Классификация, морфология, жизнедеятельность микроорганизмов.

Микробы и их жизнедеятельность

Микробы представляют собой различные по своей природе организмы, которые характеризуются очень малыми размерами. Большинство микробов состоят из одной клетки (за исключением грибков).Размеры микроорганизмов принято выражать в тысячных долях миллиметра (микронах) и в миллионных долях миллиметра (миллимикронах). Известны микробы величиной всего лишь в несколько миллимикрон, но есть и достигающие размера 100 мк и более.Как и все живые существа, микробы питаются, растут, размножаются и умирают.

Для того чтобы жить и размножаться, микроб должен питаться и дышать. Питание микробов осуществляется путем проникания питательных веществ через оболочку, покрывающую тело микроба. Таким же путем происходит у микробов выделение продуктов обмена веществ. Для питания микробу необходимы все те вещества, из которых состоит его тело, и в первую очередь углерод и азот.

Дыхание микробов происходит путем поглощения кислорода из воздуха. Но есть группа микробов, на которую кислород действует губительно. В этих случаях дыхание осуществляется за счет продуктов разложения углерода.

Размножение микробов большей частью происходит очень просто: взрослая клетка каждые 20—30 мин делится пополам. Можно представить, что могло произойти, если бы деление клеток происходило беспрепятственно, какое количество микробов смогло бы образоваться. Однако этого не происходит, так как в природе существует много факторов, которые вызывают гибель микробных клеток.

Некоторые микробы легко передвигаются при помощи тонких нитей — жгутиков, расположенных на поверхности всего тела микроба или на одном его конце.

Мир микробов очень разнообразен. Одни из них населяют почву, другие — воду, третьи встречаются на поверхности тела и в кишечнике животных и человека. Одни микроорганизмы относятся к животным организмам, другие — к миру растений. Существует группа микробов, занимающая промежуточное положение между животным и растительным миром.

Различают следующие основные группы микробов: бактерии, грибки, спирохеты, простейшие, риккетсии, вирусы.

Бактерии — одноклеточные организмы растительной природы, которые размножаются простым делением. Обычно величина бактерий колеблется в пределах 0,4—10 мк.

По внешнему виду бактерии подразделяются на три основные группы: кокки, имеющие форму шара; палочки; вибрионы и спириллы — изогнутые и спирально извитые формы.

Кокки в процессе размножения могут делиться в одной, двух и трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Если кокки делятся в одной плоскости, образуются стрептококки (цепочки кокков). Некоторые виды стрептококков являются возбудителями гнойничковых заболеваний кожи, скарлатины и др.

Если кокки делятся беспорядочно, образуя кучки, по форме напоминающие виноградные гроздья, — это стафилококки. Некоторые виды стафилококков являются возбудителями гнойничковых заболеваний кожи, заболеваний подкожной клетчатки.

Палочки по внешнему виду могут отличаться друг от друга. Бывают палочки строго цилиндрической формы, бочковидные, колбовидной формы и др. Большинство палочек располагается одиночно, беспорядочно, но они могут располагаться парами или цепочкой. Некоторые виды палочек являются болезнетворными для человека (палочка столбняка, палочка сибирской язвы и др.).

Вибрионы имеют изогнутую форму (запятые), спириллы —винтообразную. Среди этой группы мало представителей, вызывающих заболевание у человека.

Бактериальная клетка состоит из протоплазмы, оболочки и ядерного вещества. Кроме того, некоторые виды бактерий имеют еще жгутики, капсулу и пр.

Протоплазма бактерий прозрачная, полужидкая. Иногда ней образуются вакуоли, наполненные клеточным соком. Помимо них в протоплазме наблюдаются отложения капель жира, кристаллики солей, иногда серы.

Ядро бактерий в отличие от других микробов не собрано в виде отдельного образования, а рассеяно по всей протоплазме. У некоторых крупных бактерий имеется четко отграниченное от протоплазмы ядро.

Оболочка бактериальной клетки является довольно плотным и эластичным образованием, благодаря чему бактерии обычно сохраняют свою форму. Оболочку можно наблюдать в электронном микроскопе.

Капсула образуется многими бактериальными клетками и имеет защитное значение. Одни бактерии имеют капсулу постоянно, другие окружаются капсулой при попадании в организм: человека или животного.

Жгутики являются органами движения и имеются не у всех: бактерий. В лабораторной практике этим признаком пользуются для отличия одних видов бактерий от других. Количество жгутиков у бактерий бывает различным (один жгутик; множество жгутиков, отходящих от всех сторон; пучок жгутиков на одном конце бактериальной клетки).

Некоторые бактерии обладают способностью образовывать так называемые споры.

Образование спор у болезнетворных микробов происходит вне организма человека и животного, обычно при неблагоприятных условиях существования.

Споры очень устойчивы. Многие из них выдерживают длительное кипячение. Споры являются особой устойчивой формой существования бактерий. Споры различных бактерий в большом количестве постоянно находятся в воде, почве, где они могут сохраняться десятки лет. Если споры снова попадают в благоприятные условия, каждая из них прорастает в обычную бактериальную клетку.

Грибки — растительные организмы, чаще всего многоклеточные. Их клетки имеют вытянутую форму и похожи на нити. Они состоят из прочной оболочки, протоплазмы и отчетливо-видимого одного или нескольких ядер. Важной особенностью грибков является разнообразие способов размножения (простым делением, спорообразованием, почкованием, половым путем). Наиболее часто грибки размножаются путем спорообразования (споры у грибков в отличие от спор бактерий служат целям размножения, менее устойчивы).

Различают три основные группы грибков: совершенные, несовершенные и лучистые.

К совершенным относятся плесневые грибки и дрожжи.. Плесневые грибки выделяют активные противомикробные вещества — антибиотики. Как возбудители заболеваний человека плесневые грибки имеют очень малое значение.

Дрожжи широко применяются в хлебопечении, пивоваренной промышленности, виноделии и других производствах. В дрожжах содержится значительное количество ценных пищевых белков и витаминов группы В, в связи с чем их используют как дополнительное питание для ослабленных лиц, при некоторых заболеваниях.

В группу несовершенных входят болезнетворные грибки, поражающие волосы, кожу и ногти (грибки стригущего лишая, парши и других болезней).

Лучистые грибки по своему строению занимают промежуточное положение между грибками и бактериями. Известны лучистые грибки, вызывающие заболевания человека и крупного рогатого скота. Из лучистых грибков добывают сильнодействующие антибиотики — стрептомицин и др.

Спирохеты представляют особую группу микроорганизмов В основе строения спирохет лежит осевая эластическая нить на которой винтообразно намотана лента протоплазмы. Ядерное вещество у спирохет, так же как у бактерий, распределено по всей протоплазме. Спирохеты очень подвижны, размножаются простым делением поперек. К ним относятся возбудители возвратного тифа, сифилиса и других инфекционных болезней.

Простейшие—это одноклеточные организмы животного происхождения.

Клетки простейших состоят из протоплазмы и четко отграниченного ядра. Некоторые простейшие имеют жгутики, благодаря которым они передвигаются. Ряд простейших в определенных условиях может превращаться в цисты, которые окружаются плотной оболочкой. Цисты простейших, так же как испоры бактерий, являются устойчивой формой существования клеток в неблагоприятных условиях и не служат целям размножения. Попадая в благоприятные условия, цисты превращаются в обычные клетки. Размножаются простейшие делением, множественным дроблением и половым путем. К простейшим принадлежат возбудители малярии, амебной дизентерии и других заболеваний.

Риккетсии занимают промежуточное положение между бактериями и вирусами. У них имеются оболочка, цитоплазма ядерное вещество. Из риккетсий, вызывающих заболевания у людей, наибольшее значение имеет возбудитель сыпного тифа.

Размер вирусов исчисляется в миллионных долях миллиметра (миллимикронах). Вирусы видны в электронном микроскопе, который дает увеличение в десятки тысяч раз. Несмотря на свои малые размеры, каждая вирусная частица окружена мембраной, в которой заключено внутреннее содержимое. Важнейшим отличием вирусов от бактерий является неспособность размножаться вне организма. Вирусы являются внутриклеточными паразитами и размножаются в протоплазме клеток, а иногда в ядре. К ним относятся возбудители кори, гриппа полиомиелита, оспы и ряда других инфекционных заболеваний.

Физиология микробов

Дыхание бактерий.Необходимую для своей жизнедеятельности энергию клетка бактерии получает в процессе дыхания бактерии.

По типу дыхания все микроорганизмы делятся на две группы: микробы, у которых процесс дыхания связан с использованием свободного кислорода воздуха, и микроорганизмы, не нуждающиеся в свободном кислороде, который для них оказывается даже вредным.

Первая группа микроорганизмов получила название аэробов (тип дыхания аэробный); вторая группа — анаэробов (тип дыхания — анаэробный).

Расщепление углеводов в бескислородных условиях называется брожением. В зависимости от вида микроорганизмов, вызывающих процесс брожения, последний бывает спиртовым, уксуснокислым и др. Это значит, что в процессе брожения может образовываться либо спирт, либо уксусная кислота и т. д.

Ферменты бактерий.Процессы питания и дыхания бактерий протекают обязательно при участии ферментов — особых веществ белкового характера. Ферменты даже в самых незначительных количествах намного ускоряют соответствующие химические процессы, сами почти не изменяясь.

Без ферментов процессы питания и дыхания могли бы протекать, но очень медленно. Ферменты образуются только в живых клетках. Одна группа ферментов не связана с микробной клеткой, и они выделяются бактериями в окружающую среду. Функция этой группы заключается в том, что ферменты способствуют расщеплению сложных соединений на более простые, доступные усвоению. Другая группа ферментов (таких большинство) находится внутри бактериальной клетки и связана ней.

Кроме того, существуют ферменты, которые появляются у бактерий в процессе приспособления к изменившимся условиям питания.

Характерная особенность ферментов заключается в том, что на вещества определенного состава или групп действует свой фермент. Так, имеются ферменты для переработки сложных углеродистых соединений (сахаров), белков, жиров и т. д.

Рост и размножение бактерий.Процесс роста бактериальной клетки выражается в увеличении ее размеров. Этот процесс протекает очень быстро — в течение нескольких минут.

После того как бактерии достигают взрослого состояния, начинается процесс размножения путем простого поперечного деления. В благоприятных условиях (достаточное питание, благоприятная температура) бактериальная клетка делится каждые 50—30мин. Подсчитано, что если бы размножение бактерий происходило беспрепятственно, то в течение 5 суток из одной клетки образовалась бы такая живая масса, которая заполнить все моря и океаны. Но такое размножение требует как указывалось выше, ряда благоприятных условий, которые во внешней среде не имеют места.

Химический состав бактерий.Бактериальная клетка содержит большое количество воды — 75—85% массы клетки. Oстальные 15% приходятся на сухой остаток, в состав которого входят белок, углеводы, жиры, соли и другие вещества.

Бактериальные белки представляют собой сложные белки, состоящие из различных химических соединений. Эти химические вещества необходимы для жизнедеятельности бактериальной клетки.

Кроме белков в состав сухого остатка бактерий входят углеводы (12-28%), нуклеиновые кислоты.

Количество жиров, входящих в состав сухого остатка, может быть различным. У некоторых форм бактерий содержание жира доходит до '/з сухого остатка. В основном жиры входят в состав оболочки, обусловливая ряд ее свойств.

Необходимой составной частью бактериальной клетки являются минеральные соли, составляющие около '/зоо всей масс клетки. В состав бактериальных клеток входят также азот, кислород, водород, углерод, фосфор, калий, натрий, магний, кальций, кремний, сера, хлор, железо.

В зависимости от условий внешней среды химический состав бактерий может изменяться как количественно, так и качественно.

Питание бактерий.Питание бактерий — весьма сложный процесс, который происходит за счет непрерывного проникновения определенных питательных веществ через полупроницаемую оболочку и выделения из клетки продуктов обмена.

Так как оболочка бактерий непроницаема для белков и других сложных соединений, необходимых для питания клетки, эти вещества усваиваются после расщепления ферментами.

Большое значение для нормального питания бактерий имеет правильное соотношение концентраций солей внутри клеток и в окружающей среде. Наиболее благоприятные условия питания создаются при концентрации солей в окружающей среде, равной 0,5% раствора хлористого натрия.

При попадании в 2—10%-ный раствор хлористого натрия происходит сморщивание бактериальной клетки — обезвоживание, которое делает ее неспособной к размножению. На этом основан способ консервирования продуктов при помощи соления.

Для питания бактериям необходимы кислород, водород, углерод и азот. Источниками снабжения этими веществами может быть вода, воздух и др.

Помимо перечисленных обычных питательных веществ для роста бактерий необходимы особые химические соединения.

Установлено, что некоторые виды стрептококков совершенно не растут при отсутствии витамина В.

Пигментообразование.Некоторые виды бактерий и грибков обладают способностью образовывать различные красящие вещества— пигменты. Большей частью этой способностью обладают бактерии, находящиеся в почве, воздухе и воде. Особенно отчетливо это качество микробов обнаруживается в лабораторных условиях. При размножении на плотных питательных средах бактерии образуют колонии, которые благодаря различным пигментам имеют окраску: красную, белую, фиолетовую, золотистую и др.

Установлено, что наилучшими условиями для образования пигмента являются достаточный доступ кислорода, света и комнатная температура.

Считают, что пигменты у микробов выполняют защитную функцию против губительного действия солнечного света; кроме того, они играют определенную роль в процессах дыхания.

Свечение. В природе существуют микробы, в том числе и бактерии, которые в процессе своей жизнедеятельности образуют вещества, способные при соединении с кислородом воздуха светиться. Явления свечения гнилушек, поверхности моря и др. объясняются развитием подобных микробов. Такие светящиеся микробы не болезнетворны для человека.

Образование запахов.Свойство микробов образовывать запахи (ароматообразование) объясняется наличием особых летучих веществ, которые по своей химической природе близки к эфирам (эфироподобные вещества). Различные ароматообразующие бактерии используются в пищевой промышленности для изготовления сыра, масла, вина и других продуктов.

Из бактерий, являющихся болезнетворными для человека и издающих запах при выращивании в лабораторных условиях, можно назвать туберкулезную палочку, запах которой приближается к запаху меда, и т. д.

Микробные яды.Попадая в организм человека, и размножаясь там, микробы вырабатывают вещества, отрицательно действующие на нервную систему, сердце, внутренние органы. Эти вредные вещества получили название токсинов. Микробные токсины — наиболее сильнодействующие яды из всех известных. Даже незначительное их количество может оказать ядовитое действие на организм. Поражения, наблюдаемые при многих инфекционных заболеваниях, связаны с действием микробных токсинов. Токсины имеются почти у всех болезнетворных микробов. Токсины бывают двух видов: экзотоксины и эндотоксины.

Экзотоксинами называются яды, которые легко выходят из микробной клетки в окружающую среду.

Экзотоксины характеризуются относительно малой устойчивостью, легко разрушаются под влиянием нагревания, действия света и различных химических веществ. Характерным свойством экзотоксинов является их действие в крайне малых дозах.

Микробные экзотоксины — это одни из наиболее сильных. Так, например, 0,00001 мл столбнячного токсина вызывает бель белой мыши, а токсин микроба ботулизма действует в меньшей дозе.

Эндотоксины прочно связаны с телом микробной клетки, освобождаются только после разрушения тела микроба. В отличие от экзотоксинов эндотоксины вызывают в организме следующие признаки отравления: головную боль, слабость, одышку т. д. Эндотоксины более устойчивы, чем экзотоксины, некоторые выдерживают даже кипячение. Токсичность для организмов у них значительно меньше, чем у экзотоксинов.

Эндотоксины имеются у всех болезнетворных микробов; экзотоксины вырабатываются только некоторыми из них — дифтерийной палочкой, стафилококком, бактерией ботулизма.