Простейшие – эукариотические одноклеточные микроорганизмы, составляющие подцарство Protozoa царства животных (Animalia). Простейшие включают 7 типов, из которых три типа (Sarcomastigophora, Apicomplexa, Ciliophora) имеют представителей, вызывающих заболевания у человека. Размеры простейших колеблются в среднем от 5 до 30 мкм. Снаружи простейшие окружены мембраной (пелликулой) – аналогом цитоплазматической мембраны клеток животных. Некоторые простейшие имеют опорные фибриллы. Цитоплазма и ядро соответствуют по строению эукариотическим клеткам: цитоплазма состоит из эндоплазматического ретикулума, митохондрий, лизосом, многочисленных рибосом и др.; ядро имеет ядрышко и ядерную оболочку. Передвигаются простейшие посредством жгутиков, ресничек и путем образования псевдоподий. Простейшие могут питаться в результате фагоцитоза или образования особых структур. Многие простейшие при неблагоприятных условиях образуют цисты – покоящиеся стадии, устойчивые к изменению температуры, влажности и др. Простейшие окрашиваются- по Романовскому-Гимзе (ядро – красного, цитоплазма – синего цвета).
Тип Sarcomastigophora. Подтип Mastigophora (жгутиконосцы) включает следующих патогенных представителей:
§ трипаносому – возбудителя африканского трипаносомоза (сонная болезнь);
§ лейшмании – возбудителей кожной и висцеральной форм лейшманиозов;
§ лямблию – возбудителя лямблиоза.
Эти простейшие характеризуются наличием жгутиков: один – у лейшмании, четыре свободных жгутика и короткая ундулирующая мембрана – у трихомонад.
К подтипу Sarcodina (саркодовые) относится дизентерийная амеба – возбудитель амебной дизентерии человека. Морфологически сходна с ней непатогенная кишечная амеба. Эти простейшие передвигаются путем образования псевдоподий. Питательные вещества захватываются и погружаются в цитоплазму клеток. Половой путь размножения у амеб отсутствует. При неблагоприятных условиях они образуют цисту.
Тип Apicomplexa. В классе Sporozoa (споровики) патогенными представителями являются возбудители токсоплазмоза, кокцидиоза, саркоцистоза и малярии. Жизненный цикл возбудителей малярии характеризуется лередо-ванием полового размножения (в организме комаров Anopheles) и бесполого (в клетках тканей и эритроцитах человека они размножаются путем множественного деления). Токсоплазмы имеют форму полулуний. Токсоплазмозом человек заражается от животных. Токсоплазмы могут передаваться через плаценту и поражать центральную нервную систему и глаза плода.
Тип 3. Патогенный представитель – возбудитель балантидиаза – поражает толстый кишечник человека. Балантидии имеют многочисленные реснички и поэтому подвижны.
Простейшие – эукариотические одноклеточные микроорганизмы, составляющие подцарство Protozoa царства животных (Animalia). Простейшие включают 7 типов, из которых три типа (Sarcomastigophora, Apicomplexa, Ciliophora) имеют представителей, вызывающих заболевания у человека. Размеры простейших колеблются в среднем от 5 до 30 мкм. Снаружи простейшие окружены мембраной (пелликулой) – аналогом цитоплазматической мембраны клеток животных. Некоторые простейшие имеют опорные фибриллы. Цитоплазма и ядро соответствуют по строению эукариотическим клеткам: цитоплазма состоит из эндоплазматического ретикулума, митохондрий, лизосом, многочисленных рибосом и др.; ядро имеет ядрышко и ядерную оболочку. Передвигаются простейшие посредством жгутиков, ресничек и путем образования псевдоподий. Простейшие могут питаться в результате фагоцитоза или образования особых структур. Многие простейшие при неблагоприятных условиях образуют цисты – покоящиеся стадии, устойчивые к изменению температуры, влажности и др. Простейшие окрашиваются- по Романовскому-Гимзе (ядро – красного, цитоплазма – синего цвета).
Тип Sarcomastigophora. Подтип Mastigophora (жгутиконосцы) включает следующих патогенных представителей:
§ трипаносому – возбудителя африканского трипаносомоза (сонная болезнь);
§ лейшмании – возбудителей кожной и висцеральной форм лейшманиозов;
§ лямблию – возбудителя лямблиоза.
Эти простейшие характеризуются наличием жгутиков: один – у лейшмании, четыре свободных жгутика и короткая ундулирующая мембрана – у трихомонад.
К подтипу Sarcodina (саркодовые) относится дизентерийная амеба – возбудитель амебной дизентерии человека. Морфологически сходна с ней непатогенная кишечная амеба. Эти простейшие передвигаются путем образования псевдоподий. Питательные вещества захватываются и погружаются в цитоплазму клеток. Половой путь размножения у амеб отсутствует. При неблагоприятных условиях они образуют цисту.
Тип Apicomplexa. В классе Sporozoa (споровики) патогенными представителями являются возбудители токсоплазмоза, кокцидиоза, саркоцистоза и малярии. Жизненный цикл возбудителей малярии характеризуется лередо-ванием полового размножения (в организме комаров Anopheles) и бесполого (в клетках тканей и эритроцитах человека они размножаются путем множественного деления). Токсоплазмы имеют форму полулуний. Токсоплазмозом человек заражается от животных. Токсоплазмы могут передаваться через плаценту и поражать центральную нервную систему и глаза плода.
Тип 3. Патогенный представитель – возбудитель балантидиаза – поражает толстый кишечник человека. Балантидии имеют многочисленные реснички и поэтому подвижны.
ЭУКАРИОТЫ Характерной особенностью эукариот является наличие ядра, которое способно делиться, и полового процесса. Организмы с эукариотическим типом организации условно можно разделить на два подтипа: первый характерен для простейших организмов, второй – для многоклеточных. ПРОСТЕЙШИЕ Особенностью организации простейших является то, что они (за исключением колониальных форм) соответствуют в структурном отношении уровню одной клетки, а в физиологическом – полноценной особи. Размеры простейших колеблются от 2 до 50 мк и больше. На Земле живёт свыше 25 000 видов простейших, разнообразных по своей морфологии (рис. 4) и образу жизни. Большинство из них ведёт свободный образ жизни, обитая в морях и океанах (в толще воды и на дне), а также в пресных водоемах и в почве. Более 6700 видов простейших являются паразитами. Тело простейших состоит из протоплазмы, ядра и различных включений. Протоплазма имеет ячеистое строение и в ней, даже у самых низкоорганизованных простейших, различают два слоя: внутренний – эндоплазма, в котором находится ядро и другие включения, и наружный, наружный, более плотный и прозрачный слой, – эктоплазма, который служит для передвижения, захвата пищи и защиты простейшего. Передвигаются простейшие разными способами: ползают по субстрату при помощи ложноножек, при помощи жгутиков и ресничек. Ядро простейших сходно с ядрами клеток других животных. В большинстве случаев у простейших одно ядро, но у инфузорий их два - макро- и микронуклеус. У некоторых простейших несколько ядер. Ядро может быть пузырьковидным (у амеб и многих других простейших) и массивным (макронуклеус инфузорий). Размножаются простейшие бесполым и половым путем. При бесполом размножении сначала их ядро делится на две или несколько частей, а затем цитоплазма разделяется на две (равные или неравные) или много (соответственно числу вновь образовавшихся ядер) частей. В результате из одного организма возникают два (равновеликих или неравных по величине) или несколько новых существ. При половом размножении две одинаковые или различные по величине и строению (мужская и женская) особи сливаются друг с другом в одну особь - зиготу, которая затем начинает размножаться бесполым путем. Иногда две особи данного вида простейших лишь соприкасаются друг с другом, обмениваясь частью своих ядер. Рис 5. Структурная организация инфузории туфельки: 1 – реснички, 2 – пищеварительные вакуоли, 3 – большое ядро (макронуклеус), 4 – малое ядро (микронуклеус), 5 – ротовое отверстие и глотка, 6 – непереваренные остатки пищи, выбрасываемые наружу, 7 – трихоцисты, 8 – сократительная вакуоль Простейшие гетеротрофы или автотрофы. Питаются простейшие мельчайшими животными, растительными организмами и гниющими органическими веществами; паразитические формы питаются соками своих хозяев. Пищу они переваривают в пищеварительных вакуолях - пузырьках, заполненных пищеварительным соком. Некоторые из них способны синтезировать вещества своего тела из неорганических веществ среды при помощи фотосинтеза.Дыхание простейших, т. е. поглощение кислорода из окружающей среды и выделение углекислоты, обычно осуществляется всей поверхностью тела. Многие простейшие, оказавшись в неблагоприятных условиях жизни, превращаются в цисты, при этом тело их округляется, и они покрываются толстой оболочкой. В таком состоянии простейшие могут находиться долгое время, пока не окажутся в более благоприятных для своего существования условиях. Тогда животное выходит из оболочки цисты и начинает вести подвижный образ жизни. Некоторые паразитические простейшие вызывают у человека тяжелые заболевания, характеристика некоторых из них приводится ниже. Для человека опасен малярийный плазмодий, обитающий в клетках крови человека. Он распространяется малярийными комарами и вызывает опасное заболевание – малярию. Возбудителя малярии в 1880 г. описал французский врач А. Лаверан. Малярийных паразитов комар всасывает с кровью больного человека; в организме комара плазмодии размножаются и скапливаются в слюнных железах. При укусе вместе со слюной комара в кровь человека проникают и малярийные плазмодии. Здесь они питаются, растут, размножаются, разрушают кровяные клетки человека и выделяют ядовитые вещества. При массовом выходе простейших из клеток в кровь у больного малярией начинается приступ лихорадки – повышение температуры, сильнейший озноб и слабость. Приступы повторяются через каждые два-три дня. Это ведет к малокровию, истощению организма. Другой представитель простейших – паразитическая корненожка амеба (рис. 4). Ее в 1875 г. открыл русский ученый Ф. А. Леш. Термин амёбиаз чаще всего применяется к амёбной дизентерии, однако амёбы вызывают также амёбный энцефалит, кератит и др. По данным ВОЗ около 10% людей на Земле больны амёбиазом. В основном болезнь распространена в странах с жарким климатом, однако иногда заболевание встречается в средней полосе, преимущественно в летнее время. Источником заражения является только человек, больной амёбиазом или носитель амёб. Заражение происходит фекально-оральным путем при употреблении инфицированных цистами воды и свежих овощей и зелени. Чаще всего амебиаз называю «болезнью грязных рук». Цисты могут дополнительно распространяться тараканами и мухами. В теплой влажной среде цисты паразитов способны выживать до 2-4 недель. При кишечной форме амёбиаза в верхнем отделе толстого кишечника возникает очаг воспаления, формируются язвы, иногда возникает даже некроз тканей. По кровеносным сосудам амёбы могут проникнуть в печень, формируя там вторичные очаги – абсцессы; в плевральную полость и лёгкие, перикард, брюшную полость; могут метастазировать в мозг, кожу и другие органы. Кишечник, печень, половые органы человека поражают лямблии. Они были подробно описаны отечественным ученым Д. Ф. Лямблем. У человека чаще всего паразитирует многожгутиковая лямблия (рис. 4), вызывая заболевание лямблиоз. Клетка лямблии похожа на разрезанную пополам грушу (рис. 4). Плоской стороной паразит плотно присасывается к клеткам кишечника. Лямблии существуют в подвижной и неподвижной (цисты) форме. Заражение происходит при употреблении загрязнённых цистами продуктов питания (особенно не подвергающихся термической обработке - фрукты, овощи, ягоды) и воды, а также через загрязнённые цистами руки и предметы обихода. Попав в желудочно-кишечный тракт здорового человека, лямблии размножаются в тонкой кишке, иногда в больших количествах, и вызывают раздражение слизистой оболочки. Проникая из тонкой кишки в толстую (где условия для них неблагоприятны), лямблии теряют свою подвижность и превращаются в цисты. Цисты выделяются из организма больного лямблиозом с испражнениями. Цисты хорошо сохраняются в окружающей среде: в почве способны выживать до 3 недель, а в воде - до 5 недель. Чаще болеют лямблиозом дети (особенно часто от 1 года до 4 лет). Симптоматика: боли в верхней части живота или в области пупка, вздутие живота, урчание, тошнота, запоты, сменяющиеся поносами (испражнения жёлтые с незначительным количеством слизи), дискинещии жёлчных путей, атопический дерматит, общая слабость, утомляемость, раздражительность, снижение аппетита, головные боли, плохой сон. Иногда болезнь протекает без выраженных проявлений и обнаруживается, как правило, после какого-либо другого перенесённого заболевания. Отмечается замедление нарастания веса ребенка. Токсоплазмоз - заболевание, вызываемое токсоплазмозами, источниками которых являются различные виды (свыше 180) домашних и диких млекопитающих (кошки, собаки, кролики и т.д.). Заражение человека происходит при употреблении мясных продуктов и яиц, не прошедших достаточную термическую обработку. Не исключена возможность заражения при попадании возбудителя на слизистые оболочки и повреждённые кожные покровы, трансмиссивным путём; возможно внутриутробное заражение. К факторам, которые могут способствовать появлению в организме паразита и повышают риск возникновения токсоплазмоза следует отнести: контакт с заражёнными животными; контакт в экскрементами животных; употребление в пищу или контакт с сырым или не до конца приготовленным мясом, особенно свинины, мяса ягнёнка или оленины; пересадка органов или переливание крови (очень редко); наличие токсоплазмоза у родителей. При врождённом токсоплазмозе наблюдаются гибель плода в утробе матери, смерть новорождённого в результате общей инфекции или (у оставшихся в живых) поражение нервной системы, глаз и других органов. Острая приобретённая форма протекает как тифоподобное заболевание (с высокой температурой, увеличением печени, селезёнки) либо с преимущественным поражением нервной системы (головная боль, судороги, рвота, параличи и др.). Чаще токсоплазмоз протекает хронически, с субфебрильной температурой, головной болью, увеличением лимфоузлов и печени, понижением работоспособности; может сопровождаться поражением глаз, сердца, нервной и др. систем и органов. Токсоплазмоз может протекать и в латентной (скрытой) форме. Исследования показали, что при поражении иммунной системы и мозга человека паразит может вызвать влечение к запаху кошки и шизофрению. Трихомониаз - инфекционное заболевание, передаваемое половым путем, вызывается одноклеточным микроорганизмом – трихомонадой. Трихомониаз занимает первое место по распространенности среди заболеваний мочеполового тракта и заболеваний, передающихся половым путём.Опасность данного заболевания заключается в том, что в 70 - 80% заболеваний среди мужчин являются бессимптомными формами и проявляются лишь на стадии появления осложнений. У женщин заболевание, как правило, проявляет себя в первые 1 – 4 недели. Трихомониаз опасен в первую очередь тяжелыми последствиями в виде осложнений, которые могут быть причиной бесплодия. Недуг может быть выявлен у женщины и при беременности - он сказывается не только на росте, но и на развитии плода. Также урогенитальный трихомониаз может вызвать выкидыш, преждевременные роды либо осложнения самой беременности.
Простейшие - наиболее многочисленная и повсеместно распространенная в почвах группа одноклеточных микроскопических организмов. Размеры их 5-20 мкм, клетки могут быть шаровидной, овальной, сплюснутой или разветвленной формы. Простейшие обычно подвижны и пластичны, то есть легко изменяют форму. Для простейших, обитающих в почве, характерна способность образовывать цисты, устойчивые к неблагоприятным условиям. Цисты отличаются высокой сопротивляемостью и жизнестойкостью, они выживают даже после длительного высушивания, обработки кислотами и т. п.
Число простейших в почве зависит от ее типа, содержания в ней органического вещества, влажности, сезона года, растительности и других факторов, колеблется в значительных пределах и может достигать нескольких миллионов в 1 г абсолютно сухой почвы. Общая масса живых клеток на 1 га колеблется от нескольких килограммов в лесных подзолистых почвах до нескольких тонн на орошаемых сероземах под люцерной и хлопчатником. Биомасса простейших уступает биомассе микрофлоры.
Сложные отношения складываются у простейших с другими почвенными микроорганизмами. Большинство видов почвенных простейших - бактериядные формы. Они обладают определенной избирательностью в питании бактериями. Так, почвенные амебы, кроме других бактерий, активно поглощают клетки азотобактера. Выедая часть клеток, простейшие поддерживают численность азотобактера на определенном уровне; кроме того, биологически активные вещества простейших положительно влияют на фиксацию азота атмосферы почвенными микроорганизмами. Некоторые виды почвенных грибов и актиномицетов подавляют развитие простейших. В свою очередь, определенные формы простейших пробуравливают стенки конидий грибов, используя их содержимое в качестве пищевого материала.
Простейшие стимулируют рост и развитие высших растений. Они оказывают положительное действие на растения непосредственно, например, выделяя продукты обмена веществ, которые обогащают ризосферу азотсодержащими соединениями; способствуют разложению сложных органических соединений, переводя их в более простые, доступные для растения. Простейшие могут воздействовать на растения и косвенно, влияя на численность, видовой состав и жизнедеятельность микробного населения почвы.
В настоящее время в почвах Советского Союза обнаружено 560 видов простейших, относящихся к 166 родам классов жгутиконосцев, саркодовых и инфузорий.
Жгутиконосцы (Mastigophora , Flagellata ) - жгутиковые простейшие, имеющие один или несколько жгутиков. При размножении клетки жгутиковых простейших делятся в продольном направлении. Некоторые виды жгутиконосцев содержат в своих клетках пигменты, в том числе хлорофилл, и способны к фотосинтезу. Типичный представитель этих растительных жгутиконосцев, или фитомастигинов,- эвглена зеленая (Euglena viridis). Данные организмы занимают промежуточное положение между растениями и животными.
В некоторых случаях зеленые жгутиконосцы, например эвгленовые, могут менять свой тип питания на осмотрофный в результате потери в темноте хлорофилла. Поэтому их можно отнести к миксотрофам - организмам со смешанным типом питания. В почвах живут также зеленые Chlamydomonas, бурые Cryptomonas, желтоватые Ochromonas жгутиконосцы. Бесцветные жгутиконосцы, или зоомастигины, представлены как сапротрофами, так и формами с голозойным типом питания. Сюда относятся виды родов Bodo, Сегcomonas, Oicomonas, Monas и др.
Саркодовые (Sarcodina). Среди представителей саркодовых, обитающих в почвах, следует отметить корненожек - голых и раковинных амеб. Это простейшие, у которых превалирует амебоидный способ передвижения, хотя некоторые из этих организмов способны также образовывать жгутики. Характерная особенность амеб - непостоянство формы их тела. Они не обладают жесткой клеточной стенкой и могут образовывать временные протоплазматические отростки - псевдоподии, которые служат им для передвижения и для «заглатывания» пищи. Обычно одна или две псевдоподии выдвигаются, окружая и поглощая бактериальную или дрожжевую клетку, другое простейшее или очень мелкое многоклеточное животное.
Раковинные амебы относятся главным образом к сапрофагам. Часть тела этих амеб заключена в панцирь, или раковину. У этих организмов псевдоподии вытягиваются наружу через отверстие (устье), а раковина играет защитную роль. Строение панциря, имеющего весьма характерную форму, положено в основу классификации раковинных амеб. Эти амебы обитают (преимущественно виды рода Plagiopyxis) в различных почвах, особенно много их в болотных почвах.
Инфузории, или ресничные (Ciliata), очень большая и разнообразная группа простейших, широко распространенных в пресных водоемах. В почве этих организмов значительно меньше, чем жгутиковых и амеб. Инфузории, в отличие от амеб, имеют определенную и постоянную форму, округлую спереди и заостренную сзади, благодаря плотной, хотя и гибкой, наружной оболочке. Поверхность клетки покрывают многочисленные реснички (около 2500), сгруппированные в продольные косые или спиральные ряды. С помощью ресничек происходит движение клеток и подведение пищи к ротовому отверстию - цитостому. Клетки инфузорий достаточно сложны: в цитоплазме различают экто - и эндоплазму, имеется два типа ядер - макро - и микронуклеус, пищеварительные и сократительные вакуоли и различные включения. Клетка делится в поперечном направлении, а не в продольном, как у жгутиковых.
Представителей почвенных инфузорий относят к подклассам:
Holotricha (Colpoda, Paramaecium) с равномерным расположением ресничек по всей поверхности клетки;
Spirotricha, имеющих спиральные ряды ресничек от заднего конца клеток к ротовому отверстию (Stylonichia);
Peritricha, клетки которых поперечно как бы «срезаны» в месте, где имеется ротовое отверстие, причем ротовая ямка окружена двумя рядами укороченных ресничек. Среди этих инфузорий имеются прикрепленные формы со стебельком (Vorticella).
20. Ферменты бактерий. Использование ферментативной активности бактерий при их идентификации
Микроорганизмы синтезируют различные ферменты - специфические белковые катализаторы. У бактерий обнаружены ферменты 6 основных классов .
1.Оксидоредуктазы- катализируют окислительно- восстановительные реакции.
2.Трансферазы- осуществляют реакции переноса групп атомов.
3.Гидролазы- осущесвляют гидролитическое расщепление различных соединений.
4.Лиазы- катализируют реакции отщепления от субстрата химической группы негидролитическим путем с образованием двойной связи или присоединения химической группы к двойным связям.
5.Лигазы или синтетазы-обеспечивают соединение двух молекул, сопряженное с расщеплением пирофосфатной связи в молекуле АТФ или аналогичного трифосфата.
6.Изомеразы - определяют пространственное расположение групп элементов.
В соответствии с механизмами генетического контроля у бактерий выделяют три группы ферментов:
- конститутивные , синтез которых происходит постоянно;
- индуцибельные , синтез которых индуцируется наличием субстрата;
- репрессибельные , синтез которых подавляется избытком продукта реакции.
Ферменты бактерий делят на экзо- и эндоферменты . Экзоферменты выделяются во внешнюю среду, осуществляют процессы расщепления высокомолекулярных органических соединений. Способность к образованию экзоферментов во многом определяет инвазивность бактерий- способность проникать через слизистые, соединительнотканные и другие тканевые барьеры.
В бактериологии для дифференциации микроорганизмов по биохимическим свойствам основное значение часто имеют конечные продукты и результаты действия ферментов. В соответствии с этим существует микробиологическая (рабочая) классификация ферментов.
1.Сахаролитические.
2.Протеолитические.
3.Аутолитические.
4.Окислительно- восстановительные.
5.Ферменты патогенности (вирулентности).
Ферментный состав клетки определяется геномом и является достаточно постоянным признаком. Знание биохимических свойств микроорганизмов позволяет идентифицировать их по набору ферментов. Основные продукты ферментирования углеводов и белков- кислота, газ, индол, сероводород, хотя реальный спектр для различных микроорганизмов намного более обширный.Основные ферменты вирулентности- гиалуронидаза, плазмокоагулаза, лецитиназа, нейраминидаза, ДНК-аза. Определение ферментов патогенности имеет значение при идентификации ряда микроорганизмов и выявления их роли в патологии. Ряд ферментов микроорганизмов широко используется в медицине и биологии для получения различных веществ (аутолитические, протеолитические), в генной инженерии (рестриктазы, лигазы).