Строение клетки бактерии кишечной палочки
Все чаще и чаще мы слышим о кишечных заболеваниях, они окружают нас отовсюду. Радио, телевидение, газеты - все заставляют нас паниковать, нагоняет страх. Но, как говорят, если знать врага в лицо, то он уже не так страшен. Поэтому, давайте, попробуем разобраться.
Прежде всего кишечная палочка – это микроорганизм, который живет в кишечнике человека и животного. Кишечная палочка имеет научное название Escherichia coli. На протяжении долгого времени кишечная палочка может жить на почве, в фекалиях, а также в воде. Благоприятной средой для размножения являются продукты питания. Наиболее подходящий продукт - молоко.
Погибает этот микроорганизм при кипячении. Чувствителен он к дезинфицирующим средствам и к солнечному свету.
Штаммы – это термин, который употребляется микробиологии. Нужен он, чтобы отличать образцы вирусов или культуры микробов одного названия, но разные по происхождению. Другими словами, в нашем случае, это другие типы кишечной палочки. Видов кишечной палочки великое множество. Различают больше ста видов только патогенных (вызывающих заболевание) типов. Они выделены в 4 класса.
- Энтеропатогенные – обозначают такие кишечные палочки, как ETEC. Зачастую они вызывают кишечные болезни тонкой кишки детей до 1 года и новорожденных. Сопровождаются они поносом и водяным стулом, болями в животе и рвотой.
- Энтеротоксигенные – такой вид палочки, который крепится к клеткам эпителия тонкой кишки. Они производят яды, которые являются главной причиной диарей у детей и взрослых.
- Энтероинвазивные – обозначают EIEC. Кишечные палочки этого вида обитают в ободочной кишке. Они вызывают периодические вспышки пищевого отравления у детей и взрослых. Способны побеждать защитные силы организма.
- Энтерогеморрагические – обозначаются EHEC. Это один из опасных видов кишечной палочки.Он вызывает тяжелое заболевание – геморрагический колит. Который характеризуется сильными, со спазмами, болями в животе, диареей (иногда кроваваой). Повышается температура тела до 39°. Иногда происходит осложнение в виде почечной недостаточности. Заразиться можно через продукты или контактируя с инфицированным человеком или животным.
Кишечная палочка E.coli – бактерия, которая живет и размножается без доступа кислорода и не образует эндоспор. Производит в результате жизнедеятельности углекислый газ и другие газы. Выделяя молекулярный водород. Клетки имеют вид палочки с закругленными концами, размером - 0,4-0,8 на 1-3 мкм. Объем клетки обычно 0,6-0,7µm3 . Имеют специальные жгутики и могут передвигаться. Наиболее интенсивный рост происходит при температуре 37, а иногда и при 49 o .
У человека количество этих микроорганизмов не превышает 1% от всех остальных микроорганизмов, живущих в кишечнике. Кишечная палочка – это такой страж, который не пропускает в кишечник другие опасные микробы. Она, используя кислород, создает условия для жизни бифидобактерий, которые необходимы человеку. И, что самое главное, этот полезный микроорганизм вырабатывает витамины B и K. Активно участвует и в процессах обмена жирных кислот, благодаря чему легче происходит всасывание кальция и железа.
Способность микроорганизмов вызывать болезни человека носит название – патогенности микроорганизмов. Когда кишечная палочка попадает не кишечник, а в другой орган, то может вызвать инфекционное заболевание того органа, в который попала. Так, когда микроорганизм попадает в брюшную полость – возникает перитонит. Это воспаление брюшной полости, которое может привести и к смерти человека. Когда E.coli попадает в женские половые органы, она вызывает кольпит. Это когда происходит воспаление в слизистой влагалища. Если палочка попадает в предстательную железу мужчины, то естественно вызывает воспалительные процессы, которое сказывается на всей мочеполовой системе.
Инфекции, которые вызывают заболевания ЖКТ, называют кишечными. Это могут быть такие заболевания как, гастрит, панкреатит, колит. После того, как в организм человека попадает, например, кишечная палочка, она начинает размножаться. Это приводит к тому, что пищеварительный процесс нарушен, слизистые оболочки кишечника воспаляются. В результате чего – понос. Необходимо помнить, что понос зачастую сопровождается обезвоживанием организма. Это очень опасно, потому как, вместе с потерей воды теряются и необходимые для человека соли. Такие соли, как калий, кальций, натрий обеспечивают нормальную работу организма. Основная причина таких инфекций – банальна. Это нарушение санитарных и гигиенических норм. Недостаточная очистка воды. Некачественные продукты и ненадлежащее их хранение и использование. Также очень часто инфекция заносится фекально-оральным способом ( через рот, грязные руки).
Вакцина - это препарат, изготовленный из убитых или ослабевших микроорганизмов. Он предназначен создавать иммунитет к инфекционным заболеваниям. В 2009 году была создана такая вакцина учеными города Мичиган. Ученые преодолели молекулярный размер токсина, который выделяется кишечной палочкой. Именно такой маленький размер и был причиной того, что иммунная система не распознавала его. Месси Саид, профессор - эпидемиолог, создатель вакцины, произвел некий носитель и присоединил его к токсину. В результате, при вводе токсина в организм, иммунная система распознает его и реагирует.
Структура бактериальной клетки
Бактериальная клетка состоит из клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, цитоплазмы с включениями и ядерного аппарата, называемого нуклеоидом. Имеются другие структуры: мезосома, хроматофоры, тилакоиды, вакуоли, включения полисахаридов, жировые капельки, капсула (микрокапсула, слизь), жгутики, пили. Некоторые бактерии способны образовывать споры.Структуру и морфологию бактерий изучают с помощью различных методов микроскопии: световой, фазово-контрастной, интерференционной, темнопольной, люминесцентной и электронной.
|
Обозначения: 1-гранулы поли-β-оксимасляной кислоты; Капсула - слизистая структура толщиной более 0,2мкм, прочно связанная с клеточной стенкой бактерий и имеющая четко очерченные внешние границы. Капсула различима в мазках-отпечатках из патологического материала. В чистых культурах бактерий капсула образуется реже. Она выявляется при специальных методах окраски мазка (например, по Бурри-Гинсу), создающих негативное контрастирование веществ капсулы: тушь создает темный фон вокруг капсулы. Капсула состоит из полисахаридов (экзополисахаридов), иногда из полипептидов, например, у сибиреязвенной бациллы она состоит из полимеров D-глутаминовой кислоты. Капсула гидрофильна, препятствует фагоцитозу бактерий. Капсула антигенна: антитела против капсулы вызывают ее увеличение (реакция набухания капсулы). Жгутики бактерий определяют подвижность бактериальной клетки. Жгутики представляют собой тонкие нити, берущие начало от цитоплазматической мембраны, имеют большую длину, чем сама клетка. Толщина жгутиков 12-20 нм, длина 3-15 мкм. Они состоят из 3 частей: спиралевидной нити, крюка и базального тельца, содержащего стержень со специальными дисками (1 пара дисков - у грамположительных и 2 пары дисков - у грамотрицательных бактерий). Дисками жгутики прикреплены к цитоплазматической мембране и клеточной стенке. При этом создается эффект электромотора со стержнем-мотором, вращающим жгутик. Жгутики состоят из белка - флагеллина (от flagellum - жгутик); является Н-антигеном. Субъединицы флагеллина закручены в виде спирали. Споры - своебразная форма покоящихся фирмикутных бактерий, т.е. бактерий Форма спор может быть овальной, шаровидной; расположение в клетке -терминальное, т.е. на конце палочки (у возбудителя столбняка), субтерминальное - ближе к концу палочки (у возбудителей ботулиэма, газовой гангрены) и центральное (у сибиреязвенной бациллы). Спора долго сохраняется из-за наличия многослойной оболочки, дипиколината кальция, низкого содержания воды и вялых процессов метаболизмов. В благоприятных условиях споры прорастают, проходя три последовательные стадии: активация, инициация, прорастание. Люди - редкое исключение в мире бактерий. Бактерии (греч. bakterion - палочка) - простые одноклеточные микроскопические организмы, принадлежащие к прокариотам. В пищевых цепях они играют важнейшую роль редуцентов: разлагают органические вещества мертвых животных и растений.
Бактерии обладают исключительной устойчивостью: их можно обнаружить даже на стенках ядерного реактора. Такая способность связана с их быстрым размножением - при благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. При изменении условий внешней среды (за счет мутаций) выживают и размножаются те формы, которые устойчивы к действию того или иного фактора (к примеру, радиации). Бактерии имеют клеточную стенку, состоящую из муреина (пептидогликана) и выполняющую защитную функцию. У бактерий (прокариот, доядерных) отсутствуют мембранные органоиды. В их клетке можно найти только немембранные: рибосомы, жгутики, пили. Пили - поверхностные структуры, которые служат для прикрепления бактерии к субстрату. Наследственный материал находится прямо в цитоплазме (не в ядре, как у эукариот) в виде нуклеоида. Нуклеоид (лат. nucleus - ядро + греч. eidos вид) - одна сложная кольцевидная молекула ДНК, не ограниченная мембранами от остальной части клетки.
Долгое время выделяли "особый органоид" бактерий - мезосомы, считали, что они могут участвовать в некоторых клеточных процессах. Спешу сообщить, что на данный момент установлено однозначно: мезосомы это складки цитоплазматический мембраны, образующиеся только лишь при подготовке бактерий к электронной микроскопии (это артефакты, в живой бактерии их нет).
При наступлении неблагоприятных для жизни условий бактерии образуют защитную оболочку - спору. При образовании споры клетка частично теряет воду, уменьшаясь при этом в объеме. В таком состоянии бактерии могут сохраняться тысячи лет! В состоянии споры бактерии очень устойчивы к изменениям температуры, механическим и химическим факторам. При изменении условий среды на благоприятные, бактерии покидают спору и приступают к размножению.
Бактерии получают энергию за счет окисления веществ. Существуют аэробные бактерии, живущие в воздушной среде, и анаэробные бактерии, которые могут жить только в условиях отсутствия кислорода. К аэробным бактериям относят многочисленных редуцентов, которые разлагают органические вещества мертвых растений и животных. Анаэробные бактерии составляют микрофлору нашего кишечника - бескислородную среду обитания.
Получают энергию бактерии путем хемо- или фотосинтеза. Среди хемосинтезирующих бактерий можно встретить нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии. Важно заметить, что клубеньковые бактерии (азотфиксирующие) не осуществляют хемосинтез: клубеньковые бактерии относятся к гетеротрофам. Среди фотосинтезирующих бактерий особое место принадлежит цианобактериями (сине-зеленым водорослям). Благодаря им сотни миллионов лет назад возник кислород, а с ним и озоновый слой: появилась жизнь на поверхность земли и аэробный тип дыхания (поглощение кислорода), которым мы сейчас с вами пользуемся :) Что касается бактерий гетеротрофов, то их способ питания основан на разложении останков животных и растений - сапротрофы (редуценты), либо же они питаются органами и тканями животных и растений - паразиты.
Бактерии широко применяются в направлении биотехнологии - генной инженерии. Их используют для получения различных химических веществ (белков). В ДНК бактерии вставляют нужный ген (к примеру, ген, кодирующий белковый гормон - инсулин), бактерия принимает новый участок гена за свой собственный, в результате чего начинает синтезировать белок с данного участка. На рибосомах подобных бактерий синтезируется инсулин, который человек собирает, обрабатывает и использует как лекарство.
Бактерии используются для получения антибиотиков (тетрациклина, стрептомицина, грамицидина), широко применяемых в медицине. Бактерии также применяют в пищевой промышленности, где их используют для получения молочнокислых продуктов, алкогольных напитков. При микроскопии становятся заметны явные отличия форм бактерий. По форме бактериальные клетки подразделяются на:
Бактерии, как прокариоты (доядерные организмы), не могут делиться митозом, так как основное условие митоза - наличие ядра. Бактерии делятся бинарным делением клетки. В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Деление в среднем происходит раз в 20 минут, популяция бактерий растет в геометрической прогрессии. При размножении в лабораторных условиях бактерии образуют колонии. Колонии - видимые невооруженным глазом скопления клеток, образуемые в процессе роста и размножения микроорганизмов на питательном субстрате. Колонии выращиваются в чашках Петри.
Многие патогенные бактерии приводят к развитию тяжелых заболеваний у человека. На настоящий момент при бактериальных инфекциях применяются антибиотики, дающие хороший эффект. От некоторых болезней: дифтерия, коклюш и т.д. разработаны вакцины, дающие стойкий пожизненный иммунитет. После вакцинации образуются антитела к возбудителю, вследствие чего организм становится защищен от подобных инфекций: при встрече с возбудителем человек не заболевает, или переносит болезнь в легкой форме. К бактериальным инфекциям относятся: чума, дифтерия, туберкулез, коклюш, гонорея, сифилис, тиф, столбняк, брюшной тиф, сальмонеллез, дизентерия, холера. Ниже вы можете видеть возбудителей данных заболеваний и место их локализации в организме.
Для борьбы с бактериями, вирусами и грибами в медицинских учреждениях (уже часто и в домашних условиях) используется кварцевание. Кварцевание - процесс обеззараживания помещения, суть которого в лампе, испускающей ультрафиолетовое излучение, губительное для микроорганизмов. При проведении медицинских процедур локального кварцевания (облучения УФ отдельных участков) тела следует одевать защитные очки для избежания ожога сетчатки глаза. При кварцевании помещений следует покинуть их по той же причине.
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию. Организм бактерии представлен одной единственной клеткой. Формы бактерий разнообразны. Строение бактерий отличается от строения клеток животных и растений. В клетке отсутствует ядро, митохондрии и пластиды. Носитель наследственной информации ДНК, расположена в центре клетки в свернутом виде. Микроорганизмы, которые не имеют настоящего ядра, относятся к прокариотам. Все бактерии — прокариоты. Предполагается, что на земле существует свыше миллиона видов этих удивительных организмов. К настоящему времени описано около 10 тыс. видов. Бактериальная клетка имеет стенку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с включениями и нуклеотид. Из дополнительных структур некоторые клетки имеют жгутики, пили (механизм для слипания и удержания на поверхности) и капсулу. При неблагоприятных условиях некоторые бактериальные клетки способны образовывать споры. Средний размер бактерий 0,5-5 мкм. Внешнее строение бактерийРис. 1. Строение бактериальной клетки.
Рис. 2. На фото строение бактериальной стенки грамотрицательных бактерий (слева) и грамположительных (справа). При неблагоприятных условиях внешней среды бактерии образуют капсулу. Микрокапсула плотно прилегает к стенке. Ее можно увидеть только в электронном микроскопе. Макрокапсулу часто образуют патогенные микробы (пневмококки). У клебсиеллы пневмонии макрокапсула обнаруживаются всегда. Рис. 3. На фото пневмококк. Стрелками указана капсула (электронограмма ультратонкого среза). Капсулоподобная оболочка представляет собой образование, непрочно связанное с клеточной стенкой. Благодаря бактериальным ферментам капсулоподобная оболочка покрывается углеводами (экзополисахаридами) внешней среды, благодаря чему обеспечивается слипание бактерий с разными поверхностями, даже совершенно гладкими. Например, стрептококки, попадая в организм человека, способны слипаться с зубами и сердечными клапанами. Функции капсулы многообразны:
Рис. 4. Стрептококки способны слипаться с эмалью зубов и вместе с другими микробами являются причиной кариеса. Рис. 5. На фото поражение митрального клапана при ревматизме. Причина — стрептококки.
Они обеспечивают погружение и всплытие. В почве бактериальная клетка передвигается по почвенным каналам. Рис. 6. Схема прикрепления и работы жгутика. Рис. 7. На фото разные типы жгутиковых микробов. Рис. 8. На фото разные типы жгутиковых микробов.
Рис. 9. На фото кишечная палочка. Видны жгутики и пили. Фото сделано при помощи туннельного микроскопа (СТМ). Рис. 10. На фото видны многочисленные пили (фимбрии) у кокков. Рис. 11. На фото бактериальная клетка с фимбриями.
Рис. 12. На фото отчетливо видна тонкая клеточная стенка (КС), цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) и нуклеотид в центре (бактерия Neisseria catarrhalis). Внутреннее строение бактерийРис. 13. На фото строение бактериальной клетки. Строение клетки бактерии отличается от строения клеток животных и растений — в клетке отсутствует ядро, митохондрии и пластиды. Цитоплазма на 75% состоит из воды, остальные 25% приходится на минеральные соединения, белки, РНК и ДНК. Цитоплазма всегда густая и неподвижная. В ней содержатся ферменты, некоторые пигменты, сахара, аминокислоты, запас питательных веществ, рибосомы, мезосомы, гранулы и всевозможные другие включения. В центре клетки концентрируется вещество, которое несет наследственную информацию — нуклеоид. Гранулы состоят из соединений, которые являются источником энергии и углерода. Мезосомы — производные клетки. Имеют разную форму — концентрические мембраны, пузырьки, трубочки, петли и др. Мезосомы имеют связь с нуклеоидом. Участие в делении клетки и спорообразовании — их основное предназначение. Нуклеоид является аналогом ядра. Он расположен в центре клетки. В нем локализована ДНК — носитель наследственной информации в свернутом виде. Раскрученная ДНК достигает в длину 1 мм. Ядерное вещество бактериальной клетки не имеет мембраны, ядрышка и набора хромосом, не делится митозом. Перед делением нуклеотид удваивается. Во время деления число нуклеотидов увеличивается до 4-х. Рис. 14. На фото срез бактериальной клетки. В центральной части виден нуклеотид. Плазмиды представляют собой автономные молекулы, свернутые в кольцо, двунитевой ДНК. Их масса значительно меньше массы нуклеотида. Несмотря на то, что в ДНК плазмид закодирована наследственная информация, они не являются жизненно важными и необходимыми для бактериальной клетки. Рис. 15. На фото бактериальная плазмида. Фото сделано с помощью электронного микроскопа. Включения — продукты метаболизма ядерных и безъядерных клеток. Представляют собой запас питательных веществ: гликоген, крахмал, сера, полифосфат (валютин) и др. Включения часто при окраске приобретают иной вид, чем цвет красителя. По валютину можно диагностировать дифтерийную палочку. Формы бактерийФорма бактериальной клетки и ее размер имеет большое значение при их идентификации (распознании). Самые распространенные формы — шаровидная, палочковидная и извитая. Таблица 1. Основные формы бактерий. Шаровидные бактерии называют кокками (от греческого coccus — зерно). Располагаются по одному, по двое (диплококки), пакетами, цепочками и как гроздья винограда. Данное расположение зависит от способа деления клетки. Самые вредные микробы — стафилококки и стрептококки. Рис. 16. На фото микрококки. Бактерии круглые, гладкие, имеют белую, желтую и красную окраску. В природе микрококки распространены повсеместно. Живут в разных полостях человеческого организма. Рис. 17. На фото бактерии диплококки — Streptococcus pneumoniae. Рис. 18. На фото бактерии сарцины. Кокковидные бактерии соединяются в пакеты. Располагаются цепочками. Являются возбудителями целого ряда заболеваний. Палочковидные бактерии, образующие споры, называются бациллами. Они имеют цилиндрическую форму. Самым ярким представителем этой группы является бацилла сибирской язвы. К бациллам относятся чумные и гемофильные палочки. Концы палочковидных бактерий могут быть заострены, закруглены, обрублены, расширены или расщеплены. Форма самих палочек может быть правильной и неправильной. Они могут располагаться по одной, по две или образовывать цепочки. Некоторые бациллы называют коккобациллами, так как они имеют округлую форму. Но, все же, их длина превышает ширину. Диплобациллы — сдвоенные палочки. Сибиреязвенные палочки образовывают длинные нити (цепочки). Образование спор изменяет форму бацилл. В центре бацилл споры образуются у маслянокислых бактериях, придавая им вид веретена. У столбнячных палочек — на концах бацилл, придавая им вид барабанных палочек. Рис. 21. На фото бактериальная клетка палочковидной формы. Видны множественные жгутики. Фото сделано с помощью электронного микроскопа. Негатив. Рис. 22. На фото бактерии палочковидной формы, образующие цепочки (сибиреязвенные палочки). Рис. 23. На фото клетка бактерии палочковидной формы рода протей. Рис. 24. У маслянокислых бацилл споры образуются в центре, придавая им вид веретена. У столбнячных палочек — на концах, придавая им вид барабанных палочек. Рис. 25. На фото холерный вибрион. Рис. 28. На фото бактерии лептоспиры — возбудители многих заболеваний. Рис. 29. На фото бактерии лептоспиры — возбудители многих заболеваний. Булавовидную форму имеют коринебактерии — возбудители дифтерии и листериоза. Такую форму бактерии придает расположение метахроматических зерен на ее полюсах. Рис. 30. На фото коринебактерии. Подробно о бактерияx читай в статьях: Бактерии живут на планете Земля более 3,5 млрд. лет. За это время они многому научились и ко многому приспособились. Суммарная масса бактерий огромна. Она составляет около 500 миллиардов тонн. Бактерии освоили практически все известные биохимические процессы. Формы бактерий разнообразны. Строение бактерий за миллионы лет достаточно усложнилось, но и сегодня они считаются наиболее просто устроенными одноклеточными организмами. Читайте также:
|
