Поверхностные структуры бактериальной клетки: строение, функции, методы выявления. Механизм окраски по Граму. Формы бактерий с дефектом клеточной стенки, значение

Капсула

• макрокапсулу (до 0,2 мкм) – имеет диаметр больше, чем таковой у клетки, и прочно с ней связана; обычно образуется при неблагоприятных условиях; видна в световой микроскоп при окраске по Бурри-Гинсу;

• микрокапсулу (менее 0,2 мкм) – имеется у многих бактерий, выявляется в электронном микроскопе;

• слизистый чехол – не имеет четких границ и легко отделяется от клетки.

Капсула выполняет несколько функций:

• защищает от механических и температурных воздействий, а также от фагов;

• запасает некоторые питательные вещества;

• участвует в адгезии;

• является фактором патогенности, подавляя фагоцитоз;

• определяет антигенную специфичность (капсульный К-антиген), что используется в еще одном методе их выявления – применении противокапсульных сывороток.

Клеточная стенка. Окраска по Граму

Клеточная стенка покрывает бактериальную клетку снаружи ЦПМ, но располагается под капсулой, если капсула имеется. Основу клеточной стенки составляет пептидогликан (муреин). Пептидогликан хорошо сохраняет свою структуру за счет связей двух типов: гликозидных связей (1) между молекулами глюкозы и пептидных связей (2) между олигопептидными хвостами. При этом не все пептидные хвосты участвуют в образовании межцепочечных связей, некоторые из них находятся в свободном состоянии.

Не считая наличия пептидогликана, строение клеточной стенки сильно отличается у бактерий двух групп: грамположительных (Грам+, окрашиваются в фиолетовый) и грамотрицательных (Грам–, окрашиваются в красный).

У Грам+ бактерий клеточная стенка толстая, причем основную ее часть составляет пептидогликан (до 90% массы), состоящий из множества цепочек (вплоть до 10).

КС Грам+ бактерий

Пептидогликан пронизывают тейхоевые кислоты, достигающие внешней поверхности клеточной стенки. Они являются основными антигенами Грам+ бактерий, участвуют в клеточной рецепции и определяют заряд поверхности клетки. Также пронизывают пептидогликан липотейхоевые кислоты. Их особенность – липофильный якорь, погружающийся в ЦПМ и прикрепляющий к ней клеточную стенку. Между ЦПМ и клеточной стенкой пространство отсутствует.

Пенициллин и лизоцим особенно активны в отношении Грам+ бактерий, так как их мишень – пептидогликан, которого у этих бактерий много. Лизоцим разрушает гликозидные связи, а пенициллин – межпептидные.

Клеточная стенка Грам– бактерий устроена более сложно. В сравнении она значительно тоньше, пептидогликан имеет всего 1-2 цепочки и составляет только 5-10% от массы клеточной стенки.

КС Грам– бактерий

В пептидогликане отсутствуют (липо)тейхоевые кислоты. Вследствие этого он прилегает к клеточной стенке неплотно, и образуется периплазматическое пространство. В нем имеются периплазматические белки (транспортные и ферменты).

Кнаружи от пептидогликана у Грам– бактерий находится наружная (внешняя) мембрана. Это наиболее толстый слой клеточной стенки. Внутренний листок наружной мембраны имеет такое же строение, как и любой из листков ЦПМ. При помощи липопротеинов, имеющих гидрофобный и гидрофильный домены, наружная мембрана связана с пептидогликаном.

Наружный листок на треть состоит из липополисахаридов, которые имеют в своем составе три компонента. Липид А «заякоривает» липополисахарид в наружной мембране и является одним из основных факторов патогенности, вызывая повышение температуры и токсические эффекты вплоть до шока. Далее следует исполняющий роль мостика кор-слой. Самый наружный компонент – О-антиген, уникальный для каждого серовара бактерии (в отличие от первых двух компонентов). Эта часть липополисахарида лучше всего распознается организмом и является наиболее иммуногенной. Она же часто определяется в серологической диагностике.

Наружная мембрана содержит множество белков, особенно транспортных и рецепторных (ферментные белки находятся в периплазматическом пространстве). Грам– бактерии менее чувствительны к пенициллину и лизоциму.

Жгутики

• спиральная нить – полый цилиндр из 11 рядов сократительного белка флагеллина, может достигать в длину нескольких микрометров;

• крюк – содержит иной белок, соединяет спиральную нить с базальным телом;

• базальное тело – комплекс из двух (Грам+) или четырех (Грам–) белковых колец, нанизанных на крюк; единственное подвижное М-кольцо находится в ЦПМ и вращается за счет градиента концентрации протонов.

Благодаря вращению жгутиков, бактерии могут двигаться прямолинейно или кувырканием (постоянная смена направлений). В неоднородной окружающей среде бактерии движутся целенаправленно за счет таксисов (хемо-, аэро-, фото-, термотаксис и др.)

По числу и расположению жгутиков выделяют:

• атрихи (нет жгутика);

• монотрихи (1 – один жгутик, самые подвижные);

• политрихи (много жгутиков), в том числе лофотрихи (2 – пучок на одном полюсе), амфитрихи (3 – пучки на обоих полюсах) и перитрихи (4 – по всей поверхности клетки).

Кроме подвижности, жгутики обеспечивают адгезию и определяют антигенную специфичность (Н-антиген). Выявляются методами фазово-контрастной, темнопольной и электронной микроскопии, а также косвенно – по характеру роста в полужидкой среде (бактерии со жгутиками растут в стороны). Для световой микроскопии применяется метод серебрения по Морозову.

Фимбрии (пили)

• фимбрии 1-го типа (общие) – имеются в большом количестве (сотни-тысячи) у большинства бактерий; обеспечивают адгезию, механическую защиту и увеличивают поверхность всасывания и водно-солевого обмена;

• фимбрии 2-го типа (чаще пили, или секс-пили) – обеспечивают конъюгацию.

Фимбрии обоих типов обладают антигенной активностью, а также могут адсорбировать бактериофаги. Выявляются только электронной микроскопией.

Формы бактерий с дефектом клеточной стенки

При воздействии на бактерию ферментами, разрушающими пептидогликан (например лизоцимом), можно получить сферопласт или протопласт. Протопласт образуется из Грам+ бактерий в результате полной утраты клеточной стенки (ведь она состоит только из пептидогликана). Сферопласт образуется из Грам– бактерий, в нем клеточная стенка частично сохранена за счет наружной мембраны. И протопласты, и сферопласты в благоприятных условиях могут превращаться в исходную форму. В неблагоприятных условиях (в том числе в изотонической среде из-за плазмолиза) они погибают либо теряют способность к размножению. Относительно стабильны в гипертонической среде.

Если же бактерия с дефектом клеточной стенки сохраняет способность к размножению и достаточно устойчивому развитию, ее называют L-формой. Они могут образовываться в организме под действием антител или антибиотиков и затем длительно находиться в нем, формируя носительство бактерии. Стабильные L-формы неспособны к реверсии в исходный вид, а отсутствие клеточной стенки для них является защитным приспособлением.