Бактерии. 
Морфология и классификация микроорганизмов

Общая характеристика

Бактерии — это обширная группа микроорганизмов (около 1600 видов), большинство из которых одноклеточные.

Форма и размеры бактерий. Основными формами бактерий являются шаровидная, палочковидная и извитая (рис. 2).

Шаровидные бактерии (рис. 2, а) — кокки — имеют обычно форму шара, встречаются уплощенные, слабо овальной или бобовидной формы. Кокки могут быть в виде.

• · одиночных клеток — микрококки или соединенных в различных сочетаниях:
• · попарно — диплококки,
• · по четыре клетки — тетракокки,
• · в виде более или менее длинных цепочек — стрептококки,
• · в виде скоплений кубической формы (в виде пакетов) из восьми клеток, расположенных в два яруса один над другим, — сардины.

Встречаются скопления неправильной формы, напоминающие грозди винограда, — стафилококки.

Палочковидные бактерии (рис. 2, б) могут быть одиночными или соединенными попарно — диплобактерии, цепочками по три-четыре и более клеток — стрептобактерии.

Извитые или изогнутые бактерии (рис. 2, в) различаются по длине, толщине и степени изогнутости. Палочки, слегка изогнутые в виде запятой, называют вибрионами, палочки с одним или несколькими завитками в виде штопора — спириллами, а тонкие палочки с многочисленными завитками — спирохетами.

Размеры бактерий очень малы: от десятых долей микрометра¹ (мкм) до нескольких микрометров. В среднем диаметр тела большинства бактерий 0,5−1 мкм, а средняя длина палочковидных бактерий 2−5 мкм. Встречаются бактерии, размеры которых значительно превышают среднюю величину. Существуют и такие, величина которых находится на грани видимости в обычные оптические микроскопы (0,1 -0,2 мкм). Например, длина клетки спирохеты может достигать 500 мкм, а самые мелкие из известных бактерий — микоплазмы — имеют клетки длиной 0,15−0,2 мкм.

Масса бактериальной клетки очень мала, приблизительно 4 · 10^-13 г.

Строение бактериальной клетки. Клетка прокариотных организмов, к которым относят бактерии, обладает принципиальными особенностями ультраструктуры. На рис. 3 представлена схема строения бактериальной клетки.

Клеточная стенка (оболочка) — важный и обязательный структурный элемент большинства бактерий (рис. 3, 2). На долю клеточной стенки приходится от 5 до 20% сухих веществ клетки. Она придает клетке определенную форму.

По методу окраски, предложенному Грамом, бактерии делят на две группы: грамположительные и грамотрицательные. Грамположительные клетки удерживают краску, а грамотрицательные клетки не удерживают. Установлено, что это обусловлено различиями в химическом составе и ультраструктуре их клеточных стенок.

Рис. 2. Формы бактерий:

а — шаровидные: / - микрококки; 2— стрептококки; 3— диплококки и тетракокки; 4 — стафилококки; 5 — сарцины; б — палочковидные: 6 — палочки без спор; 7 — палочки со спорами; в — извитые: 8— вибрионы; 9 — спириллы; 10— спирохеты; г — новые формы: // - тороиды; 12 — бактерии, образующие простеки; 13 — бактерии червеобразной формы; 14— бактерии в форме шестиугольной звезды.

Рис. 3. Схема строения бактериальной клетки:

1 — капсула; 2 — клеточная стенка; 3 — цитоплазматическая мембрана; 4 — цитоплазма; 5 — мезосомы; 6 — рибосомы; 7 — нуклеоид; 8 — внутрицитоплазматические мембранные образования; 9 — жировые капли; 10 — полисахаридные гранулы; 11 — гранулы полифосфата; 12 — включения серы; 13 — жгутики; 14 — базальное тельце Клеточная стенка бактерий часто бывает покрыта слизью. Слизистый слой может быть тонким, едва различимым, но может быть и значительным, образующим капсулу (рис. 3.1). При быстром размножении в жидких субстратах слизеобразующие бактерии могут превратить их в сплошную слизистую массу. Возбудителем этого процесса является бактерия лейконосток (Leuconostoc mesen-teroides). За короткое время сахарный сироп может превратиться в тягучую слизистую массу. Ослизнению подвергаются мясо, колбасы, творог; наблюдается тягучесть молока, рассолов, квашеных овощей, пива, вина.

Капсула защищает клетку от механических повреждений и высыхания, создает дополнительный осмотический барьер,.Иногда она является источником запасных питательных веществ.

Цитоплазматическая мембрана отделяет от клеточной стенки содержимое клетки. Это обязательная структура любой клетки.

Цитоплазма бактериальной. клетки представляет собой полужидкую, вязкую, коллоидную систему (рис. 3, 4). Цитоплазма неоднородна; исследования показали, что местами она пронизана мембранными структурами — мезосомами, которые произошли от цитоплазматической мембраны и сохранили с ней связь.

Мезосомы (рис. 3, 5) выполняют различные функции, в них и в связанной с ними цитоплазматической мембране расположены ферменты, участвующие в энергетических процессах — в снабжении клетки энергией.

В цитоплазме содержатся рибосомы, ядерный аппарат и различные включения.

Рибосомы рассеяны в цитоплазме в виде мелких гранул размером 20−30 нм; рибосомы состоят примерно наполовину из РНК и белка. Рибосомы ответственны за синтез белка клетки. В бактериальной клетке их может быть 5−50 тыс. (рис. 3, 6).

Ядерное образование бактериальной клетки называется нуклеоидом (рис. 3, 7) в отличие от названия «я д с о» у эукариотной клетки.

Цитоплазматические включения бактериальной клетки разнообразны, в основном — это запасные питательные вещества, которые откладываются в клетке, когда они развиваются в условиях избытка питательных веществ в среде, и потребляются, когда клетки попадают в условия голодания.

Подвижность бактерий. Шаровидные бактерии, как правило, неподвижны. Палочковидные бактерии бывают как подвижными, так и неподвижными. Изогнутые и спиралевидные бактерии подвижны. Движение бактерий осуществляется с помощью жгутиков. Жгутики — это тонкие, спирально закрученные нити белковой природы, которые могут осуществлять вращательные движения. Длина жгутиков различна, а толщина так мала (10- 20 нм), что в световой микроскоп их можно увидеть только после специальной обработки клетки. Наличие жгутиков, их расположение являются постоянными для вида признаками и имеют диагностическое значение.

Размножение бактерий. Для прокариотных клеток характерно простое деление клетки на две части. Деление клетки начинается, как правило, спустя некоторое время после деления нуклеоида. Характерной особенностью размножения бактерий является быстрота протекания процесса. Скорость деления зависит от вида бактерий и условий культивирования: некоторые виды делятся через каждые 15−20 мин, другие — через 5−10 ч. При таком быстром делении число клеток бактерий за сутки достигает огромного количества. Это часто наблюдается на пищевых продуктах: быстрое скисание молока за счет развития молочнокислых бактерий, быстрая порча мяса и рыбы за счет развития гнилостных бактерий и т. д.

Спорообразование. Споры у бактерий образуются обычно при неблагоприятных условиях развития: при недостатке питательных веществ, изменении температуры, рН, при накоплении продуктов обмена выше определенного уровня. Способностью образовывать споры обладают почти исключительно палочковидные бактерии. В каждой бактериальной клетке образуется' только одна спора (эндоспора).

Спорообразованию предшествует перестройка генетического аппарата клетки, изменяется морфология нуклеоида. В клетке прекращается синтез ДНК. Ядерная ДНК вытягивается в виде нити, затем концентрируется у одного из полюсов клетки. Эта часть клетки называется спорогенной зоной. Затем в спорогенной зоне происходит уплотнение цитоплазмы, этот участок обособляется от остального клеточного содержимого перегородкой (септой).