Прокариоты, не имеющие клеточной стенки. Впервые бактерии, не имеющие клеточной стенки, были обнаружены при воздействии на них лизоцимом ферментом из группы гликозидаз, содержащимся в яичном белке, слюнной жидкости и выделяемом некоторыми бактериями.

Бактерии с частично (сферопласты) или полностью (протопласты) утраченной клеточной стенкой можно получать при воздействии опреде ленными химическими веществами в лабораторных условиях. При нару шении синтеза клеточной стенки бактерий под влиянием фермента лизо цима или пенициллина, а также защитных факторов организма образуются клетки с измененной, часто шаровидной, формой (протопласты).

После удаления ингибитора синтеза клеточной стенки такие изме ненные бактерии могут реверсировать, то есть приобретать полноценную клеточную стенку и восстанавливать исходную форму.

Бактерии сферопластного или протопластного типа, утратившие спо собность к синтезу пептидогликана под влиянием антибиотиков или дру гих факторов, но сохранившие способность к размножению, называются L формами. Lформы могут возникать и в результате мутаций. Они пред ставляют собой осмотически чувствительные шаровидные, колбовидные клетки различной величины, в том числе и проходящие через бактериаль ные фильтры. Lформы могут образовывать многие бактерии возбудите ли инфекционных болезней.

Атипичные клеточные стенки прокариот. У некоторых скользя щих бактерий (миксобактерии, флексибактерии), способных в процессе перемещения по твердому субстрату периодически менять форму клеток, например путем изгибания, была обнаружена нетипичная для грамотрица тельных бактерий эластичная клеточная стенка. Объяснением такой гибко сти клеточной стенки этих бактерий может быть особенность строения пептидогликанового компонента (низкая сшитость этого компонента кле точной стенки).

У метанобразующих архей клеточные стенки содержат пептидогли кан особого химического строения. У других представителей этой группы клеточная стенка состоит исключительно из кислого гетерополисахарида; у некоторых экстремально галофильных, метанобразующих и ацидотер мофильных архей только из белка. Археи с клеточной стенкой белковой природы не окрашиваются по Граму, остальные типы архей дают грампо ложительную реакцию.

Строение клеточной стенки у грамотрицательных бактерий на много сложнее. У них обнаружена многослойная клеточная стенка. В ее состав входит гораздо большее число макромолекул разного химического типа (рис. 4). Пептидогликан образует только внутренний слой клеточной стенки, неплотно прилегая к цитоплазматической мембране. Для разных видов грамотрицательных бактерий его содержание колеблется в широких пределах и существенно меньше (5 10 %), чем у грамположительных бактерий. Химическая структура пептидогликана грамотрицательных бак терий в основном сходна со структурой пептидогликана грамположитель ных бактерий. Снаружи от пептидогликана располагается дополнительный слой клеточной стенки наружная мембрана. Она состоит из фосфолипи дов, типичных для элементарных мембран, белков, липопротеина и липо сахарида.

Это важный и обязательный структурный элемент большинства про кариотных клеток, который располагается под капсулой или слизистым чехлом или непосредственно контактирует с окружающей средой. На долю клеточной стенки приходится от 5 до 50 % сухого вещества клетки. Это прочная, упругая структура, служащая механическим барьером между протопластом и внешней средой, придающая клеткам определенную, при сущую им форму и поддерживающая высокое осмотическое давление в клетке.

Концентрация солей в клетке, как правило, намного выше, чем в ок ружающей среде, и поэтому между ними существует большое различие в осмотическом давлении. Клеточная стенка механически защищает клетку от проникновения в нее избытка воды, то есть сдерживает высокое осмо тическое давление в клетке. Она участвует в процессе деления клетки и транспорте метаболитов.

Клеточная стенка прокариот резко отличается от таковой у эукариот как по строению, так и по химическому составу. Она содержит специфиче ские полимерные комплексы, которые остутствуют в других структурах клетки. Химический состав и строение клеточной стенки постоянны для определенного вида и являются важным признаком при идентификации.

Некоторые бактерии (пневмококки, клебсиеллы и др.) образуют кап сулу слизистое образование, прочно связанное с клеточной стенкой, имеющее четко очерченные внешние границы. Капсула различима в маз кахотпечатках из патологического материала, еѐ толщина 0,2 мкм. В чис тых культурах бактерий капсула образуется реже. В ее образовании участ вует цитоплазматическая мембрана. По химическому составу различают капсулы, состоящие из полисахаридов, содержащих аминосахара, и капсу лы полипептидной природы, например у сибиреязвенной бациллы.

Выявление капсул осуществляется методом негативного контрастирования. Капсула гидрофильна, она препятствует фагоцитозу бактерий.

Многие бактерии образуют микрокапсулу слизистое образование, выявляемое при электронной микроскопии. От капсулы следует отличать слизь — мукоидные экзополисахариды, не имеющие четких внешних гра ниц. Бактериальные экзополисахариды участвуют в адгезии (прилипании к субстратам), их еще называют гликокаликсом.

Фимбрии или реснички (от лат. fimbria бахрома) нитевидные об разования, более тонкие и короткие (3-20 нм х 0,3-10 мкм), чем жгутики (цв. Аклейка, рис. II). Фимбрии отходят от поверхности клетки и состоят из белка, называемого пилином. Биологическое значение фимбрий состоит в том, что с их помощью бактерии прикрепляются только к определенным поверхностям.

Среди фимбрий разного типа выделяют фимбрии, ответственные за адгезию, то есть прикрепление бактерии к поражаемой клетке (например пили общего типа common pili); фимбрии, ответственные за питание, водносолевой обмен; половые (Fпили), или конъюгационные, пили. Пили общего типа многочисленны и достигают количества нескольких сотен в одной клетке. Они являются основными факторами патогенности у болез нетворных бактерий, потому что бактерии ими прикрепляются к чувстви тельным клеткам и заселяют их, то есть факторами адгезии и колонизации. Кроме того, они препятствуют фагоцитозу.

Жгутики (от англ. flagella жгутик) бактерий представляют собой тонкие нити, берущие начало от цитоплазматической мембраны; длина их больше, чем длина клетки. Они определяют подвижность бактерий, позво ляют им плавать в жидких средах. Толщина жгутиков 1220 нм, длина 3

12 мкм. Число жгутиков и их расположение у бактерий различных видов варьирует от одного полярного (монотрих) у холерного вибриона (рис. 2) до десятка и сотен жгутиков, отходящих по периметру бактерии (перит рих), у кишечной палочки, протея и др. Лофотрихи имеют пучок жгутиков на одном из концов клетки, амфитрихи по одному жгутику или пучку жгутиков на противоположных концах клетки.





Жгутики прикреплены к цитоплазматической мембране и клеточной стенке специальными дисками. По химическому составу жгутики состоят из белка флагеллина, обладающего антигенной специфичностью. Его субъединицы закручены в виде спирали. Флагеллин обладает сократитель ной способностью.

Размеры микроорганизмов. Все живые объекты, размеры которых менее 70 80 мкм, невидимы невооруженным глазом и могут быть отнесе ны к микроорганизмам. Размеры микроорганизмов варьируют в широких пределах (табл. 2): величина самых крупных представителей приблизи тельно 100 мкм (некоторые диатомовые водоросли и высшие протисты), размеры одноклеточных зеленых водорослей и клеток дрожжей на порядок меньше приблизительно 10 мкм, еще меньше размеры, характерные для большинства бактерий. Типичная бактериальная клетка приблизительно 1 мкм в диаметре, в то время как большинство эукариотических клеток от 10 до 100 мкм в диаметре. В среднем линейные размеры бактерий лежат в пределах 0,5 3,0 мкм. Но некоторые бактерии могут иметь гигантские размеры, например: клетки нитчатой серобактерии Beggiatoa alba имеют диаметр до 50 мкм; Achromatium oxaliferum имеет в длину 15 100 мкм при поперечнике примерно 5 33 мкм, а длина клетки спирохеты может быть до 250 мкм. Самые мелкие из известных прокариотных клеток ми коплазмы диаметром клеток 0,1 0,15 мкм. Минимальное число фермен тов, нуклеиновых кислот и других макромолекулярных компонентов, не обходимых для самовоспроизведения теоретической «минимальной клет ки», составляет по проведенной оценке около 50. В клет ке диаметром 0,15 мкм может содержаться порядка 1200 молекул белка и осуществлять ся около 1200 ферментативных реакций, то есть у микоплазм достигнут размер клеток, близкий к теоретическому пределу клеточного уровня ор ганизации жизни.

Размеры вирусов находятся в диапазоне 16 300 нм и лежат за пре делами разрешающей способности светового микроскопа. Вирусы зани мают место между самыми мелкими бактериальными клетками и самыми крупными органическими молекулами.

Со времени открытия микроорганизмов А. Левенгуком и до ХIХ в. их рассматривали как мельчайшие существа животного происхождения. Только во второй половине ХIХ в. немецкий биолог Э. Геккель (1834 -1919 гг.) пришел к выводу, что микроорганизмы существенно отличаются от всех известных ранее представителей царств животных и растений, и предложил их выделить в отдельное царство Protista (протисты, первосущества). В настоящее время нет общепринятой теории или представления об общей системе живого мира. Согласно одной точке зрения выделяют только два царства Plantae (растения) и Animalia (животные), микроорга низмы рассматриваются как примитивные растения или животные и соот ветственно входят в состав одного из этих двух царств. Согласно второй точке зрения, по Э. Геккелю, микроорганизмы выделяют в самостоятель ную группу по признаку малых (видимых только с помощью соответст вующих приборов) размеров и связанных с этим специфических методов изучения.

С конца ХIХ в. уже были данные о неоднородности микроорганиз мов, в частности о различии в строении их клеток, поэтому их разделили на высшие и низшие протисты. Простейшие (одноклеточные животные), микроскопические водоросли (кроме синезеленых) и микроскопические грибы (плесени, дрожжи) были отнесены к высшим, а все бактерии и сине зеленые водоросли (или цианобактерии) к низшим протистам. Это деле ние было проведено в соответствии с типом клеточной организации про кариотной или эукариотной. Низшие протисты имеют прокариотное строение клеток, а высшие эукариотное.

К дому, где помещалась лаборатория Л. Пастера, прибита доска с надписью «Здесь была лаборатория Л. Пастера:

1857 г. Брожение.

1860 г. Самопроизвольное зарождение.

1865 г. Болезни вина и пива.

1868 г. Болезни шелковичных червей.

1881 г. Зараза и вакцина.

1885 г. Предохранение от бешенства».

Переоценить значение научных открытий Л. Пастера невозможно. Изучая молочнокислое, спиртовое, маслянокислое брожения, он выяснил, что эти процессы вызывают определенные микроорганизмы. Исследуя «болезни» вина, болезни животных и человека, он экспериментально установил, что их вызывают также микроорганизмы. То есть Л. Пастер впервые показал, что микроорганизмы это живые ор ганизмы, полезные или вредные, активно воздействующие на окружаю щую природу, в том числе и на человека, животных, растения. Принципи ально новым было открытие Л. Пастером анаэробного способа существо вания организмов, «жизни без кислорода» (на примере спиртового броже ния).

Этапы развития микробиологии связаны между собой не столько хронологически, сколько обусловлены основными достижениями и откры тиями, поэтому многие исследователи выделяют различные периоды, но чаще всего следующие: эвристический, морфологический, физиологиче ский, иммунологический и молекулярногенетический.

ЭВРИСТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (IV III вв. до н.э. XVI в.)

Связан скорее с логическими и методическими приемами нахожде ния истины, то есть эвристикой, чем с какимилибо экспериментами и до казательствами. Мыслители этого периода (Гиппократ, римский писатель Варрон, Авиценна и др.) высказывали предположения о природе заразных болезней, миазмах, мелких невидимых животных. Эти представления были сформулированы в стройную гипотезу спустя многие столетия в сочине ниях итальянского врача Д. Фракасторо (1478 1553 гг.), высказавшего идею о живом контагии (contagium vivum), который вызывает болезни. При этом каждая болезнь вызывается своим контагием. Для предохранения от болезней им были рекомендованы изоляция больного, карантин, ноше ние масок, обработка предметов уксусом.

Самые простые двояковыпуклые линзы были обнаружены при ар хеологических раскопках в Древнем Вавилоне, они были изготовлены из отшлифованного горного хрусталя.

В XVI XVII вв. в связи с бурным развитием астрономии были соз даны первые подзорные трубы и телескопы. Один из первых микроскопов был изобретен в 1610 г. Г. Галилеем посредством того, что он расположил линзы телескопа иным образом и получил увеличение мелких предметов. Позже английский физик Р. Гук создал микроскоп, дающий увеличение в

30 раз, и, рассматривая в этом микроскопе срезы пробки, обнаружил ячеи стое строение древесной ткани. Впоследствии он ввел термин «клетка» для структурных единиц, из которых построены живые организмы.

Но приоритет в открытии микроорганизмов принадлежит голланд скому натуралистулюбителю Антони ван Левенгуку (1632 1723 гг.). А. Левенгук торговал полотном и увлекался шлифованием стекол. Он до 8 вел это искусство до совершенства и сконструировал микроскоп, который увеличивал предметы в 300 раз. Рассматривая под микроскопом различные объекты (дождевую воду, различные настои, зубной налет, кровь, испражнения, сперму), он обнаружил мельчайших «животных», которых назвал «анималькулями», и был убежден, что они устроены так же, как и крупные организмы, то есть имеют такие же органы, но только очень маленькие. Свои наблюдения А. Левенгук регулярно сообщал в Лондонское королевское общество (более 170 писем), а в 1695 г. обобщил в книге «Тайны природы, от крытые А. Левенгуком».