Капсулы химический состав функции способ окраски

Один из основных признаков прокариотической клетки — отсутствие внутреннего разделения, обеспечиваемого элементарными мембранами. По сути, единственная мембранная система прокариотической клетки — ЦПМ, входящая в состав клеточной оболочки, часто сложно устроенная и проникающая поперечными складками глубоко в цитоплазму. В составе любой стабильной бактериальной клетки выделяют условные компартменты — поверхностные структуры, клеточную оболочку и цитоплазму.

Поверхностные структуры бактерий

Основные поверхностные структуры бактериальной клетки — капсула, жгутики и микроворсинки. Их наличие — относительно стабильный признак, используемый для идентификации бактерий.

Капсула бактерий

Клеточную оболочку многих бактерий окружает слой аморфного, сильно обводнённого вещества. Этот покров выполняет важные функции: делает оболочку клетки (состоящей из клеточной стенки и ЦПМ) более плотной и прочной, предохраняет бактерии от воздействия бактерицидных факторов, обеспечивает адгезию на различных субстратах, может содержать запасы питательных веществ.

Организация капсул бактерий. Основную роль в организации капсул бактерий играет ЦПМ. Выделяют микрокапсулы (выявляемые только при электронной микроскопии в виде слоя мукополисахаридных микрофибрилл) и макрокапсулы (обнаруживают при световой микроскопии). У некоторых бактерий полимеры клеточной оболочки, выделяемые наружу, свободно располагаются вокруг неё, образуя слизистый слой. Капсулированные бактерии могут превращаться в бескапсульные варианты и, поскольку первые образуют мукоидные или гладкие (S), а бескапсульные — шероховатые (R) колонии, это явление известно как S- и R-диссоциация. Капсула и слизистый слой не препятствуют поступлению и выходу различных веществ из бактериальной клетки, а также плохо удерживают красители.

Окраска капсул бактерий. Для облегчения микроскопирования капсулы можно сделать видимыми, проведя негативную окраску мазка по Бурри-Гинсу или Хиссу либо с помощью реакции набухания по Нойфельду (см. ниже).

Состав капсул бактерий. В состав большинства бактериальных капсул входят сложные полисахарид ды. Капсулы также могут содержать соединения азота (например, у пневмококков капсула состоит из полисахаридов, глюкозамина и глюкуроновой кислоты), но могут и не содержать азот (например, капсулы лейконостоков состоят из декстрана, левулана, фруктозана и других полимеризованных моносахаров). Капсулы некоторых болезнетворных бактерий (например, Bacillus anthracis) формируют полисахариды и полипептиды, образованные мономерами D-глутаминовой кислоты. Поскольку D-аминокислоты устойчивы к воздействию протеаз, такая капсула лучше защищает бактерию от ферментативных воздействий фагоцитов.

Антигенные свойства капсул бактерий. Капсульные Аг (К-Аг) многих патогенных бактерий проявляют выраженные иммуногенные свойства (например, вакцины против пневмококковых и менингококковых инфекций готовят из материала капсулы). Связывание AT с капсулой изменяет её светопреломляющие характеристики, вызывая кажущееся набухание капсулы, видимое при соответствующих условиях освещения под микроскопом и известное как реакция Нойфельда.

Источник

Споры, капсулы, ворсинки, жгутики. Их строение, химический состав, функции, методы выявления.

К поверхностным структурам бактерий (необязательным, как и клеточная стенка), относятся капсула, жгутики, микроворсинки.

Капсула или слизистый слой окружает оболочку ряда бактерий. Выделяют микрокапсулу, выявляемую при электронной микроскопии в виде слоя микрофибрилл, и макрокапсулу, обнаруживаемую при световой микроскопии. Капсула является защитной структурой (прежде всего от высыхания), у ряда микробов- фактором патогенности, препятствует фагоцитозу, ингибирует первые этапы защитных реакций- распознавание и поглощение. У сапрофитов капсулы образуются во внешней среде, у патогенов- чаще в организме хозяина. Существут ряд методов окраски капсул в зависимости от их химического состава. Капсула чаще состоит из полисахаридов (наиболее распространенная окраска- по Гинсу), реже- из полипептидов.

Жгутики. Подвижные бактерии могут быть скользящие (передвигаются по твердой поверхности в результате волнообразных сокращений) или плавающие, передвигающиеся за счет нитевидных спирально изогнутых белковых (флагеллиновых по химическому составу) образований- жгутиков.

По расположению и количеству жгутиков выделяют ряд форм бактерий.

1.Монотрихи- имеют один полярный жгутик.

2.Лофотрихи- имеют полярно расположенный пучок жгутиков.

3.Амфитрихи- имеют жгутики по диаметрально противоположным полюсам.

4.Перитрихи- имеют жгутики по всему периметру бактериальной клетки.

Способность к целенаправленному движению (хемотаксис, аэротаксис, фототаксис) у бактерий генетически детерминирована.

Фимбрии или реснички — короткие нити, в большом количестве окружающую бактериальную клетку, с помощью которых бактерии прокрепляются к субстратам (например, к поверхности слизистых оболочек). Таким образом, фимбрии являются факторами адгезии и колонизации.

F- пили (фактор фертильности) — аппарат конъюгации бактерий, встречаются в небольшом количестве в виде тонких белковых ворсинок.

Эндоспоры и спорообразование.

Спорообразование— способ сохранения определенных видов бактерий в неблагоприятных условиях среды. Эндоспоры образуются в цитоплазме, представляют собой клетки с низкой метаболической активностью и высокой устойчивостью (резистентностью) к высушиванию, действию химических факторов, высокой температуры и других неблагоплиятных факторов окружающей среды. При световой микроскопии часто используют метод выявления спор по Ожешко. Высокая резистентность связана с большим содержанием кальциевой соли дипиколиновой кислоты в оболочке спор. Расположение и размеры спор у различных микроорганизмов отличается, что имеет дифференциально- диагностическое (таксономическое) значение. Основные фазы “жизненного цикла” спор- споруляция (включает подготовительную стадию, стадию предспоры, образования оболочки, созревания и покоя) и прорастание, заканчивающееся образованием вегетативной формы. Процесс спорообразования генетически обусловлен.

Некультивируемые формы бактерий.

У многих видов грамотрицательных бактерий, не образующих спор, существует особое приспособительное состояние- некультивируемые формы. Они обладают низкой метаболической активностью и активно не размножаются, т.е. не образуют колоний на плотных питательных средах, при посевах не выявляются. Обладают высокой устойчивостью и могут сохранять жизнеспособность в течение нескольких лет. Не выявляются классическими бактериологическими методами, обнаруживаются только при помощи генетических методов ( полимеразной цепной реакции- ПЦР).

Источник

Капсула

Содержание:

Многие микроорганизмы способны продуцировать на поверхности клетки слизистое вещество. В зависимости от толщины, структуры и химического состава различают капсулы, слизь, слизистые чехлы. Для прокариот характерно множество переходных форм между указанными структурами. При этом часто невозможно отличить капсулу от слизистых выделений или капсулу от чехла. Все эти структуры не являются жизненно необходимыми для бактериальной клетки. Они могут быть удалены механическим или ферментативным способами.

Типы капсул

В зависимости от толщины слизистого слоя различаются:

Микрокапсула – толщина слизистого слоя до 0,2 мкм. Микрокапсула видна только в электронный микроскоп. Ее связь с клеточной стенкой очень прочна. Иногда ее предлагается рассматривать в качестве элемента клеточной стенки. Микрокапсулы образует кишечная палочка – Escherichia coli.
Макрокапсула (истинна капсула) – толщина слоя слизи более 0,2 мкм. При негативной окраске бактерий (смешивании с китайской тушью) макрокапсула хорошо видна в световой микроскоп (светлая на темном фоне). Макрокапсула характеризуется специфической внешней структурой. Поверх макрокапсулы концентрируется ещё один слизистый слой, связь с капсулой у которого непрочная. Об этом свидетельствует обнаружение в культуральной жидкости материала, составляющего слизистый слой . Макрокапсулы образуют: возбудитель сибирской язвы Bacíllus ánthracis, возбудитель пищевых отравлений человека Clostridium perfringen.

Как указывалось выше, капсула не является обязательной структурой бактериальной клетки, и потеря ее не приводит к гибели бактерии. Известны бескапсульные мутанты, в частности вакцинный штамм сибирской язвы СТИ 1.

Капсула, окружающая бактериальную клетку, по толщине часто превосходит ее диаметр. Кроме того, может наблюдаться образование одной капсулы для многих клеток одновременно, как у сапрофитной бактерии лейконосока. Скопление бактерий, заключенные в общую капсулу называют зооглеями.

Химический состав

Вещество капсул представлено высокогидрофильными мицеллами. Химический состав кпсул весьма разнообразен.

Чаще всего капсулы образуют полисахариды. В частности, полисахаридный химический состав капсул характерен:

для бактерий Streptococcus mutans (обнаруживается в ротовой полости человека и является одной из причин возникновения кариеса);
для некоторых представителей родов Xanthomonas, Klebsiella, Corynebacterium.

Капсулы других бактерий состоят из полипептидов, представленных полимерами, в которых содержится много D- и L-форм глутаминовой кислоты. В частности, бактерии Bacillus anthracis (возбудитель сибирской язвы) образуют полимерную капсулу.

Ряд бактерий способны синтезировать капсулу, состоящую из волокон целлюлозы. Таким образом построена капсула Sarcina ventriculi (неспороносные и непатогенные бактерии).

Микрокапсулы микобактерий туберкулеза млекопитающих входят гликопептиды, представленные сложным эфиром трегалозы и миколовой кислоты.

Синтез капсул

В образовании капсул принимает участие клеточная стенка и цитоплазматическая мембрана.

Синтез капсулы для прокариот является видоспецифическим процессом. Считается, что биополимеры капсулы синтезируются на наружной поверхности цитоплазматической мембраны и выделяются на поверхность клеточной стенки в определенных участках.

Функции капсул

Не смотря на возможность существования бескапсульных форм, капсула является важной структурой бактериальной клетки.

Капсула – полифункциональный органоид, выполняющий ряд важных биологических функций:

предохранение клетки от неблагоприятных факторов окружающей среды (высыхания, механических повреждений);
создание дополнительного осмотического барьера;
место локализации капсульных агентов, определяющих вирулентность, антигенную специфичность и иммуногенность бактерий. Утрата капсулы патогенными бактерий значительно снижает их вирулентность;
барьер для бактериофагов, препятствие для их адсорбции на клетках бактерии;
источник запасных питательных веществ;
объединение клеток в цепочки и колонии;
обеспечение прикрепления клеток к поверхности субстрата .

Определение микрокапсул

Микрокапсулы и слизистые слои определяют при помощи серотологических реакций (РА). Антигенные компоненты капсулы идентифицируют при помощи иммунофлюоресцентного метода (РИФ).

Практическое значение

Образуемые бактериальными клетками капсульные полисахариды находят большое значение в практическом использовании.

Внеклеточный полисахарид бактерии Xanthomonas campestris – ксантан, используется в составе смазок при добыче нефти, в пищевой промышленности для улучшения вкусовых свойств замороженных и консервированных продуктов, кремов, соусов. Находит ксантан применение и в косметической промышленности.

Синтезируемые бактериями Leuconostoc mesenteroides декстранты применяются в качестве кровезаменителей, для лечения ожогов, очистки и разделения биологических молекул, как полиэлектролиты.

Источник

Капсула, её роль, химический состав, методы выявления, назвать капсуальные бактерии.

Капсула бактерии — слизистая структура толщиной более 0,2 мкм, прочно связанная с клеточной стенкой бактерий и имеющая чётко очерченные внешние границы. Капсула различима в мазках-отпечатках из патологического материала. В чистых культурах бактерий капсула образуется реже. Она выявляется при специальных методах окраски по Бурри-Гинсу, создающих негативное контрастирование веществ капсулы: тушь создаёт тёмный фон вокруг капсулы.Макрокапсула не является обязательным структурным элементом микробной клетки. Ее образование зависит от среды, в которой находятся бактерии, и от свойств микроба, сформировавшихся в процессе эволюционного развития микроорганизма. Благодаря тому, что капсула на 98% состоит из воды, она служит как бы защитным осмотическим барьером против притока большого количества жидкости и против высушивания. Капсула защищает бактерии от фагоцитоза, антител, бактериофагов, является фактором патогенности.Капсула может быть утрачена клеткой без потери ее жизнеспособности, хотя роль ее в защите бактерий очень существенна.Бактерии, образующие капсулу внутри макроорганизма, при выделении в окружающую среду, спустя два часа прекращают ее продуцировать.

Капсула состоит из полисахаридов (экзополисахаридов), иногда из полипептидов; например, у сибиреязвенной бациллы она состоит из полимеров D-глутаминовой кислоты. Капсула гидрофильна, включает большое (до 98 %) количество воды.По химическому составу капсулы чаще всего представляют собой полисахариды. Иногда они состоят изгликопротеидов (сложные комплексы сахаров и белков) и полипептидов (род Bacillus), в редких случаях — из клетчатки (род Acetobacter). Слизистые вещества, выделяемые в субстрат некоторыми бактериями, обусловливают, например, слизисто-тягучую консистенцию испорченного молока и пива.

Окраска по Романовскому-Гимзе. Фиксированный мазок кладут в чашку Петри мазком вниз на подставки из стеклянной соломки или спичек и наливают рабочий раствор краски Романовского-Гимза (15—20 капель на 10 мл воды). Через 15—20 мин препарат промывают водой и высушивают на воздухе. Бактерии окрашиваются в тёмно-синий цвет, капсулы — в розовый.

Окраска по Михину. На фиксированный мазок наливают метиленовую синь Леффлера (30 мл насыщенного спиртового раствора метиленовой сини растворяют в 100 мл воды, добавляют 1 мл 1 % раствора NaOH и выдерживают в термостате месяц) при лёгком нагревании выдерживают 3—5 мин, быстро промывают водой и высушивают. Бактерии окрашиваются в синий цвет, капсулы — в розовый.

Метод Бурри-Гинса используется для окраски капсульных бактерий и основан на том, что капсула не воспринимает красители. Капсулу выявляют негативным контрастированием фона по Бури. Для этого черную тушь смешивают в культурой и высушивают. После этого проводят фиксацию в пламени горелки, окрашивают тела микробных клеток по Гинсу — водным фуксином в течение 1 минуты и промывают водой 5-10 секунд. В результате на темном фоне хорошо видна бесцветная капсула и красные тела микробов.

Капсульные бактерии. К ним относятся клебсиеллы — это группа грамотрицательных неспорообразующих и неподвижных палочек, которые обладают обычными капсулами и на питательных средах образуют слизь.

Основными видами этого рода являются палочка склеромы (риносклеромы), палочка озены и диплобациллы Фридлендера, вызывающие пневмонию. Капсульные бактерии обнаруживаются в слизи носа и зева больных склеромой и озеной, в мокроте и в тканях легких больных фридлендеровской пневмонией, при инфекциях мочевых путей и в испражнениях человека, а также в объектах внешней среды.

Источник