Способы передвижения бактерий микробиология

Способы передвижения бактерий микробиология

Схема строения жгутика бактерий.

Жгутики бактерий определяют подвижность бактериальной клетки. Жгутики представляют собой тонкие нити, берущие начало от ЦПМ, имеющие большую длину, чем сама клетка. Толщины жгутиков 12-20 нм, длина 3-12 мкм.

Жгутики состоят из сократительного белка типа миозина – флагеллина (от. лат. flagellum – жгутик), обладающего антигенной специфичностью. Субъединицы флагеллина закручены в виде спирали.

Жгутик состоит из трех компонентов – спиральной жгутиковой нити (филамента) постоянной толщины, крючка (колена) и базального тельца. Крючок, к которому присоединена жгутиковая нить, имеет длину 30-45 нм и состоит из отличающегося от флагеллина белка. Он соединен с базальным тельцем, которое располагается в оболочке (в клеточной стенке и ЦПМ). Нити жгутиков приводит в движение мембранный шарнироподобный базальный крюк. Базальное тельце состоит из центрального стержня, заключенного в систему особых колец. Кольца выполняют роль «приводного диска» и «подшипника» на внутренней поверхности пептидогликанового слоя. Вся конструкция выполняет функцию хемомеханического преобразователя (флагеллиновый мотор).

У грамотрицательных бактерий две пары колец: внешняя (кольца L и Р) и внутренняя (кольца S и М). Кольца L и Р расположены внутри клеточной стенки (кольцо L в ЛПС, а кольцо Р – в слое пептидогликана). Они выполняют, очевидно, роль втулки для стержня. Внутренняя пара (кольца S и М) фиксирована на ЦПМ, причем кольцо S располагается в периплазматическом пространстве, а кольцо М – на ЦПМ или в ней. Жгутики грамположительных бактерий, имеющих более толстую гомогенную клеточную стенку, содержат только одну пару колец – S и М.

Вращение жгутика в клеточной стенке происходит из-за вращательного движения колец S и М относительно друг друга и обеспечивается за счет энергии трансмембранного градиента ионов водорода или натрия. Благодаря такому вращению происходит движение бактерий в наиболее благоприятном для них направлении. Жгутиковый аппарат обладает особым бинарным переключателем, который позволяет менять направление вращения жгутиков против часовой стрелки на противоположное. Таким образом, бактерии, получив химический сигнал из окружающей среды, изменяют направление движения и выбирают оптимальные условия обитания.

Модель движения жгутика.

Число жгутиков у бактерий различных видов варьирует от одного (монотрих) у холерного вибриона до десятка и сотен жгутиков, отходящих по периметру бактерии (перитрих) у кишечной палочки, протея и др. Лофотрихи имеют пучок жгутиков на одном конце клетки. Амфитрихи имеют по одному жгутику или пучку жгутиков на противоположных концах клетки.

Расположение жгутиков у бактерий.

Жгутики выявляют при помощи электронной микроскопии препаратов, напыленных тяжелыми металлами, или в световом микроскопе после обработки специальными методами, основанными на протравливании и адсорбции различных веществ, приводящих к увеличению толщины жгутиков (например, после серебрения). Подвижность бактерий определяют при помощи фазово-контрастной или световой микроскопии «раздавленной» или «висячей» капли).

Vibrio cholerae. Фрагменты клеток с полярно расположенным жгутиком (Ж). Электронная микроскопия, х130000.

Источник

III. Способы движения бактерий, спорообразование.

У большинства бактерий, способных перемещаться, подвижность обусловлена наличием жгутиков, это характерно для палочек. Скользящие бактерии и спирохеты движутся за счет сокращения тела; кокки, как правило, неподвижны. Бывает монотрихальное расположе-ние (1 жгутик) и политрихальное (много жгутиков).

Движение бактерий обуславливает обращение жгутиков. Жгутик – это нитеподобная структура, на 98% состоящая из белка – флагелина, 2% — углеводы. Белок образует спираль.

Подвижность непостоянный признак, хотя и видовой. Для определения подвижности используют молодые культуры (5 – 7 суточные).

У некоторых бактерий обнаружены более мелкие структуры, которые называются пили или фимбрии. Они участвуют в передачи наследственной информации от бактерий к бактериям.

Свободно перемещающиеся бактерии способны к таксисам – это направленное движение бактерий, определяемое внешним стимулом, например, аэротоксис: движение к кислороду или от него;

фототаксис: движение на свет или от него.

Споры образуются внутри бактериальной клетки (эндоспоры). В одной клетке образуется одна клетка. Как правило клетки образуют грамположительные палочки (Bacillus, Clostridium). Кокки и грамотрицательные (БГКП, Pseudomonos) спор не образуют.

Спорообразование – это не процесс размножения, а процесс выживания, т.е. образование споры не обязательная стадия жизненного цикла бактерий.

Образование споры начинается с неравного деления клетки за счет впячивания (инвагинации) цитоплазматической мембраны, отделяется часть цитоплазмы, в которую переходит один геном, клеточная стенка не образуется. Вместо этого ЦПМ материнской клетки вторым слоем обволакивает протопласт будущей споры. Обе эти ЦПМ формируют оболочки споры.

Содержание воды в споре составляет от 15 до 20 процентов. Содержащиеся вещества (большое количество оболочек, дисуль-фидных групп в наружном слое белка и др.) обеспечивают высокую устойчивость споры к воздействию внешних факторов. В состоянии анабиоза – спора может сохранять жизнеспособность до трехсот и более лет. При попадании в благоприятную среду спора прорастает и дает начало новой вегетативной клетке. Споры не погибают при пастеризации (температура меньше 100 С). Иногда в спору превращается вся клетка – образуется шаровидная толстостенная циста.

4. Систематика бактерий. Характеристика отдельных таксонов

Систематика – это наука о разнообразии и сходстве объектов органического вида, основана на общности происхождения и генетических связей различных групп живых организмов. Она изучает взаимоотношение и родственные связи между их различными группами, таксонами.

Основные разделы систематики:

Классификация – закономерность распределения организмов по систематическим группам: уровень, категория, ранг, таксон. Целью классификации является распределение единиц по группам более крупных порядков, образующих иерархическую систему. Низшей единицей является вид; виды объединяются в род, роды – в семейство, семейства – в порядок, порядки – в класс, классы – в отдел, отделы – в царство. Изучив свойства организма, ему присваивают наименование.

Номенклатура – система наименований, принятая в какой-либо области знаний. В биологии и микробиологии принята бинарная номенклатура: Homo sapiens – человек разумный (сначала род, затем вид).

Вид – основная таксономическая единица. Это совокупность особей микроорганизмов, сходных по биологическим свойствам, имеющих единое происхождение и генотип, обладающих наследственно закрепленной способностью вызывать в среде естественного обитания определенные специфические процессы.

Более узкое понятие, чем вид – это штамм – культуры одного вида, выделенные из разных природных сред или из одной среды, но в разное время.

Г6особи только одного вида.

Накопительная культура (НК) – та, где преобладает один вид.

Клон – это культура, полученная из одной вегетативной клетки.

Для бактерий созданы две систематики: естественная и искусственная.

Задача естественной – объединить родственные формы, исходя из общности происхождения (филогенетическая основа).Определитель бактерий Красильникова основан на естественной систематике.

Искусственная систематика основана на учете признаков, удобных с точки зрения практики. Особи определяют, исходя из их сходства, с целью идентификации и распознавания. На основе этой классификации основан определитель бактерий Берджи.

Признаки, которые используются для искусственной систематики бактерий (таксономические):

форма клетки (кокки, палочки, изогнутые палочки, др.группы);

окраска по Граму (Г+, Г-);

отношение к молекулярному кислороду (строгие аэробы строгие, анаэробы , факультативные анаэробы);

способность к образованию спор (для палочек).

Используя эти признаки, в определителе Берджи все бактерии разделяются на группы, например: группа №15 – палочки, Г+, аэробы и анаэробы, образующие споры, Bacillus Clostridium; группа №16 — палочки, Г-, не образующие спор, Lactobacillus; группа № 14 – кокки, Г+, аэробы и анаэробы – Streptococcus, Micrococcus, Staphylococcus; группа №17 – палочки, Г+, аэробы – актиномицеты Streptomyces, Actynomyces. Образуют подобие мицелия, формируя его из воздушных гиф (спорофоров) с конидиями на конце. Различаются по цвету, запаху, строению спорофоров. В биотехнологии используются как продуценты антибиотиков, ферментов.

В последнее время не с целью классификации, а с целью дифференциации все бактерии делят на четыре категории:

есть клеточная стенка, муреин, Г-, – группы № 7, 8 – грацеликутные;

есть клеточная стенка,муреин, Г+,– группы № 14, 15, 16, 17 – фирмикутные;

нет клеточной сттенки, нет муреина, — микоплазмы – тенерекутные;

есть клеточная стенка, но она не содержит муреин – группа № 13 – “архебактерии” (метанообразующие) – мендозикутные.

Отличительные особенности эуцита от протоцита.

Мицелиальные грибы, особенности биологической организации.

Классификация грибов, характеристика представителей классов высших и низших грибов.

Источник

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