Способы движения бактерий микробиология

18. Движение бактерий. Виды расположения жгутиков. Функции фимбрий и пилей.

* Монотрихиальное жгутикование (Располагаются на поверхности тела бактерий по одиночке);

* Лофотрихиальное жгутикование (пучком на одном или обоих концах клетки);

* Перитрихиальное жгутикование (могут находиться на всей поверхности клетки).

Ворсинки. Многие бактериальные клетки имеют на своей поверхности прямые отростки – ворсинки, фимбрии, пили. Они короче (до 12 мкм) и тоньше (диаметр до 25 нм) жгутиков, но более многочисленны (от 10 до многих тысяч). Ворсинки построены из белка – пилина – и представляют собой прямые белковые цилиндры толщиной 8,5 – 9,5 нм и длиной до 1 мкм, отходящие от поверхности клетки.

Пили расположены на поверхности клеток чаще всего перитрихиально или сконцентрированы на полюсах – полярное расположение. Пили обнаружены у подвижных и неподвижных форм, выполняют различные функции, также через ворсинки в клетку могут проникать бактериофаги. Имеются ворсинки общего типа и половые.

Ворсинки общего типа придают бактериям свойство гидрофобности, обеспечивают их прикрепление к клеткам животных, растений, грибов и неорганическим частицам, принимают участие в транспорте метаболитов. С их помощью бактерии прикрепляются к субстрату или образуют агрегаты клеток. Фимбрии общего типа участвуют в регуляции водносолевого обмена бактерий (у них внутри имеется канал шириной 1-2 нм). В целом, ворсинки отвечают за адаптацию организмов, выживаемость и распространены не только у патогенных, но и сапротрофных видов.

Более крупные ворсинки получили название F-пили (от англ. fertility – плодовитый), внутри они имеют канал диаметром 3-4 нм и служат для передачи наследственной информации из клетки в клетку при конъюгации бактерий. F-пили необходимы клетке-донору для обеспечения контакта между ней и реципиентом и в качестве конъюгационного тоннеля, по которому происходит передача ДНК.

Ворсинки нельзя считать обязательной клеточной структурой, без них бактерии хорошо растут и размножаются. Побочная функция фимбрии – защита клетки от нападения паразитов, адгезия, образование колоний и агрегатов.

19. Движение бактерий. Характер движения бактериальной клетки. Виды таксисов.

1. Хемотаксис – движение за счет влияния химических или питательных веществ. Аттрактант – привлекающий фактор. Репеллент – отталкивающий фактор.

2. Фототаксис – движение в зависимости от света, положительный фототаксис свойственен для фотосинтезирующих бактерий.

3. Аэротаксис – движение за счет воздуха. Аттрактантом для аэробных и репеллентом для анаэробных

прокариот является молекулярный кислород.

4. Магнитотаксис – движение под влиянием соединений железа

5. Вискозитаксис – способность реагировать на изменение вязкости раствора и перемещаться в направлении ее увеличения или уменьшения

Выделяют следующие виды движения:

*Дрожание или кувыркание

*Катание по слизи

Подвижные бактерии оставляют на субстрате особый налет – «роение». Это объясняется наличием у подвижных бактерий Н-антигена (от нем. Hauch – налет), содержащегося в жгутиках.

Неподвижные бактерии имеют только соматический антиген О-антиген (от нем. ohne Hauch – без налета).

У бактерий с перитрихиальным жгутикованием выявлены два вида двигательного поведения: прямолинейное движение и кувыркание, т.е. периодические и случайные изменения направления движения.

Если в клетке много жгутиков, все они при движении собираются в пучок, вращаясь в одном направлении.

Вращение жгутиков передается клетке, начинающей вращаться в противоположном направлении, и обеспечивает эффективное движение (плавание) в жидкой среде и более медленное перемещение по поверхности твердых сред.

Плавающее движение осуществляется клеткой, когда вращение жгутиков синхронизировано.

Если жгутики не синхронизированы, то движение бактерий напоминает кружение на одном месте, дрожание или кувыркание.

Обычно дрожание и плавание чередуются в зависимости от наличия аттрактанта, при увеличении концентрации аттрактанта дрожание подавляется, сменяясь плаванием.

Движение бактерий, имеющих жгутики, носит свободно-плавающий характер:

*плавание — синхронизированное, в сторону аттрактанта

*кувыркание – не синхронизировано, в сторону от репеллента

У бактерий жгутики правовращающие, у архей – левовращающие.

Движения спирохет весьма активны. Характер движения – вращательно-спиральный, обусловленный сокращением осевой нити (аксостиля) клетки.

Характер движения миксобактерий – скользящий, что определяется соприкосновением выбрасываемой ими слизи с субстратом.

Цианобактерии лишены жгутиков, однако они тоже способны к движению за счет энергии градиента

Моторы сине-зеленых водорослей вращают белковые тяжи, спрятанные в периплазме

Жгутики есть во всех группах архей, даже у группы термоплазм, лишенных клеточной стенки. Археи живут в экстремальных условиях, поэтому их жгутики устойчивы к экстремальным внешним воздействиям.

кольца аналогичные кольцам жгутиков бактерий отсутствуют. Архейные жгутики состоят из уникальных компонентов, которые уложены иным способом и синтезируются иначе, чем у бактерий. Жгутик археев включает до пяти различных видов белков, представляющих собой кислотоустойчивые полимеры гликопротеидов, больше схожие с белками пилей. Жгутики архей тоньше, чем бактериальные – в диаметре не более 14 нм.

Источник

Разнообразие форм и механизмов движения бактерий

Движение бактерий (таксис) осуществляется с помощью сокращений, выделяемой слизи, газовых вакуолей, жгутиков или других отростков на поверхности тела. В зависимости от способа передвижения различают плавание, катание по слизи, изгибание, дрожание и кувыркание. Направленность перемещения определяется действием химических веществ, света и кислорода, изменением концентрации раствора, температурными показателями.

Зачем бактериям перемещаться

Передвигаясь, прокариоты имеют возможность добираться до питательных веществ и других привлекательных вещей, без которых невозможна их жизнедеятельность. Также эта способность помогает им избегать опасности.

Двигаясь в сторону источника питания или в противоположном направлении от репеллента (репеллентом называют вещество или явление, «отпугивающее» бактерию), микроорганизмы совершают серию прямолинейных движений. Движения чередуются с остановкой и переориентацией в зависимости от концентрации привлекающего и отпугивающего вещества. Таким способом прокариоты получают возможность добраться до конечной точки назначения, без учета направления движения среды и других тормозящих факторов.

В нормальной (изотропной) среде целенаправленное движение бактерий отсутствует, а длина прямолинейных отрезков перемещения остается примерно одинаковой.

Органоиды движения

Бактерии осуществляют движение с помощью:

• жгутиков;
• ворсинок;
• выделяемой слизи;
• сокращения и распрямления клетки;
• механизма отталкивания в момент резкого выброса порции слизи;
• газовых вакуолей.

Органеллы движения бактерий различаются строением, количеством и расположением, определяя этим способ и скорость перемещения микроорганизма.

Способы передвижения бактерий

Различают несколько типов движения бактерий.

1. Скольжение, характерное для миксобактерий, цитофагов и микоплазм. Скорость передвижения невысока – от 2 до 11 мкм/с.
2. Вращение, присущее спирохетам. Они передвигаются с высокой скоростью благодаря собственным колебаниям.
3. Перемещение с помощью жгутиков и ворсинок.

Еще один способ таксиса, или направленного перемещения, обусловлен внешними факторами:

• хемотаксис — за счет присутствия химических реагентов или питательных веществ;
• фототаксис — в зависимости от света;
• аэротаксис — под влиянием кислорода;
• магнитотаксис — в зависимости от присутствия молекул железа;
• вискозитаксис — за счет изменения концентрации или вязкости раствора.

Органы движения бактерий, называемые пилями, представляют собой цилиндры. Они образованы молекулами белка – пилина. Их толщина составляет от 8.5 до 9.5 нм, а длина не превышает 1 мкм.

Такие ворсинки обеспечивают не только передвижение бактерий, но прикрепление их к живым клеткам макроорганизмов или питательным субстратам. Это происходит за счет адгезинов, покрывающих поверхность пилей полностью или частично.

Пили имеют различное строение и расположение, покрывая равномерно всю поверхность тела бактерий или концентрируясь на полюсах. Они обуславливают не только движение бактерий, но служат для передачи наследственной информации, отвечают за их выживаемость и адаптацию при изменении условий среды обитания.

Жгутики

Наиболее быстрое перемещение бактерий в пространстве может осуществляться при помощи жгутиков, образованных протеином флагеллином. Эти органоиды представляют собой тонкие спиралевидные структуры, состоящие из спиральной нити и базального тела, соединенных между собой крюком. Крепление к мембране и клеточной стенке осуществляется при помощи парных дисков.

Перемещение микроорганизмов вперед происходит благодаря вращению жгутиков против часовой стрелки, а назад — по ее ходу.

Данный механизм основан на способности бактериальных клеток преобразовывать электрохимическую энергию в механическую, используя разницу между концентрацией заряженных частиц на внешней и внутренней оболочке мембраны. Коэффициент полезного действия при этом настолько высок, что на вращение жгутика тратится лишь 0.1% общей энергии, расходуемой на поддержание всех процессов жизнедеятельности.

Классификация прокариотов по количеству и локализации жгутиков:

• монотрихи, имеющие 1 жгутик;
• перитрихи — жгутики равномерно распределены по всей поверхности стенки бактерий;
• лофотрихи — сосредоточение множества жгутиков на одном конце бактериальной клетки;
• амфитрихи — наличие одиночных жгутиков или их скопления на обоих полюсах.

Эта характеристика определяет направленность перемещения:

• прямолинейное — лофо- и монотрихи;
• беспорядочное движение (кувыркание) — перитрихи.

Повреждение клеточной стенки приводит к параличу жгутиков и потере микроорганизмами способности передвигаться. При этом бактерия остается живой.

У некоторых извитых форм бактерий сильно изгибающиеся движения происходят за счет оставшихся моторов жгутиков, утративших свои белковые нити. Еще один вариант – своеобразные «конвейерные ленты» под внутренней оболочкой клетки, по которым двигаются белки внешней мембраны.

Слизь

Безжгутиковые формы бактерий передвигаются с помощью скользящих движений. На полюсах этих прокариотов имеется около 200 структур, секретирующих слизь. Она выделяется через многочисленные поры клетки в направлении, противоположном ее перемещению.

Газовые вакуоли

Органоидами передвижения некоторых бактерий являются газовые вакуоли (аэросомы). Это газовые полости, расположенные внутри клетки. Они состоят из многочисленных продолговатых пузырьков, заключенных в защитную белковую оболочку.

Функция газовых вакуолей — обеспечение подвижности микроорганизмов в водной среде, возможность изменять глубину погружения.

Такой способ передвижения отмечен у некоторых почвенных бактерий, передвигающихся вверх и вниз по многочисленным капиллярам.

При увеличении аэросом происходит автоматическое снижение плотности бактериальной клетки, за счет чего происходит подъем на поверхность. Для обратного погружения микроорганизм избавляется от лишнего воздуха или начинает быстро накапливать тяжелые сахара.

Но при попадании в область высокого давления вакуоли быстро разрушаются, утрачивая способность к восстановлению.

Движение микоплазм

Среди микоплазм встречаются неподвижные формы, а также бактерии, характеристика движений которых носит скользящий тип при помощи выбрасывания порции слизи.

Для осуществления роения некоторые микоплазмы используют специфические пили. Чередование их сокращений и удлинений позволяет совершать медленные движения в пределах колонии.

Гипотетические способы

В микробиологии существуют гипотезы относительно некоторых способов движения бактерий. Одна из них — теория «бегущей волны». Согласно ей, на поверхности клетки во время вращения фибрилл, расположенных под наружной мембраной клеточной стенки, образуются движущиеся выпуклости. С их помощью микроорганизм отталкивается от твердого субстрата.

Откуда бактерии знают, куда им двигаться

Направленные движения бактерий определяются наличием в окружающей среде аттрактантов или репеллентов. Их распознавание происходит с помощью многочисленных белковых рецепторов, располагающихся на поверхности клеточных мембран. Каждая группа рецепторов реагирует на конкретный раздражитель, передавая сигнал о его наличии внутрь клетки.

Вместе с другими организмами, получившими аналогичный сигнал, прокариот начинает двигаться короткими прямолинейными отрезками. Но из-за столкновений с окружающими частицами такое движение в одном направлении длится не более 3 секунд. Затем оно может кардинально перенаправиться в противоположную сторону. Не сбиться с пути прокариотам помогает механизм изменения вращения жгутиков. Вращаясь по часовой стрелке, микроорганизм останавливается и кувыркается с растопыренными в разные стороны жгутиками. В этот момент он измеряет концентрацию необходимого вещества, меняет направление вращения, возвращается к прямолинейному движению.

Такая схема позволяет не сбиться с правильного направления среди большого количества бактерий и быстро достигнуть намеченной цели.

С помощью лабораторных исследований установлено, что длина отрезков пути увеличивается в зависимости от приближенности к объекту. За минуту прокариот может преодолеть расстояние, превышающее размеры его тела в 300-3000 раз. На этот показатель влияет вязкость среды, температура, концентрация аттрактанта и некоторые другие факторы.

Вопрос-ответ

Ученики часто сталкиваются с вопросами о передвижении бактерий на лабораторных работах и во время тестирования.

Как перемещаются бактерии

Прокариоты перемещаются с помощью жгутиков, ворсинок, слизи, газовых вакуолей, реактивных сокращений, волнообразных, сгибательных, вращательных движений и роения.

Способны ли бактерии самостоятельно передвигаться

У подвижных форм прокариотов существуют органеллы движения, позволяющие им передвигаться в определенном направлении. Для неподвижных микроорганизмов характерно броуновское движение.

Что используют почвенные бактерии для передвижения

Органами движения бактерий на твердом субстрате являются жгутики, пили и слизь, выделяемая по принципу «реактивной струи» в противоположном направлении относительно перемещения микроорганизма. В почвенных капиллярах прокариоты могут подниматься и опускаться благодаря газовым вакуолям.

Участвует ли капсула в перемещении бактерий

Нет. Капсула выполняет защитную функцию.

Определение движения микроорганизмов

Направленность движения (таксиса) прокариот определяется наличием привлекающих или отталкивающих внешних факторов, в качестве которых выступают питательные вещества, кислород, свет, молекулы железа, консистенция раствора и другие.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Источник