Огромный невидимый мир в микроскопии и его жители – бактерии, грибы, простейшие

С тех пор, как Антони ван Левенгук впервые начал разглядывать при помощи изобретенного им микроскопа все вокруг, прошло уже несколько столетий. Однако до сих пор при помощи системы линз и электронных приборов ученые открывают новые микроскопические организмы – бактерии, численность которых на Земле значительно превышает все многоклеточные виды. Среди них много экстремалов, способных выживать при высоких и низких температурах, в верхних слоях атмосферы, глубоких слоях донного осадка.

Сейчас обнаружены грибы, бактерии, простейшие и другие организмы, имеющие одноклеточное или многоклеточное строение, с отсутствием разделения функций между клетками колоний. Только рассматривание бактерий в микроскопии дало возможность точно определять возбудителей инфекций со схожими симптомами. Электронный микроскоп позволил узнать, как устроены эти мельчайшие живые организмы и каким образом они живут и передвигаются.

Размеры и микроскопия

Первые микроскопы позволяли видеть только наиболее крупные микроскопические организмы, такие, как инфузории-туфельки, амебы, грибы. Микроскопический размер бактерий давал им возможность длительное время оставаться невидимыми для исследователей. Это неудивительно – их размеры по сравнению с инфузорией ничтожно малы, и поэтому бактерии являются пищевой базой для более крупных микроскопических организмов (например, инфузория питается сенными бациллами).

Развитие оптики после открытия Левенгука пошло быстрее – появился стимул совершенствовать микроскоп, увеличивая его разрешающую способность. Вскоре 30-40 кратное увеличение сменилось 200-кратным (и это еще при жизни изобретателя), и микроскопические организмы – бактерии стали доступными объектами для наблюдений. Однако такое разрешение позволило изучать только самые крупные бактерии и грибы (например, обитателей навозного осадка или илов). Для успешного исследования микроскопического бактериального мира понадобилось добраться до предела разрешающей способности оптических микроскопов – 1000-1200 кратного увеличения.

Однако и тут все оказалось непросто. Прозрачность микроскопических бактериальных клеток потребовала обязательно подкрашивать препараты перед изучением. Появилась методика окрашивания препаратов по Граму, а вслед за нею – классификация бактерий по наличию у них клеточной стенки, способной удерживать красители. С грамположительными бактериями все стало проще – они отлично визуализировались при помощи окрашивания. А грамотрицательные долгое время оставались «темными лошадками», исследование которых требовало постоянного усовершенствования как методов окрашивания, так и оптических приборов. Кроме того, самые мелкие представители прокариот являются клетками с размером 0,2 мкм, и их изучение является доступным только для тех лабораторий, которые имеют доступ к электронному микроскопу.

Выбор методов микроскопирования для изучения бактерий

Если вы решили изучать бактерии и грибы, лучше выбрать микроскоп с увеличением не менее, чем в 1000 раз. Это касается как исследования мочи, так и проведения различных экспериментов и исследований. Рекомендовано выбирать ахроматический объектив с мощным источником света, конденсер с ирисовой диафрагмой, особенно если вы рассчитываете вести длительное наблюдение.

Работа на высоком разрешении имеет еще одну особенность – появляются существенные аберрации изображения из-за наличия воздушной прослойки между объективом и препаратом. Ее коэффициент преломления настолько сильно отличается от такового у оптических устройств, что даже при высоком разрешении невозможно получить четкое изображение. Решением этой проблемы является иммерсионная микроскопия со специальными маслами. Их применение улучшает качество микроскопии высокого разрешения, создавая эффект погружения в дистиллированную воду или масло.

Наиболее известным маслом для иммерсионной микроскопии является канадский бальзам Роберта Толла. Это смола бальзамической пихты, которая в свое время позволила Роберту Коху увидеть возбудителей сибирской язвы, туберкулеза и даже холерный вибрион размером 1,5х0,3 мкм.

Существует несколько видов препаратов, различающихся по способу их подготовки. Они являются частью методов по организации исследований и их приготовление всегда описано методиками наряду с оборудованием:

1. Висячая капля.
2. Придавленная капля.
3. Толстая капля.
4. Тонкий мазок.
5. Отпечаток.
6. Препарат для агар-микроскопии.

Выявление возбудителей инфекционных болезней

После обнаружения первых микроскопических бактерий Левенгуком в 1676 году (а обнаружил он их, пытаясь разобраться в причине жгучего действия перцовой настойки путем исследования образовавшегося в ней осадка), Луи Пастером был выяснен тот факт, что многие микроскопические организмы являются причиной инфекционных заболеваний. Это сделало бактерии и грибы объектом пристального внимания не только биологов, но и медиков. Изучение их устойчивости к различным антисептикам и асептикам, различным методам стерилизации и пастеризации, появление антибиотиков ознаменовало новую эру в медицине.

Параллельно развивалась систематика микроорганизмов. Среди них были обнаружены бактерии и грибы различной формы, одноклеточные и колониальные, округлые, палочковидные, спиральные, треугольные, кубические, неподвижные и снабженные одним или несколькими жгутиками и щетинками, предназначенными для передвижения.

Микроскопические исследования почвы, придонного осадка, осадка, образующего в полосе прибоя пресных и соленых водоемов, пленок на поверхности камней прибрежной зоны, лишайников, поверхности листьев растений, кожи, шерсти позволяет сделать вывод о вездесущности бактерий. Разнообразие способов их питания поражает – практически любая среда может стать субстратом для размножения бактерий. Их деятельность позволяет полностью утилизировать мертвую органику, без нее невозможен круговорот веществ в природе.

Постепенно стало понятно, что микроскопические обитатели человеческого тела являются неотъемлемой частью его здоровья. Помогая расщеплять продукты питания в желудочно-кишечном тракте, успешно конкурируя за ресурсы с болезнетворными бактериями, сохраняя постоянство состава микрофлоры кишечника, бактерии нормальной микрофлоры являются коллективным симбионтом человека, животных и растений.

Многие бактерии и грибы являются непосредственными участниками получения продуктов питания. Дрожжи – грибы, при помощи которых выпекается хлеб, молочнокислые и маслянокислые бактерии и молочнокислые грибы помогают человеку получать из молока йогурт, масло и сметану, благородные плесени придают цветным сырам их необыкновенный вкус. Микроскопия позволяет осуществлять мониторинг состояния живых культур, использующихся в пищевой промышленности.

Наиболее частым лабораторным исследованием является анализ мочи. Пробы берутся в период, когда лечение антибиотиками еще не начато. Исследование мочи при помощи микроскопа непосредственно после сбора не позволяет сделать вывод о наличии в ней бактерий. Косвенными признаками инфицирования являются лейкоциты, свидетельствующие о наличии воспаления. Однако достоверные данные появляются только после того, как проба мочи будет посеяна на питательную среду и на ней образуются колонии. Присутствие бактерий в образцах мочи не является доказательством наличия воспалительного процесса – они попадают туда из нежней трети уретры, где существует собственная микрофлора.

Считается, что признаком бактериального инфицирования мочи является количество бактериальных клеток, превышающее 100 000 в 1 мл. В таком случае параллельно диагностике проводят тесты на чувствительность бактерий мочи – высевая их на новые среды, содержащих антибиотики или используя другие методы анализа на чувствительность. Визуальный осмотр мочи может продемонстрировать наличие мутной мочи и осадка – свидетельства наличия в ней гноя.

Существует 4 вида результатов анализа мочи на бактерии:

1. Наличие инфекции при количестве более 100 000 бактерий в 1 мл мочи.
2. Неопределенный результат наблюдается, если число бактерий колеблется в пределах от 10³ до 10⁵ в 1 мл мочи. Потребуются дополнительные исследования.
3. Смешанный рост. Наличие эпителиальных клеток, высокое количество лейкоцитов и нехарактерные бактерии часто являются признаком неправильного забора образца – его загрязнением микрофлорой прилежащих к мочевыводящим путям органов. Требует дополнительного уточнения.
4. Стерильная моча, когда число бактерий не превышает 1000 ед./мл является признаком отсутствия инфекции.