I batteri vengono classificati in base alla loro forma. Batteri, la loro diversità

Classificazione dei batteri per forma.

In base alla loro forma, tutti i batteri sono divisi in 3 gruppi:

Globulare o a cocchi

A forma di bastoncini o bastoncini

Forme contorte di batteri.

I cocchi hanno forma rotonda, sferica, ovale, a fiamma di candela, lanceolata e si dividono in 6 sottogruppi in base al metodo di connessione.

1 micrococchi;

2 diplococchi;

3 tetracocchi;

4 streptococchi;

5 stafilococchi;

6 sarcine.

Tutti i cocchi sono immobili e non formano spore.
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Ampiamente distribuito in natura. Incluso negli antipasti a base di latte fermentato. Può essere patogeno (angina, gonorrea, meningite).

I batteri a forma di bastoncello hanno una forma allungata. La lunghezza è maggiore della larghezza. Cambiano facilmente forma in base alle condizioni di vita, ᴛ.ᴇ. hanno polimorfismo. I bastoncelli sono il gruppo più comune di tutti i batteri. Potrebbero non essere patogeni, ma possono causare varie malattie (tifo, dissenteria).

I bastoncini possono essere mobili o immobili, formando o non formando spore. In base alla loro capacità di formare spore, i bastoncini si dividono in tre gruppi:

batteri;

bacilli;

Clostridi.

Le forme contorte di batteri sono divise in tre gruppi:

1. vibrioni;

2. spirilla;

3. spirochete.

Tutte le forme contorte sono patogene.

Struttura e funzioni della membrana cellulare dei batteri.

Membrana cellulare copre l'esterno della cella. È una struttura densa ed elastica in grado di resistere alla pressione differenziale, costituita da due parti: una parte esterna chiamata parete cellulare e una parte interna - membrana citoplasmatica (CPM). Sia la parete che la membrana hanno pori (fori) attraverso i quali i nutrienti passano nella cellula e i prodotti di scarto vengono rimossi. In questo caso, i nutrienti passano attraverso i pori della parete cellulare con un peso molecolare non superiore a 1000, ᴛ.ᴇ. Durante l'alimentazione, la parete funge da setaccio meccanico. I nutrienti passano attraverso i pori del CPM non in massa, ma secondo necessità, ᴛ.ᴇ. è semipermeabile.

La membrana cellulare svolge una serie di importanti funzioni:

1 – mantiene la forma del corpo;

2 – protegge la cellula dagli influssi esterni;

3 – partecipa al metabolismo cellulare, ᴛ.ᴇ. consente il passaggio dei nutrienti ed espelle i prodotti di scarto;

4 – partecipa al movimento cellulare. I batteri privati ​​della membrana cellulare perdono mobilità;

5 – partecipano alla formazione della capsula.

Classificazione dei batteri per forma. - concetto e tipologie. Classificazione e caratteristiche della categoria "Classificazione dei batteri per forma". 2017, 2018.

Determinazione della loro patogenicità. Ad esempio, la probabilità di sviluppare una malattia quando viene rilevato lo Staphylococcus aureus nel sangue è molto più elevata rispetto a quando è presente lo Staphylococcus epidermidis. Alcuni batteri (ad esempio Corynebacterium diphtheriae e Vibrio cholerae) causano malattie gravi e hanno la capacità di diffondersi in modo epidemico. I metodi per identificare i batteri si basano sulle loro proprietà fisico-immunologiche o molecolari.

Colorazione di Gram: La sensibilità degli antibiotici gram-positivi e gram-negativi varia. Alcuni altri microrganismi (ad esempio i micobatteri) richiedono metodi di colorazione diversi per identificarli.

Modulo: cocchi, bastoncini o spirali.

Endospore, la loro presenza e posizione nella cellula batterica (terminale, subterminale o centrale).

Relazione con l'ossigeno: I microrganismi aerobici necessitano di ossigeno per esistere, mentre i batteri anaerobici sono in grado di sopravvivere in un ambiente con poco o nessun contenuto di ossigeno. Gli anaerobi facoltativi possono vivere sia in presenza di ossigeno che senza di esso. I microaerofili si moltiplicano rapidamente in ambienti con basse pressioni parziali di ossigeno, mentre i capnofili si moltiplicano in ambienti con un elevato contenuto di CO2.

Esigenza: Alcuni batteri richiedono condizioni di coltura speciali per crescere.

Enzimi essenziali(attività enzimatica): ad esempio, la mancanza di lattosio nel terreno indica la presenza di Salmonella e il test dell'ureasi aiuta a identificare l'Helicobacter.

Reazioni sierologiche si formano quando gli anticorpi interagiscono con le strutture superficiali dei batteri (alcuni tipi di Salmonella, Haemophilus, meningococchi, ecc.).

Sequenza di basi nel DNA: L'elemento chiave nella classificazione dei batteri è il DNA ribosomiale 168. Nonostante l'universalità dei parametri di cui sopra, va ricordato che sono in una certa misura relativi e in pratica talvolta mostrano una variabilità significativa (ad esempio differenze intraspecifiche, somiglianze interspecifiche). Pertanto, alcuni ceppi di E. coli causano talvolta malattie con un quadro clinico simile alle infezioni causate da Shigella sonnei; e il quadro clinico delle malattie causate da ceppi tossigeni di C. diphtheriae differisce da quello delle infezioni causate da forme non tossigene.

Specie di batteri clinicamente significative

Cocchi Gram-positivi:
- stafilococchi (catalasi positivi): Staphylococcus aureus, ecc.;
- streptococchi (catalasi-negativi): Streptococcus pyogenes, che provoca mal di gola, faringite e febbre reumatica; Streptococcus agalactiae, che causa meningite e polmonite nei neonati.

Cocchi Gram-negativi: Neisseria meningitidis (agente causativo della meningite e della setticemia) e N. Gonorrhoeae [agente causativo dell'uretrite (gonorrea)].

Coccobacilli Gram-negativi: agenti patogeni di malattie respiratorie (genere Haemophilus e Bordetella), nonché di zoonosi (genere Brucella e Pasteurella).

Bacilli Gram-positivi Si dividono in batteri sporigeni e non sporigeni. I batteri sporigeni si dividono in aerobici (il genere Bacillus, ad esempio, Bacillus anthracis, che provoca l'antrace) e anaerobici (Clostridium spp., sono associati a malattie come la cancrena gassosa, la colite pseudomembranosa e il botulismo). I batteri non sporigeni comprendono i generi Listeria e Corynebacterium.

Bastoncini Gram-negativi: anaerobi facoltativi della famiglia delle Enterobacteriaceae (rappresentanti opportunisti della normale microflora umana e animale, nonché microrganismi spesso presenti nell'ambiente). I rappresentanti più famosi del gruppo sono i batteri dei generi Salmonella, Shigella, Escherichia, Proteus e Yersinia. Recentemente, ceppi resistenti agli antibiotici del genere Pseudomonas (saprofiti ampiamente distribuiti nell'ambiente) sono emersi sempre più come agenti causali di infezioni nosocomiali. In determinate condizioni, la Legionella che vive nell'ambiente acquatico può diventare patogena per l'uomo.

Batteri a forma di spirale:
- piccoli microrganismi del genere Helicobacter che colpiscono il tratto gastrointestinale umano e causano gastrite, ulcere gastriche e duodenali (in alcuni casi, cancro allo stomaco);
- agenti patogeni della diarrea acuta;
- batteri del genere Borrelia, causa di febbre epidemica ricorrente (B. duttoni, B. recurrentis); malattie croniche della pelle, delle articolazioni e del sistema nervoso centrale; Malattia di Lyme (B. burgdorferi);
- microrganismi del genere Leptospira, legati alle zoonosi, che causano meningite acuta, accompagnata da epatite e insufficienza renale;
- genere Treponema (agente eziologico della sifilide T. pallidum).

Rickettsia, clamidia e micoplasma. L'uso di mezzi nutritivi artificiali è possibile solo per la coltivazione di batteri del genere micoplasma, mentre per isolare i microrganismi dei generi Rickettsia e Chlamydia è necessario utilizzare colture cellulari o particolari metodiche molecolari e sierologiche.

2.2. Classificazione e morfologia dei batteri

Classificazione dei batteri. La decisione del Codice internazionale per i batteri raccomandava le seguenti categorie tassonomiche: classe, divisione, ordine, famiglia, genere, specie. Il nome della specie corrisponde alla nomenclatura binaria, cioè è composto da due parole. Ad esempio, l'agente eziologico della sifilide è scritto come Treponema pallido. La prima parola è na-

il nome del genere e si scrive con la lettera maiuscola, la seconda parola denota la specie e si scrive con la lettera minuscola. Quando una specie viene citata nuovamente, il nome generico viene abbreviato con la lettera iniziale, ad esempio: T.pallido.

I batteri sono procarioti, cioè organismi prenucleari, poiché hanno un nucleo primitivo senza guscio, nucleolo o istoni. e il citoplasma è privo di organelli altamente organizzati (mitocondri, apparato di Golgi, lisosomi, ecc.)

Nel vecchio Bergey Manual of Systematic Bacteriology, i batteri venivano divisi in base alle caratteristiche della parete cellulare batterica in 4 divisioni: Gracilicuti - eubatteri con parete cellulare sottile, gram-negativi; Firmicutes - eubatteri con parete cellulare spessa, gram-positivi; Tenericutes - eubatteri senza parete cellulare; Mendosicutes - archeobatteri con parete cellulare difettosa.

Ogni reparto è stato suddiviso in sezioni, o gruppi, in base alla colorazione di Gram, alla forma cellulare, alla richiesta di ossigeno, alla motilità, alle caratteristiche metaboliche e nutrizionali.

Secondo la 2a edizione (2001) del ManualeBergey, i batteri sono divisi in 2 domini:"Batteri" e "Archaea" (Tabella 2.1).

Tavolo. Caratteristiche del dominioBatteriEArchea

*Tra gli eubatteri Gram-negativi a parete sottile distinguere:

forme sferiche, o cocchi (gonococchi, meningococchi, voilonella);

forme contorte - spirochete e spirilla;

forme a forma di bastoncino, inclusa la rickettsia.

** Agli eubatteri Gram-positivi a pareti spesse includere:

forme sferiche, o cocchi (stafilococchi, streptococchi, pneumococchi);

forme a forma di bastoncino, nonché attinomiceti (batteri ramificati, filamentosi), corinebatteri (batteri a forma di clava), micobatteri e bifidobatteri (Fig. 2.1).

La maggior parte dei batteri Gram-negativi sono raggruppati nel phylum Proteobacteria. basato sulla somiglianza nell'RNA ribosomiale "Proteobatteri" - dal nome del dio greco Proteo. assumendo varie forme). Sono apparsi dalla fotosintesi comune antenato del tic.

I batteri Gram-positivi, secondo le sequenze di RNA ribosomiale studiate, sono un gruppo filogenetico separato con due grandi suddivisioni - con un rapporto alto e basso G+ C (somiglianza genetica). Come i proteobatteri, questo gruppo è metabolicamente diverso.

Al dominio "Batteri» comprende 22 tipi, da cuiI seguenti sono di grande importanza medica:

TipoProteobatteri

Classe Alfaproteobatteri. Parto: Rickettsia, Orientia, Ehrlichia, Bartonella, Brucella

Classe Betaproteobatteri. Parto: Burkholderia, Alcaligenes, Bordetella, Neisseria, Kingella, Spirillum

Classe Gammaproteobatteri. Parto: Francisella, Legionella, Coxiella, Pseudomonas, Moraxella, Acinetobacter, Vibrio, Enterobacter, Callimatobacterium, Citrobacter, Edwardsiella, Erwinia, Escherichia, Hafnia, Klebsiella, Morganella, Proteus, Providencia, Salmonella, Serratia, Shigella, Yersinia, Pasteurella

Classe Deltaproteobatteri. Genere: Bilophila

Classe Epsilonproteobatteri. Parto: Campylobacter, Helicobacter, Wolinella

TipoFirmicute (principalemodogrammolo­ residente)

Classe Clostridi. Parto: Clostridium, Sarcina, Peptostreptococcus, Eubacterium, Peptococcus, Veillonella (Gram-negativi)

Classe Mollicuti. Generi: Micoplasma, Ureaplasma

Classe Bacilli. Parto: Bacillus, Sporosarcina, Listeria, Staphylococcus, Gemella, Lactobacillus, Pediococcus, Aerococcus, Leuconostoc, Streptococcus, Lactococcus

TipoAttinobatteri

Classe Attinobatteri. Parto: Actinomyces, Arcanodacterium, Mobiluncus, Micrococcus, Rothia, Stomatococcus, Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia, Propionibacterium, Bifidobacterium, Gardnerella

TipoClamidie

Classe Clamidie. Parto: Clamidia, Clamydophila

TipoSpirochete

Classe Spirochete. Parto: Spirocheta, Borrelia, Treponema, Leptospira

Phylum Bacteroidetes

Classe Bacteroidetes. Parto: Bacteroides, Porphyromonas, Prevotella

Classe Flavobatteri. Parto: Flavobatterio

La divisione dei batteri in base alle caratteristiche strutturali della parete cellulare è associata alla possibile variabilità della loro colorazione in un colore o nell'altro utilizzando il metodo Gram. Secondo questo metodo, proposto nel 1884 dallo scienziato danese H. Gram, a seconda dei risultati della colorazione, i batteri vengono divisi in gram-positivi, colorati in blu-violetto, e gram-negativi, colorati in rosso. Tuttavia, si è scoperto che i batteri con il cosiddetto tipo di parete cellulare gram-positiva (più spessa di quella dei batteri gram-negativi), ad esempio i batteri del genere Mobiluncus e alcuni batteri sporigeni, invece dei soliti batteri gram -colore positivo, hanno un colore gram-negativo. Pertanto, per la tassonomia dei batteri, le caratteristiche strutturali e la composizione chimica delle pareti cellulari sono di maggiore importanza rispetto alla colorazione di Gram.

2.2.1. Forme di batteri

Esistono diverse forme principali di batteri (vedi Fig. 2.1): forme di batteri coccoidi, a forma di bastoncino, contorte e ramificate, filamentose.

Forme sferiche, o cocchi,- batteri sferici di dimensione* 0,5-1,0 micron che, a seconda della loro posizione relativa, si dividono in micrococchi, diplococchi, streptococchi, tetracocchi, sarcinae E stafilococchi.

Micrococchi(dal greco micro - piccolo) - celle posizionate separatamente.

Diplococco(dal greco diploos - cocchi doppi), o accoppiati, si trovano in coppie (pneumococco, gonococco, meningococco), poiché le cellule non si separano dopo la divisione. Pneumococco (l'agente eziologico della polmonite) ha una forma lanceolata sui lati opposti e gonococco(l'agente eziologico della gonorrea) e il meningococco (l'agente eziologico della meningite epidemica) hanno la forma di chicchi di caffè, con la superficie concava rivolta l'una verso l'altra.

Streptococchi(dal greco streptococchi - catena) - cellule rotonde o allungate che formano una catena a causa della divisione cellulare sullo stesso piano e della conservazione della connessione tra loro nel sito di divisione.

Sarcini(dal lat. Sarcina - grappolo, balla) sono disposti sotto forma di pacchi di 8 o più cocchi, poiché si formano durante la divisione cellulare su tre piani reciprocamente perpendicolari.

Stafilococco(dal greco stafilococco - grappolo d'uva) - cocchi, disposti a forma di grappolo d'uva a seguito della divisione su diversi piani.

Batteri a forma di bastoncello differiscono per dimensioni, forma delle estremità delle cellule e posizione relativa delle cellule. La lunghezza delle cellule varia da 1,0 a 10 µm, lo spessore va da 0,5 a 2,0 µm. I bastoncini possono essere regolari (E. coli, ecc.) e irregolari (corinebatteri E altro) forme, comprese quelle ramificate, ad esempio negli attinomiceti. I più piccoli batteri a forma di bastoncino includono la rickettsia.

Le estremità dei bastoncini possono essere tagliate (bacillo dell'antrace), arrotondate (Escherichia coli), appuntite (fusobatteri) o sotto forma di ispessimento. In quest'ultimo caso, l'asta assomiglia ad una mazza (Corynebacterium diphtheria).

I bastoncini leggermente ricurvi sono chiamati vibrio (Vibrio cholerae). La maggior parte dei batteri a forma di bastoncino sono disposti in modo casuale perché le cellule si separano dopo la divisione. Se dopo la divisione cellulare le cellule rimangono collegate,

Se condividono frammenti comuni della parete cellulare e non divergono, si trovano ad angolo tra loro (Corynebacterium diphtheria) o formano una catena (bacillo dell'antrace).

Forme contorte- batteri a forma di spirale, per esempio spirilla, aventi l'aspetto di cellule contorte a forma di cavatappi. La spirilla patogena include l'agente eziologico sodoku (malattia da morso di ratto). Quelli contorti includono anche Campilobacter e Helicobacter, che hanno si piega come l'ala di un gabbiano in volo; anche batteri come le spirochete sono vicini a loro. Spirochete- sottile, lungo, ondulato

batteri a forma di spirale) che differiscono dalla spirilla nella mobilità a causa dei cambiamenti di flessione nelle cellule. Le spirochete sono costituite da una membrana esterna

parete cellulare) che circonda un cilindro protoplasmatico con una membrana citoplasmatica e un filamento assiale (assistilo). Il filamento assiale si trova sotto la membrana esterna della parete cellulare (nel periplasma) e, per così dire, si attorciglia attorno al cilindro protoplasmatico della spirocheta, conferendogli una forma elicoidale (riccioli primari della spirocheta). Il filamento assiale è costituito da fibrille periplasmatiche - analoghi dei flagelli batterici ed è una flagellina proteica contrattile. Le fibrille sono attaccate alle estremità della cellula (Fig. 2.2) e sono dirette l'una verso l'altra. L'altra estremità delle fibrille è libera. Il numero e la disposizione delle fibrille varia tra le specie. Le fibrille sono coinvolte nel movimento delle spirochete, conferendo alle cellule movimenti di rotazione, flessione e traslazione. In questo caso, le spirochete formano anelli, riccioli e pieghe, chiamati riccioli secondari. Spirochete

non accettare bene i coloranti. Di solito sono dipinti secondo Romanovsky-Giemsa o argentati. Le spirochete vive vengono esaminate utilizzando la microscopia a contrasto di fase o in campo scuro.

Le spirochete sono rappresentate da 3 generi patogeni per l'uomo: Treponema, Borrelia, Leptospira.

Treponema(genere Treponema) hanno l'aspetto di sottili fili attorcigliati a cavatappi con 8-12 ricciolini uniformi. Attorno al protoplasto del treponema si trovano 3-4 fibrille (flagelli). Il citoplasma contiene filamenti citoplasmatici. I rappresentanti patogeni sono T.pallido - l'agente eziologico della sifilide, T.pertenue - agente eziologico della malattia tropicale della framboesia. Ci sono anche saprofiti: abitanti della cavità orale umana e del limo dei bacini idrici.

Borrelia(genere Borrelia), a differenza dei treponemi, sono più lunghi, presentano 3-8 grossi riccioli e 7-20 fibrille. Questi includono l'agente eziologico della febbre ricorrente (IN.ricorrente) e gli agenti causali della malattia di Lyme (IN.burgdorferi e così via.).

Leptospira(genere Leptospira) Hanno riccioli superficiali e frequenti - sotto forma di una corda attorcigliata. Le estremità di queste spirochete sono curve come uncini con ispessimenti alle estremità. Formando riccioli secondari, assumono l'aspetto di lettere S o con; hanno 2 filamenti assiali (flagelli). Rappresentante patogeno l. In­ terrogani provoca leptospirosi se ingerito con acqua o cibo, portando allo sviluppo di emorragie e ittero.

nel citoplasma e alcuni nel nucleo delle cellule infette. Vivono negli artropodi (pidocchi, pulci, zecche) che sono i loro ospiti o portatori. Rickettsia ha preso il nome da H. T. Ricketts, uno scienziato americano che per primo descrisse uno degli agenti patogeni (la febbre maculosa delle Montagne Rocciose). La forma e le dimensioni delle rickettsie possono variare (cellule irregolari, filamentose) a seconda delle condizioni di crescita. La struttura della rickettsia non differisce da quella dei batteri gram-negativi.

Le rickettsie hanno un metabolismo indipendente dalla cellula ospite, tuttavia è possibile che ricevano composti ad alta energia dalla cellula ospite per la loro riproduzione. Negli strisci e nei tessuti sono colorati secondo Romanovsky-Giemsa, secondo Machiavello-Zdrodovsky (le rickettsie sono rosse e le cellule infette sono blu).

Nell’uomo le rickettsie provocano il tifo epidemico. (Rickettsie prowazekii), rickettiosi trasmessa dalle zecche (R. sibirica), febbre maculosa delle Montagne Rocciose (R. rickettsii) e altre rickettsie.

I corpi elementari entrano nella cellula epiteliale per endocitosi con la formazione di un vacuolo intracellulare. All'interno delle cellule si allargano e si trasformano in corpi reticolari in divisione, formando grappoli in vacuoli (inclusioni). I corpi elementari sono formati da corpi reticolari, che lasciano le cellule per esocitosi o lisi cellulare. Quelli che se ne sono andati

Le cellule elementari del corpo entrano in un nuovo ciclo, infettando altre cellule (Fig. 16.11.1). Nell'uomo, la clamidia provoca danni agli occhi (tracoma, congiuntivite), al tratto urogenitale, ai polmoni, ecc.

Actinomiceti- batteri gram-positivi ramificati, filamentosi o bastoncellari. Il suo nome (dal greco. actis - Ray, Mykes - fungo) hanno ricevuto a causa della formazione di drusen nei tessuti colpiti - granuli di fili strettamente intrecciati sotto forma di raggi che si estendono dal centro e terminano con ispessimenti a forma di fiasco. Gli attinomiceti, come i funghi, formano il micelio: cellule intrecciate simili a fili (ife). Formano il micelio del substrato, che si forma a seguito della crescita cellulare nel mezzo nutritivo, e il micelio aereo, che cresce sulla superficie del mezzo. Gli attinomiceti possono dividersi per frammentazione del micelio in cellule simili ai batteri a forma di bastoncino e a forma di cocco. Sulle ife aeree degli attinomiceti si formano spore che servono per la riproduzione. Le spore degli actinomiceti solitamente non sono resistenti al calore.

Un ramo filogenetico comune con gli attinomiceti è formato dai cosiddetti actinomiceti nocardi-simili (nocardioformi), un gruppo collettivo di batteri a forma di bastoncino e di forma irregolare. I loro rappresentanti individuali formano forme ramificate. Questi includono batteri dei generi Corinebatterio, Micobatterio, Nocardianjxp. Gli attinomiceti simili a Nocardi si distinguono per la presenza nella parete cellulare degli zuccheri arabinosio, galattosio, nonché acidi micolici e grandi quantità di acidi grassi. Gli acidi micolici e i lipidi della parete cellulare determinano la resistenza all'acido dei batteri, in particolare del Mycobacterium tuberculosis e della lebbra (quando colorati secondo Ziehl-Neelsen, sono rossi, mentre i batteri e gli elementi tissutali non resistenti agli acidi, l'espettorato sono blu).

Gli attinomiceti patogeni causano actinomicosi, nocardia - nocardiosi, micobatteri - tubercolosi e lebbra, corinebatteri - difterite. Nel suolo sono diffuse forme saprofite di actinomiceti e actinomiceti simili alla nocardia, molti dei quali produttori di antibiotici.

Parete cellulare- una struttura forte ed elastica che conferisce al batterio una certa forma e, insieme alla membrana citoplasmatica sottostante, “frena” l'elevata pressione osmotica nella cellula batterica. È coinvolto nel processo di divisione cellulare e nel trasporto dei metaboliti, ha recettori per batteriofagi, batteriocine e varie sostanze. La parete cellulare più spessa si trova nei batteri gram-positivi (Fig. 2.4 e 2.5). Quindi, se lo spessore della parete cellulare dei batteri gram-negativi è di circa 15-20 nm, nei batteri gram-positivi può raggiungere 50 nm o più.

Micoplasmi- batteri di piccole dimensioni (0,15-1,0 µm), circondati solo da una membrana citoplasmatica. Appartengono alla classe Mollicuti, contengono steroli. A causa dell'assenza di parete cellulare, i micoplasmi sono osmoticamente sensibili. Hanno forme diverse: coccoidi, filamentose, a forma di fiasco. Queste forme sono visibili durante la microscopia a contrasto di fase di colture pure di micoplasmi. Su un mezzo nutritivo denso, i micoplasmi formano colonie che ricordano le uova fritte: una parte centrale opaca immersa nel mezzo e una periferia traslucida a forma di cerchio.

I micoplasmi causano polmonite atipica nell’uomo (micoplasma polmonite) e lesioni del tratto genito-urinario (M.homi- no e così via.). I micoplasmi causano malattie non solo negli animali, ma anche nelle piante. Anche i rappresentanti non patogeni sono abbastanza diffusi.

2.2.2. Struttura della cellula batterica

La struttura dei batteri è stata ben studiata utilizzando la microscopia elettronica di cellule intere e delle loro sezioni sottili, nonché altri metodi. La cellula batterica è circondata da una membrana costituita da una parete cellulare e da una membrana citoplasmatica. Sotto il guscio si trova il protoplasma, costituito da citoplasma con inclusioni e un nucleo chiamato nucleoide. Esistono strutture aggiuntive: capsula, microcapsula, muco, flagelli, pili (Fig. 2.3). Alcuni batteri sono in grado di formare spore in condizioni sfavorevoli.

Nella parete cellulare dei batteri gram-positivi contiene piccole quantità di polisaccaridi, lipidi e proteine. Il componente principale della parete cellulare di questi batteri è il peptidoglicano multistrato (mu-reina, mucopeptide), che rappresenta il 40-90% della massa della parete cellulare. Acidi teicoici (dal greco. teichi - parete), le cui molecole sono catene di 8-50 residui di glicerolo e ribitolo collegati da ponti fosfato. La forma e la forza dei batteri è data dalla struttura fibrosa rigida del peptidoglicano multistrato, reticolato con peptidi.

Il peptidoglicano è rappresentato da molecole parallele glicano. costituito da residui ripetuti di N-acetilglucosamina e acido N-acetilmuramico collegati da un legame glicosidico. Questi legami vengono rotti dal lisozima, che è un'acetilmuramidasi. Le molecole di glicani sono legate attraverso l'acido N-acetilmuramico mediante un legame incrociato peptidico di quattro aminoacidi ( tetrapeptide). Da qui il nome di questo polimero: peptidoglicano.

La base del legame peptidico del peptidoglicano nei batteri gram-negativi sono i tetrapeptidi costituiti da amminoacidi L e D alternati, ad esempio: L-alanina - acido D-glutammico - acido meso-diaminopimelico - D-alanina. U E.coli (batterio gram-negativo) le catene peptidiche sono collegate tra loro tramite la D-alanina di una catena e la meso-diaminopimeli-

nuovo acido - un altro. La composizione e la struttura della parte peptidica del peptidoglicano dei batteri gram-negativi è stabile, a differenza del peptidoglicano dei batteri gram-positivi, i cui amminoacidi possono differire nella composizione e nella sequenza. I tetrapeptidi peptidoglicani nei batteri gram-positivi sono collegati tra loro da catene polipeptidiche di 5 residui

glicina (pentaglicina). Al posto dell'acido meso-diammino-pimelico spesso contengono lisina. Gli elementi glicani (acetilglucosamina e acido acetilmuramico) e gli amminoacidi tetrapeptidici (acidi meso-diaminopimelico e D-glutammico, D-alanina) sono una caratteristica distintiva dei batteri, poiché sono assenti negli animali e nell'uomo.

La capacità dei batteri Gram-positivi di trattenere il viola di genziana in combinazione con iodio quando colorati con la colorazione di Gram (colore blu-violetto dei batteri) è associata alla proprietà del peptidoglicano multistrato di interagire con il colorante. Inoltre, il successivo trattamento di uno striscio batterico con alcol provoca un restringimento dei pori del peptidoglicano e quindi trattiene il colorante nella parete cellulare. I batteri Gram-negativi perdono il colorante dopo l'esposizione all'alcol, a causa di una minore quantità di peptidoglicano (5-10% della massa della parete cellulare); si colorano con l'alcool e, se trattati con fucsina o safranina, acquisiscono un colore rosso.

IN composizione della parete cellulare dei batteri gram-negativi entra nella membrana esterna, collegata tramite lipoproteine ​​allo strato sottostante di peptidoglicano (Fig. 2.4 e 2.6). Se osservata al microscopio elettronico su sezioni ultrasottili di batteri, la membrana esterna ha l'aspetto di una struttura ondulata a tre strati, simile alla membrana interna, che è chiamata citoplasmatica. Il componente principale di queste membrane è uno strato bimolecolare (doppio) di lipidi.

La membrana esterna è una struttura a mosaico rappresentata da lipopolisaccaridi, fosfolipidi e proteine. Il suo strato interno è rappresentato da fosfolipidi e lo strato esterno contiene lipopolisaccaride(LPS). Pertanto, la membrana esterna è asimmetrica. La membrana esterna LPS è costituita da tre frammenti:

lipide A - una struttura conservativa, quasi la stessa nei batteri gram-negativi;

nucleo, o nucleo, parte crostale (lat. nucleo - nucleo), struttura oligosaccaridica relativamente conservata;

una catena polisaccaridica O-specifica altamente variabile formata dalla ripetizione di sequenze oligosaccaridiche identiche.

L'LPS è “ancorato” nella membrana esterna dal lipide A, che causa la tossicità dell'LPS ed è quindi identificato con l'endotossina. La distruzione dei batteri da parte degli antibiotici porta al rilascio di grandi quantità di endotossina, che può causare shock endotossico nel paziente. Il nucleo, o parte centrale, dell'LPS si estende dal lipide A. La parte più costante del nucleo dell'LPS è l'acido cheto-desossiottonico (acido 3-desossi-O-man-no-2-ottulosonico). La catena O-specifica che si estende dalla parte centrale della molecola LPS determina il sierogruppo, sierotipo (un tipo di batterio rilevato dal siero immunitario) di un particolare ceppo di batteri. Pertanto, il concetto di LPS è associato al concetto di antigene O, mediante il quale i batteri possono essere differenziati. I cambiamenti genetici possono portare a difetti, “accorciamento” dell’LPS batterico e conseguenti colonie “ruvide” di forme R.

Le proteine ​​della matrice della membrana esterna la permeano in modo tale che le molecole proteiche chiamate porine confinano con i pori idrofili attraverso i quali passano acqua e piccole molecole idrofile con una massa relativa fino a 700 Da.

Tra la membrana esterna e quella citoplasmatica è presente uno spazio periplasmatico, o periplasma, contenente enzimi (proteasi, lipasi, fosfatasi,

nucleasi, beta-lattamasi), nonché componenti di sistemi di trasporto.

Quando la sintesi della parete cellulare batterica viene interrotta sotto l'influenza di lisozima, penicillina, fattori protettivi del corpo e altri composti, si formano cellule con una forma modificata (spesso sferica): protoplasti - batteri completamente privi di parete cellulare; gli sferoplasti sono batteri con una parete cellulare parzialmente conservata. Dopo la rimozione dell'inibitore della parete cellulare, tali batteri alterati possono invertirsi, cioè acquisire una parete cellulare completa e ripristinare la loro forma originale.

I batteri del tipo sfero- o protoplasto, che hanno perso la capacità di sintetizzare il peptidoglicano sotto l'influenza di antibiotici o altri fattori e sono in grado di riprodursi, sono chiamati forme L (dal nome dell'Istituto D. Lister, dove furono studiato per la prima volta). Le forme L possono anche derivare da mutazioni. Sono cellule osmoticamente sensibili, sferiche, a forma di fiasco di varie dimensioni, comprese quelle che passano attraverso i filtri batterici. Alcune forme L (instabili), quando viene rimosso il fattore che ha portato ai cambiamenti nei batteri, possono invertirsi, “ritornando” alla cellula batterica originale. Le forme L possono essere prodotte da molti agenti patogeni di malattie infettive.

Membrana citoplasmatica ana nella microscopia elettronica di sezioni ultrasottili, è una membrana a tre strati (2 strati scuri, ciascuno di 2,5 nm di spessore, separati da uno intermedio chiaro). Nella struttura (vedi Fig. 2.5 e 2.6) è simile al plasmalemma delle cellule animali ed è costituito da un doppio strato di lipidi, principalmente fosfolipidi, con superficie incorporata e proteine ​​integrali che sembrano penetrare attraverso la struttura della membrana. Alcuni di essi sono permeasi coinvolti nel trasporto di sostanze.

La membrana citoplasmatica è una struttura dinamica con componenti mobili, quindi è pensata come una struttura fluida mobile. Circonda la parte esterna del citoplasma batterico ed è coinvolto nella regolazione della pressione osmotica.

niya, trasporto di sostanze e metabolismo energetico della cellula (dovuto agli enzimi della catena di trasporto degli elettroni, adenosina trifosfatasi, ecc.).

Con una crescita eccessiva (rispetto alla crescita della parete cellulare), la membrana citoplasmatica forma invaginazioni - invaginazioni sotto forma di complesse strutture di membrana contorte, chiamate mesosomi. Strutture meno complesse e contorte sono chiamate membrane intracitoplasmatiche. Il ruolo dei mesosomi e delle membrane intracitoplasmatiche non è completamente compreso. Si suggerisce addirittura che si tratti di un artefatto che si verifica dopo aver preparato (fissato) un campione per la microscopia elettronica. Tuttavia si ritiene che i derivati ​​della membrana citoplasmatica partecipino alla divisione cellulare, fornendo energia per la sintesi della parete cellulare, e prendano parte alla secrezione di sostanze e alla sporulazione, cioè a processi ad alto consumo energetico.

Il citoplasma occupa il volume principale della cellula batterica ed è costituito da proteine ​​solubili, acidi ribonucleici, inclusioni e numerosi piccoli granuli - ribosomi, responsabili della sintesi (traduzione) delle proteine.

I ribosomi batterici hanno una dimensione di circa 20 nm e un coefficiente di sedimentazione di 70S, a differenza dei ribosomi SOS caratteristici delle cellule eucariotiche. Pertanto, alcuni antibiotici, legandosi ai ribosomi batterici, inibiscono la sintesi proteica batterica senza influenzare la sintesi proteica nelle cellule eucariotiche. I ribosomi batterici possono dissociarsi in due subunità: 50S e 30S. Gli RNA ribosomiali (rRNA) sono elementi conservati dei batteri (l’“orologio molecolare” dell’evoluzione). L'rRNA 16S fa parte della subunità ribosomiale piccola e l'rRNA 23S fa parte della subunità ribosomiale grande. Lo studio dell'rRNA 16S è la base della sistematica genetica e consente di valutare il grado di parentela degli organismi.

Il citoplasma contiene varie inclusioni sotto forma di granuli di glicogeno, polisaccaridi, acido beta-idrossibutirrico e polifosfati (volutina). Si accumulano quando c'è un eccesso di nutrienti nell'ambiente e

Fungono da sostanze di riserva per i fabbisogni nutrizionali ed energetici.

Volutin ha un'affinità per i coloranti basici e viene facilmente rilevato utilizzando metodi di colorazione speciali (ad esempio Neisser) sotto forma di granuli metacromatici. Con il blu di toluidina o il blu di metilene la volutina si colora di rosso-viola e il citoplasma del batterio si colora di blu. La disposizione caratteristica dei granuli volutin si rivela nel bacillo della difterite sotto forma di poli cellulari intensamente colorati. La colorazione metacromatica della volutina è associata ad un alto contenuto di polifosfato inorganico polimerizzato. Al microscopio elettronico appaiono come granuli densi di elettroni di dimensioni pari a 0,1-1,0 micron.

Nucleoide- equivalente al nucleo nei batteri. Si trova nella zona centrale dei batteri sotto forma di DNA a doppio filamento, chiuso in un anello e strettamente imballato come una palla. Il nucleo dei batteri, a differenza degli eucarioti, non ha un involucro nucleare, nucleolo e proteine ​​basiche (istoni). Tipicamente, una cellula batterica contiene un cromosoma, rappresentato da una molecola di DNA chiusa ad anello, in cui possono convergere 4 o più cromosomi se la divisione viene interrotta. Il nucleoide viene rilevato al microscopio ottico dopo la colorazione utilizzando metodi specifici del DNA: Feulgen o Romanovsky-Giemsa. Negli schemi di diffrazione elettronica di sezioni ultrasottili di batteri, il nucleoide appare come zone chiare con strutture fibrillare e filiformi di DNK legate in alcune aree a

membrana citoplasmatica o mesoso-

il mio, coinvolto nella replicazione dei cromosomi (vedi Fig. 2.5 e 2.6).

Oltre al nucleoide, rappresentato da uno

cromosoma, in una gabbia batterica ci sono

fattori extracromosomici dell'ereditarietà -

plasmidi (vedi sezione 5.1.2.) che rappresentano

sono anelli di DNA chiusi covalentemente.

Capsula, microcapsula, muco . Capsula-

una struttura mucosa spessa più di 0,2 micron, saldamente associata alla parete cellulare dei batteri e con confini esterni chiaramente definiti. La capsula è visibile negli strisci di impronte digitali provenienti da materiale patologico. Nelle colture pure di batteri si forma una capsula

meno spesso. Viene rilevato utilizzando metodi speciali di colorazione di uno striscio secondo Burri-Gins, che crea un contrasto negativo delle sostanze della capsula: l'inchiostro crea uno sfondo scuro attorno alla capsula.

La capsula è costituita da polisaccaridi (esopolisaccaridi), talvolta polipeptidi; ad esempio, nel bacillo dell'antrace è costituito da polimeri dell'acido D-glutammico. La capsula è idrofila e contiene una grande quantità di acqua. Previene la fagocitosi dei batteri. Antigene della capsula-na: gli anticorpi contro la capsula lo causano aumento (reazione di rigonfiamento e io capsula li).

Molti batteri formano una microcapsula, una formazione mucosa spessa meno di 0,2 micron, rilevabile solo mediante microscopia elettronica. Il muco dovrebbe essere distinto dalla capsula: esopolisaccaridi mucoidi che non hanno confini esterni chiari. Il muco è solubile in acqua.

Gli esopolisaccaridi mucoidi sono caratteristici dei ceppi mucoidi di Pseudomonas aeruginosa, spesso presenti nell'espettorato di pazienti affetti da fibrosi cistica. Gli esopolisaccaridi batterici sono coinvolti nell'adesione (attaccamento ai substrati); sono anche chiamati glico-

calix. Oltre alla sintesi degli esopolisaccaridi da parte dei batteri, esiste un altro meccanismo per la loro formazione: attraverso l'azione degli enzimi batterici extracellulari sui disaccaridi. Di conseguenza si formano destrani e levani.

La capsula e il muco proteggono i batteri dai danni e dall'essiccamento poiché, essendo idrofili, legano bene l'acqua e impediscono l'azione dei fattori protettivi del macroorganismo e dei batteriofagi.

Flagelli i batteri determinano la mobilità della cellula batterica. I flagelli sono filamenti sottili che originano dalla membrana citoplasmatica e sono più lunghi della cellula stessa (Fig. 2.7). Lo spessore del flagello è 12-20 nm, lunghezza 3-15 µm. Sono costituiti da 3 parti: un filamento a spirale, un uncino e un corpo basale contenente un'asta con dischi speciali (1 paio di dischi nei batteri gram-positivi e 2 coppie nei batteri gram-negativi). I flagelli sono attaccati alla membrana citoplasmatica e alla parete cellulare mediante dischi. Questo crea l'effetto di un motore elettrico con un'asta - un rotore - che fa ruotare il flagello. La differenza di potenziale protonico sulla membrana citoplasmatica viene utilizzata come fonte di energia. Il meccanismo di rotazione è fornito dalla protone ATP sintetasi. La velocità di rotazione del flagello può raggiungere i 100 rps. Se un batterio ha diversi flagelli, iniziano a ruotare in modo sincrono, intrecciandosi in un unico fascio, formando una sorta di elica.

I flagelli sono costituiti da una proteina - flagellina (da. flagello - flagello), che è un antigene, il cosiddetto antigene H. Le subunità flagelliniche sono attorcigliate a spirale.

Il numero di flagelli nei batteri di varie specie varia da uno (monotrichus) nel Vibrio cholerae a decine e centinaia di flagelli che si estendono lungo il perimetro del batterio (peritrichus) in Escherichia coli, Proteus, ecc. I Lophotrichus hanno un fascio di flagelli ad uno fine della cella. L'anfitrichia ha un flagello o un fascio di flagelli alle estremità opposte della cellula.

I flagelli vengono rilevati mediante microscopia elettronica di preparati spruzzati con metalli pesanti o al microscopio ottico dopo trattamento con metodi speciali basati sull'attacco e l'adsorbimento di vari

sostanze che portano ad un aumento dello spessore dei flagelli (ad esempio dopo l'argentatura).

Villi, o bevuto(fimbrie) - formazioni filiformi (Fig. 2.7), più sottili e più corte (3 + 10 nm x 0,3 + 10 µm) dei flagelli. I pili si estendono dalla superficie cellulare e sono composti dalla proteina pilina. Hanno attività antigenica. Esistono pili responsabili dell'adesione, cioè dell'attaccamento dei batteri alla cellula interessata, così come pili responsabili della nutrizione, del metabolismo del sale marino e dei pili sessuali (F-pili) o di coniugazione.

I pili sono generalmente numerosi: diverse centinaia per cellula. Tuttavia, di solito ha 1-3 seghe sessuali per cellula: sono formate dalle cosiddette cellule donatrici “maschili” contenenti plasmidi trasmissibili (F-, R-, Col plasmidi). Una caratteristica distintiva dei pili sessuali è la loro interazione con speciali batteriofagi sferici “maschili”, che sono intensamente adsorbiti sui pili sessuali (Fig. 2.7).

Controversia- una forma peculiare di batteri riposanti con una struttura della parete cellulare di tipo gram-positivo (Fig. 2.8).

Le spore si formano in condizioni sfavorevoli per l'esistenza dei batteri (essiccazione, carenza di nutrienti, ecc.). All'interno di una cellula batterica si forma una singola spora (endospora). La formazione delle spore contribuisce alla conservazione della specie e non è un metodo di riproduzione, come nei funghi.

Batteri sporigeni del genere Bacillo, sì le cui dimensioni delle spore non superano il diametro della cellula sono chiamati bacilli. I batteri sporigeni in cui la dimensione della spora supera il diametro della cellula, motivo per cui assumono la forma di un fuso, sono chiamati clostridi, ad esempio batteri del genere Clostridio (lat. Clostridio - mandrino). Le spore sono resistenti agli acidi, quindi si colorano di rosso utilizzando il metodo Aujeszky o il metodo Ziehl-Neelsen, e la cellula vegetativa si colora di blu.

La sporulazione, la forma e la posizione delle spore in una cellula (vegetativa) sono una proprietà specifica dei batteri, che consente loro di distinguersi l'uno dall'altro. La forma delle spore può essere ovale, sferica; la posizione nella cellula è terminale, cioè all'estremità del bastoncino (nell'agente eziologico del tetano), subterminale - più vicino all'estremità del bastoncino (negli agenti causali del botulismo, cancrena gassosa) e centrale nel bacillo dell'antrace) .

Processi sporulazione(sporulazione) attraversa una serie di fasi, durante le quali parte del citoplasma e del cromosoma della cellula vegetativa batterica vengono separati, circondati da una membrana citoplasmatica in crescita - si forma una prospora. La prospora è circondata da due membrane citoplasmatiche, tra le quali si forma uno spesso strato di peptidoglicano modificato della corteccia (corteccia). Dall'interno entra in contatto con la parete cellulare della spora e dall'esterno con il guscio interno della spora. Il guscio esterno della spora è formato da una cellula vegetativa. Le spore di alcuni batteri hanno un rivestimento aggiuntivo - esosporio. In questo modo si forma un guscio multistrato scarsamente permeabile. La sporulazione è accompagnata dal consumo intensivo di acido dipicolico e ioni calcio da parte della prospora e quindi del guscio sporale in via di sviluppo. La controversia acquisisce resistenza al calore, che è associato alla presenza di dipicolinato di calcio in esso.

La spora può persistere a lungo a causa della presenza di un guscio multistrato, dipicolinato di calcio, basso contenuto di acqua e processi metabolici lenti. Nel suolo, ad esempio, gli agenti patogeni dell’antrace e del tetano possono persistere per decenni.

In condizioni favorevoli le spore germinano attraversando tre fasi successive: ac-

motivazione, iniziazione, crescita. In questo caso, da una spora si forma un batterio. L'attivazione è la disponibilità alla germinazione. Ad una temperatura di 60-80°C la spora si attiva per la germinazione. L'inizio della germinazione dura diversi minuti. La fase di crescita è caratterizzata da una rapida crescita, accompagnata dalla distruzione del guscio e dall'emergere di una piantina.

BATTERI(Greco batteri bastoncino) è un gruppo di organismi microscopici, per lo più unicellulari, diversi per biolo e proprietà, diffusi sulla Terra, appartenenti a forme di vita inferiori.

Le prime informazioni sui batteri furono ottenute nel XVII secolo dagli studi di Leeuwenhoek, che ne scoprì le forme fondamentali. I batteri possono esistere in un’ampia varietà di condizioni.

La maggior parte di essi è priva di clorofilla. Le eccezioni sono i batteri anaerobici viola e verdi dello zolfo, nonché i batteri viola non solforati, che contengono clorofilla e utilizzano l'energia solare per la fotosintesi. I batteri possono assimilare carbonio inorganico e azoto, utilizzare molti composti inorganici e organici come fonti di energia ed effettuare trasformazioni di carbonio, azoto, zolfo, ferro e altri elementi.

Insieme alle alghe, i batteri sono tra gli organismi più antichi della Terra. La struttura cellulare dei batteri è simile alle alghe blu-verdi, agli attinomiceti (vedi) e alle spirochete (vedi), con le quali si ritiene che i batteri siano filogeneticamente imparentati. Tra i batteri ci sono specie che causano malattie nell'uomo, negli animali e nelle piante superiori.

Tassonomia

I primi tentativi di classificare i batteri in base alle caratteristiche morfologiche furono fatti nel XVIII secolo. Successivamente, la classificazione si è basata su caratteristiche fisiologiche. Come caratteri tassonomici sono stati utilizzati i più stabili: forma, colore secondo Tpainy (vedi metodo Gram), sporulazione, tipo di respirazione, proprietà biochimiche, antigeniche e altre, ma fino ad ora non è stata creata alcuna classificazione basata sul principio filogenetico relazione dei batteri tenendo conto delle connessioni evolutive.

La classificazione di Bergey (D. Bergey, 1957), che si basa sulle regole internazionali per la nomenclatura dei batteri, è diventata molto diffusa. La nomenclatura si basa sul sistema binomiale adottato nelle classificazioni zoologiche e botaniche (vedi Tabella 1). Varie proprietà biologiche dei batteri sono state prese come caratteristiche tassonomiche.

Tabella 1

I micoplasmi riportati in Tabella 1 sono minuscole formazioni, delimitate anziché da una parete cellulare rigida soltanto da una membrana citoplasmatica, significativamente diverse dai batteri, e sono attualmente classificate come classe separata - Mollicutes (vedi Mycoplasmataceae).

Morfologia

Esistono tre forme principali di batteri: sferici, a forma di bastoncino e a spirale (Fig. 1); un ampio gruppo di batteri filamentosi comprende prevalentemente batteri acquatici e non contiene specie patogene.

Batteri globulari - cocchi, sono divisi in base alla posizione delle cellule dopo la divisione in più gruppi: 1) diplococchi (divisi sullo stesso piano e disposti a coppie); 2) streptococchi (si dividono sullo stesso piano, ma durante la divisione non si separano l'uno dall'altro e formano catene); 3) tetracocchi (divisi in due piani tra loro perpendicolari, formanti gruppi di quattro individui); 4) sarcinas (divise in tre piani tra loro perpendicolari, formanti gruppi cubici); 5) stafilococchi (si dividono su più piani senza un sistema specifico, formando grappoli simili a grappoli d'uva). La dimensione media dei cocchi è 0,5-1 micron (vedi Cocchi).

Batteri a forma di bastoncello hanno forma rigorosamente cilindrica o ovoidale; le estremità dei bastoncini possono essere lisce, arrotondate o appuntite. Le aste possono essere disposte a coppie sotto forma di catene, ma la maggior parte delle specie sono disposte senza un sistema specifico. La lunghezza delle aste varia da 1 a 8 micron, il diametro medio è di 0,5-2 micron. È consuetudine chiamare batteri i bastoncini che non formano spore (vedi Spore). I batteri che formano spore sono chiamati bacilli. Secondo la nomenclatura accettata, i bacilli includono forme aerobiche. I batteri anaerobici sporigeni sono classificati come clostridi. La sporulazione nei bacilli e nei clostridi non è associata al processo di riproduzione. Le loro spore appartengono al tipo delle endospore, che sono corpi rotondi o ovali che rifrangono la luce e sono colorati con metodi speciali (colore Fig. 1 e 2). La posizione delle spore nella cellula, la loro dimensione e forma sono caratteristiche di ciascun tipo di batteri (Fig. 2). Alcuni bastoncini (micobatteri, corinebatteri) formano individui filiformi, altri (batteri nodulari) formano forme ramificate a forma di stella - i cosiddetti bacteroides (Fig. 3).

Forme a spirale di batteri suddiviso in vibrioni e spirilla. La curvatura dei corpi vibrionici non supera un quarto del giro spirale. Le spirille formano curve di uno o più vortici (vedi Vibrios, Spirillae).

Alcuni batteri hanno mobilità, che è chiaramente visibile se osservati con il metodo delle gocce sospese (vedi) o altri metodi. I batteri mobili si muovono attivamente con l'aiuto di speciali organelli - flagelli (vedi Flagelli batterici) o grazie a movimenti di scorrimento (mixobatteri).

Capsulaè presente in numerosi batteri ed è il loro componente strutturale esterno (Fig. 4 e colore. Fig. 3). Un certo numero di batteri, simili alla capsula, hanno una formazione sotto forma di un sottile strato mucoso sulla superficie della cellula. In alcuni batteri, la capsula si forma a seconda delle condizioni della loro esistenza. Alcuni batteri formano capsule solo nel macroorganismo, altri - sia nel corpo che all'esterno, in particolare su mezzi nutritivi contenenti alte concentrazioni di carboidrati. Alcuni batteri formano capsule indipendentemente dalle condizioni di vita (vedi Batteri capsulari). La composizione della capsula della maggior parte dei batteri comprende polisaccaridi polimerizzati costituiti da pentosi e aminozuccheri, acidi uronici, polipeptidi e proteine. La capsula non è una formazione amorfa, ma è strutturata in un certo modo. In alcuni batteri, ad esempio gli pneumococchi, la capsula determina la loro virulenza, nonché alcune proprietà antigeniche della cellula batterica.

Parete cellulare i batteri determinano la loro forma e garantiscono la conservazione del contenuto interno della cellula. In base alle caratteristiche della composizione chimica e della struttura della parete cellulare, i batteri vengono differenziati mediante colorazione di Gram.

La struttura della parete cellulare è diversa tra batteri gram-positivi e gram-negativi. Lo strato principale della parete cellulare, caratteristico di tutti i tipi di batteri, è uno strato rigido (sinonimo: strato mucopeptidico, mureina, peptidoglicano; quest'ultimo nome è più coerente con la struttura chimica dello strato), che contiene residui ripetuti di amminoacidi zuccheri - N-acetilglucosamina e acido N-acetilmuramico, che costituiscono la base di un polimero lineare - mureina.

Al residuo dell'acido N-acetilmuramico è collegato un polipeptide, che nella maggior parte dei batteri è costituito da quattro residui aminoacidici: L-alanina, acido D-glutammico, L-lisina o acido diamminopimelico (DAP) e D-alanina in un rapporto molare di 1: 1: 1: 1. Si possono osservare variazioni nella composizione del peptide a seconda del tipo di batteri. La lisina o il DAP possono essere sostituiti da ornitina, acido 2,6-diamminobutario, ecc. Talvolta un amminoacido aggiuntivo è attaccato al residuo di acido glutammico. Le catene peptidiche sono collegate tra loro da catene polipeptidiche incrociate, la cui composizione varia ampiamente tra le diverse specie batteriche. I legami incrociati, ad esempio nello stafilococco, sono formati da ponti di pentaglicina che collegano la D-alanina di un'unità peptidica alla lisina di un'altra. In alcuni batteri, i legami incrociati sono identici alle unità peptidiche. Nell'E. coli, le catene peptidiche sono collegate direttamente tra loro tramite la D-alanina su una catena e il DAP sull'altra. Una rappresentazione schematica del peptidoglicano è mostrata in Fig. 5.

I batteri Gram-positivi, oltre al peptidoglicano, hanno acidi teicoici (ribitol-teicoico e glicerolo-teicoico), che formano anch'essi un polimero e sono associati covalentemente al peptidoglicano. In alcuni batteri sono stati trovati acidi teichuronico e 2-aminomannurico.

Le pareti cellulari dei batteri gram-negativi, oltre allo strato rigido, comprendono strati di lipoproteine ​​e lipopolisaccaridi. Lo strato lipopolisaccaridico (LPS) è quello più studiato negli enterobatteri e in particolare nella salmonella. L'LPS è un complesso di fosforilazione di eteropolisaccaridi legati covalentemente a un lipide contenente glucosamina (lipide A). La composizione di L PS comprende l'antigene O della cellula (negli enterobatteri). La parte polisaccaridica di L PS è costituita dalla struttura principale (di base) e dalla parte di antigene O. La parte base, comune a tutti gli enterobatteri, comprende l'eptosio, il 2-cheto-3-deossiottonato (KDO), il glucosio, il galattosio e la N-acetil-glucosamina. Attraverso il KDO, la parte base è attaccata ad un componente costituito da lipide A, etanolo ammina, fosfato e KDO. Dall'altro lato (esterno) le catene laterali formate da unità oligosaccaridiche ripetute sono attaccate alla struttura di base. Le catene polisaccaridiche esterne sono specie-specifiche e sono antigeni O somatici. La specificità O è determinata dalla composizione dei carboidrati dell'intera catena laterale, dalla sequenza dei carboidrati in essa contenuti e dallo zucchero terminale, 6-desossi- o 3,6-dideossiesoso. Disturbi ereditari nella biosintesi della parte base dell'LPS enterobatterico o delle catene laterali O portano alla comparsa di mutanti della forma R (vedi Dissociazione dei batteri).

Riso. 6. Struttura cellulare degli enterobatteri (rappresentazione schematica): 1- gruppi determinanti dell'antigene O; 2 - strato lipoproteico; 3 - flagello (antigene H); 4 - membrana citoplasmatica; 5 eb - ribosomi nel citoplasma; 7 - nucleoide; 8 capsule; 9 - strato di lipopolisaccaride; 10 - strato rigido della parete cellulare.

Strato lipoproteico(LP) nei batteri gram-negativi, secondo Weidel, è lo strato esterno della parete cellulare. L'LPS occupa una posizione intermedia; lo strato rigido è quello più profondo. Questo schema non spiega la rilevazione dell'antigene O senza la distruzione preliminare dell'LP, pertanto sono stati proposti altri schemi per la struttura della parete, secondo i quali l'LP non ricopre la cellula batterica con uno strato continuo, ma LPS lo attraversa sotto forma di “germogli”, come mostrato in Fig. 6. Questa idea è stata confermata da metodi immunochimici che utilizzano la ferritina durante lo studio della localizzazione dell'antigene O.

In alcuni batteri gram-positivi, la parete cellulare, come nei batteri gram-negativi, non è costituita solo da uno strato rigido, ma ha una struttura multistrato. Ad esempio, negli streptococchi comprende uno strato proteico, uno strato lipopolisaccaridico intermedio e uno strato rigido interno. La parete cellulare non è una struttura enzimaticamente inerte. Contiene enzimi autolitici, fosfatasi e adenosina trifosfatasi.

Membrana citoplasmatica i batteri sono adiacenti alla superficie interna della parete cellulare, la separano dal citoplasma ed è un componente funzionale molto importante della cellula. Gli enzimi redox sono localizzati nella membrana, al sistema di membrana sono associate le funzioni cellulari più importanti come la divisione, la biosintesi di alcuni componenti, la chemio e la fotosintesi, ecc.. Lo spessore della membrana nella maggior parte dei batteri è 7-10 nm. La microscopia elettronica ha rivelato che è costituito da tre strati: due densi di elettroni e uno intermedio - trasparente agli elettroni. La membrana contiene proteine, fosfolipidi, lipoproteine, una piccola quantità di carboidrati e alcuni altri composti. Molte proteine ​​di membrana di B. sono enzimi coinvolti nei processi di respirazione, nonché nella biosintesi dei componenti della parete cellulare e della capsula. La membrana contiene anche permeasi che assicurano il trasferimento delle sostanze solubili nella cellula. La membrana funge da barriera osmotica, ha semipermeabilità selettiva ed è responsabile dell'ingresso dei nutrienti nella cellula e dell'uscita dei prodotti metabolici da essa.

Oltre alla membrana citoplasmatica, la cellula batterica ha sistema di membrane interne, detti mesosomi, che sono probabilmente derivati ​​della membrana citoplasmatica; la loro struttura varia tra i diversi tipi di batteri. I mesosomi sono i più sviluppati nei batteri gram-positivi. La struttura dei mesosomi è eterogenea; il loro polimorfismo è osservato anche nella stessa specie di batteri. Le strutture della membrana interna possono essere rappresentate da semplici invaginazioni della membrana citoplasmatica, formazioni sotto forma di vescicole o anse (più spesso nei batteri gram-negativi), sotto forma di formazioni vacuolari, lamellari, tubolari. I mesosomi sono spesso localizzati nel setto cellulare (Fig. 7), si nota anche la loro connessione con il nucleoide. Poiché gli enzimi della respirazione e della fosforilazione ossidativa si trovano nei mesosomi, molti autori li considerano analoghi dei mitocondri delle cellule superiori. Si presume che i mesosomi prendano parte alla divisione cellulare, alla distribuzione dei cromosomi figli nelle cellule in divisione e alla sporulazione. All'apparato della membrana cellulare sono associate anche le funzioni di fissazione dell'azoto, chemio e fotosintesi. Di conseguenza, si può presumere che le membrane cellulari svolgano un certo ruolo di coordinamento nell'organizzazione spaziale di un certo numero di sistemi enzimatici e organelli cellulari.

Riso. 4 . Grani volutini nei corinebatteri

Citoplasma e inclusioni. Il contenuto interno della cellula è costituito dal citoplasma (vedi), che è una miscela complessa di vari composti organici che si trovano in uno stato colloidale. Sezioni ultrasottili del citoplasma (Fig. 7) hanno rivelato un gran numero di grani, una parte significativa dei quali sono ribosomi. Il citoplasma dei batteri può contenere inclusioni intracellulari (colore Fig. 4-6) sotto forma di granuli di glicogeno, amido e sostanze grasse. In un certo numero di batteri, il citoplasma contiene granuli di volutina costituiti da polifosfati inorganici, metafosfati e composti vicini agli acidi nucleici. Il ruolo della volutin non è del tutto chiaro. Alcuni autori, basandosi sulla sua scomparsa durante la fame cellulare, considerano la volutina come un nutriente di riserva. Volutin ha un'affinità per i coloranti basici, presenta cromofilia e metacromasia e viene facilmente rilevato nelle cellule sotto forma di grandi granuli, soprattutto con metodi di colorazione speciali.

Ribosomi i batteri sono la sede della sintesi proteica cellulare, durante la quale si formano strutture costituite da un gran numero di ribosomi (fino a 20), chiamati poliribosomi o più spesso polisomi (Fig. 8). L'm-RNA partecipa alla formazione dei polisomi. Una volta completata la sintesi di questa proteina, i polisomi si disintegrano nuovamente in singoli ribosomi o subunità. I ribosomi possono essere localizzati liberamente nel citoplasma, ma una parte significativa di essi è associata alle membrane cellulari. Nelle sezioni ultrasottili della maggior parte dei batteri, i ribosomi si trovano nel citoplasma sotto forma di granuli con un diametro di circa 20 nm. I ribosomi di E. coli, purificati in presenza di ioni magnesio, sedimentano durante l'ultracentrifugazione con una velocità di sedimentazione di 70 S. A concentrazioni di magnesio inferiori, si dissociano in due subunità con costanti di sedimentazione di 50 S e 30 S. Si ritiene che i 50 La particella S è sferica e la 30 S ha una forma appiattita. All'aumentare della concentrazione di ioni magnesio, le particelle 70 S formano dimeri. In uno stato libero (al di fuori della sintesi proteica), i ribosomi si trovano in uno stato dissociato nella frazione ribosomiale delle cellule. La dissociazione dei ribosomi in subunità è stimolata da uno speciale fattore di dissociazione. Le subunità 50 S e 30 S hanno mol. peso 1,8·106 e 0,85-106, rispettivamente. Entrambe le particelle sono composte da RNA ribosomiale (o rRNA) e proteine. La particella 50 S contiene una molecola di 23 S e 5 S rRNA. La particella 30 S contiene una molecola di rRNA 16 S. La composizione proteica dei ribosomi è eterogenea. Le particelle 30 S sono costituite da ventuno proteine, mentre le particelle 50 S sono costituite da trenta-trentacinque proteine ​​diverse. Alcune proteine ​​delle particelle ribosomiali 30 S sono necessarie sia per l'assemblaggio dei ribosomi che per il loro funzionamento, l'altra parte è importante solo in senso funzionale. L'RNA ribosomiale è essenziale per il corretto assemblaggio e l'organizzazione dei ribosomi.

Il grado di aggregazione dei ribosomi è regolato dagli ioni magnesio. Nei ribosomi si trovano le poliammine e la ribonucleasi I, che si ritiene sia coinvolta nell'idrolisi dell'm-RNA.

Riso. 10. Autoradiografia del cromosoma del batterio coli. È visibile una struttura circolarmente chiusa; in alto a sinistra - diagramma di replica: X - punto di partenza della replica, Y - punto di crescita; A - area replicata; B - area non replicata; B - punto di replica.

Nucleo. I batteri hanno una struttura nucleare discreta che, a causa della struttura unica, è chiamata nucleide (Fig. 9). I nucleoidi di B. contengono la maggior parte del DNA della cellula. Sono colorati con il metodo Feilgen (vedi acidi desossiribonucleici), sono chiaramente visibili quando colorati secondo Romanovsky-Giemsa (vedi metodo Romanovsky-Giemsa), dopo idrolisi acida o allo stato vivente con microscopia a contrasto di fase, nonché su ultrasottile sezioni al microscopio elettronico (Fig. 7 e 9). Il nucleoide è definito come una formazione compatta singola o doppia. Nelle colture in crescita, i nucleoidi appaiono spesso come strutture biforcate, riflettendo la loro divisione. La divisione mitotica delle strutture nucleari non è stata rilevata nei batteri. La forma dei nucleoidi e la loro distribuzione nella cellula sono molto variabili e dipendono da numerosi motivi, tra cui l'età della coltura. Nelle micrografie elettroniche, aree chiare di densità ottica inferiore sono visibili nelle posizioni dei nucleoidi. Il vacuolo nucleare non è separato dal citoplasma dall'involucro nucleare. La forma del vacuolo non è costante. Le aree nucleari sono piene di fasci di filamenti sottili che formano una trama complessa. Non sono stati trovati istoni nelle strutture nucleari dei batteri (vedi); Si presume che il loro ruolo nei batteri sia svolto dalle poliammine. I nuclei dei batteri non sono come i nuclei di altri organismi. Ciò è servito come base per distinguere i batteri nel gruppo dei procarioti, a differenza degli eucarioti, che hanno un nucleo contenente cromosomi, una membrana e si dividono per mitosi. Il nucleoide batterico è collegato al mesosoma. Non è ancora nota la natura del collegamento. Il cromosoma batterico ha una struttura circolarmente chiusa. Ciò è stato dimostrato mediante autoradiografia in E. coli (Fig. 10), precedentemente marcato con 3H-timidina. La struttura del DNA è stata giudicata dalla distribuzione dei grani di timidina marcati. Si stima che la lunghezza della cellula del DNA chiusa ad anello sia di 1100-1400 μm e il peso molecolare sia di 2,8 × 109 [J. Cairns, 1963].

Flagelli e villi. Sulla superficie di alcuni batteri ci sono organelli di movimento: flagelli (Fig. 11). Possono essere rilevati utilizzando speciali tecniche di colorazione, microscopia a campo scuro o microscopio elettronico. I flagelli hanno una forma a spirale e il passo della spirale è specifico per ciascun tipo di batterio. In base al numero di flagelli e alla loro posizione sulla superficie cellulare, si distinguono i seguenti gruppi di microbi mobili: monotrichi, anfitrichi, lophotrich e peritrichi. I monotrichi hanno un flagello situato in uno dei poli della cellula e, meno spesso, subpolare o laterale. Negli anfitrichi c'è un flagello su ciascun polo della cellula. I Lophotrich hanno un fascio di flagelli su uno o due poli cellulari. Nei peritrichi i flagelli sono distribuiti senza un ordine particolare in tutto il corpo cellulare.

M.A. Peshkov (1966) offre una terminologia leggermente diversa. Combina anfi- e lophotrich con il termine "multrich" e distingue un tipo misto, avente due o più flagelli di tipo diverso in diversi punti di attacco. La base del flagello (blefaroplasto) si trova nella membrana citoplasmatica. I flagelli sono costituiti quasi interamente dalla proteina flagellina.

Sulla superficie di alcuni batteri (enterobatteri), oltre ai flagelli, sono presenti villi (fimbrie, pili), visibili solo al microscopio elettronico (Fig. 12). Esistono diversi tipi morfologici di villi. Il primo tipo (generale) e i villi, che esistono solo in presenza di fattori sessuali nella cellula, sono stati studiati in modo più approfondito (vedi Fattore sessuale dei batteri). I villi di tipo generale coprono l'intera superficie della cellula e sono costituiti da proteine; Ci sono 1-4 villi sessuali per cellula. Entrambi hanno attività antigenica (vedi Coniugazione nei batteri).

Fisiologia

Per composizione chimica I batteri non sono diversi dagli altri organismi.

I batteri contengono carbonio, azoto, idrogeno, ossigeno, fosforo, zolfo, calcio, potassio, magnesio, sodio, cloro e ferro. Il loro contenuto dipende dal tipo di batterio e dalle condizioni di coltivazione. Un componente chimico obbligatorio delle cellule batteriche, come altri organismi, è l'acqua, che è un mezzo di dispersione universale della materia vivente. La maggior parte dell'acqua è allo stato libero; il suo contenuto varia tra i diversi batteri e rappresenta il 70-85% del peso umido dei batteri. Oltre all'acqua libera è presente una frazione ionica di acqua e acqua associata a sostanze colloidali. In termini di composizione dei componenti organici, le cellule batteriche sono simili alle cellule di altri organismi, differendo però per la presenza di alcuni composti. La composizione dei batteri comprende proteine, acidi nucleici, grassi, mono-, di- e polisaccaridi, aminozuccheri, ecc. I batteri hanno aminoacidi insoliti: diaminopimelico (presente anche nelle alghe blu-verdi e nella rickettsia); N-metillisina, che fa parte della flagellina di alcuni batteri; Isomeri D di alcuni amminoacidi. Il contenuto di acidi nucleici dipende dalle condizioni di coltivazione, dalle fasi di crescita e dallo stato fisiologico e funzionale delle cellule. Il contenuto di DNA in una cellula è più costante dell'RNA. La composizione nucleotidica del DNA rimane invariata durante lo sviluppo batterico, è specie-specifica e viene utilizzata come una delle caratteristiche tassonomiche più importanti. I lipidi batterici sono diversi. Tra questi ci sono acidi grassi, fosfolipidi, cere e steroidi. Alcuni batteri formano pigmenti (colore Fig. 7-9) con un'intensità che varia ampiamente all'interno della stessa specie e dipende dalle condizioni di crescita. I terreni nutritivi solidi sono più favorevoli alla formazione dei pigmenti. In base alla loro struttura chimica si distinguono il carotenoide, il chinone, la melanina e altri pigmenti, che possono essere rossi, arancioni, gialli, marroni, neri, blu o verdi. Più spesso, i pigmenti sono insolubili nei mezzi nutritivi e colorano solo le cellule. I pigmenti solubili in acqua (piocianina) si diffondono nel mezzo, colorandolo. I pigmenti batterici includono anche la batterioclorofilla, che conferisce il colore viola o verde ad alcuni batteri fotosintetici.

Enzimi i batteri si dividono in quelli che funzionano solo all'interno della cellula (endoenzimi) e solo all'esterno della cellula (esoenzimi). Gli endoenzimi catalizzano principalmente processi sintetici, respirazione, ecc. Gli esoenzimi catalizzano principalmente l'idrolisi di substrati ad alto peso molecolare in composti con un peso molecolare inferiore che possono penetrare nella cellula.

Nella cellula, gli enzimi sono associati alle strutture e agli organelli corrispondenti. Ad esempio, gli enzimi autolitici sono associati alla parete cellulare, gli enzimi redox sono associati alla membrana citoplasmatica, gli enzimi associati alla replicazione del DNA sono associati alla membrana o al nucleoide.

L'attività degli enzimi dipende da una serie di condizioni, principalmente dalla temperatura dei batteri in crescita e dal pH dell'ambiente. Abbassando la temperatura si riduce reversibilmente, mentre alzandola fino a certi limiti (40-42°) aumenta l'attività degli enzimi. Nei batteri termofili e psicrofili, l'attività enzimatica ottimale coincide con la temperatura ottimale di crescita. La temperatura ottimale per i batteri mesofili, che comprendono batteri patogeni, è di circa 37°. Il pH ottimale generalmente è compreso tra 4 e 7. Si verificano variazioni del pH ottimale. Gli enzimi batterici la cui attività non dipende dalla presenza di un substrato nel mezzo di coltura sono detti costitutivi. Gli enzimi, la cui sintesi dipende dalla presenza di un substrato nel mezzo, sono chiamati inducibili (il vecchio nome è adattivo). Ad esempio, la formazione della β-galattosidasi nell'Escherichia coli inizia solo quando al terreno viene aggiunto il lattosio, che induce la sintesi di questo enzima.

La sintesi enzimatica è controllata dall'inibizione da parte del prodotto finale o dall'induzione e repressione.

Per la loro identificazione viene utilizzata l'attività enzimatica dei batteri, molto spesso vengono studiate le proprietà saccarolitiche e proteolitiche. Alcuni enzimi prodotti da batteri patogeni sono fattori di virulenza (vedi).

Nutrizione. I batteri utilizzano i nutrienti solo sotto forma di molecole relativamente piccole che penetrano nella cellula. Questo metodo di nutrizione, caratteristico di tutti gli organismi di origine vegetale, è chiamato olofita. Le sostanze organiche complesse (proteine, polisaccaridi, fibre, ecc.) possono fungere da fonte di nutrimento ed energia solo dopo la loro preliminare idrolisi in composti più semplici solubili in acqua o lipidi. La capacità di vari composti di penetrare nel citoplasma delle cellule dipende dalla permeabilità della membrana citoplasmatica e dalla struttura chimica del nutriente.

Le sostanze che fungono da fonte di nutrimento per i batteri sono sorprendentemente diverse. L'elemento più importante necessario per gli organismi viventi è il carbonio. Alcuni tipi di batteri (autotrofi) possono utilizzare il carbonio inorganico dall'anidride carbonica e dai suoi sali (vedi Organismi autotrofi), altri (eterotrofi) - solo da composti organici (vedi Organismi eterotrofi). La stragrande maggioranza dei batteri sono eterotrofi. L’assimilazione del carbonio richiede una fonte esterna di energia. Alcune specie di batteri che hanno pigmenti fotosintetici utilizzano l'energia della luce solare. Questi batteri sono chiamati batteri fotosintetici. Tra questi ci sono gli autotrofi (batteri di zolfo verdi e viola) e gli eterotrofi (batteri di zolfo non viola). Sono anche chiamati rispettivamente fotolitotrofi e fotoorganotrofi. La maggior parte dei batteri utilizza l'energia delle reazioni chimiche e sono chiamati chemiosintetici. Gli autotrofi chemiosintetizzanti sono chiamati chemiolitotrofi, mentre gli eterotrofi sono chiamati chemioorganotrofi.

I batteri eterotrofi assorbono carbonio da composti organici di varia natura chimica. Le sostanze contenenti legami insaturi o atomi di carbonio con valenze parzialmente ossidate sono facilmente digeribili. A questo proposito, le fonti di carbonio più accessibili sono gli zuccheri, gli alcoli polivalenti, ecc. Alcuni eterotrofi, insieme all'assimilazione del carbonio organico, possono anche assimilare il carbonio inorganico.

Anche gli atteggiamenti nei confronti delle fonti di azoto variano. Esistono batteri che assimilano l'azoto minerale e persino atmosferico. Altri batteri non sono in grado di sintetizzare molecole proteiche o alcuni amminoacidi dai composti azotati più semplici. In questo gruppo ci sono forme che utilizzano l'azoto da singoli aminoacidi, da peptoni, sostanze proteiche complesse e da fonti minerali di azoto con l'aggiunta di aminoacidi da loro non sintetizzati. Molti batteri patogeni appartengono a questo gruppo.

Respiro. Alcune delle sostanze che penetrano nella cellula batterica, ossidandosi, le forniscono l'energia necessaria. Questo processo è chiamato biolo, ossidazione o respirazione.

L'ossidazione biologica si riduce principalmente a due processi: deidrogenazione del substrato con successivo trasferimento di elettroni all'accettore finale e accumulo dell'energia rilasciata in una forma biologicamente accessibile. L'ossigeno e alcuni composti organici e inorganici possono fungere da accettore di elettroni finale. Nella respirazione aerobica l’accettore finale di elettroni è l’ossigeno. I processi energetici in cui l'accettore finale di elettroni non è l'ossigeno, ma altri composti sono chiamati respirazione anaerobica, e alcuni ricercatori includono come respirazione anaerobica propriamente detta quei processi in cui l'accettore finale di elettroni sono composti inorganici (nitrati e solfati).

La fermentazione si riferisce a processi energetici in cui i composti organici agiscono contemporaneamente come donatori e accettori di elettroni.

Tra i batteri ci sono aerobi stretti (vedi), che si sviluppano solo in presenza di ossigeno, anaerobi obbligati, che si sviluppano solo in assenza di ossigeno, e anaerobi facoltativi (vedi), capaci di svilupparsi sia in condizioni aerobiche che anaerobiche. La maggior parte dei batteri possiede un sistema di enzimi respiratori organizzato spazialmente, chiamato catena respiratoria o catena di trasporto degli elettroni.

La respirazione nei batteri, come la respirazione di altri organismi, è associata a processi di fosforilazione ossidativa ed è accompagnata dalla formazione di composti ricchi di legami ad alta energia (ATP). L'energia immagazzinata in questi composti viene utilizzata secondo necessità.

I batteri possono utilizzare una varietà di composti organici (carboidrati, sostanze contenenti azoto, grassi e acidi grassi, acidi organici, ecc.) come fonte di energia. La capacità di ottenere energia a seguito dell'ossidazione di composti inorganici è inerente solo a un piccolo gruppo di batteri. Le sostanze inorganiche che ossidano sono specifiche per ogni tipo di batterio. Questi batteri includono batteri nitrificanti, batteri dello zolfo, batteri del ferro, ecc. Tra questi ci sono aerobi e anaerobi.

I batteri fotosintetici convertono l'energia della luce visibile direttamente in ATP; Questo processo, effettuato durante la fotosintesi, è chiamato fotofosforilazione.

Crescita e riproduzione

Una cellula batterica inizia a dividersi dopo il completamento di successive reazioni associate alla riproduzione dei suoi componenti.

Il processo più importante della crescita cellulare è la riproduzione del suo apparato ereditario. La divisione del nucleoide è preceduta dai processi di replicazione del DNA (vedi Replicazione). La replicazione inizia quando il rapporto DNA/proteine ​​della cellula raggiunge un certo livello. L'inizio della replicazione richiede la sintesi di prodotti proteici specifici. Sul DNA replicante di una cellula, quando studiato con il metodo autoradiografico, si distinguono due punti: il punto di origine della replicazione e il punto di crescita (Fig. 10). Il punto replicativo si muove lungo tutto il DNA della cellula che, come notato, ha una struttura circolarmente chiusa. Il tempo impiegato dal punto di replicazione per passare dall'inizio alla fine dell'intera struttura circolare del DNA, o il tempo della sintesi del DNA, è costante e non dipende dalla velocità di crescita cellulare. Nelle colture a crescita rapida, quando il tempo di generazione (il tempo tra le divisioni cellulari) è inferiore al tempo richiesto per la replicazione del DNA (40-47 minuti in E. coli B/r), inizia una nuova iniziazione prima che termini quella precedente. Pertanto, le colture in rapida crescita hanno diversi punti di replica (forche). Il processo di replicazione del DNA è accompagnato dalla segregazione delle catene di DNA sintetizzate in cellule figlie appena formate. I mesosomi cellulari svolgono un ruolo importante nella separazione dei filamenti di DNA.

La crescita delle cellule a forma di bastoncino durante il ciclo di generazione si riduce ad un aumento esponenziale della loro lunghezza. Durante la divisione, la crescita cellulare rallenta e ricomincia dopo la divisione.

La fine della replicazione del DNA è il punto che dà inizio alla divisione cellulare. L'inibizione della sintesi del DNA prima della fine della replicazione porta all'interruzione del processo di divisione: la cellula smette di dividersi e cresce in lunghezza. Utilizzando l'esempio di E. coli, si dimostra che l'inizio della divisione richiede la presenza di una proteina termolabile e un rapporto tra le singole poliammine nella cellula in cui la quantità di putrescina deve superare la quantità di spermidina. Esistono prove dell'importanza dei fosfolipidi e delle autolisine per il processo di divisione cellulare.

Una coltura batterica in crescita sintetizza un set completo di ribosomi. L'RNA ribosomiale viene inizialmente sintetizzato su uno stampo di DNA, quindi modificato e convertito in rRNA maturo 16 S e 23 S. Anche l'rRNA 5 S non è un prodotto diretto della trascrizione (vedi). I precursori ribosomiali non contengono la serie completa di proteine ​​ribosomiali. Il set completo appare solo durante il processo di maturazione.

Il meccanismo di riproduzione dei mesosomi, così come l'apparato di membrana della cellula, non è ancora chiaro. Si presume che man mano che una cellula batterica cresce, i mesosomi si separano gradualmente.

Man mano che una cellula batterica cresce, si forma un setto cellulare accanto al mesosoma (Fig. 7). La formazione di un setto porta alla divisione cellulare. Le cellule figlie appena formate si separano l'una dall'altra. In alcuni batteri la formazione di un setto non porta alla divisione cellulare: si formano cellule multiloculari.

In E. coli sono stati ottenuti numerosi mutanti in cui si forma un setto cellulare in una posizione insolita oppure, insieme a un setto con una localizzazione usuale, si forma un setto aggiuntivo vicino al polo cellulare. Come risultato della divisione di tali mutanti, si formano sia cellule ordinarie che piccole cellule (mini-cellule) che misurano 0,3-0,5 micron. Le minicellule, di regola, sono private del DNA, poiché quando la cellula madre si divide, il nucleoide non vi entra. A causa dell'assenza di DNA, le minicellule vengono utilizzate nella genetica batterica per studiare l'espressione della funzione genetica nei fattori extracromosomici dell'ereditarietà e altri problemi.

Quando coltivato in mezzi nutritivi liquidi, il tasso di crescita della popolazione cellulare cambia nel tempo. La crescita di una popolazione batterica è suddivisa in più fasi. Dopo che le cellule sono state inoculate in un mezzo nutritivo fresco, i batteri non si moltiplicano per un po' di tempo: questa fase è chiamata fase stazionaria iniziale o fase di latenza. La fase di ritardo si trasforma in una fase di accelerazione positiva. In questa fase inizia la divisione batterica. Quando il tasso di crescita cellulare dell'intera popolazione raggiunge un valore costante, inizia la fase logaritmica della riproduzione. Durante questo periodo è possibile calcolare il tempo di generazione, il numero di generazioni e alcuni altri indicatori. La fase logaritmica è sostituita da una fase di accelerazione negativa, poi inizia la fase stazionaria. Il numero di cellule vitali in questa fase è costante (la concentrazione M è la concentrazione massima di cellule vitali). Segue una fase di declino demografico. Il tasso di crescita della popolazione è influenzato da: tipo di coltura batterica, età della coltura seminata, composizione del mezzo nutritivo, temperatura di crescita, aerazione, ecc.

Durante la crescita di una popolazione cellulare, i prodotti metabolici si accumulano al loro interno, i nutrienti si esauriscono e altri processi portano alla transizione alle fasi stazionarie e successive. Con l'aggiunta costante di sostanze nutritive e la contemporanea eliminazione dei prodotti metabolici è possibile ottenere una lunga permanenza delle cellule della popolazione nella fase logaritmica. Molto spesso, a questo scopo viene utilizzato un chemostato (vedi).

Nonostante il tasso di crescita costante della popolazione batterica nella fase logaritmica, le singole cellule si trovano ancora in diversi stadi di divisione. A volte è importante sincronizzare la crescita di tutte le cellule di una popolazione, cioè ottenere una coltura sincrona. Semplici metodi di sincronizzazione sono il cambiamento delle condizioni di temperatura o la coltivazione in condizioni povere di nutrienti. Innanzitutto, le colture vengono poste in condizioni non ottimali, quindi vengono sostituite con condizioni ottimali. In questo caso, il ciclo di divisione di tutte le cellule della popolazione è sincronizzato, ma la divisione cellulare sincrona di solito non avviene più di 3-4 cicli.

In precedenza, sono state ripetutamente avanzate ipotesi secondo le quali la trasformazione di una forma di batteri in un'altra nel ciclo di sviluppo avviene in un circolo vizioso. Tutte queste ipotesi sono accomunate dal termine generale “ciclogenesi”. Le idee teoriche sulla ciclogenesi sono attualmente di solo interesse storico. Tuttavia, i dati reali sui processi di dissociazione dei batteri (vedi) non hanno perso il loro significato.

Azione di fattori esterni

La vitalità dei batteri sotto l'influenza di fattori esterni viene studiata con diversi metodi, ad esempio contando le cellule sopravvissute. Per fare ciò vengono costruite curve di sopravvivenza che esprimono la dipendenza del numero di cellule sopravvissute dal tempo di esposizione.

I batteri sono relativamente resistenti alle basse temperature. I batteri sono più sensibili alle alte temperature. Di solito, quando i batteri vengono riscaldati ad una temperatura di 60-70°, si verifica la morte delle cellule vegetative, ma le spore non muoiono. La sensibilità dei batteri alle alte temperature viene utilizzata durante la sterilizzazione (vedi).

Diversi tipi di batteri reagiscono in modo diverso all'essiccazione. Alcuni batteri (ad esempio i gonococchi) muoiono molto rapidamente, mentre altri (i micobatteri) sono molto resistenti. Tuttavia, rispettando alcune condizioni (presenza di vuoto, terreni speciali), è possibile ottenere colture batteriche liofilizzate essiccate che rimangono vitali per lungo tempo (vedi Liofilizzazione).

I batteri possono essere distrutti mediante sfregamento meccanico con varie polveri (vetro, quarzo), nonché mediante esposizione agli ultrasuoni.

I batteri sono sensibili ai raggi ultravioletti; I raggi più efficaci sono quelli con una lunghezza d'onda di circa 260 nm, che corrisponde al loro massimo assorbimento da parte degli acidi nucleici. I raggi ultravioletti hanno un effetto mutageno. I raggi X hanno anche effetti letali e mutageni (vedi Mutageni).

La sensibilità ai farmaci chemioterapici e agli antibiotici dipende dal tipo di batteri e dal meccanismo d'azione del farmaco sulla cellula. Forme resistenti possono essere ottenute da batteri sensibili a seguito di mutazione o attraverso il trasferimento di fattori di resistenza multifarmaco di microrganismi (vedi).

Distribuzione dei batteri in natura e loro ruolo nel ciclo delle sostanze

Patogenicità e virulenza. I batteri vivono nel suolo, nell'acqua, nel corpo umano e animale. Diversi gruppi di batteri possono svilupparsi in condizioni inaccessibili ad altri organismi. La composizione qualitativa e quantitativa dei batteri che vivono nell'ambiente esterno dipende da molte condizioni: pH dell'ambiente, temperatura, disponibilità di nutrienti, umidità, aerazione, presenza di altri microrganismi (vedi Antagonismo dei microbi), ecc. composti contenuti nell'ambiente, più batteri si possono trovare in esso. Nei terreni e nelle acque non contaminati si trova un numero relativamente piccolo di forme di batteri saprofiti. Il suolo è abitato da batteri sporigeni e non sporigeni, micobatteri, mixobatteri e forme coccali. Nell'acqua ci sono una varietà di batteri sporigeni e non sporigeni e batteri acquatici specifici: vibrioni acquatici, batteri filamentosi, ecc. Vari batteri anaerobici vivono nei fanghi sul fondo dei serbatoi. Tra i batteri che vivono nell'acqua e nel suolo ci sono batteri che fissano l'azoto, nitrificanti, denitrificanti e che scindono la cellulosa. ecc. I mari e gli oceani sono abitati da batteri che crescono ad alte concentrazioni di sali e ad alta pressione, e si trovano specie luminose. Nelle acque e nel suolo inquinati, oltre ai saprofiti del suolo e dell'acqua, si trovano numerosi batteri che vivono nel corpo dell'uomo e degli animali: enterobatteri, clostridi, ecc.

Un indicatore di contaminazione fecale è solitamente la presenza di E. coli. A causa dell'ampia distribuzione dei batteri e dell'attività metabolica unica di molte delle loro specie, essi hanno un'importanza eccezionalmente grande nel ciclo delle sostanze in natura. Molti tipi di batteri partecipano al ciclo dell'azoto: dalle specie che scompongono i prodotti proteici di origine vegetale e animale, alle specie che formano nitrati, che vengono assorbiti dalle piante superiori. L'attività metabolica dei batteri determina la mineralizzazione del carbonio organico e la formazione di anidride carbonica, il cui ritorno nell'atmosfera è importante per il mantenimento della vita sulla Terra. L'assorbimento dell'anidride carbonica dall'atmosfera viene effettuato dalle piante verdi grazie alla loro attività fotosintetica. I batteri svolgono un ruolo importante nel ciclo dello zolfo, del fosforo e del ferro.

Una percentuale relativamente piccola di tutti i microbi conosciuti è in grado di causare malattie nell’uomo e negli animali. La potenziale capacità dei batteri di causare malattie infettive, che è caratteristica della loro specie, è chiamata patogenicità o patogenicità. Nella stessa specie, la gravità delle proprietà patogene può variare in modo abbastanza ampio. Il grado di patogenicità di un ceppo di un certo tipo di batteri è chiamato virulenza (vedi). Tra i batteri ci sono specie condizionatamente patogene, la cui patogenicità dipende dallo stato del macroorganismo, dall'ambiente esterno, ecc.

Genetica dei batteri

La genetica batterica è una branca della genetica generale che studia l'ereditarietà e la variabilità nei batteri. La relativa semplicità dell'organizzazione dei batteri, la loro capacità di crescere in mezzi sintetici e la rapida riproduzione consentono di analizzare cambiamenti relativamente rari nel genoma (vedi) dei batteri che compongono popolazioni multimiliardarie e di monitorare la loro eredità. A questo scopo, vengono utilizzati metodi speciali per garantire la selezione da un'enorme popolazione di singole cellule batteriche geneticamente modificate, il trasferimento di un cromosoma o dei suoi frammenti da una cellula (donatore) a un'altra (ricevente), seguito dall'analisi genetica dei ricombinanti risultanti ( vedere Ricombinazione). I metodi di analisi genetica (vedi) dei batteri hanno permesso di studiare non solo l'organizzazione del cromosoma batterico, ma anche di decifrare la struttura fine del gene, nonché di stabilire le relazioni funzionali delle unità genetiche che compongono singoli operoni batterici (vedi).

Lo sviluppo della genetica batterica è associato allo studio della trasformazione batterica (vedi), che ha permesso di stabilire il ruolo del DNA come base materiale dell'ereditarietà. Durante lo studio della trasformazione genetica nei batteri, sono stati sviluppati metodi per estrarre e purificare il DNA, metodi biochimici e biofisici per analizzarne le proprietà. Ciò ha permesso non solo di studiare i cambiamenti genetici a livello cellulare, ma anche di confrontare questi cambiamenti con i cambiamenti nella struttura del DNA. Pertanto, in combinazione con i metodi genetici, i metodi di ricerca biochimica del materiale genetico hanno offerto l'opportunità di analizzare i modelli della genetica batterica a livello molecolare.

Tra i batteri, i più studiati geneticamente sono l'Escherichia coli, in cui metodi di trasferimento di materiale genetico (cromosomi o suoi frammenti) da un donatore a un ricevente, effettuati mediante incrocio diretto (vedi Coniugazione nei batteri) o con l'aiuto di virus batterici (vedi Trasduzione). Altri microrganismi che hanno gli stessi tipi di scambio di materiale genetico e sono simili nelle caratteristiche genetiche all'E. coli sono la Salmonella.

I modelli di scambio genetico stabiliti per E. coli e Salmonella sono inerenti anche a numerosi altri microrganismi che svolgono un ruolo importante nella patologia infettiva. I fenomeni di coniugazione e trasduzione sono stati riscontrati anche nella Shigella e in alcuni altri microrganismi patogeni, il che consente l'analisi genetica dei fattori che ne determinano la patogenicità.

Per chiarire i meccanismi molecolari e vari fenomeni genetici, sono di notevole interesse i microrganismi capaci di trasformazione genetica, in cui i batteri riceventi assorbono il DNA purificato estratto dai batteri donatori. Gli esperimenti di trasformazione rivelano l'attività genetica del DNA isolato, extracellulare, che rende possibile analizzare l'attività funzionale del DNA soggetto a varie influenze che ne modificano la struttura sia in vivo che in vitro.

Pertanto, specie batteriche trasformabili come Bac sono ampiamente utilizzate negli studi di genetica molecolare. subtilis, H. influenzae, Pneumococcus, ecc.

Le proprietà dei batteri, come qualsiasi altro organismo, sono determinate da un insieme di geni in essi inerenti. La registrazione delle informazioni genetiche codificate nei geni batterici viene effettuata sulla base di un codice tripletta universale (vedi Codice genetico). Yanovsky (S. Janofsky) ottenne prove di colinearità (corrispondenza) tra la sequenza nucleotidica e la sequenza amminoacidica in un polipeptide e stabilì la composizione in vivo di triplette individuali che codificano l'inclusione di vari amminoacidi.

L'insieme di geni inerenti ai batteri determina il loro genotipo (vedi) I batteri con lo stesso genotipo non sono sempre identici nelle loro proprietà; le loro proprietà possono variare a seconda dell'ambiente di coltivazione, dell'età delle colture batteriche, della temperatura di crescita e di una serie di altri fattori ambientali. Il genotipo determina solo le proprietà potenzialmente inerenti alle cellule batteriche, la cui espressione dipende dal funzionamento (attività) di specifiche strutture genetiche. Il cromosoma batterico comprende 2 tipi di strutture genetiche funzionalmente diverse: i geni strutturali, che determinano la specificità delle proteine ​​che una determinata cellula è in grado di sintetizzare, e i geni regolatori, che regolano l'attività dei geni strutturali a seconda delle condizioni ambientali, in particolare della la presenza o l'assenza del substrato dell'enzima sintetizzato o dalla concentrazione della connessione cellulare richiesta, dallo stato del materiale genetico (replicazione del DNA), ecc.

Nello stato attivo, i geni strutturali vengono trascritti (vedi Trascrizione), cioè diventano disponibili per leggere le informazioni genetiche utilizzando la RNA polimerasi DNA-dipendente. L'RNA messaggero (i-RNA) formato durante la trascrizione viene tradotto nel corrispondente polipeptide, la cui struttura è codificata in questi geni strutturali.

In base al tipo di regolazione, i sistemi sintetici batterici si dividono in 2 tipologie: catabolici e anabolici. I primi utilizzano l'energia necessaria alla cellula, i secondi assicurano la biosintesi dei composti necessari ai batteri.

Il sistema catabolico dell'E. coli, che scompone il lattosio in glucosio e galattosio, è stato studiato in dettaglio da Jacob e Monod (F. Jacob, J. Monod).

Gli enzimi di questo sistema (β-galattosidasi, galattoside permeasi e galattoside transacetilasi) sono determinati dai corrispondenti geni strutturali. Accanto ai geni strutturali c'è un sito regolatore, il cosiddetto operatore, che “accende” e “spegne” la lettura delle informazioni (trascrizione) dai geni strutturali.

Un'altra unità regolatrice di questo sistema è un gene che controlla la sintesi di un repressore, una proteina in grado di connettersi a un operatore. In presenza di un repressore, i geni strutturali non vengono trascritti dalla RNA polimerasi e non avviene la sintesi degli enzimi corrispondenti. Tra l'operatore e il gene regolatore c'è un breve tratto di DNA - il promotore - il sito di atterraggio della RNA polimerasi. Il lattosio aggiunto al terreno di coltura batterico lega il repressore, l'operatore si libera e i geni strutturali iniziano a essere trascritti, con conseguente sintesi di enzimi. Pertanto, il lattosio, che è un substrato per l'azione degli enzimi, agisce come induttore della loro sintesi.

Questo tipo di regolazione è caratteristico anche di altri sistemi catabolici. La sintesi degli enzimi indotta dai substrati della loro azione è detta inducibile.

Un diverso tipo di regolazione è inerente ai sistemi batterici anabolici. In questi sistemi, il regolatore genetico controlla la sintesi di un repressore-aporepressore inattivo. Con piccole quantità del metabolita finale controllato dai geni strutturali di una determinata via biochimica (ad esempio, alcuni amminoacidi), l'aporepressore non si lega al gene dell'operatore e, quindi, non interferisce con il lavoro dei geni strutturali e la sintesi di questo amminoacido. In caso di eccessiva formazione del prodotto finale, quest'ultimo inizia a funzionare come corepressore. Legandosi ad un aporepressore, il corepressore lo converte in un repressore attivo che si lega al gene dell'operatore. Di conseguenza, la trascrizione dei geni strutturali e la sintesi dei composti corrispondenti si fermano, cioè si osserva la repressione del sistema. Quando la cellula consuma il metabolita finale in eccesso, il repressore attivo si trasforma nuovamente in un aporepressore, il gene operatore viene rilasciato e i geni strutturali diventano nuovamente attivi, cioè si verifica la derepressione del sistema.

Pertanto, i sistemi genetici di entrambi i tipi - catabolici (inducibili) e anabolici (reprimibili) - sono caratterizzati da una regolazione di tipo feedback: l'accumulo e il consumo del prodotto finale ne regolano la sintesi da parte dei sistemi anabolici; nei sistemi catabolici, il substrato dell'azione degli enzimi sintetizzati funge da regolatore.

I cambiamenti nel corso dei processi di sintesi cellulare, a seguito dei quali possono verificarsi cambiamenti non ereditari nelle proprietà dei batteri dello stesso genotipo, possono essere espressi in varia misura a seconda delle condizioni ambientali. Condizioni di vita bruscamente interrotte possono portare all'arresto della funzione dei singoli geni strutturali o alla loro iperfunzione, che a sua volta può portare a cambiamenti morfologici significativi, crescita squilibrata e, in definitiva, alla morte cellulare.

L'insieme delle proprietà dei batteri rivelate in determinate condizioni di esistenza è chiamato fenotipo. Il fenotipo dei batteri, sebbene dipendente dall'ambiente, è controllato dal genotipo, poiché la natura e il grado dei cambiamenti fenotipici possibili per una determinata cellula sono determinati da un insieme di geni, cioè dal genotipo.

Sia i geni strutturali che quelli regolatori dei batteri sono localizzati nel cromosoma batterico e insieme formano l'apparato genetico dei batteri. Inoltre, i batteri possono trasportare determinanti genetici extracromosomici: plasmidi (vedi), che, di regola, non sono vitali per la cellula. Al contrario, l'attivazione delle funzioni di alcuni di essi (ad esempio le batteriocine) è dannosa per le cellule batteriche che non trasportano plasmidi. Allo stesso tempo, gli elementi plasmidici conferiscono ai batteri una serie di proprietà di grande interesse dal punto di vista della patologia infettiva. Pertanto, i determinanti plasmidici possono essere responsabili della resistenza multipla ai farmaci (vedi fattore R), della produzione di alfa-emolisina e di altre tossine batteriche.

Il cromosoma dei batteri, come le cellule degli organismi superiori, è localizzato nel nucleo.

A differenza delle cellule degli organismi superiori, il nucleo batterico è privo di guscio ed è chiamato nucleoide. Il numero di nucleoidi nelle cellule batteriche varia a seconda della fase di crescita della coltura: il numero di nucleoidi in E. coli è massimo nelle colture in rapida moltiplicazione che si trovano nella fase di crescita logaritmica. Nella fase di crescita stazionaria, E. coli contiene un nucleoide. Il cromosoma batterico è una molecola di DNA chiusa in un anello con un peso molecolare dell'ordine di 1,5 - 2 X 109 dalton.

Riso. 13. Diagramma della sequenza di trasferimento del materiale genetico durante la coniugazione di E. coli, che illustra la struttura ad anello del cromosoma batterico. Le lettere rappresentano geni diversi. Freccia destra - sequenza del trasferimento genico (C, D, E, E, A, B) al ricevente da parte del ceppo donatore 1; freccia sinistra - sequenza del trasferimento genico (D, D, C, B, A, E) al ricevente da parte del ceppo donatore 2.

La struttura ad anello del cromosoma batterico è stata stabilita mediante tre metodi: autoradiografico, microscopico elettronico e genetico. Nel primo caso sono state ottenute autoradiografie di strutture circolari del DNA batterico, nel secondo sono state ottenute immagini al microscopio elettronico di DNA circolare isolato, nel terzo sono stati stabiliti modelli di scambio genetico che possono essere spiegati solo dalla struttura circolare del DNA batterico cromosoma. Ciò può essere illustrato con il seguente esempio ipotetico. Supponiamo che nel processo di incrocio dei batteri (coniugazione), i geni contrassegnati dalle lettere A, B, C, D, D, E vengano trasferiti da un batterio all'altro. Uno dei ceppi donatori utilizzati è Hfr (abbreviazione di l'espressione inglese alta frequenza di ricombinazione - ricombinazione ad alta frequenza) ha un punto di partenza per il trasferimento cromosomico nella regione del gene B. In questo caso, si osserva il seguente ordine di trasferimento genico: B, D, D, E, A, B Il secondo ceppo Hfr inizia il trasferimento del cromosoma dal gene D e lo trasferisce nella direzione opposta al precedente. In questo caso, i geni vengono trasmessi nel seguente ordine: D, D, C, B, A, E. La conservazione sperimentalmente dimostrata della sequenza di trasmissione dei geni quando viene modificato l'ordine del loro trasferimento è facilmente spiegabile dalla struttura ad anello di il cromosoma (Fig. 13).

I metodi che consentono di effettuare sperimentalmente il trasferimento di materiale genetico nei batteri (coniugazione, trasduzione e trasformazione) hanno permesso di costruire una mappa genetica del cromosoma batterico, che riflette la relativa localizzazione dei geni. Ai fini della mappatura genetica, è ampiamente utilizzata la coniugazione, in cui ampie sezioni del cromosoma batterico e talvolta l'intero cromosoma del donatore vengono trasferiti al ricevente. Quando si mappa la coniugazione, vengono utilizzati vari approcci: stabiliscono la trasmissione dei singoli geni nel tempo, identificano la trasmissione dei geni collegati, stabiliscono la frequenza di trasmissione dei geni che non sono soggetti a selezione (non selettivi), situati prossimalmente e distalmente rispetto al gene selezionato, ecc. La coniugazione, tuttavia, nella maggior parte dei casi non fornisce la possibilità di una mappatura sufficientemente accurata, poiché in questo caso la ricombinazione (vedi) viene effettuata su sezioni relativamente estese del cromosoma. La mappatura precisa viene eseguita mediante trasduzione, in cui vengono trasferiti frammenti più corti del cromosoma batterico, non superiori a 0,01 della sua lunghezza. Uno dei principali metodi di mappatura della trasduzione è determinare la possibilità di cotrasduzione (cioè trasmissione congiunta) del gene mappato e di un gene di cui è nota la localizzazione sul cromosoma. La presenza di cotrasduzione indica la posizione vicina (collegata) dei geni analizzati. La trasduzione può essere utilizzata anche per determinare l'ordine dei geni. A questo scopo viene utilizzato uno speciale metodo di analisi genetica: il cosiddetto test a tre punti, in cui viene eseguita l'analisi degli incroci su tre geni.

La trasformazione per la mappatura viene utilizzata relativamente raramente. Il trattamento dei batteri riceventi con DNA trasformante consente di trasferire solo sezioni molto piccole del cromosoma batterico. Di conseguenza, solo i geni che costituiscono gruppi di collegamento possono essere analizzati utilizzando la trasformazione.

La mappa genetica dell'E. coli K-12, costruita sulla base di molti anni di ricerca genetica condotta in vari laboratori in tutto il mondo, comprende attualmente diverse centinaia di geni localizzati.

Riso. 14. Mappa genetica circolare che mostra la posizione dei geni sul cromosoma di E. coli. I geni sono indicati da simboli decifrati nella tabella. 3. I numeri sulle superfici interne dei cerchi indicano le unità di lunghezza della mappa (il tempo durante il quale un dato gene viene trasmesso durante la coniugazione), espresse in minuti (da 0 a 90 minuti).

Nella fig. La Figura 14 mostra la mappa genetica di E. coli, pubblicata nel 1970 da A. L. Taylor sulla rivista Bacteriological Reviews (USA). Per facilitare l'orientamento, il cerchio della mappa genetica, che raffigura schematicamente un cromosoma, è diviso in segmenti - minuti, che in totale costituiscono il tempo necessario per il trasferimento dell'intero cromosoma durante il processo di coniugazione. Per E. coli questo tempo è di circa 90 minuti. I simboli posti attorno a un cerchio indicano i geni corrispondenti e sono decifrati nella Tabella 3, che comprende circa 2000 geni batterici, le cui funzioni nella vita di una cellula batterica sono state ampiamente studiate. Le informazioni sulla localizzazione dei geni sul cromosoma batterico consentono di risolvere problemi specifici nella microbiologia pratica. Servono come prerequisito necessario per studiare la virulenza e la patogenicità dei batteri, la loro resistenza ai farmaci, la possibilità di creare ceppi attenuati e per altri scopi. Esiste una pronunciata omologia nella disposizione dei geni di Escherichia coli e Salmonella.

In alcuni casi, i geni (cistron) che controllano le singole fasi della sintesi del metabolita finale si trovano in una sezione del cromosoma batterico. La sequenza di localizzazione dei geni corrisponde alla sequenza di utilizzo dei composti intermedi da essi determinata durante la sintesi del metabolita finale. Nella stessa regione del cromosoma dove si trovano i geni strutturali possono essere localizzate anche unità genetiche regolatrici, che insieme ai corrispondenti geni strutturali costituiscono un operone (vedi). Un esempio di tali operoni sono gruppi di geni che forniscono la sintesi di istidina, triptofano, ecc.

In altri casi, i geni strutturali e regolatori della stessa via biochimica si trovano in diverse regioni del cromosoma batterico, come esemplificato dai geni che controllano la sintesi della metionina, la scissione dell'arabinosio, la sintesi delle purine, ecc.

Lo studio dello scambio genetico nei batteri non si limita allo scopo della mappatura genetica. La possibilità di tale scambio viene sfruttata anche per ottenere nuovi ceppi di batteri utili all'uomo. In particolare, la ricombinazione tra batteri patogeni e non patogeni può essere utilizzata per costruire ceppi attenuati, cioè con virulenza indebolita, adatti alla produzione di vaccini vivi. Tali ceppi possono essere ottenuti da batteri patogeni (ad esempio da batteri della dissenteria) sostituendo la regione (o le regioni) genetiche che ne determina la patogenicità con le corrispondenti regioni del cromosoma di batteri non patogeni (ad esempio Escherichia coli). Per creare ceppi attenuati è necessario non solo garantire la possibilità di scambio genetico, ma anche studiare prima le basi genetiche della patogenicità, virulenza, immunogenicità e mappare i geni che le determinano. Solo a queste condizioni è possibile realizzare ceppi vaccinali a tutti gli effetti, perdendo solo la virulenza, ma conservando le proprietà che garantiscono l'immunogenicità.

Lo scambio genetico nei batteri avviene anche nel loro habitat naturale, con conseguente variabilità della ricombinazione dei batteri, manifestata nella formazione di forme atipiche. Questa circostanza conferisce interesse pratico allo studio del processo di ricombinazione, poiché il meccanismo di formazione, il significato patogenetico e diagnostico delle forme atipiche sono le questioni più urgenti della patologia infettiva.

Oltre alla variabilità fenotipica e di ricombinazione, i batteri sono caratterizzati da variabilità mutazionale, cioè variabilità causata da mutazioni, che sono riarrangiamenti strutturali dei geni, la loro perdita completa o parziale (delezioni), non associata a ricombinazioni. I batteri sono ampiamente utilizzati per studiare i modelli del processo di mutazione. La mutazione (vedi), cioè un cambiamento nel genotipo, è un fenomeno causato dall'azione di agenti mutageni. Costituiscono la base di tutta la ricerca genetica, poiché lo studio della funzione dei geni, la loro mappatura e altri problemi genetici possono essere risolti solo con l'aiuto di mutanti appropriati. La natura dei mutanti batterici formati sotto l'influenza di agenti mutageni non dipende dal meccanismo d'azione dei mutageni (vedi). L'idea creata nella prima fase dello sviluppo della genetica batterica sull'adeguatezza della variabilità mutazionale dei batteri ai mutageni utilizzati, cioè sull'azione specifica di questi ultimi, si è rivelata errata, così come il concetto della natura spontanea del processo di mutazione si è rivelata errata. Questa idea si basava sul fatto che, esposti ad agenti che causavano la morte della maggior parte della popolazione batterica, i ricercatori ottenevano mutazioni corrispondenti all'agente utilizzato. Ad esempio, l'azione dei sulfonamidi è stata accompagnata dal rilascio di mutanti resistenti ai sulfamidici, l'azione dei fagi è stata accompagnata dal rilascio di mutanti resistenti ai fagi, ecc. I lavori di S. Luria, M. Delbruck, J. Lederberg e H. Newcombe è stato dimostrato che la formazione di tali mutanti avviene prima dell'aggiunta di un agente distruttivo, e quest'ultimo svolge solo il ruolo di fattore di selezione. I cambiamenti mutazionali nelle popolazioni batteriche si verificano in molti geni, ma gli agenti riproduttori selezionano solo le mutazioni rilevanti. Ad esempio, una popolazione mutante di batteri può contenere mutanti di vario tipo: auxotrofi - incapaci di sintetizzare i composti necessari per la cellula; mutanti che hanno perso o acquisito la capacità di fermentare i singoli carboidrati; resistente agli antibiotici, ecc. Quando una tale popolazione viene seminata su un terreno con un antibiotico, gli individui non mutati, così come gli individui portatori di mutazioni che non sono correlate alla resistenza agli antibiotici, non cresceranno. Su tale terreno cresceranno solo i batteri che presentano mutazioni nel gene che determina la corrispondente resistenza. Ciò, tuttavia, non significa che l'origine dei mutanti resistenti agli antibiotici sia associata all'esposizione all'agente di selezione. La causa della comparsa di mutanti resistenti, così come di mutanti che non sono stati rilevati su un terreno con un antibiotico, sono eventi mutazionali verificatisi prima dell'esposizione all'agente di selezione. A sua volta, ciò non significa che l'agente selettivo non possa avere attività mutagena, ma se possiede tale attività, induce mutazioni non solo nei geni corrispondenti al meccanismo della sua azione, ma anche, come qualsiasi altro mutageno, in un'ampia varietà dei geni e seleziona solo i batteri modificati di conseguenza.

L'incoerenza del concetto di mutazione spontanea dei batteri è stata confutata sulla base del fatto che, testando numerosi composti chimici e agenti fisici, possibilmente agenti su popolazioni di batteri comunemente coltivate, si è scoperto che l'attività mutagena è caratteristica di una gamma estremamente ampia di fattori, compresi i metaboliti naturali dei batteri. L'azione di questi fattori non è sempre controllabile, ma spiega il motivo del verificarsi delle cosiddette mutazioni spontanee.

Secondo la concezione moderna, le mutazioni spontanee sono un fenomeno dello stesso ordine delle mutazioni ottenute sperimentalmente, dette indotte. Sia quelli che gli altri sono determinati causalmente. Le uniche differenze sono che le mutazioni indotte si verificano sotto l'influenza di agenti mutageni appositamente utilizzati, mentre gli agenti che causano mutazioni spontanee rimangono poco chiari. Il termine “spontaneo”, quindi, non riflette l'essenza del fenomeno e viene utilizzato convenzionalmente per designare mutazioni che avvengono senza particolari influenze.

Le mutazioni causate dall'influenza di agenti mutageni derivano da cambiamenti nella sequenza dei nucleotidi del DNA, la cui manifestazione è la perdita o il cambiamento nella funzione del polipeptide codificato da un dato gene, o un cambiamento nelle proprietà della regolamentazione unità del genoma batterico (operatore, promotore). In base alla “misura” si distinguono le mutazioni geniche e quelle cromosomiche. I primi colpiscono un gene, i secondi si estendono a più di un gene. Le mutazioni cromosomiche si verificano a causa della perdita di un gran numero di nucleotidi (delezioni). Le mutazioni genetiche sono spesso mutazioni puntiformi, ovvero comportano la sostituzione, l'inserimento o la cancellazione di una coppia di nucleotidi del DNA. Esistono sostituzioni semplici e complesse delle basi azotate nel DNA: transizioni e trasversioni (vedi Mutazione).

I batteri sono caratterizzati da mutazioni dirette e inverse. Questi ultimi hanno spesso un carattere soppressore. Tutti i mutageni conosciuti hanno effetti mutageni sulle cellule batteriche. I mutageni più comunemente utilizzati nella ricerca genetica batteriologica sono i raggi ultravioletti, le radiazioni penetranti, gli agenti alchilanti mono e bifunzionali, gli analoghi delle basi e numerosi altri.

Recenti studi effettuati sui batteri hanno rivelato la presenza di sistemi geneticamente determinati che garantiscono la riparazione dei danni al materiale genetico (DNA). Questi studi hanno lanciato una nuova direzione nella genetica e nella biologia molecolare. I dati ottenuti dallo studio dell'attività riparativa batterica hanno portato a una revisione di una serie di idee sui meccanismi d'azione degli agenti mutageni, sulla formazione, sulla fissazione e sull'espressione fenotipica dei cambiamenti mutazionali.

Antigeni di batteri

Gli antigeni batterici sono localizzati nei flagelli, nella capsula, nella parete cellulare, nelle membrane e in altre strutture cellulari. Gli antigeni batterici sono componenti biologicamente attivi della cellula che ne determinano le proprietà immunogeniche, tossiche e invasive. Decifrare la struttura chimica degli antigeni batterici, il controllo della loro sintesi da parte della cellula e della localizzazione in essa, nonché la specificità immunogenica è la base teorica per creare metodi efficaci per la diagnosi e l'immunoprofilassi specifica delle infezioni batteriche.

La distribuzione degli antigeni in una cellula batterica viene studiata con metodi immunocitologici: la reazione specifica della capsula secondo J. Tomcsik, il metodo diretto e indiretto degli anticorpi fluorescenti, il metodo degli anticorpi marcati con ferritina, iodio, mercurio o uranio, utilizzando la microscopia elettronica di sezioni ultrasottili, nonché isolare singole strutture per il loro successivo studio immunologico. Per isolare gli antigeni dai batteri si utilizza la distruzione meccanica mediante piccole sfere di vetro, ultrasuoni, alta pressione, detergenti, lisozima o batteriofago. I complessi antigenici solubili vengono estratti dai batteri trattandoli con enzimi proteolitici, acqua calda, acido tricloroacetico, dietil glicole, fenolo, urea, piridina, etere etilico, ecc. Gli antigeni solubili vengono purificati mediante ultracentrifugazione a gradiente mediante cromatografia su colonna o elettroforesi preparativa. Gli antigeni altamente purificati sono ottenuti da enterobatteri, microbi della pertosse, streptococchi, ecc.

Tra gli antigeni batterici ci sono quelli specifici per tipo, specie, gruppo e genere, nonché quelli “non specifici”. La maggior parte degli antigeni specifici per tipo e gruppo sono localizzati nei flagelli, nella capsula e nella parete cellulare dei batteri. Gli antigeni delle membrane e le strutture intracellulari delle cellule batteriche non sono stati sufficientemente studiati.

Antigeni flagellari (antigeni H) sono una proteina (flagellina) con peso molecolare compreso tra 20.000 e 40.000, costituita da catene polipeptidiche alfa e beta. Durante l'ultracentrifugazione analitica, la flagellina forma un picco omogeneo con un coefficiente di sedimentazione di 1,5-1,68. Quando riscaldati ad una temperatura di 100° in un ambiente fortemente acido o alcalino, gli antigeni flagellari vengono inattivati. Si presume che la composizione aminoacidica dei diversi sierotipi degli antigeni flagellari di Salmonella, Escherichia e altri enterobatteri sia diversa e ciò determini la loro specificità di tipo. La classificazione dei sierotipi di Salmonella si basa sulla differenza nella specificità degli antigeni flagellari. Flagelli isolati di enterobatteri, Vibrio cholerae e altri batteri reagiscono come antigene H (vedi Flagelli batterici), tuttavia, la frazione flagello contiene sempre una miscela di antigene O. I flagelli e la flagellina delle forme S e R di Proteus mirabilis contengono componenti antigenici comuni e diversi. La specificità antigenica dipende dalla connessione e dalla sequenza delle subunità flagelliniche del filamento flagellare. Utilizzando il metodo di immunodiffusione (vedi), vengono rilevati due componenti nell'antigene H. Utilizzando metodi immunochimici preparativi, è possibile ottenere un antigene H purificato dall'antigene O. L'antigene H purificato non ha attività protettiva negli esperimenti su animali da laboratorio. Gli antigeni flagellari solubili vengono utilizzati per la preparazione dei diagnostici H degli eritrociti.

Antigeni della capsula (antigeni K) molti batteri sono tipo-specifici e stimolano un'immunità specifica (vedi). Molti degli antigeni capsulari sono polisaccaridi o mucopeptidi.

Gli antigeni capsulari dei pneumococchi sono polisaccaridi tipo-specifici, in forma isolata hanno le proprietà degli apteni (vedi Apteni) e sono designati come sostanza solubile specifica (SSS). La capsula dell'agente patogeno dell'antrace contiene un aptene-peptide, nonché antigeni di natura proteica-polisaccaridica sensibili agli enzimi proteolitici. Polipeptide glutamil capsulare trovato in te. megaterium, ha le proprietà di un antigene, che reagisce in modo crociato con gli antigeni della parete cellulare dello stesso microbo. Antigeni capsulari di natura polisaccaridica sono stati identificati nei microbi del genere Acetobacter. Questi antigeni hanno reagito in modo crociato con gli antisieri contro gli streptococchi di gruppo B e G, nonché con i pneumococchi di tipo 23. Cross sierolo, la reazione è dovuta alla presenza di un gruppo determinante comune negli antigeni: L-ramnosio.

Sono state stabilite reazioni crociate tra antigeni polisaccaridici capsulari dei meningococchi dei gruppi A e B. pumilus, meningococchi gruppo C ed E. coli 016: NM, pneumococchi tipo III ed E. coli K7, ecc.

Nella capsula (o meglio nella microcapsula) degli enterobatteri sono stati trovati antigeni polisaccaridici: antigene Vi (vedi) in S. typhi, S. paratyphi C, E. coli, E. ballerup, antigeni B(K) in Escherichia, antigeni K- antigeni della Klebsiella. In alcune Salmonelle sono stati riscontrati antigeni capsulari di natura proteica con proprietà protettive (S. typhimurium, S. adelaide, Citrobacter). Gli antigeni polisaccaridici capsulari di K. pneumoniae hanno un effetto adiuvante (vedi Adiuvanti).

Nella parete cellulare di molti tipi di microbi sono stati identificati antigeni specifici del tipo, del gruppo, della specie e del genere. Secondo lo schema di Krause (R. M. Krause, 1963), la parete cellulare dello streptococco contiene antigeni proteici specifici del tipo (sostanza M) e antigeni specifici del gruppo di natura polisaccaridica. L'antigene M (ne esistono fino a 60 tipi) è un antigene protettivo; in forma parzialmente purificata, si propone come vaccino. Diretto da Amer. I test condotti dagli scienziati su un vaccino costituito da antigene M parzialmente purificato hanno dimostrato che il farmaco ha causato reumatismi in alcuni bambini vaccinati. Secondo numerosi autori, l'antigene M è strettamente correlato a un antigene che reagisce in modo crociato con l'antigene del muscolo cardiaco umano. Si presuppone che l'antigene con reazione crociata e l'antigene M siano determinanti diversi della stessa molecola proteica. È stato inoltre scoperto che esiste una connessione tra l'antigene M dello streptococco di gruppo A di tipo 1 e il sistema HLA dei linfociti umani. Un altro antigene gruppo-specifico della parete cellulare degli streptococchi è l'antigene mucopeptidico, la cui specificità è determinata dalla N-acetilglucosamina (per gli streptococchi del gruppo A) e dalla N-acetilgalattosamina (per gli streptococchi del gruppo C). L'antigene gruppo-specifico degli streptococchi lattici è l'acido teicoico intracellulare.

La parete cellulare degli stafilococchi contiene antigeni specie-specifici: l'antigene della proteina A nello strato superficiale della parete e l'acido teicoico che, in combinazione con il mucopeptide, costituisce lo strato interno della parete. L'antigene A è un precipitinogeno presente nella maggior parte dei ceppi di Staphylococcus aureus, la sua mole. peso 13.200 Ha la capacità di entrare in una reazione non specifica con il frammento Fc delle immunoglobuline di classe G nel siero sanguigno dell'uomo e di alcuni animali. L'acido teicoico è un precipitinogeno specifico costituito da subunità di poliribitol fosfato a cui sono attaccate N-acetil glucosio ammina (gruppo determinante) e D-alanina. L'acido teicoico si trova nelle pareti cellulari di streptococchi, stafilococchi e micrococchi. subtilis e batteri lattici. È stato stabilito che l'acido teicoico isolato dagli stafilococchi ha proprietà protettive. Dalle pareti cellulari di Cl. botulinum di tipo A è un antigene proteico termostabile resistente alla tripsina ed è stato isolato e purificato.

Antigeni specifici per specie e genere sono stati trovati nelle pareti cellulari di corinebatteri, nocardia, micobatteri e attinomiceti. Il mucopeptide della parete cellulare dei corinebatteri, della nocardia e dei micobatteri contiene arabinosio e galattosio, che causano reattività sierologica crociata tra i ceppi di questi gruppi. Nella parete cellulare del microbo della difterite sono stati identificati due antigeni: una proteina specifica del tipo di superficie e un polisaccaride termostabile specifico del gruppo più profondo. Un insieme complesso di antigeni è stato identificato nella parete cellulare dei corinebatteri anaerobici mediante radioimmunoelettroforesi. Il componente principale delle pareti cellulari di questi microbi si è rivelato essere un polisaccaride acido. Apteni mucopolisaccaridi gruppo-specifici sono stati identificati nelle pareti cellulari di Bac. antraci. Questi apteni reagiscono in una reazione di precipitazione con antigeni simili isolati da te. cereus Antigeni tipo-specifici di te. megaterium sono localizzati anche nella parete cellulare.

L'antigene O (endotossina) degli enterobatteri è localizzato nello strato intermedio della parete cellulare ed è un composto complesso costituito da una proteina o peptide, un polisaccaride e un lipide. Il lipopolisaccaride (complesso glucidolipoidale), estratto da una miscela di fenolo e acqua, ha un peso molecolare di 106-107, è costituito per il 60-70% da polisaccaride fosforilato e per il 20-40% da lipidi (acidi grassi lipide A). Il peso molecolare del polisaccaride purificato è compreso tra 20.000 e 60.000.Il polisaccaride degli antigeni O di diversi tipi di enterobatteri è costruito secondo lo stesso principio ed è costituito da una struttura di base e catene laterali S-specifiche, che sono gruppi determinanti. La struttura di base (nota anche come R-lipopolisaccaride) di tutti i sierotipi di Salmonella comprende glucosamina, 2-cheto-3-deossiottanato (KDO), L-glicero-D-manno-eptosio, galattosio e glucosio.

Sono noti 6 chemotipi di R-lipopolisaccaridi identificati nei corrispondenti R-mutanti (Ra, Rb, Rc, Rd1, Rd2 e Re), che differiscono per il grado di difettosità della struttura chimica. Le catene proteiche includono 6-deossi e soprattutto 3,6-dideossiesosi. Le catene laterali specifiche S sono costruite da oligosaccaridi ripetitivi. I fattori O rappresentano parte o tutto il gruppo determinante dell'antigene O. Sono classificati secondo lo schema Kaufermann-White utilizzando reazioni di agglutinazione crociata o omologa. Lo zucchero terminale che ha la maggiore affinità per il sito attivo dell’anticorpo è denominato zucchero immunodominante. Il fattore O 2 (gruppo A) è determinato dallo zucchero immunodominante paratosio, il fattore O 4 (gruppo B) dall'abequoise, il fattore O 9 (gruppo D) dal tyvelose, ecc. Lo zucchero immunodominante della Shigella dissenteriae è il ramnosio. La specificità del complesso antigene O è garantita non solo dallo zucchero immunodominante, ma anche dalla sequenza di disposizione degli zuccheri nella catena laterale e dalla natura della sostanza chimica. legami tra i singoli zuccheri. Inizialmente, nella cellula microbica viene sintetizzata la struttura di base del polisaccaride e quindi le catene laterali. La parte lipidica dell'antigene O (lipide A) è quasi identica in tutti gli enterobatteri. Il lipide A è una lunga catena di acidi grassi derivati ​​dalla polifosfo-d-glucosamina ed è strettamente legato a un polisaccaride O-specifico. In questo caso, la biosintesi della molecola di polisaccaride, così come dell'intera molecola dell'antigene O, è determinata geneticamente.

L'antigene O isolato (lipopolisaccaride) ha una struttura ramificata, che viene interrotta quando il complesso viene trattato con desossicolato di sodio; si formano le cosiddette subunità apteniche, dalle quali, a quanto pare, è costruito l'intero complesso. Gli antigeni O isolati sono tossici, pirogeni, causano il fenomeno di Schwartzman locale e generale (vedi fenomeno di Schwartzman), necrosi del tessuto tumorale, resistenza specifica e non specifica e hanno anche attività immunostimolante e immunosoppressiva. Si presume che l'attività tossica degli antigeni O sia dovuta al lipide A. La somministrazione dell'antigene O agli animali è accompagnata da leucopenia e trombocitopenia. L'antigene O provoca il fenomeno della tolleranza, accompagnato da un notevole aumento dell'attività fagocitaria. Oltre all'antigene O, nelle pareti cellulari degli enterobatteri sono stati trovati antigeni termolabili e antigeni generali.

Nel 1962, S. Kunin e coautori descrissero per la prima volta l'antigene comune degli enterobatteri, che differisce nella specificità dall'antigene O. L'antigene comune estratto dall'E. coli 014, un polisaccaride, provoca la produzione di anticorpi specifici nei conigli.

Il lipopolisaccaride, o lipide A, somministrato ad un animale insieme ad un antigene comune, sopprime la produzione di anticorpi contro l'antigene comune. Un altro tipo di antigene comune, chiamato antigene C, è stato trovato in E. coli e Sh. sonnei. Sh. sonnei, utilizzando la reazione di emoagglutinazione, è stato identificato un agglutinogeno batterico (BA) associato al lipopolisaccaride. Nel 1969, E. Engelbrecht riportò un altro antigene comune negli enterobatteri, il fattore “alcololofilo”, ottenuto da S. paratyphi A e B, S. bareilly. Si presuppone che l'antigene “alcolico” sia un polisaccaride. Uno specifico antigene alfa è localizzato nelle pareti cellulari del Vibrio cholera, un antigene proteico protettivo e un fattore sensibilizzante all'istamina sono localizzati nell'agente eziologico della pertosse e un antigene estratto da una miscela di fenolo-acqua e tracce della frazione I sono localizzato nel microbo della peste.

L'attività protettiva delle pareti cellulari isolate è stata dimostrata in esperimenti con stafilococchi, streptococchi, microbi della tularemia, l'agente eziologico della peste, enterobatteri, microbi della pertosse, micobatteri, Vibrio cholerae e Brucella. Dalle pareti cellulari di questi microbi vengono estratti antigeni solubili con attività protettiva. Le pareti cellulari di molti microbi gram-positivi e gram-negativi causano la formazione di granuli, dermatiti, epatiti, carditi croniche e artriti negli animali da laboratorio. Negli esperimenti in vitro, le pareti cellulari stimolano il rilascio di enzimi lisosomiali, hanno un effetto citotossico e inibiscono la flucitosi batterica e la crescita cellulare.

Pertanto, le strutture superficiali di molti batteri contengono antigeni specifici per tipo, gruppo, specie e genere, nonché antigeni comuni per diversi tipi di microbi. Molti degli antigeni elencati sono importanti nella patogenesi delle malattie e nella formazione dell'immunità specifica.

Antigeni delle membrane e delle strutture intracellulari. Gli antigeni specifici sono concentrati nelle membrane batteriche. Quindi, gli antigeni della membrana citoplasmatica B. megaterium differiscono nella loro specificità dagli antigeni della parete cellulare.

Uno studio sulla struttura antigenica delle membrane del Micrococcus lysodeicticus ha mostrato che ci sono 8 antigeni situati sulla superficie della membrana citoplasmatica. Antigeni O e H, nonché antigeni non identificati, sono stati trovati nella frazione di membrana di E. coli 0111: K 4: H12 e altri enterobatteri. È stato stabilito che l'antigene O delle membrane è identico all'antigene O delle pareti cellulari. L'antigene H delle membrane è identico all'antigene H dei flagelli isolati, poiché la parte basale del flagello è attaccata o situata sulla superficie interna della membrana citoplasmatica. Pertanto, l'attività antigenica H delle membrane è dovuta all'attività antigenica della parte basale del flagello. Le proteine ​​estratte dalle membrane dei micoplasmi di diversi gruppi sierola avevano un'attività antigenica specifica. Dal microbo della pertosse distrutto dagli ultrasuoni è stata isolata una struttura a forma di bastoncino con un coefficiente di sedimentazione di 22s, che ha proprietà protettive (antigene 223). Questo antigene è probabilmente localizzato nelle membrane. È stata descritta una nuova classe di antigeni batterici: l'acido lipoteicoico, che può essere isolato da streptococchi, batteri lattici e alcuni bacilli. L'acido lipoteicoico è localizzato sulla superficie della membrana citoplasmatica ed è un antigene gruppo-specifico. L'acido lipoteicoico è composto da 25-30 residui di glicerofosfato e una componente lipidica (glicolipide). Alcuni residui di glicerofosfato vengono sostituiti da glucosio e D-alanina. Gli antigeni di membrana della maggior parte dei batteri patogeni sono stati scarsamente studiati.

La frazione citoplasmatica dei batteri si distingue per una certa originalità: insieme ai componenti citoplasmatici (ribosomi, granuli, frammenti del reticolo endoplasmatico, linfa cellulare), contiene componenti nucleari (DNA e, possibilmente, proteine ​​nucleari).

Pertanto, quando si sottopone all'analisi la frazione citoplasmatica immunolica, a volte è difficile dire a causa di quali antigeni è stata rilevata l'attività.

La cosiddetta frazione totale del citoplasma degli enterobatteri, dei microbi della pertosse, dei cocchi e di altri batteri ha una debole attività antigenica. Antigeni comuni sono stati trovati nel citoplasma di numerosi batteri: tra i ceppi del genere Nocardia e Streptomyces, Nocardia e Mycobacterum. Antigeni citoplasmatici identici sono stati identificati nei micobatteri, negli attinomiceti e nei corinebatteri. Tuttavia, nel citoplasma del microbo della peste sono stati trovati antigeni specifici: frazione I, tossina “topa”, antigene VW e un complesso antigenico estratto mediante trattamento tricloroacetico. Gli antigeni elencati possono essere importanti nella patogenesi dell'infezione. Utilizzando un modello di microbo della peste, è stato dimostrato che i complessi antigenici ottenuti con il metodo fenolo-acqua e il complesso antigenico estratto con acido tricloroacetico sono antigeni diversi e, possibilmente, localizzati in strutture diverse. Da un lisato ultrasonico di Shigella, Seltman (G. Seltman, 1975) isolò un antigene che si spostava verso l'anodo (ATA), che risultò essere comune a molti enterobatteri. Questo antigene proteico si trova probabilmente all'interno della cellula.

Nei ribosomi furono identificati gli antigeni: nel corso degli anni 1960-1963 si scoprì che nei ribosomi batterici sono localizzati tre tipi di antigeni, comuni a molti batteri (apparentemente RNA), comuni ad un numero limitato di specie (proteine) e specifici per ciascuna specie. Nel 1967-1975, è stato dimostrato che le frazioni ribosomiali ottenute da enterobatteri, listeria, micobatteri, microbi della pertosse, vibrios cholerae e stafilococchi hanno proprietà protettive in esperimenti su animali da laboratorio. È stato dimostrato che l'attività protettiva dei ribosomi non è associata alla mescolanza di antigeni della parete cellulare. Una proteina che aveva proprietà protettive specifiche è stata isolata dalla frazione ribosomiale di Vibrio cholerae mediante cromatografia a scambio ionico e i ribosomi purificati non hanno causato protezione negli animali. Tuttavia, alcuni ricercatori suggeriscono che l’attività protettiva dei ribosomi sia associata all’RNA, altri alle proteine, e altri ancora credono che qualche tipo di carboidrato, possibilmente proveniente dalla parete cellulare, che ha le proprietà specifiche di un antigene, sia “attaccato” all’RNA. ribosomi isolati. Il meccanismo dell’effetto protettivo dei vaccini “ribosomiali” non è chiaro.

La ricerca di E. Ribi et al. È stata dimostrata la presenza nel citoplasma degli enterobatteri di un polisaccaride a basso peso molecolare, che, grazie alle sue proprietà antigeniche e chimiche. la composizione è vicina all'antigene O della parete cellulare. Questo polisaccaride è descritto come plasmatico. La sua attività antigenica appare solo quando è combinato con l'antigene O. Tuttavia tale complesso non induce la formazione di anticorpi nei conigli. Il polisaccaride plasmatico è stato designato come aptene nativo, costituito da “molecole lineari” (particelle) con un peso molecolare di 163.000, un diametro di 1,6 nm e una lunghezza di 130 nm. Le molecole di aptene nativo, a differenza dell'antigene O, non formano strutture micellari. È stato suggerito che l'aptene nativo sia un precursore dell'antigene O della parete cellulare.

Molti ricercatori hanno scoperto che il DNA batterico ha proprietà antigeniche. Le preparazioni di DNA batterico reagiscono come antigeni con sieri omologhi ed eterologhi. La reattività crociata del sierolo è mostrata tra il DNA dei batteri e il DNA delle cellule del macroorganismo.

Alcuni ricercatori ritengono che il DNA batterico e le nucleoproteine ​​stimolino il processo autoimmune.

Pertanto, i batteri hanno un complesso mosaico di antigeni distribuiti in quasi tutte le strutture e gli organelli. Alcuni di questi antigeni sono più attivi, altri meno. La più importante da un punto di vista pratico è la questione dell’identificazione e dell’isolamento degli antigeni protettivi in ​​forma purificata allo scopo di produrre vaccini efficaci e farmaci diagnostici.

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I batteri sono gli organismi più antichi sulla terra e anche i più semplici nella loro struttura. È costituito da una sola cellula, che può essere vista e studiata solo al microscopio. Una caratteristica dei batteri è l'assenza di un nucleo, motivo per cui i batteri sono classificati come procarioti.

Alcune specie formano piccoli gruppi di cellule; tali gruppi possono essere circondati da una capsula (involucro). Le dimensioni, la forma e il colore del batterio dipendono fortemente dall'ambiente.

I batteri si distinguono per la loro forma in bastoncini (bacilli), sferici (cocchi) e contorti (spirille). Ce ne sono anche di modificati: cubici, a forma di C, a forma di stella. Le loro dimensioni vanno da 1 a 10 micron. Alcuni tipi di batteri possono muoversi attivamente utilizzando i flagelli. Questi ultimi sono talvolta grandi il doppio del batterio stesso.

Tipi di forme di batteri

Per muoversi, i batteri utilizzano flagelli, il cui numero varia: uno, una coppia o un fascio di flagelli. Anche la posizione del flagello può essere diversa: su un lato della cellula, sui lati o distribuita uniformemente su tutto il piano. Inoltre, uno dei metodi di movimento è considerato scorrevole grazie al muco di cui è ricoperto il procariota. La maggior parte ha vacuoli all'interno del citoplasma. La regolazione della capacità di gas dei vacuoli li aiuta a muoversi verso l'alto o verso il basso nel liquido, nonché a muoversi attraverso i canali d'aria del terreno.

Gli scienziati hanno scoperto più di 10mila varietà di batteri, ma secondo i ricercatori scientifici nel mondo esistono più di un milione di specie. Le caratteristiche generali dei batteri consentono di determinare il loro ruolo nella biosfera, nonché di studiare la struttura, i tipi e la classificazione del regno batterico.

Habitat

La semplicità della struttura e la velocità di adattamento alle condizioni ambientali hanno aiutato i batteri a diffondersi in un'ampia zona del nostro pianeta. Esistono ovunque: acqua, suolo, aria, organismi viventi: tutto questo è l'habitat più accettabile per i procarioti.

I batteri sono stati trovati sia al polo sud che nei geyser. Si trovano sul fondo dell'oceano e negli strati superiori dell'involucro d'aria della Terra. I batteri vivono ovunque, ma il loro numero dipende da condizioni favorevoli. Ad esempio, un gran numero di specie batteriche vive in corpi idrici aperti e nel suolo.

Caratteristiche strutturali

Una cellula batterica si distingue non solo per il fatto di non avere un nucleo, ma anche per l'assenza di mitocondri e plastidi. Il DNA di questo procariota si trova in una zona nucleare speciale e ha l'aspetto di un nucleoide chiuso in un anello. Nei batteri, la struttura cellulare è costituita da una parete cellulare, una capsula, una membrana simile a una capsula, flagelli, pili e membrana citoplasmatica. La struttura interna è formata da citoplasma, granuli, mesosomi, ribosomi, plasmidi, inclusioni e nucleoidi.

La parete cellulare di un batterio svolge la funzione di difesa e supporto. Le sostanze possono fluire liberamente attraverso di esso grazie alla permeabilità. Questo guscio contiene pectina ed emicellulosa. Alcuni batteri secernono un muco speciale che può aiutare a proteggere dalla disidratazione. Il muco forma una capsula, un polisaccaride nella composizione chimica. In questa forma il batterio può tollerare anche temperature molto elevate. Svolge anche altre funzioni, come l'adesione a qualsiasi superficie.

Sulla superficie della cellula batterica sono presenti sottili fibre proteiche chiamate pili. Potrebbero essercene un gran numero. I pili aiutano la cellula a trasmettere materiale genetico e garantiscono anche l'adesione ad altre cellule.

Sotto il piano della parete c'è una membrana citoplasmatica a tre strati. Garantisce il trasporto delle sostanze e svolge un ruolo significativo anche nella formazione delle spore.

Il citoplasma dei batteri è costituito per il 75% da acqua. Composizione del citoplasma:

• pesciolini;
• mesosomi;
• aminoacidi;
• enzimi;
• pigmenti;
• zucchero;
• granuli e inclusioni;
• nucleoide.

Il metabolismo nei procarioti è possibile sia con che senza la partecipazione dell'ossigeno. La maggior parte di loro si nutre di nutrienti già pronti di origine organica. Pochissime specie sono in grado di sintetizzare sostanze organiche da quelle inorganiche. Si tratta di batteri e cianobatteri blu-verdi, che hanno svolto un ruolo significativo nella formazione dell'atmosfera e nella sua saturazione di ossigeno.

Riproduzione

In condizioni favorevoli alla riproduzione, viene effettuata per gemmazione o vegetativa. La riproduzione asessuata avviene nella seguente sequenza:

1. La cellula batterica raggiunge il suo volume massimo e contiene l'apporto necessario di sostanze nutritive.
2. La cella si allunga e al centro appare un setto.
3. La divisione nucleotidica avviene all'interno della cellula.
4. Il DNA principale e quello separato divergono.
5. La cellula si divide a metà.
6. Formazione residua di cellule figlie.

Con questo metodo di riproduzione non avviene alcuno scambio di informazioni genetiche, quindi tutte le cellule figlie saranno una copia esatta della madre.

Più interessante è il processo di riproduzione batterica in condizioni sfavorevoli. Gli scienziati hanno appreso della capacità di riproduzione sessuale dei batteri relativamente di recente - nel 1946. I batteri non si dividono in cellule femminili e riproduttive. Ma il loro DNA è eterogeneo. Quando due di queste cellule si avvicinano l'una all'altra, formano un canale per il trasferimento del DNA e avviene uno scambio di siti: la ricombinazione. Il processo è piuttosto lungo, il risultato sono due individui completamente nuovi.

La maggior parte dei batteri è molto difficile da vedere al microscopio perché non hanno un proprio colore. Poche varietà sono di colore viola o verde a causa del contenuto di batterioclorofilla e batteriopurpurina. Tuttavia, se osserviamo alcune colonie di batteri, diventa chiaro che rilasciano sostanze colorate nel loro ambiente e acquisiscono un colore brillante. Per studiare i procarioti in modo più dettagliato, vengono colorati.

Classificazione

La classificazione dei batteri può essere basata su indicatori quali:

• Modulo
• modo di viaggiare;
• metodo per ottenere energia;
• prodotti di scarto;
• grado di pericolo.

Batteri simbionti vivere in comunità con altri organismi.

Batteri saprofiti vivono di organismi, prodotti e rifiuti organici già morti. Promuovono i processi di putrefazione e fermentazione.

La putrefazione purifica la natura dai cadaveri e da altri rifiuti organici. Senza il processo di decadimento non esisterebbe il ciclo delle sostanze in natura. Allora qual è il ruolo dei batteri nel ciclo delle sostanze?

I batteri in decomposizione aiutano nel processo di scomposizione dei composti proteici, nonché dei grassi e di altri composti contenenti azoto. Dopo aver effettuato una complessa reazione chimica, rompono i legami tra le molecole degli organismi organici e catturano molecole proteiche e amminoacidi. Una volta scomposte, le molecole rilasciano ammoniaca, idrogeno solforato e altre sostanze nocive. Sono velenosi e possono causare avvelenamenti a persone e animali.

I batteri in decomposizione si moltiplicano rapidamente in condizioni a loro favorevoli. Poiché questi non sono solo batteri benefici, ma anche dannosi, al fine di prevenire la decomposizione prematura dei prodotti, le persone hanno imparato a lavorarli: essiccazione, decapaggio, salatura, affumicatura. Tutti questi metodi di trattamento uccidono i batteri e impediscono loro di moltiplicarsi.

I batteri della fermentazione con l'aiuto di enzimi sono in grado di scomporre i carboidrati. Le persone hanno notato questa capacità già nei tempi antichi e usano ancora tali batteri per produrre prodotti a base di acido lattico, aceti e altri prodotti alimentari.

I batteri, lavorando insieme ad altri organismi, svolgono un lavoro chimico molto importante. È molto importante sapere quali tipi di batteri esistono e quali benefici o danni apportano alla natura.

Significato in natura e per l'uomo

La grande importanza di molti tipi di batteri (nei processi di decadimento e di vari tipi di fermentazione) è già stata notata sopra, ad es. svolgere un ruolo sanitario sulla Terra.

I batteri svolgono anche un ruolo enorme nel ciclo del carbonio, dell'ossigeno, dell'idrogeno, dell'azoto, del fosforo, dello zolfo, del calcio e di altri elementi. Molti tipi di batteri contribuiscono alla fissazione attiva dell'azoto atmosferico e lo convertono in forma organica, contribuendo ad aumentare la fertilità del suolo. Di particolare importanza sono quei batteri che decompongono la cellulosa, che è la principale fonte di carbonio per la vita dei microrganismi del suolo.

I batteri che riducono i solfati sono coinvolti nella formazione di petrolio e idrogeno solforato nel fango medicinale, nel suolo e nei mari. Pertanto, lo strato d'acqua saturo di idrogeno solforato nel Mar Nero è il risultato dell'attività vitale dei batteri che riducono i solfati. L'attività di questi batteri nel suolo porta alla formazione di soda e salinizzazione del suolo. I batteri solfato-riduttori convertono i nutrienti presenti nei terreni delle piantagioni di riso in una forma che diventa disponibile per le radici del raccolto. Questi batteri possono causare la corrosione delle strutture metalliche sotterranee e subacquee.

Grazie all'attività vitale dei batteri, il terreno viene liberato da molti prodotti e organismi nocivi e viene saturo di preziose sostanze nutritive. I preparati battericidi vengono utilizzati con successo per combattere molti tipi di insetti nocivi (piralide del mais, ecc.).

Molti tipi di batteri vengono utilizzati in varie industrie per produrre acetone, alcoli etilici e butilici, acido acetico, enzimi, ormoni, vitamine, antibiotici, preparati proteico-vitaminici, ecc.

Senza batteri, i processi di concia della pelle, essiccazione delle foglie di tabacco, produzione della seta, della gomma, lavorazione del cacao, del caffè, ammollo della canapa, del lino e di altre piante da fibra liberiana, dei crauti, del trattamento delle acque reflue, della lisciviazione dei metalli, ecc. sono impossibili.