Методические указания. Актиномицеты и родственные им микроорганизмы - это особая группа бактерий

Актиномицеты и родственные им микроорганизмы - это особая группа бактерий. Их клетки имеют неправильную форму, обладают тенденцией к ветвлению вплоть до формирования развитого мицелия. Если при культивировании на плотных средах образуется мицелий, то он дифференцируется, как у плесневых грибов, на субстратный и воздушный. Субстратный мицелий развивается в толще агаризованной среды, а над её поверхностью образуются гифы воздушного мицелия. Актиномицеты характеризуются разными способами размножения. Большинство размножаются с помощью спор, образующихся в специальных органах спороношения - спорангиях. Спорангии имеют различное строение (длинные или короткие, прямые или спиралевидные с разным числом завитков) и расположение (последовательное, супротивное, мутовчатое и др.).

Актиномицеты - это свободноживущие гетеротрофные микроорганизмы, распространенные повсеместно. Местом их обитания являются, в первую очередь, почвы. До 30% общей численности микроорганизмов почвы приходится на актиномицеты. В большом количестве актиномицеты встречаются также в пресных и морских водоемах, в донных отложениях, в атмосферном воздухе (в виде спор). Отдельные представители актиномицетов обитают в организме человека и животных и могут вызывать заболевания.

Большинство актиномицетов - аэробы, встречаются микроаэрофильные и анаэробные формы. В основном это мезофильные микроорганизмы, оптимум размножения которых 23-30^оС. Термофилы встречаются редко.

Актиномицеты различны в своих требованиях к субстрату. Одни растут на сложных органических средах, другие - на простых соединениях. Актиномицеты разлагают белки, мочевину и более простые соединения. Лучшим источником углеродного питания для них служит глюкоза, мальтоза, крахмал, глицерин, маннит. Актиномицеты могут расти на большом количестве различных субстратов, разрушать строительные конструкции, здания и сооружения. В сравнении с другими бактериями почвенные актиномицеты более устойчивы к высушиванию и могут хорошо развиваться при низкой влажности питательного субстрата (8-10%). За исключением термофилов, актиномицеты характеризуются сравнительно небольшой скоростью роста даже в условиях лабораторных культур и достаточного снабжения легкоусвояемыми питательными веществами.

В Определителе Берджи актиномицеты отнесены к Отделу Firmicutes, классу Thallobacteria, куда включено свыше 60 родов. Видовая идентификация многих родов не разработана. Принадлежность актиномицетов к роду определяется в соответствии с морфологическими, культуральными и биохимическими признаками. Морфологические признаки исследуют микроскопически в культурах, выросших на плотных питательных средах. Характеризуют способ ветвления, образование и расположение спор, присутствие и отсутствие спорангиев, наличие подвижных элементов, образование склероциев, эндоспор, а также особенности строения клеточной стенки, мембран и др. В определителе бактерий Берджи актиномицеты и родственные им микроорганизмы разделены на несколько групп.

Группа 20. Микроорганизмы, родственные актиномицетам. В большинстве случаев это грамположительные, не образующие ни эндоспор, ни воздушного мицелия, ветвящиеся, палочковидные организмы, растущие в присутствии воздуха. Актиномицеты - некислотоустойчивые, неподвижные.

Род Actinomyces.

Получил название от первого из описанных видов - анаэроба Actinomyces bovis - «лучистого грибка», который вызывает болезнь крупного рогатого скота актиномикоз. При актиномикозе в мягких тканях языка, дёсен, верхней и нижней челюсти животных образуются друзы, имеющие лучистую структуру. Актиномицеты образуют ветвящиеся гифы, некоторые формируют субстратный и воздушный мицелий, размножаются конидиями, появляющимися на конидиеносцах разного строения. Обычные обитатели почвы, разрушают многие органические соединения.

Группа 21. Микобактерии (см. тему «Микробиоценозы тела животных и человека»

Группа 22. Нокардиоформы

Представители группы объединены в семейство Nocardiaceae. Это аэробные актиномицеты, в цикле развития которых существует мицелиальная стадия. В старых культурах мицелий распадается на палочковидные или кокковидные элементы. Представители группы объединены в семейство Nocardiaceae. Это аэробные актиномицеты, в цикле развития которых существует мицелиальная стадия. В старых культурах мицелий распадается на палочковидные или кокковидные элементы. Группа разнообразна по морфологическим и физиолого-биохимическим признакам, типовой род Nocardia. Нокардии - продуценты антибиотиков, ферментов, витаминов, аминокислот, органических кислот, пигментов, липидов, стероидов. Они могут разрушать асфальтовые покрытия дорог, битумы, смазочные масла, лекарственные препараты, приготовленные на парафиновой ^ основе, пестициды, пищевые продукты, художественные росписи. Участвуют в очистке сточных вод, в детоксикации почв. Обитатели почвы, воды. Имеются патогенные для человека и животных виды, обусловливающие нокардиоз (N. asteroides, N.brasiliensis).

Группа 23. Актиномицеты с многоклеточными спорангиями

В эту группу выделены актиномицеты, характеризующиеся своеобразным строением: мицелиальные нити делятся в продольном и поперечном направлениях, в результате чего образуется паренхиматозная масса клеток, представляющая собой спорангии. Все представители группы - хемоорганогетеротрофы с высокими пищевыми потребностями, аэробы (главным образом микроаэрофилы), мезофилы. Распространены в почве, воде, обитают на кожных покровах млекопитающих. Представители рода Frankia – эндосимбионты, обитатели корневых клубеньков небобовых растений (ольха, облепиха, мох), клубеньки которых характеризуются азотфиксирующей способностью. В почве они могут находиться в стадии свободноживущих форм.

Группа 24. Актинопланы

Актинопланы - это актиномицеты, приспособившиеся к обитанию в водной среде и имеющие подвижную стадию в течение жизненного цикла. Основные места обитания актинопланов - пресная вода, почв, мертвые растительные и животные остатки. В процессе роста они образуют развитый субстратный мицелий, иногда также и воздушный мицелий. Для большинства представителей этой группы (Actinoplanes, Dactylosporangium) характерно формирование спорангиев, внутри которых образуются подвижные споры. Все актиномицеты, входящие в состав группы, - аэробные хемоорганогетеротрофы, сапрофиты или факультативные паразиты.

Группа 25. Стрептомицеты и родственные формы

Род Streptomyces насчитывает около 500 видов, для которых характерно образование на воздушном мицелии прямых или спиральных цепочек, состоящих из трех или более неподвижных спор. Стрептомицеты образуют хорошо развитый, не распадающийся на фрагменты в процессе цикла развития воздушный мицелий. Колонии стрептомицетов часто бывают окрашены в голубые, розовые, белые, коричневые, жёлтые, серые цвета. Иногда пигмент выделяется в питательную среду. Стрептомицеты размножаются спорами, которые формируются в цепочках на концах гиф воздушного мицелия, или кусочками вегетативного мицелия. Отличительный признак различных видов - характер поверхностной структуры спор. У одних видов споры имеют гладкую поверхность, у других - несут выросты различной формы.

Стрептомицеты - строгие аэробы, хемоорганогетеротрофы. Они хорошо растут на простых питательных средах и не нуждаются в факторах роста. Стрептомицеты в изобилии обитают в почве. Именно они, продуцируя особые летучие соединения, придают почве характерный запах сырой земли.

Многие стрептомицеты продуцируют сильные антибиотические вещества, проявляют антагонистическую активность в отношении бактерий, грибов, водорослей, бактериофагов, простейших. Некоторые антибиотики обладают даже противоопухолевым действием. Наиболее эффективными оказались такие антибиотики, как стрептомицин (продукт S.griseus) ауреомицин и тетрациклин (продукт S.aureofaciens).

Группа 26. Мадуромицеты

Madura - название Индийской провинции, где впервые выделили и описали подобные микроорганизмы.

К роду Actinomadura относят актиномицеты, имеющие стерильный субстратный мицелий, на котором никогда не формируются споры. Споры образуются в виде коротких цепочек на воздушных гифах. К родам Microbispora, и Microtetraspora относятся организмы, подобные актиномадурам; на воздушном мицелии у них последовательно, путём отчленения образуются пары спор или цепочки из четырёх спор. Спороносцы у них очень короткие, расположены беспорядочно, моноподиально. Первая спора (дистальная) - самая старая и крупная, последняя - самая молодая и меньшая по размерам. Спороносцы очень короткие, расположены моноподиально, беспорядочно.

Группа 27. Термомоноспоры и родственные формы

Представители этой группы формируют воздушный мицелий, на гифах которого образуются подвижные или неподвижные споры, одиночные или в виде цепочек. Спорангии у большинства представителей отсутствуют. Мицелий не фрагментируется. Для актиномицетов типового рода Thermomonospora характерна способность расти в температурном диапазоне от 40^оС до 48°С. Их выделяют из почвы, саморазогревающихся субстратах, богатых растительными остатками (навоза, компостов). Культуры образуют на питательной среде палевые или желто-коричневые колонии с белым, голубоватым или сероватым воздушным мицелием. Единичные споры формируются на коротких спороносцах на ветках воздушного, редко субстратного мицелия

Методы наблюдения за почвенными актиномицетами

Морфологические признаки актиномицетов — строение колоний и мицелия, его ветвление, строение и расположение спороносцев, наличие спорангиев, склероциев, количество спор в цепочках на субстратном и/или воздушном мицелии — изучают, просматривая колонии актиномицетов, выросшие на плотной питательной среде в чашках Петри, при малом увеличении микроскопа. Для более детальных исследований получают рост актиномицетов на предметных или покровных стеклах. Используют метод "желобка". В застывшем агаре стерильным скальпелем вырезают 1— 2 желобка шириной в 1 см во всю глубину агара. Края желобка с помощью петли засевают культурой актиномицета. На засеянные участки желобков накладывают покровные или предметные стекла.

Чашки инкубируют обычным способом. При этом актиномицет развивается на поверхности стекла, граничащей со средой. Стекла с развивающейся на них культурой снимают с агара и исследуют прижизненно или после фиксации и окраски под микроскопом. Для фиксации и окраски мицелия актиномицетов применяют в основном те же методы, что и для бактерий. Для изучения деталей строения мицелия, расположения спороносцев и спор можно применять фиксацию жаром и окрашивание 0,02%-ным водным раствором кристаллического фиолетового или метиленового синего.

Диагностика и идентификация бактерий и актиномицетов проводится на основании культуральных, морфологических, физиологических и хемотаксономических признаков с использованием Определителя бактерий Берджи (1997).

Практическая работа:

Ознакомиться с внешним видом колоний и морфологическими особенностями актиномицетов.

1. Изучить внешний вид колоний актиномицетов на плотной питательной среде на чашке Петри. Отметить цвет колоний, выделение пигмента в среду, наличие характерного запаха.

2. Приготовить фиксированный препарат методом отпечатка. Так как большинство актиномицетов формируют субстратный мицелий, то их колонии «врастают» в питательную среду и не отделяются петлей. Для приготовления препарата чистое предметное стекло прикладывают к поверхности питательной среды, засеянной актиномицетами, осторожно прижимая, чтобы получить чёткий отпечаток колонии. Затем отпечаток фиксируют в пламени спиртовки и окрашивают раствором фуксина.

1 — Streptomyces; 2 — Streptoverticillium; 3 — Nocardia; 4 —Micromonospora; 5 — Streptosporangium

3. Полученный препарат промикроскопировать, ознакомиться с морфологией клеток, описать и зарисовать. При описании обратить внимание на наличие мицелия, его фрагментацию; наличие спорангиев и спороносцев, их форму; характер расположения спор.

Вопросы для самостоятельного контроля

1. Какова экологическая роль актиномицетов в почвенных экосистемах?

2. Имеются ли патогенные для человека и животных представители актиномицетов?

3. Какие заболевания они вызывают?

4. Какие представители 20-й группы относятся к нормальной микрофлоре кишечника человека?

5. Какие функции выполняет воздухоносный субстратный мицелий актиномицетов?

6. Какие биологически активные вещества синтезируют актиномицеты?

7. Каково их практическое значение?

8. Как приготовить и окрасить мазок-отпечаток культуры актиномицетов?

Коллоквиум по теме: «микробиоценозы воздуха и почвы»