Способы классифицирования бактерий, основанные на изучении их морфологии

Бактерии относят к прокариотам, и долгое время из-за микроскопических размеров их морфология не была изучена на должном уровне.

Раздел микробиологии, изучающий морфологические формы бактерий, их строение, размеры, способы передвижения, размножение и спорообразование, называют морфологией. При изучении морфологических свойств необходимо учитывать то, что под влиянием различных факторов (питательная среда, температура, влажность) бактерии способны их менять.

Методы изучения бактерий

Для изучения морфологии бактерий применяют такие методы, как микроскопия и окрашивание. Наблюдение за живыми бактериями происходит с помощью световых и электронных микроскопов в неокрашенных препаратах. Для получения полной характеристики рассматриваемых бактерий применяют такие методы изучения:

• Морфологический. Под микроскопом рассматривают морфологию бактерии, ее подвижность, споры и способы размножения.
• Культуральный. Исследование бактерии в питательных средах. Изучают ее рост, величину, цвет колонии и скорость размножения.
• Физиологический. Рассматривают такие свойства бактерий, как реакция на температуру, на внешние раздражители, на кислород, их способность к сбраживанию, реагирование на различные среды.

Применение этих способов изучения позволяет установить вид микроорганизма и морфологию каждого из них. Это сложный и длительный процесс, занимающий много времени.

Способ окрашивания является наиболее точным и эффективным в распознании и изучении строения бактерий под микроскопом. Зачастую микробы в своей естественной среде невидны под микроскопом, а окрашивание позволяет не только изучить морфологию бактерии, а и правильно определить ее вид. Многие бактерии имеют одинаковую морфологию, но при окрашивании дают разные цвета. Для изучения бактерий применяют такие способы окрашивания:

• Простой. Применяют одну краску: фуксин либо метиленовую синюю.
• Сложный. Этот способ чаще всего применяется для выявления возбудителя инфекции, включает в себя два и более красителя. Чаще на практике применяют метод окрашивания по Граму и по Цилю.
• Дифференцированный. Для окрашивания жгутиков используют метод Бениньетти. Для индицирования капсул применяют метод Гинса.

Классификация микроорганизмов

Многообразие форм, биохимическая нестабильность и простота в строении усложняют классификацию бактерий. До сих пор их классификация является предметом споров среди микробиологов. В основу классифицирования положены такие направления в изучении микроорганизмов:

• их морфология;
• типы питания;
• источник энергии;
• реакция на окрашивание;
• разновидности форм.

Формы бактерий

При всем многообразии бактерий выделяют три основных формы: сферические, палочковидные и извитые.

Сферическая

Сферической формой обладают кокки. По тому, как располагаются клетки, разделяют на такие группы:

• микрококки (маленькие) – каждая клетка отдельно;
• диплококки (два) после деления клетки существуют парами;
• стрептококки (цепочка) после деления образуют цепочку;
• сарцины (связка) после деления образуют связку в трех направлениях;
• стафилококки (гроздь) делятся во всех направлениях, образуя гроздь.

Палочковидные

Палочковидные делят на группы в зависимости от формы (правильная или неправильная), от размеров и по тому, как располагаются клетки. Расположение клеток под микроскопом выглядит хаотично, потому что после деления каждая клетка живет отдельно.

Их делят на такие группы:

• Риккетсии. Внутриклеточные паразиты очень малых размеров (до 2,0 мкм). Их владельцами чаще всего являются клещи, блохи и вши, сами разносящие инфекцию. В зависимости от условий существования они обладают свойством изменять форму и размер.
• Хламидии. Являются строгими (облигатными) грамотрицательными бактериями. Их относят к клеточным паразитам, имеющим свойство размножаться только внутри клетки. За пределами клетки они имеют округлую форму и неактивны.
• Микоплазмы. Эта группа не имеет клеточной стенки и существует в различных формах.

Извитые

Виды, имеющие извитую форму, разделяют по количеству оборотов и по характеру витков. Вибрионы имеют слегка изогнутый вид, спириллы – несколько завитков правильной формы, спирохеты – большое количество мелких завитков.

Строение клетки бактерий

Ультраструктура клетки изучается при помощи таких микроскопических методов:

• светового;
• люминесцентного;
• сухого (когда между объективом и линзой есть воздух);
• фазово-контрастного;
• темнопольного.
• интерференционного;
• электронного.

Ультраструктура бактериальной клетки считается показателем ее уникальности в организационных процессах.

Различают постоянные органоиды: аналог ядра, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма, которые свойственны каждому виду. Имеются и временные включения: капсула, пили, клеточная стенка, споры, жгутики, имеющиеся не у всех микробов или возникающие при различных воздействиях.

Нуклеоид

Нуклеоид является прототипом ядра и не содержит таких структур, свойственных эукариотам, как ядрышки, ядерная оболочка и гистоны. Он обладает свойством хранения и передачи генной информации, содержащейся в одной хромосоме, имеющей вид замкнутого кольца. Еще носителями наследственной информации бактериальной клетки являются плазмиды.

Цитоплазма

Цитоплазм представляет собой сложную систему, включающую в себя такие включения:

• рибосомы (отвечают за синтез белков);
• гранулы (содержат гликоген, полисахариды);
• волютин (полифосфаты);
• плазмиды (обладают свойством повышать устойчивость клетки).

Цитоплазматическая мембрана

Под электронным микроскопом хорошо видно, что мембрана бактериальной клетки состоит из трех слоев. При росте клетки она имеет свойство образовывать своеобразные выпячивания ─ мезосомы. В жизни клетки она выполняет такие функции:

• барьерную;
• энергетическую;
• транспортную.

Капсула

Капсула является слизистой структурой с четко выраженными границами, хорошо различаемыми под микроскопом. Ее изучают с помощью окрашивания мазка, где краска вокруг нее создает темный фон. Она обладает защитными свойствами против фагоцитоза бактерий и реагирует на антитела.

Клеточная стенка

Клеточная стенка защищает бактериальную клетку и обеспечивает ее постоянную форму. Состоит из двух слоев: внешнего, обладающего свойством пластичности, и внутреннего, постоянного. Такое свойство клеточной стенки, как ее реакция на окрашивание, используется для определения видов.

Жгутики

Жгутики ─ это тонкие нити, обеспечивающие подвижность клетки микроорганизма и имеющие длину большую, чем она сама. Жгутики имеют белковую структуру, их число может колебаться от одного до тысяч. Морфология расположения у них разнообразна: от прикрепления к одному концу до прикрепления по всей поверхности.

Пили

Пили являются ворсинками, которые состоят из белкового вещества. Они выполняют такие функции:

• прикрепление к поражаемой клетке;
• несут ответственность за питание;
• размножение;
• водно-солевой обмен;
• конъюгация (сближение).

Споры

При неблагоприятных условиях роста и развития микробы образуют споры, способствующие сохранению вида и не являющиеся продолжением рода. Наличие многослойной оболочки и вялотекущих метаболических процессов позволяет спорам долгое время находиться в стадии спокойствия и ждать подходящих условий для развития.

Появление современных методов исследования привело к новому витку в изучении царства бактерий. Ежегодно микробиологи с помощью новых методик изучают морфологию и свойства новых, еще неизученных видов микроорганизмов, неподходящих ни под один тип классификации.