2

1. “Основи морфології і систематики
мікроорганізмів. Бактерії та актиноміцети.”
Стабніков Віктор Петрович
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

2. Мікроорганізми дуже малі, їх розмір вимірюється
в мікрометрах (мікронах):
1 міліметр (мм) = 1000 мікронів (мкм).
1 мікрон = 1000 нанометрів (нм).
Розміри більшості бактерій знаходяться в межах 0,5-5
мікронів. Мікроорганізми видимі тільки під
мікроскопом.
До відкриття мікроорганізмів Левенгуком (XVII в.) і
ще 100 років після цього біологи підрозділяли живий
світ на два царства: рослин і тварин. Мікроорганізми
відносили до "маленьких живих звіряток".
1. Місце мікроорганізмів серед живих організмів
Тільки в другій половині XIX в. німецький біолог Е.Геккель (1834–1919)
виділив мікроорганізми в окреме (третє) царство Protista (протиста) (гр. protos
- найпростіший), так як вони суттєво відрізняються від тварин і від рослин.
Пізніше царство Protista підрозділили на вищі і нижчі протисти, тому що було
виявлено два типи клітинної організації - прокаріотний (найпростіший тип) і
еукаріотний (більш складний).

3. 2. Будова і класифікація мікроорганізмів.
Бактерії (прокаріоти) велику групу мікроорганізмів. Відомо більше
3000 бактерій.
Переважна більшість відомих бактерій мають форму сфери (кулясті),
циліндру (паличкоподібні), або спіралі.
Кулясті бактерії бувають (1) поодинокими (коки), (2) сполученими в
довгі ланцюжки (стрептококи), (3) у вигляді скупчень неправильної
форми (стафілококи), (4) сполученими по дві клітини (диплококки),
(5) по чотири клітин (тетракоки), (6) у пакети (сарцини).
1 2 3 4 5 6

4. Паличкоподібні бактерії мають форму поодиноких,
розташованих попарно або ланцюжком паличок, які
розрізняються за розміром відношення довжини клітини до її
поперечного розміру.
Паличкоподібні бактерії підрозділяються на бактерії, що не
утворюють спори, і бацили – спороутворюючі бактерії:
Бацили - спороутворюючі бактеріїНеспороутворюючі бактерії

5. Бактерії спіральної форми характеризуються різною кількістю
витків: (1) палички, зігнуті у вигляді коми, називаються
вібріонами (гр. vibrio — звиваюся); (2) палички з одним або
декількома завитками - спірилами (гр. speira — спіраль); (3) довгі
палички з множиною завитків – спірохетами (гр. завиток) .
1. Холерний вібріон
2. Спірили 3. Спірохети

6. ..
Співвідношення розмірів коків, паличок та спіріл.
З розвитком мікроскопічної техніки
відкриті інші екзотичні форми бактерій.
Велетенські форми бактерій, що
виникають за несприятливих умов.

7. Будова бактеріальної клітини
Бактеріальна клітина має дуже
складну гетерогенну і разом з тим
строго впорядковану структуру. У
загальних рисах будова
бактеріальної клітини не
відрізняється від будови клітини
вищих організмів:
1 — цитоплазматична мембрана ;
2 — клітинна стінка;
3 — капсула; 4 — цитоплазма;
5 — хромосомна ДНК;
6 — рибосоми; 7 — мезосома;
8 — фотосинтетичні мембрани;
9 — включення; 10 - джгутики;
11 — пілі (фімбрії).

8. Клітинна стінка (2). Форма бактеріальної клітини визначається клітинною
стінкою, яка виконує різноманітні функції:
•механічно захищає клітини від впливів навколишнього середовища
•забезпечує підтримку її зовнішньої форми
•дає можливість клітині існувати в гіпотонічних розчинах.
У клітинній стінці розташовані канали, або дифузійні пори, для пасивного
транспортування речовин і іонів в клітину. Клітинна стінка перешкоджає
проникненню в клітину токсичних речовин.
У прокаріот клітинна стінка містить пептидоглікан, якого немає в еукаріотних
клітинах. Залежно від будови клітинної стінки прокаріоти підрозділяються на дві
групи: грампозитивні і грамнегативні.
Такий підрозділ заснований на різниці в способі забарвлення, запропонованому в
1884 р. датським вченим X. Грамом. Клітинні стінки грампозитивних і
грамнегативних прокаріот різко розрізняються як за хімічним складом, так і за
ультраструктурою.

9. У клітинній стінці бактерій міститься пептидоглікана:
•у грампозитивних - 50 - 90 %
• грамнегативних – 1- 10 %.
Крім пептидоглікана в клітинній стінці грампозитивних прокаріот містяться
унікальні хімічні з'єднання - тейхоєві кислоти. На частку клітинної стінки
прокаріот доводиться від 5 до 50 % сухих речовин клітини.
Клітинна стінка грам-
позитивних бактерій
характеризується
присутністю дуже товстого
шару пептидоглікану, який
відповідає за утримянні
фарбника генціанового
фіолетового під час
процедури фарбування за
Грамом.
Грам-негативні бактерії
містять дуже тонкий шар
пептидоглікану. Крім того
вони мають другу, так звану
зовнішню мембрану, що
знаходиться назовні від
клітинної стінки.
Грам-негативні
бактерії
Грам-позитивні
бактерії
Цитиплазматична мембрана
Цитиплазматична мембрана
Периплазма
Периплазма
Пептидоглюка
н
Пептидоглюка
н
Зовнішна мембрана

10. Грам-позитивні бактерії
(кокі).
Бактерії фарбують генціановим фіолетовим, а потім розчином Люголя, при
цьому утворюється нерозчинний у спирті і воді комплекс йоду з барвником.
Цей комплекс не вимивається спиртом і водою через слабку проникність
клітинної стінки (пептидоглікану).
Грампозитивні бактерії залишаються забарвленими у фіолетовий колір.
Дофарбовування препарату фуксином не змінює фіолетового кольору клітин
мікроорганізмів.
У грамнегативних бактерій пептидоглікан утворює переважно один шар, зрідка
— два. Тому комплекс генціанового фіолетового з йодом легко вимивається
спиртом і водою, внаслідок чого бактерії знебарвлюються. Знебарвлені бактерії
забарвлюються фуксином у червоний колір.
Грам-негативні бактерії
(кишкова паличка).

11. Поверхневі структури.
Капсула (3). Багато бактерій виділяють позаклітинні полімери за межами
своїх клітинних стінок і утворюють капсули. Капсули складаються з
полісахаридів і іноді білків. Вони захищають клітини від механічних
ушкоджень, висихання, є перешкодою для проникнення фагів.
Капсули бактерій
Клітина Капсула

12. Джгутики (10). Багато бактерій
нерухомі, а якщо вони здатні рухатися, то
цей рух забезпечується джгутиками, які
розміщені на поверхні клітини. Джгутики
є тонкими нитками, що беруть початок
від цитоплазматичної мембрани, мають
більшу довжину, ніж сама клітина.
Товщина джгутиків 12-20 нм, довжина 3-
15 мкм. Джгутики складаються з білку –
флагеліну.
Розташування джгутиків залежить від виду
бактерій та буває кількох типів.
А- джгутик на кінці клітини (бактерії
-монотрихи)
B-пучок джгутиків на кінці клітини (бактерії
-лофотрихи)
C- один джгутик або пучок джгутиків на
протилежних кінцях клітини (бактерії -
амфітрихи)
D- джгутики розташовані по усій поверхні
клітини (бактерії – перитрихи)

13. Деякі звиті бактерії, що не мають джгутиків, пересуваються шляхом
вигинання тіла. Без джгутиків здатні пересуватися тільки ковзаючи
бактерії і спірохети.
Пілі (11) - прямі ниткоподібні структури на поверхні бактерій. Вони
тонші і коротші за джгутики. Є короткими порожніми циліндрами з
білку піліну. Пілі служать для прикріплення бактерій до субстрату і
один до одного.
Клітини з пілями

14. Цитоплазматична мембрана (ЦПМ) (1) розташована під клітинною стінкою.
ЦПМ - це білково-ліпідний комплекс і невелика кількість вуглеводів.
У ЦПМ локалізовано багато ферментів. ЦПМ є основним бар'єром, що
забезпечує вибіркове надходження в клітину і вихід з неї різноманітних
речовин і іонів.
ЦПМ
КаналМ

15. Мезосома (7) - це локальні випячування ЦПМ, які відрізняються розмірами,
формою і локалізацією в клітині. Вважається, що з мезосомами пов'язано
посилення енергетичного метаболізму клітин.
Цитоплазма (4). Вся внутрішня частина бактеріальної клітини
називається цитоплазмою. Цитоплазма має гомогенну консистенцію і
містить набір розчинних РНК, ферментів, продуктів і субстратів
метаболічних реакцій. В цитоплазмі розташовані різноманітні
структури: рибосоми, генетичний апарат (ДНК) і включення різної
хімічної природи і функціонального призначення.

16. Генетичний апарат представлений кільцевими молекулами ДНК. Цю
ДНК можна умовно розділити на "хромосомні" і «плазмидні».
"Хромосомна" ДНК (5) - одна, прикріплена до мембрани, містить
декілька тисяч генів. Зона, в якій розташована ця ДНК, називається
нуклеоїдом.
Плазміда - молекула ДНК, окрема від хромосомної ДНК та здібна до
автономної реплікації.
Схематичне зображення бактерії з включеними плазмідами:
1 - хромосомна ДНК;
2 - плазміди.

17. Рибосоми (6) – місце синтезу білка- рибонуклеопротеїдні частинки розміром
15- 20 нм. Їх кількість в клітині залежить від інтенсивності процесу синтезу
білка. У швидко ростучої клітині кишкової палички міститься приблизно
15000 рибосом.
Моделі бактеріальної рибосоми зі зростаючим дозволом.

18. Фото-синтетичні мемб-рани (8), які зустрічаються в клітинах деяких бактерій,
- це похідні ЦПМ, що виникли в результаті її розростання і глибокого
впячування.
Фотосинтетичні мембрани (зелені) у цианобактерії.

19. Включення (9). У цитоплазмі бактеріальних клітин є включення, що міс­тять
запасні поживні речовини —глікоген та гранульоза (поліцукриди), жири.
Деякі бактерії здатні запасати фосфор у вигляді гранул поліфосфатів і
елементарну сірку.
Глікоген
Включення гранульози
(забарвлюється йодом в
синій колір)
Клітини бактерій з
краплями жиру.
Клітини
бактерій з
краплинами
сірки
Поліфосфатні
гранули в
бактеріальній
клітині

20. Ріст і способи розмноження бактерій
Ріст прокаріотної клітини – це у збільшення кількості всіх хімічних компонентів, з
яких вона побудована. Після досягнення визначених розмірів клітина піддається
поділу. Для більшості прокаріот характерний бінарний поперечний поділ, що
приводить до утворення двох однакових дочірніх клітин. Перетинка у кулястих
бактерій може проходити по будь­якому з діаметрів клітини; у палочковидних і
звитих бактерій перегородка ділить тіло упоперек; ділення спірохет може
відбуватися уздовж тіла бактерії.
Швидкість поділу клітини бактерії за сприятливих умов дуже велика і складає
близько 30 хвилин. Якби усі бактерії залишилися живими, то через добу вони
суцільним шаром вкрили б усю земну поверхню. Проте цього не відбувається,
оскільки велика частина бактерій гине внаслідок несприятливих умов зовнішнього
середовища: нестачі харчування і вологи, коливань температури.

21. Спороутворення бактерій
Деякі бактерії в несприятливих умовах (висушування, дефіцит поживних
речовин) здатні утворювати особливі захисні форми ­ спори (від гр. «sporos» ­
насіння). Усередині клітини бактерії утворюється одна спора (ендоспора).
Ендоспори стійкі до підвищених температур, до радіації, на відміну від
вегетативних клітин. Деякі спори витримують навіть кип'ятіння протягом
декількох годин.
Багато паличкоподібних бактерії здатні утворювати в певних умовах спори.
Такі бактерії, на відміну від усіх інших, називаються бацилами.
Спороутворюючі бактерії мають клітинну стінку, характерну для
грампозитивних прокаріот. У сприятливих умовах більшість ендоспор
проростає.
Спороутворення у бацил
Спороутворення у клострідій

22. Властивістю утворювати спори володіють багато бацил, що викликають
небезпечні заразні хвороби, а також отруєння. До їх числа відносяться,
наприклад, бацили сибірської виразки і бацили ботулізму.
Розміри спор, як правило, менше розмірів вегетативних клітин. Форма спор
може бути овальною, кулястою; розташування в клітині – центральне (1);
термінальне ­ на кінці палички (2). Інколи діаметр спори може перевищувати
діаметр вегетативної клітини, внаслідок чого форма самої клітини при
спороутворенні змінюється. Коли спора утворюється у кінці клітини вона має
форму барабанної палички (плектрідіум) (3, 5), а коли в центрі клітини, то ця
клітина за формою нагадує веретено (клостридіум) (4).

23. Класифікація бактерій
При класифікації основним завданням є визначення виду бактерій.
Вид – це група близьких між собою організмів, які мають однакове походження і
характеризуються певними морфологічними, біохімічними і фізіологічними
ознаками.
Види об'єднуються в роди, роди – в родини, потім слідують порядки, класи,
відділи, царства.
Вид бактерій описують з допомогою ознак: морфологічних, культуральних,
фізіолого­біохімічних і ін.
Морфологічними ознаками є форма клітини, наявність або відсутність джгутиків,
капсули, здатність до спороутворення, фарбування по Граму.
Культуральними ознаками є загальний вигляд бактеріальної колонії, наявність
пігменту.
Фізіолого-біохімічними ознаками є спосіб отримання енергії, потреби в поживних
речовинах, відношення до факторів зовнішнього середовища.
Назва бактерій дається латинською мовою і складається, як правило, з двох слів.
Перше слово вказує на родову належність, друге ­ на назву виду.
Родова належність пишеться з великої букви, видова ­ з малої. Наприклад,
Streptococcus lactis. Ці бактерії відносяться до роду Streptococcus, видова назва
lactis.
Найсучаснішим визначником для ідентифікації бактерій є "Короткий визначник
бактерій Бергі", який найбільш повно описує відомі бактерії (фенотипова
класифікація).

24. Останнім часом все більшого розвитку отримує філогенетична класифікація
бактерій, заснована на даних молекулярної біології.
Для ідентифікації чистих культур бактерій використовують полімеразну
ланцюгову реакцію (ПЛР) для ампліфікації (значного збільшення малих
концентрацій бажаних фрагментів ДНК) гена 16S рибосомальної РНК та його
секвенування. Одиночну колонію асептично переносять у стерильну пробірку,
здійснюють лізис клітин і екстракцію ДНК у термосайклері. Для ампліфікації
гену 16S рРНК застосовували універсальні еубактеріальні праймери (короткі
олігонуклеотиди, що комплементарні певній нуклеотидній послідовності 16S
рРНК ).
Термосайклер – апарат для проведення полімеразної ланцюгової реакції ДНК.

25. Чистоту та концентрацію отриманих продуктів контролюють за допомогою
електрофорезу в агарозному гелі.
Апарат для електрофорезу ДНК.

26. Секвенування ДНК ­
це набір методів встановлення послідовності
нуклеотидних основ
ДНК: аденіну, гуаніну, цитозину і тіміну.
Найбільш популярний метод секвенування ­
дидезокси – метод (або метод обриву ланцюга).
Коли дидезоксинуклеотид приєднується до
нітки зростаючої ДНК, продовження нітки
припиняється, оскільки у нього 3′ ­OH група
відсутня і наступний нуклеотид не може
приєднатися.
Для того, щоб відбувалося секвенування ДНК, ДНК
використовується як поодиночна нітка. До неї додається
• суміш 4­х дидезоксинуклеотида в надлишковій
кількості;
• суміш 4 нормальнихa дезоксинуклеотида в лімітуючій
кількості, кожен з яких помічений міткою, що має
флуоресценцію;
• ДНК полімераза.
http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/

27. Послідовність нуклеотидів визначають із застосуванням секвенатору.
Продовження ланцюгу відбувається нормально
доки ДНК полімераза випадково включить
дидезоксинуклеотид замість нормального
дезоксинуклеотида. Наприкінці періоду синтезу,
фрагменти сортуються по довжині від
щонайдовшого до найкоротшого з допомогою
хроматографічної колонки.

28. Послідовність нуклеотидів визначають із застосуванням секвенатору.
Cеквенатор.
Для ідентифікації мікробного штаму нуклеотидна послідовність гену 16S
рибосомальної РНК порівнюється зі спорідненими послідовностями, що
зберігаються у базі даних Генбанку Національного центру біотехнологічної
інформації.

29. Хроматограма послідовності нуклеотидів 16S рибосомальної РНК
Stenotrophomonas maltophilia штам BK.
BIO
TRACE
BioEdit version 5.0.9
Model 310
ABI-CE1
File:B2-BKR 1.5
BKR 1.5
Lane 7
Signal G:102 A:88 T:109 C:54
DT310POP6{BDv3}v1.mob
BD(V.3) MATRIX
Points 1771 to 10200
Page 1 of2
5/5/2004
Spacing:13.4700002670288
G NTCCAGGC
10
GGCG TCTTAC
20
GCGTTAGCTT
30
CGATACTGCG
40
TG CAAATTGC
50
ACCCAACATC
60
CAGTTCGCAT
70
CGT TTAGGGC
80
G TGGACTACC
90
A GGG TA TCTA
100
AT CCT GT TT G
110
C TCCC CACG C
120
T T T CG TGC C T
130
CAG T
G T CAG T
140
G T T G G T C CA G
150
G T AG C TG C C T
160
T CG C C ATG G A
170
TG T T C C T C C T
180
G AT C T C T ACG
190
C AT T T C AC T G
200
C T A C A C C AG G
210
A AT T C C G C T A
220
C C C T C T AC C A
230
C AC T C T AG T
C
240
G N C C AG T A T C
250
C AC TG C AG T T
260
C C C AG G T T G A
270
G C C C AG G G C T
280
T T C AC A AC G G
290
AC T T A A A C G A
300
C C A C C T ACG C
310
ACG C T T T AC G
320
C C C AG T A A T T
330
C C G A G T A
AC G
340
C T TG C AC C C T
350
T C G T A T T AC C
360
G C G G C T G C T G
370
G C AC G A AG T T
380
AG C C G G T G C T
390
T A T T C T T TGG
400
G G T AC C G T C A
410
T CC C A A C C AG
420
G T A T T A G C C G
430
G
C T G G A T T TC
440
T N T C C CA A C A
450
A A AG GG GC T T
460
T A CA A C CC GG
470
AAAGG C C T T C
480
T T C A C C C A C G
490
G CG GG TAATG
500
GG C T GGG AA T
510
CCA GG N N T T G
520
C G C CCC A T T G
530
NTC CCA
AA T A
540
T TN CC C CC AC
550
T G G C TG TCCC
560
T CCCCG NNAN
570
GG ANG TNCTG
580
GG ACCCNGTN
590
NN C C NCANA T
600
T CNCCAG GGG
610
GNGG G T TTG A
620
TC CA TC C CTC
630
CT CCANAAA C
640
AAGG NTTA CG
650
G NATTCC

30. В результаті отрумують послідовність нуклеотидів
GNTCCAGGCGGCGTCTTACGCGTTAGCTTCGATACTGCGTGCAAATTGCACCCAACAT
CCAGTTCGCATCGTTTAGGGCGTGGACTACCAGGGTATCTAATCCTGTTTGCTCCCCA
CGCTTTCGTGCCTCAGTGTCAGTGTTGGTCCAGGTAGCTGCCTTCGCCATGGATGTTC
CTCCTGATCTCTACGCATTTCACTGCTACACCAGGAATTCCGCTACCCTCTACCACACT
CTAGTCGNCCAGTATCCACTGCAGTTCCCAGGTTGAGCCCAGGGCTTTCACAACGGAC
TTAAACGACCACCTACGCACGCTTTACGCCCAGTAATTCCGAGTAACGCTTGCACCCTT
CGTATTACCGCGGCTGCTGGCACGAAGTTAGCCGGTGCTTATTCTTTGGGGTACCGTC
ATCCCAACCAGGTATTAGCCGGCTGGATTTCTNTCCCAACAAAAGGGGCTTTACAACC
CGGAAAGGCCTTCTTCACCCACGGCGGGTAATGGGCTGGGAATCCAGGNNTTGCGCCC
CATTGNTCCCAAATATTNCCCCCACTGGCTGTCCCTCCCCGNNANGGANGTNCTGGGA
CCCNGTNNNCCNCANATTCNCCAGGGGGNGGGTTTGATCCATCCCTCCTCCANAAACA
AGGNTTACGGNATTCCGTTCNGCCTTTGGGNNNGGGGCCCTTTTACCCCNGNCNAA
Для ідентифікації мікробного штаму нуклеотидна послідовність гену 16S
рибосомальної РНК порівнюється зі спорідненими послідовностями, що
зберігаються у базі даних Генбанку Національного центру біотехнологічної
інформації.

31. Актиноміцети (Актинобактерії ,
променісті грибки)
Актиноміцети (грец. aktis — промінь +
mykes — гриб) — група
грампозитивних бактерій, клітини
яких мають кулеподібну, неправильну
паличкоподібну або видовжену форму і
в багатьох випадках здатні подібно
грибам до утворення міцелію. Товщина
міцелію актиноміцетів — 0,5—1,0 мкм.
Актиноміцети займають проміжне
положення між бактеріями та грибами
і поєднують у собі ознаки тих і інших.

32. Актиноміцети утворюють пігменти самого різного кольору.

33. На щільному середовищі розрізняють два
типи міцелію:
•субстратний – нитки розвиваються в
глибині щільного середовища, через них
відбувається всмоктування поживних
речовин;
•повітряний – підіймається над поверхнею
середовища у вигляді густої пухнастої,
мучнистої маси.
Актиноміцети здатні розмножуватись спорами, або частинами
повітряного міцелію.
Більшість актиноміцетів - аероби, але зустрічаються і факультативні
анаероби, тобто можуть жити при відсутності кисню.

34. Актиноміцети найбільш поширені в грунті, але присутні також у мулі
водоймищ, на рослинних залишках.
Актиноміцети утворюють особливу речовину геосмин, яка обумовлює запах
свіжозораної землі.
Основна екологічна роль
актиноміцетів полягає в
розкладанні важкодеградуючих
органічних речовин.
Актиноміцети приймають участь у таких процесах як
•деградація лігніну
•деградація органічних речовин
•деградація хітину
•формування та стабілізація компосту
•формування гумусу.
Багато актиноміцетів синтезують антибіотики: стрептоміцин, тетрациклін,
актиноміцин, еритроміцин, канаміцин, гентаміцин, цефаміцини. Основ-ні
продуценти антибіотиків є актиноміцети роду Streptomyces (синтезують до 80%
усіх відомих антибіотичних сполук, що продукують актиноміцети).
Серед актиноміцетів є патогенні форми, що викликають актиномікози.