сферопласты протопласты л формы бактерий условия формирования и их медицинское значение

Лекция 4. Бактериальные сферопласты и протопласты: методы получения, свойства, применение; L-формы бактерий и их характеристика

Следует отметить, что клеточная стенка не является жизненно важной структурой, так как в определенных условиях она может быть удалена и бактериальные клетки при этом существуют в виде протопластов или сферопластов.

Протопластаминазывают клетки округлой формы, полностью лишенные остатков клеточной стенки и окруженные только цитоплазматической мембраной. Их образование характерно чаще для грамположительных бактерий.

Сферопласты отличаются от протопластов тем, что у них сохраняются остатки клеточной стенки, а образуются они преимущественно из клеток грамотрицательных бактерий.

Протопласты и сферопласты можно получить в лабораторных условиях, обрабатывая клетки бактерий ферментом лизоцимом, разрушающим муреин; антибиотиками пенициллинового ряда или с помощью других ферментов.

Свойства протопластов и сферопластов:

1) Стабильно сохраняются в гипертонических или изотонических условиях. Для создания гипертонических условий чаще всего используют сахарозу или маннит в концентрациях 0,1–1,0 М. В гипертонических или изотонических условиях они осуществляют обмен веществ, характерный для исходных клеток, т. е. сохраняют дыхательную активность, синтезируют необходимые биополимеры, образуют эндоспоры, если процесс споруляции уже был инициирован. В гипотонических условиях протопласты и сферопласты лопаются и образуют «тени».

2) Протопласты и сферопласты в 3–10 раз крупнее исходных клеток бактерий.

3) Можно наблюдать их рост, иногда и их деление.

4) В отличие от исходных клеток, из-за отсутствия клеточной стенки, на них не адсорбируются бактериофаги и бактериоцины.

5) У них отсутствуют мезосомы.

6) При снятии действующего на образование муреина фактора (например, пенициллина) протопласты, как правило, отмирают, реже регенерируют клеточную стенку и возвращаются в исходное состояние, но могут превращаться в L-формы. Сферопласты превращаются в нормальные бактериальные клетки либо превращаются в L-формы, либо отмирают.

L-формы – бактерии, частично или полностью лишенные клеточной стенки, но сохранившие способность к развитию в естественной среде.

Буква L – первая буква названия Листеровского института в Лондоне, где впервые обратили внимание на развитие морфологически весьма необычных клеток в культуре бактерий Streptococcus moniliformis, выделенной из жидкости уха крысы. Позже были описаны L-формы у самых разных видов бактерий.

Свойства L-форм:

1) Возникают спонтанно или индуцированно – под воздействием агентов, блокирующих синтез клеточной стенки (например, антибиотиков пенициллинового ряда, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей).

2) Образуются в результате несбалансированного роста нормальных бактериальных клеток в длину и толщину и поэтому плеоморфные (т.е. имеющие в культуре бактерий клетки различной формы и размеров). В культурах L-форм обнаруживаются клетки размером 0,2–50 мкм. Они шаровидные, нитевидные, присутствуют и бесструктурные массы.

3) Из-за отсутствия клеточной ригидной (жесткой) стенки проходят через бактериальные фильтры и легко разрушаются при механических воздействиях.

4) В отличие от протопластов и сферопластов, клетки L-форм имеют мезосомы (впячивания цитоплазматической мембраны вовнутрь клетки), а в отличие от нормальных клеток L-формы часто содержат крупные вакуоли.

5) Обладают пониженным уровнем метаболической активности по сравнению с исходными бактериями.

6) Они нечувствительны к любым агентам, действующим на клеточную стенку.

7) Культивировать L-формы можно только на специальных средах с высоким осмотическим давлением. L-формы лучше растут на плотной, чем в жидкой среде.

8) У L-форм не функционируют нормальные механизмы клеточного деления. В основном они делятся с образованием элементарных тел, которые отпочковываются от поверхности клетки или от мембраны вакуоли.

9) Различают стабильные и нестабильные L-формы. Нестабильные L-формы обладают элементами клеточной стенки и поэтому способны ревертировать (восстанавливаться) в нормальные бактериальные клетки после исключения действия фактора, вызвавшего их образование. Стабильные L-формы полностью лишены ригидной клеточной стенки, что сближает их с протопластами. Они крайне редко ревертируют в исходные бактериальные формы и существуют без изменений в различных условиях среды.

10) Переход в L-форму можно рассматривать как способ переживания бактериями неблагоприятных условий, особенно у патогенных микроорганизмов.

Исследования L-форм представляют существенный интерес для медицинской микробиологии, поскольку в таком состоянии в организме человека и животных могут сохраняться патогенные бактерии. При неправильном использовании антибиотиков, приводящем к образованию L-форм из бактерий, может наступить якобы улучшение состояния больного. Однако после прекращения приема лекарства происходит превращение L-форм в бактерии исходного вида с восстановлением их вирулентности, что приводит к рецидиву болезни. Именно по этой причине очень важно при лечении инфекционных и других заболеваний, вызванных действием патогенных микроорганизмов, принимать антибиотики по четкой схеме приема и необходимое количество дней.

Бактерии, у которых отсутствует клеточная стенка, существуют и в природе: это микоплазмы. Микоплазмы могут существовать как сапрофиты в естественных условиях, а также вызывать заболевания у человека (например, возбудители плевропневмонии) и у растений.

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

Лекция 1. Основные принципы действия регуляторных механизмов растительной клетки; компартментация каталитических систем и метаболических фондов протопласта как один из механизмов регуляции клеточного метаболизма

Клетка – это мельчайшая единица жизни, характеризующаяся определенным типом обмена веществ, самостоятельным энергетическим циклом и способностью к саморегуляции и саморазвитию на основе взаимодействия различных своих компо-нентов и взаимодействия с внешними условиями. В живой клетке нет изолированных процессов. Основой этого взаимодействия служит непрерывный обмен продуктами реакций, образующимися в органоидах определенного вида и поступающими в цитоплазму и другие органоиды.

Сложное строение растительной клетки, дифференцированной на большое количество специализированных органоидов и структур в соответствии с выполняемыми ее функциями, требует и совершенных систем регуляции. Регуляция обеспечивает целостность и гомеостаз организма, т. е. сохранение постоянства параметров внутренней среды, а также создает условия для его развития (эпигенеза).

В ходе эволюции сначала возникли внутриклеточные системы регуляции. К ним относятся регуляция на уровне ферментов, генетическая и мембранная регуляции. Все эти системы регуляции тесно связаны между собой. Принципы действия регуляторных механизмов клетки:

– принцип взаимодействия компонентов цитоплазмы.

В основе всех форм внутриклеточной регуляции лежит единый первичный принцип – рецепторно-конформационный принцип. Белковая молекула – фермент, рецептор или регуляторный белок — «узнает» специфический для нее фактор и, взаимодействуя с ним, изменяет свою конфигурацию. В мультикомпонентных комплексах ферментов, генов и мембран конформационные изменения молекул-рецепторов кооперативно передаются на весь комплекс, влияя на его функциональную активность.

Важнейшими в регуляторных механизмах клетки является принцип компар-тментации, обуславливающий высокую степень временной и пространственной ор-ганизованности метаболизма, и взаимодействия компонентов цитоплазмы. Взаимо-действие обеспечивается наличием гиалоплазмы и эндоплазматической сети.

Компартменты – дифференцированные, специализированные участки, или отсеки в протоплазме, различаю­щиеся по степени активности содержащихся в них химических сое­динений и систем, регулирующих их превращения. Явление компартментации обуславливают клеточные мембраны, которые выполняют функцию расчленения биохимических процессов, разделения их между различ­ными компонентами протоплазмы и пространственного размещения в объеме клетки фондов метаболитов и ферментов.

В растительной клетке имеется три основных компартмента: сво­бодное пространство (СП), цитоплазма и вакуоль. Компартментальны отдельные участки клетки и органелл, отдельные участки мембран, отдельные фонды метаболитов, ферментов и всех других морфологических и химических компонентов протопласта.

Характерная особенность компартментированных метаболитов и ферментов — их подвижность, что достигается включением мета­болитов в везикулы и мелкие вакуоли и концентрацией их в трубоч­ках эндоплазматического ретикулума и других трубчатых структурах. Это способствует, например, отводу ассимилятов из хлоропластов без их соприкос­новения со стромой цитоплазмы. Эф­фективность действия механизмов фотофосфорилирования в хлоропластах определяется компартментами, обеспечивающими образование протонного градиента. Компартментальны в данном случае мембранные диски гран хлоропластов. Практиче­ски все основные пути метаболизма углеводов прочно ассоциирова­ны с определенными участками плазматических мембран. В клетке существуют компартменты, содержащие системы гликолиза, цикла Кребса и пентозофосфатного шунта. Так все участки цикла Кребса локализованы в матриксе или во внутренней мембране мито­хондрий. Аналогичные закономерности установлены для процессов биосинтеза и превращения аминокислот, по­глощения и выделения минеральных веществ, воды, регуляции действия имеющихся в клетке ферментов и т. п.

С появлением многоклеточных организмов развиваются и совершенствуются межклеточные системы регуляции. Они включают в себя по крайней мере трофическую, гормональную и электрофизиологическую системы. Такие взаимодействия сразу обнаруживаются при культивировании частей и органов растений в изолированном виде. Для поддержания жизни изолированных частей в инкубационную среду необходимо добавлять трофические и гормональные факторы, в норме поступающие из других органов целого растения.

Важным также является взаимная координация процессов, реакций, координация накопления и выделения веществ и энергии клеткой. Так, нуклеиновые кислоты играют роль хранителя и передатчика наследственной информации (ДНК) и посредника ее реализации (РНК). Белки несут функции рабочих механизмов – это ферменты, которые входят в состав клеточных структур и многих активных соединений. Основной механизм регуляции внутриклеточных процессов связан с влиянием на ферменты разнообразных факторов. Это может осуществляться на генетическом уровне, если определяется состав ферментов или количество того или иного фермента в клетке. Второй тип регуляции – влияние на сам фермент, в результате чего активность его может стимулироваться или ингибироваться. Может иметь место также структурный уровень регуляции – влияние на образование и сборку клеточных структур (мембран, хлоропластов, рибосом, митохондрий и т. д.). Конкретными регуляторами внутриклеточных процессов могут быть фитогормоны, которые вырабатываются клетками или окружающими их другими клетками, или продукты реакций по принципу обратной связи (аллостерический эффект). Регуляция может осуществляться также путем транспортировки в клетку продуктов метаболизма и их предшественников, ионов, изменения формы регулируемого фермента (конформаций).

Источник

Протопласты, сферопласты, l-формы бактерий.

При обработке грамположительных бактерий ферментами, разрушающими пептидогликан, возникают полностью лишенные клеточной стенки структуры- протопласты. Обработка грамотрицательных бактерий лизоцимом разрушает только слой пептидогликана, не разрушая полностью внешней мембраны; такие структуры называют сферопластами. Протопласты и сферопласты имеют сферическую форму (это свойство связано с осмотическим давлением и характерно для всех безклеточных форм бактерий).

Под действием ряда факторов, неблагоприятно действующих на бактериальную клетку (антибиотики, ферменты, антитела и др.), происходит L— трансформация бактерий, приводящая к постоянной или временной утрате клеточной стенки. L- трансформация является не только формой изменчивости, но и приспособления бактерий к неблагоприятным условиям существования. В результате изменения антигенных свойств (утрата О- и К- антигенов), снижения вирулентности и других факторов L- формы приобретают способность длительно находиться (персистировать) в организме хозяина, поддерживая вяло текущий инфекционный процесс. Утрата клеточной стенки делает L- формы нечувствительными к антибиотикам, антителам и различным химиопрепаратам, точкой приложения которых является бактериальная клеточная стенка. Нестабильные L- формы способны реверсировать в классические (исходные) формы бактерий, имеющие клеточную стенку. Имеются также стабильные L- формы бактерий, отсутствие клеточной стенки и неспособность реверстровать которых в классические формы бактерий закреплены генетически. Они по ряду признаков очень напоминают микоплазмы и другие молликуты— бактерии, у которых клеточная стенка отсутствует как таксономический признак. Микроорганизмы, относящиеся к микоплазмам- самые мелкие прокариоты, не имеют клеточной стенки и как все бактериальные бесстеночные структуры имеют сферическую форму

Цитоплазматическая мембрана бактерий, ее строение, функции.

3.Цитоплазматическая мембрана ограничивает с наружной стороны цитоплазму, имеет трехслойное строение и выполняет ряд важнейших функций- барьерную (создает и поддерживает осмотическое давление), энергетическую (содержит многие ферментные системы- дыхательные, окислительно- восстановительные, осуществляет перенос электронов), транспортную (перенос различных веществ в клетку и из клетки

Тинкториальные свойства бактерий, их диагностическая значимость. Простые и сложные методы окраски бактерий ( методы: Грама, Циля-Нельсена, Бури-Гинса, Нейсера, Ожешко и др) Механизм взаимодействия красителей с отдельными структурами бактериальной клетки.

— св-ва бактерий, грибов и простейших, характеризующие их способность вступать в реакцию с красителями (см. Красители) и окрашиваться определенным образом.

Сложные способы окраски: основаны на особенностях физ-хим стр-я микр кл. Они примен для детального изучения стр-ры кл, также для хар-ки и диффернц-ии микроба. Сложные методы явл-ся необх для диагн-ки.Окраска по Грамму: это самый универс. Все бакт делят на ГР+ (окраш-ся по Грамму) и ГР- (не окраш-ся).Сущн-ть метода в том, что краска трифенилметанового ряда (генцианвиолет, йод и т.д.) образ в протоплазме бакт соединение, котор прочно удерж-ся бакт при обесцвечивании их спиртом. Такие бакт ост-ся окрашен в сине-фиолет цвет (ГР+), др не облад св-ом удерживать краску и при обработке спиртом обесцв-ся (ГР-).На фиксиров мазок кладут небольш кусок фильтр бумаги и налив р-р генцианвиолета на 1-2 мин, снимают бумагу, сливают краску и не промывая водой налив р-р люголя на 1мин., затем его сливают и дей-ют спиртом, промыв водой, дополн окраш разведен фуксином на 1-2мин, слив краску и промыв водой, обсушив.Все патоген кокки, кроме менинго- и гонококков, явл-ся ГР+, а извитые формыГР-.Окраска кислотоуст бакт (поЦ,—Н.): кислотоуст бакт трудно воспринем красящ в-ва, это связано с наличием миколевой к-ты и больш кол-вом липидов.На фикс мазок кладут фильтр бумагу и налив карболовый фуксин Циля, мазок с краской 2-3раза подогрев до появл-я паров, дают препарату остыть, сним бумажку, слив краску и промыв препарат, обесц 5% серн к-той, тщательно промыв водой, докрашив метиленовой синей 3-5мин. Кислотоуст бакт красные, остальн синие.Способ Нейссера (окраска зерен волютина:) фикс мазок окраш уксуснокислой синей 1мин, слив краску, промыв водой, обрабатыв р-ром люголя 20-30сек, на промывая водой окраш везувином 10-15сек, промыв водой, высуш, иссл-ют в иммерс сист.Тела бакт окраш в нежный светло-коричн цвет, зерна-в темно-синий. Простые методы: По Бури-Гинсу: иссл материал смешив с тушью, фикс-ют на пламени и окраш фуксином в разведении1:3, бакт окраш в красн, капсулы неокрашены. Ожешки: на правом краю предм стекла делают густой мазок из культ, просуш его не фиксируя, налив на него 0,5% солян к-ты, подогр 2мин и слив краску, промыв, обсуш, фикс-ют и красят фусином Циля, затем обесц-ют 5% серн к-той, промыв и докраш метиленовой синей.Споры ярко-красные, вегет тела синие.

Источник

Протопласты, сферопласты и L-формы бактерий.

Протопласты – формы прокариот, полностью лишенные клеточной стенки, образуются обычно у грам «+» бактерий. Сферопласты – бактерии с частично разрушенной клеточной стенкой. Наблюдаются чаще у грам «-» бактерий, реже у грам «+». Образуются в результате разрушения пептидогликанового слоя литическими ферментами: например, лизоцимом или блокирование биосинтеза пептидогликана антибиотиками, например, пенициллином в среде с соответствующим осмотическим давлением. Протопласты и сферопласты имеют сферическую форму или полусферическую, и в 3-10 раз крупнее исходных клеток. В обычных условиях наступает осмотический лизис и они погибают.

L-формы бактерий – это фенотипические модификации, или мутанты бактерий, частично или полностью утратившие способность синтезировать пептидогликан клеточной стенки. Свое название они получили в связи с тем, что были выделены и описаны в институте Листера в Англии в1935 г. образуются под воздействием L-трансформирующих агентов – антибиотиков (пенициллина, стрептомицина, полимиксина и др.), аминокислот (глицина, лейцина и др.), фермента лизоцима, ультрафиолетовых и рентгеновых лучей. В отличие от протопластов и сферопластов L-формы обладают относительно высокой жизнеспособностью и выраженной способностью к репродукции. L-формы бактерий полиморфны: встречаются элементарные тельца 0,2-1 мкм, шары- 1-5, большие тела- 5-50, нити. Способностью к L-трансформации обладают практически все виды бактерий. L-формы бактерий в отсутствии фактора, вызвавшего их образование, реверсируют в исходные клетки (для частично утративших синтезировать пептидогликан).

L-формам придается большое значение в развитии хронических рецидивирующих инфекций, носительстве возбудителей, длительной персистенции их в организме.

Леция №3

Систематика микроорганизмов

Литература: 1. Г.Шлегель. Общая микробиология. М.:Мир, 1987

2. Определитель бактерий Берджи / под ред. Дж.Хоулта.-М. “Мир”, 1997

План лекции:

1. Прокариоты и эукариоты.

2. Систематика микроорганизмов и основные таксономические категории.

3. Современная классификация бактерий по Берги.

1. Элементарной физической единицей живого является клетка – это наи-

От истинных ядерных клеток эукариот прокариоты отличаются неотделенной оболочкой однокольцевой молекулой ДНК, свободно располагающейся в цитоплазме. Кроме того, в прокариотической клетке могут содержаться очень небольшие кольцевые молекулы ДНК – плазмиды. Клеточная стенка прокариот (за исключением микоплазм) содержит пептидогликан (муреин), который не встречается у эукариот. Кроме того, прокариоты отличаются отсутствием внутриплазматического ретикулума (кроме участвующего в фотосинтезе аппарата цианобактерий), наличием жгутикового локомоторного аппарата, накоплением запасного вещества поли-бета-оксибутирата и др. уникальными признаками.

Эукариоты имеют истинное ядро. Рибосомы более крупные, чем упрокариот, геном представлен набором хромосом, которые при митозе удваиваются и распределяются между дочерними клетками. В хромосомах ДНК находится в связи с гистонами. В эукариотической клетке имеются и др. органеллы, содержащие ДНК – митохондрии и (у растений) хлоропласты.

2. Несмотря на большое многообразие, обитающие на нашей планете существа имеют филогенетическое родство. Чем теснее родственная связь, тем большим числом общих признаков они обладают. Группированием живых организмов по наибольшему общему сходству занимается специальная отрасль биологической науки – систематика или таксономия.

Систематика (таксономия) – наука, занимающаяся вопросами классификации, номенклатуры и идентификации микроорганизмов. Задачей классификации является объединение микроорганизмов с общими свойствами в определенные группы (таксоны).

Номенклатура – система наименований, применяемых в определенной области знаний.

Идентификация– отнесение микроорганизмов к определенному таксону (виду) на основании конкретных признаков.

Систематика микроорганизмов использует два подхода к классификации:филогенетический, в котором принадлежность организма к тому или иному таксону определяют, исходя из его генетического родства (эволюционных отношений), и фенотипический, основанный на сходстве этого организма и известного таксона. Филогенетическая классификация – естественная, фенотипическая – искусственная. Естественная классификация пока не осуществима. Современные системы классификации микроорганизмов, по существу, являются искусственными. В настоящее время для классификации используют комплекс признаков: фенотипические (морфологические, культуральные, физиологические и др.свойства), а также и генотипические (физико-химические свойства ДНК).

В классификации для группирования родственных организмов используют следующие таксономические категории: царство (regnum), отдел (divisio), группа (section), класс (classis), порядок (ordo), семейство (familia), род (genus), вид (species).Основной номенклатурной единицей является вид.

Под видом подразумевается совокупность родственных микроорганизмов, имеющих общий корень происхождения и близкие свойства. В роды объединяют близкие по большинству общих признаков виды. В семейства и более высокие таксоны микробов группируют по этому же принципу, при этом имеются большие условности.

Чтобы облегчить общение микробиологов, всем микробам присваивают научные названия в соответствии с Международным кодексом номенклатуры бактерий. Для этого пользуются универсальным латинским языком и алфавитом. Названия родов и более высоких таксонов унитарны, т.е. состоят из одного слова, преимущественно существительного в единственном (родов) или множественном (семейств) числе. В последнем случае название имеет окончание асеае. Для обозначения вида микроорганизма применяют биноминальную номенклатуру, предложенную еще Линнеем. В соответствии с этой номенклатурой название микроорганизма состоит из двух слов. Первое означает родовую принадлежность его и пишется с прописной буквы. Название рода обычно является производным от слов, характеризующих морфологический признак микроба (напр. стрептококки – кокки, располагающиеся цепочкой), или от фамилии ученого, впервые выявившего его (Pasteurella – от Пастер, Salmonella – Сальмон,Brucella – Брюс и т.д.). Второе слово пишется со строчной буквы. Оно обозначает видовое название микроорганизма. В основе названия вида лежит какое-либо отличительное биологическое свойство микроба (выделение желтого пигмента у золотистого стафилококка) или признак вызываемого им заболевания (Cl.botulinum – возбудитель ботулизма), фамилия первооткрывателя (Cl.chauvoei – бацилла Шаво, возбудитель эмфизематозного карбункула) и др.

Виды могут подразделяться на подвиды. Это культуры у которых обнаруживают отклонение от типичных видовых свойств. Название подвидов – тринарные, так как состоят из трех слов: названия вида из двух слов и третье слово обозначает подвид. При этом предпочтительнее перед подвидовым названием указывать ранг словом subsp. \ subspecies – подвид\. Напр., Campylobacter fetus subs. fetus, Campylobacter fetus subs. venerealis.

Имеются также и инфраподвидовые подразделения, которые основаны на отличии особей каким-либо наследственным признаком: антигенным – серовар, биохимическим – биовар, отношением к фагам – фаговар, патогенностью – патовар и др.

В микробиологии пользуются терминами “штамм” и “клон”. Штамм – культура одного и того же вида, выделенная из разных объектов и отличающаяся незначительными изменениями свойств (напр. чувствительностью к антибиотикам, ферментацией углеводов и др.). Под термином “культура” понимают микроорганизмы, выращенные на плотной или жидкой питательной среде в условиях лаборатории. Культуру микроорганизмов, полученную из особей одного вида, называют чистой культурой. Смешанной культурой называют смесь неоднородных микроорганизмов, выделенных из исследуемого материала (молока, почвы, воды и др.). Клон – это культура, полученная из одной клетки.

Комплекс микроскопических, микробиологических и серологических исследований, направленных на определение вида или типа микроба, лежит в основе мероприятий, получивших название идентификации микроорганизмов. Идентификацию микроорганизмов проводят по специальным определителям. Известны такие определители как “Определитель бактерий и актиномицетов” Н.А.Красильникова /1949/, “Определитель микробов” Р.А. Циона /1948/ и др. Международнопризнанным определителем является “Руководство по систематике бактерий” Д.Х.Берги, девятое издание которого вышло в 1984 г.

3. Первые издания определителя бактерий выходили под редакцией Д.Х.Берги /1860-1937/, последующие /1938-1984/ подготовлены большой группой авторов из разных стран мира и представляют коллективный труд.

В девятом издании /1984 г./ все прокариотические микроорганизмы объединены в царство Procaryotae, которое подразделяется на четыре отдела. Они, в свою очередь, делятся на группы, классы, порядки, семейства, роды, виды. Мы в дальнейшем приведем лишь те группы, семейства и роды, которые включают преимущественно возбудителей зоонозов и зооантропонозов.

Дата добавления: 2018-05-09 ; просмотров: 1495 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник