганизмов?
31. Какие микроорганизмы содержатся в почве?
32. Каков видовой состав микрофлоры атмосферного воздуха?
33. Какими микроорганизмами представлена микрофлора воды?
34. Какова нормальная микрофлора тела человека и её роль?
Бактерии относятся к одноклеточным организмам, принадлежат к растительному миру и не содержащим хлорофилла. Наиболее крупными явл.бактерии сибирской язвы и газовой гангрены, а наиболее мелкими ― возбудители бруцеллеза и туляремии.
Три основные формы бактерий
: шаровидные (кокки), палочковидные (бактерии, бациллы) и извитые (вибрионы и спириллы).
Шаровидные формы ― по внешнему виду кокки имеют форму шара. Большинство кокков ― сапрофиты, они не образуют спор, неподвижны, широко распространены в природе. Клетки, остающиеся несоед. друг с другом после деления и видимые в препарате как отдельно лежащие кокки, называются микрококками. Клетки, делящиеся в одной плоскости и после деления остающиеся соедин. по две, называются диплококками. Тетракокки и сарцины широко распростр. и не обладают патогенными свойствами.
Палочковидные формы бывают спороносные и песпороносные. По величине: крупные, средние и мелкие палочки, имеющие цилиндр. и овальную форму. Концы клеток могут быть закруглены или срезаны. Клетки, образ. на концах булавовидные утолщения и зернистые включения, наз. коринебактериями. Из коринебактерий к патогенным видам относ. возбудитель дифтерии.
Извитые формы широко распространены в природе. К ним относятся спириллы и вибрионы. Спириллы имеют штопорообразную извитую форму и несколько завитков. Среди спирилл встречается патогенный вид, вызывающий болезнь Содоку. Вибрионы имеют изогнутую форму, напоминающую запятую.
Под влиянием различных факторов внешней среды (t, влажность, биолог. факторы, искусствен. питательные среды) бактерии часто и резко меняют морфологию и некоторые другие свойства.
Грибы и простейшие имеют четко ограниченное ядро и относятся к эукариотам. Грибы крупнее бактерий, близки к растениям (наличие клеточной стенки, содержащей хитин или целлюлозу, вакуолей с клеточным соком, неспособность к перемещению).
Дрожжевые грибы образуют отдельные овальные клетки. Плесневые грибы формируют клеточные нитеподобные структуры - гифы. Мицелий- переплетение гифов- основная морфологическая структура. У низших грибов мицелий одноклеточный, не имеет внутренних перегородок (септ ). Грибы размножаются половым и вегетативным способом. При вегетативном размножении образуются споры - конидии . Они могут располагаться в специализированных вместилищах - спорангиях (эндоспоры) или отшнуровываться от плодоносящих гиф (экзоспоры). Дрожжевые клетки размножаются почкованием, мицелий не образуют.
Водоросли - относятся к растениям. Содержат светочувствительные пигменты, которые находятся в хлоропластах. Благодаря этим пигментам они способны осуществлять фотосистему.
2 типа: зеленая водоросль, диатомовая водоросль
Вирусы открыты при изучении листьев табачной мазаики.
Особенности:
1.Очень маленький размер
2.Не имеют клеточного строения
3.Не могут расти на питательных средах и осущ. бинарное деление
4.Не имеют собственных метаболических систем
6.Репродукция, т.е. воспроизводство вируса осуществляется только в клетке хозяина
Многоклеточные животные организмы : коловратки, черви, низшие ракообразные
