As bactérias são classificadas de acordo com a sua forma. Bactérias, sua diversidade

Classificação das bactérias por formato.

Com base na sua forma, todas as bactérias são divididas em 3 grupos:

Globulares ou cocos

Em forma de bastão ou palitos

Formas torcidas de bactérias.

Os cocos têm formato redondo, esférico, oval, em chama de vela, lanceolado e são divididos em 6 subgrupos com base no método de conexão.

1 micrococos;

2 diplococos;

3 tetracocos;

4 estreptococos;

5 estafilococos;

6 sarcinas.

Todos os cocos são imóveis e não formam esporos.
Postado em ref.rf
Amplamente distribuído na natureza. Incluído em entradas de leite fermentado. Pode ser patogênico (angina, gonorreia, meningite).

As bactérias em forma de bastonete têm uma forma alongada. O comprimento é maior que a largura. Eles mudam facilmente de forma com base nas condições de vida, ᴛ.ᴇ. tem polimorfismo. Os bastonetes são o grupo mais comum de todas as bactérias. Eles podem não ser patogênicos, mas podem causar várias doenças (febre tifóide, disenteria).

Os bastonetes podem ser móveis ou imóveis, formando ou não esporos. Com base na sua capacidade de formar esporos, os bastonetes são divididos em três grupos:

Bactérias;

bacilos;

Clostrídios.

As formas complicadas de bactérias são divididas em três grupos:

1. vibriões;

2. espirila;

3. espiroquetas.

Todas as formas complicadas são patogênicas.

Estrutura e funções da membrana celular das bactérias.

Membrana celular cobre a parte externa da célula. É uma estrutura densa e elástica que pode suportar pressões diferenciais, composta por duas partes - uma parte externa chamada parede celular e uma parte interna - membrana citoplasmática (CPM). Tanto a parede quanto a membrana possuem poros (orifícios) através dos quais os nutrientes passam para a célula e os resíduos são removidos. Nesse caso, nutrientes com peso molecular não superior a 1000, ᴛ.ᴇ passam pelos poros da parede celular. Durante a alimentação, a parede atua como uma peneira mecânica. Os nutrientes passam pelos poros do CPM não em massa, mas conforme a necessidade, ᴛ.ᴇ. é semipermeável.

A membrana celular desempenha uma série de funções importantes:

1 – mantém a forma corporal;

2 – protege a célula de influências externas;

3 – participa do metabolismo celular, ᴛ.ᴇ. permite a passagem de nutrientes e excreta resíduos;

4 – participa da movimentação celular. As bactérias privadas de membrana celular perdem mobilidade;

5 – participa da formação da cápsula.

Classificação das bactérias por formato. - conceito e tipos. Classificação e características da categoria “Classificação das bactérias por forma”. 2017, 2018.

Determinação de sua patogenicidade. Por exemplo, a probabilidade de desenvolver uma doença quando o Staphylococcus aureus é detectado no sangue é muito maior do que quando o Staphylococcus epidermidis está presente. Algumas bactérias (por exemplo, Corynebacterium diphtheriae e Vibrio cholerae) causam doenças graves e têm a capacidade de se espalharem de forma epidêmica. Os métodos de identificação de bactérias baseiam-se nas suas propriedades físico-imunológicas ou moleculares.

Coloração de Gram: A sensibilidade dos antibióticos gram-positivos e gram-negativos varia. Alguns outros microrganismos (por exemplo, micobactérias) requerem métodos de coloração diferentes para serem identificados.

Forma: cocos, bastonetes ou espirais.

Endósporos, sua presença e localização na célula bacteriana (terminal, subterminal ou central).

Relação com oxigênio: Os microrganismos aeróbios necessitam de oxigênio para existir, enquanto as bactérias anaeróbicas são capazes de sobreviver em um ambiente com pouco ou nenhum conteúdo de oxigênio. Os anaeróbios facultativos podem viver tanto na presença de oxigênio quanto sem ele. Os microaerófilos multiplicam-se rapidamente em baixas pressões parciais de oxigênio, enquanto os capnófilos se multiplicam em ambientes com alto teor de CO2.

Exigência: Algumas bactérias requerem condições especiais de cultura para crescer.

Enzimas essenciais(atividade enzimática): por exemplo, a falta de lactose no meio indica a presença de Salmonella, e o teste da urease ajuda a identificar o Helicobacter.

Reações sorológicas surgem quando os anticorpos interagem com as estruturas superficiais das bactérias (alguns tipos de Salmonella, Haemophilus, meningococos, etc.).

Sequência de bases no DNA: O elemento-chave na classificação bacteriana é o DNA ribossômico 168. Apesar da universalidade dos parâmetros acima, deve-se lembrar que eles são até certo ponto relativos e na prática às vezes apresentam variabilidade significativa (por exemplo, diferenças intraespecíficas, semelhanças interespecíficas). Assim, algumas cepas de E. coli às vezes causam doenças com quadro clínico semelhante às infecções causadas por Shigella sonnei; e o quadro clínico das doenças causadas por cepas toxigênicas de C. diphtheriae difere daquele das infecções causadas por formas não toxigênicas.

Espécies de bactérias clinicamente significativas

Cocos Gram-positivos:
- estafilococos (catalase-positivos): Staphylococcus aureus, etc.;
- estreptococos (catalase-negativos): Streptococcus pyogenes, que causa dor de garganta, faringite e febre reumática; Streptococcus agalactiae, que causa meningite e pneumonia em recém-nascidos.

Cocos Gram-negativos: Neisseria meningitidis (agente causador de meningite e septicemia) e N. Gonorrhoeae [agente causador de uretrite (gonorreia)].

Cocobacilos Gram-negativos: patógenos de doenças respiratórias (gênero Haemophilus e Bordetella), bem como zoonoses (gênero Brucella e Pasteurella).

Bacilos Gram-positivos Eles são divididos em bactérias formadoras de esporos e não formadoras de esporos. As bactérias formadoras de esporos são divididas em aeróbias (gênero Bacillus, por exemplo, Bacillus anthracis, causador do antraz) e anaeróbias (Clostridium spp., estão associadas a doenças como gangrena gasosa, colite pseudomembranosa e botulismo). Bactérias não formadoras de esporos incluem os gêneros Listeria e Corynebacterium.

Bastonetes Gram-negativos: anaeróbios facultativos da família Enterobacteriaceae (representantes oportunistas da microflora normal de humanos e animais, bem como microrganismos frequentemente encontrados no meio ambiente). Os representantes mais famosos do grupo são bactérias dos gêneros Salmonella, Shigella, Escherichia, Proteus e Yersinia. Recentemente, cepas resistentes a antibióticos do gênero Pseudomonas (saprófitas amplamente distribuídas no meio ambiente) têm emergido cada vez mais como agentes causadores de infecções nosocomiais. Sob certas condições, a Legionella que vive no ambiente aquático pode tornar-se patogénica para os seres humanos.

Bactérias em forma de espiral:
- pequenos microrganismos do gênero Helicobacter que afetam o trato gastrointestinal humano e causam gastrite, úlceras gástricas e duodenais (em alguns casos, câncer de estômago);
- patógenos da diarreia aguda;
- bactérias do gênero Borrelia, causadoras de febre recorrente epidêmica (B. duttoni, B. recurrentis); doenças crônicas da pele, articulações e sistema nervoso central; doença de Lyme (B. burgdorferi);
- microrganismos do gênero Leptospira, relacionados a zoonoses, causadores de meningite aguda, acompanhada de hepatite e insuficiência renal;
- gênero Treponema (agente causador da sífilis T. pallidum).

Rickettsia, Clamídia e Micoplasma. O uso de meios nutrientes artificiais só é possível para o cultivo de bactérias do gênero Micoplasma, enquanto para isolar microrganismos dos gêneros Rickettsia e Chlamydia é necessário utilizar cultura celular ou métodos moleculares e sorológicos especiais.

2.2. Classificação e morfologia das bactérias

Classificação de bactérias. A decisão do Código Internacional de Bactérias recomendou as seguintes categorias taxonômicas: classe, divisão, ordem, família, gênero, espécie. O nome da espécie corresponde à nomenclatura binária, ou seja, consiste em duas palavras. Por exemplo, o agente causador da sífilis é escrito como Treponema pálido. A primeira palavra é na-

o nome do gênero e é escrito com letra maiúscula, a segunda palavra denota a espécie e é escrita com letra minúscula. Quando uma espécie é mencionada novamente, o nome genérico é abreviado para a letra inicial, por exemplo: T.pálido.

As bactérias são procariontes, ou seja, organismos pré-nucleares, pois possuem núcleo primitivo sem casca, nucléolo ou histonas. e o citoplasma carece de organelas altamente organizadas (mitocôndrias, aparelho de Golgi, lisossomos, etc.)

No antigo Manual Bergey de Bacteriologia Sistemática, as bactérias eram divididas de acordo com as características da parede celular bacteriana em 4 divisões: Gracilicutes - eubactérias com parede celular fina, gram-negativas; Firmicutes - eubactérias com parede celular espessa, gram-positivas; Tenericutes - eubactérias sem parede celular; Mendosicutes - arqueobactérias com parede celular defeituosa.

Cada departamento foi dividido em seções, ou grupos, com base na coloração de Gram, formato celular, demanda de oxigênio, motilidade, características metabólicas e nutricionais.

De acordo com a 2ª edição (2001) do ManualBergey, as bactérias são divididas em 2 domínios:"Bactérias" e "Archaea" (Tabela 2.1).

Mesa. Características de domínioBactériasEArqueia

*Entre eubactérias gram-negativas de paredes finas distinguir:

formas esféricas ou cocos (gonococos, meningococos, véulonella);

formas complicadas - espiroquetas e espirilas;

formas em forma de bastonete, incluindo riquétsias.

** Para eubactérias gram-positivas de paredes espessas incluir:

formas esféricas ou cocos (estafilococos, estreptococos, pneumococos);

formas em forma de bastonete, bem como actinomicetos (bactérias ramificadas, filamentosas), corinebactérias (bactérias em forma de taco), micobactérias e bifidobactérias (Fig. 2.1).

A maioria das bactérias gram-negativas são agrupadas no filo Proteobacteria. com base na semelhança do RNA ribossômico “Proteobacteria” - em homenagem ao deus grego Proteus. assumindo diversas formas). Eles surgiram da fotossíntese comum ancestral tico.

As bactérias Gram-positivas, de acordo com as sequências de RNA ribossômico estudadas, são um grupo filogenético separado com duas grandes subdivisões - com uma proporção alta e uma baixa G+ C (semelhança genética). Tal como as Proteobactérias, este grupo é metabolicamente diverso.

Para domínio "Bactérias» inclui 22 tipos, dos quaisOs seguintes são de grande importância médica:

TipoProteobactérias

Aula Alfaproteobactérias. Parto: Rickettsia, Orientia, Ehrlichia, Bartonella, Brucella

Aula Betaproteobactérias. Parto: Burkholderia, Alcaligenes, Bordetella, Neisseria, Kingella, Spirillum

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

Aula Deltaproteobactérias. Gênero: Bilophila

Aula Proteobactérias Épsilon. Parto: Campylobacter, Helicobacter, Wolinella

TipoFirmicutes (principalcaminhogrampolo­ residente)

Aula Clostrídios. Parto: Clostridium, Sarcina, Peptostreptococcus, Eubacterium, Peptococcus, Veillonella (Gram-negativos)

Aula Mollicutes. Gêneros: Mycoplasma, Ureaplasma

Aula Bacilos. Parto: Bacillus, Sporosarcina, Listeria, Staphylococcus, Gemella, Lactobacillus, Pediococcus, Aerococcus, Leuconostoc, Streptococcus, Lactococcus

TipoActinobactérias

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

TipoClamídias

Aula Clamídia. Parto: Clamídia, Clamydophila

TipoEspiroquetas

Aula Espiroquetas. Parto: Spirochaeta, Borrelia, Treponema, Leptospira

Filo Bacteroidetes

Aula Bacteroidetes. Parto: Bacteroides, Porphyromonas, Prevotella

Aula Flavobactérias. Parto: Flavobactéria

A divisão das bactérias de acordo com as características estruturais da parede celular está associada à possível variabilidade de sua coloração em uma cor ou outra pelo método de Gram. De acordo com esse método, proposto em 1884 pelo cientista dinamarquês H. Gram, dependendo dos resultados da coloração, as bactérias são divididas em gram-positivas, coradas em azul-violeta, e gram-negativas, coradas em vermelho. No entanto, descobriu-se que bactérias com o chamado tipo de parede celular gram-positiva (mais espessa que a das bactérias gram-negativas), por exemplo, bactérias do gênero Mobiluncus e algumas bactérias formadoras de esporos, em vez das bactérias gram-negativas usuais -cor positiva, tem cor gram-negativa. Portanto, para a taxonomia das bactérias, as características estruturais e a composição química das paredes celulares são de maior importância do que a coloração de Gram.

2.2.1. Formas de bactérias

Existem várias formas principais de bactérias (ver Fig. 2.1) - formas de bactérias filamentosas cocóides, em forma de bastonete, enroladas e ramificadas.

Formas esféricas, ou cocos,- bactérias esféricas com tamanho de 0,5-1,0 mícron*, que, de acordo com suas posições relativas, são divididas em micrococos, diplococos, estreptococos, tetracocos, sarcinae E estafilococos.

Micrococos(do grego micros - pequeno) - células localizadas separadamente.

Diplococo(do grego diploos - cocos duplos), ou pareados, localizam-se aos pares (pneumococos, gonococos, meningococos), pois as células não se separam após a divisão. Pneumococo (agente causador da pneumonia) tem formato lanceolado em lados opostos e gonococo(o agente causador da gonorreia) e o meningococo (o agente causador da meningite epidêmica) têm o formato de grãos de café, com a superfície côncava voltada um para o outro.

Estreptococos(do grego estreptos - cadeia) - células redondas ou alongadas que formam uma cadeia devido à divisão celular no mesmo plano e à preservação da ligação entre elas no local da divisão.

Sarcinos(de lat. sarcina - cacho, fardo) são dispostos na forma de pacotes de 8 ou mais cocos, pois são formados durante a divisão celular em três planos perpendiculares entre si.

Estafilococos(do grego estafilo - cacho de uvas) - cocos, dispostos em forma de cacho de uvas por divisão em diferentes planos.

Bactérias em forma de bastonete diferem em tamanho, formato das extremidades das células e posição relativa das células. O comprimento das células varia de 1,0 a 10 µm, espessura - de 0,5 a 2,0 µm. Os bastonetes podem ser regulares (E. coli, etc.) e irregulares (corinebactérias E outras) formas, inclusive ramificadas, por exemplo, em actinomicetos. As menores bactérias em forma de bastonete incluem a riquétsia.

As pontas dos bastonetes podem ser cortadas (bacilo do antraz), arredondadas (Escherichia coli), pontiagudas (fusobactérias) ou em forma de espessamento. Neste último caso, a haste parece uma clava (Corynebacterium diphtheria).

Os bastonetes ligeiramente curvados são chamados de vibrios (Vibrio cholerae). A maioria das bactérias em forma de bastonete são organizadas aleatoriamente porque as células se separam após a divisão. Se após a divisão celular as células permanecerem conectadas,

Se eles compartilham fragmentos comuns da parede celular e não divergem, eles estão localizados em ângulo entre si (Corynebacterium diphtheria) ou formam uma cadeia (bacilo do antraz).

Formas Torcidas- bactérias em forma de espiral, por exemplo espirila, tendo a aparência de células enroladas em forma de saca-rolhas. A espirila patogênica inclui o agente causador sodoku (doença da mordida de rato). Os complicados também incluem Campilobacter e Helicobacter, que têm curvas como a asa de uma gaivota voadora; bactérias como as espiroquetas também estão próximas deles. Espiroquetas- fino, longo, frisado

bactérias em forma de espiral) que diferem da espirila na mobilidade devido a alterações flexurais nas células. As espiroquetas consistem em uma membrana externa

parede celular) envolvendo um cilindro protoplasmático com uma membrana citoplasmática e um filamento axial (axistil). O filamento axial está localizado sob a membrana externa da parede celular (no periplasma) e, por assim dizer, gira em torno do cilindro protoplasmático da espiroqueta, dando-lhe uma forma helicoidal (enrolamentos primários da espiroqueta). O filamento axial consiste em fibrilas periplasmáticas - análogos dos flagelos bacterianos e é uma proteína contrátil flagelina. As fibrilas estão ligadas às extremidades da célula (Fig. 2.2) e são direcionadas uma para a outra. A outra extremidade das fibrilas está livre. O número e a disposição das fibrilas variam entre as espécies. As fibrilas estão envolvidas no movimento das espiroquetas, dando às células movimentos rotacionais, de flexão e translação. Nesse caso, as espiroquetas formam laços, cachos e curvas, que são chamados de cachos secundários. Espiroquetas

não aceita bem corantes. Geralmente são pintados de acordo com Romanovsky-Giemsa ou folheados a prata. As espiroquetas vivas são examinadas usando microscopia de contraste de fase ou de campo escuro.

As espiroquetas são representadas por 3 gêneros patogênicos para humanos: Treponema, Borrélia, Leptospira.

Treponema(gênero Treponema) têm a aparência de fios finos, torcidos em forma de saca-rolhas, com 8 a 12 pequenos cachos uniformes. Ao redor do protoplasto do treponema existem 3-4 fibrilas (flagelos). O citoplasma contém filamentos citoplasmáticos. Os representantes patogênicos são T.pálido - o agente causador da sífilis, T.continuar - agente causador da doença tropical bouba. Existem também saprófitas - habitantes da cavidade oral humana e do lodo dos reservatórios.

Borrélia(gênero Borrélia), ao contrário dos treponemas, eles são mais longos, têm de 3 a 8 cachos grandes e de 7 a 20 fibrilas. Estes incluem o agente causador da febre recorrente (EM.recorrente é) e os agentes causadores da doença de Lyme (EM.burgdorferi e etc.).

Leptospira(gênero Leptospira) Eles têm cachos superficiais e frequentes - na forma de uma corda torcida. As pontas dessas espiroquetas são curvas como ganchos com espessamentos nas pontas. Formando cachos secundários, eles assumem o aspecto de letras S ou com; possuem 2 filamentos axiais (flagelos). Representante patogênico eu. em­ terroganos causa leptospirose quando ingerido com água ou alimentos, levando ao desenvolvimento de hemorragias e icterícia.

no citoplasma e alguns no núcleo das células infectadas. Vivem em artrópodes (piolhos, pulgas, carrapatos) que são seus hospedeiros ou portadores. Rickettsia recebeu o nome de H. T. Ricketts, um cientista americano que descreveu pela primeira vez um dos patógenos (febre maculosa das Montanhas Rochosas). A forma e o tamanho da riquétsia podem variar (células filamentosas irregulares) dependendo das condições de crescimento. A estrutura da riquétsia não difere daquela das bactérias gram-negativas.

As Rickettsias possuem metabolismo independente da célula hospedeira, porém, é possível que recebam compostos de alta energia da célula hospedeira para sua reprodução. Em esfregaços e tecidos são corados de acordo com Romanovsky-Giemsa, de acordo com Macchiavello-Zdrodovsky (as riquétsias são vermelhas e as células infectadas são azuis).

Em humanos, as riquétsias causam tifo epidêmico. (Rickettsia prowazekii), Rickettsiose transmitida por carrapatos (R. sibirica), febre maculosa (R. Rickettsii) e outras riquétsioses.

Os corpos elementares entram na célula epitelial por endocitose com a formação de um vacúolo intracelular. Dentro das células, eles aumentam de tamanho e se transformam em corpos reticulares em divisão, formando aglomerados em vacúolos (inclusões). Os corpos elementares são formados a partir de corpos reticulares, que deixam as células por exocitose ou lise celular. Aqueles que partiram

As células elementares do corpo entram em um novo ciclo, infectando outras células (Fig. 16.11.1). Em humanos, a clamídia causa danos aos olhos (tracoma, conjuntivite), trato urogenital, pulmões, etc.

Actinomicetos- bactérias gram-positivas ramificadas, filamentosas ou em forma de bastonete. Seu nome (do grego. ato - Raio, mykes - fungo) que receberam devido à formação de drusas nos tecidos afetados - grânulos de fios firmemente entrelaçados em forma de raios que se estendem do centro e terminam em espessamentos em forma de frasco. Os actinomicetos, como os fungos, formam micélio - células entrelaçadas semelhantes a fios (hifas). Eles formam o micélio substrato, que é formado como resultado do crescimento celular no meio nutriente, e o micélio aéreo, que cresce na superfície do meio. Os actinomicetos podem se dividir pela fragmentação do micélio em células semelhantes às bactérias em forma de bastonete e de coco. Nas hifas aéreas dos actinomicetos formam-se esporos que servem para a reprodução. Os esporos de actinomicetos geralmente não são resistentes ao calor.

Um ramo filogenético comum com os actinomicetos é formado pelos chamados actinomicetos semelhantes a nocardi (nocardioformes), um grupo coletivo de bactérias em forma de bastonete e de formato irregular. Seus representantes individuais formam formas ramificadas. Estes incluem bactérias dos gêneros Corinebactéria, Micobactéria, Nocardianjxp. Os actinomicetos do tipo Nocardi distinguem-se pela presença na parede celular dos açúcares arabinose, galactose, bem como ácidos micólicos e grandes quantidades de ácidos graxos. Os ácidos micólicos e os lipídios da parede celular determinam a resistência aos ácidos das bactérias, em particular Mycobacterium tuberculosis e lepra (quando corados de acordo com Ziehl-Neelsen, são vermelhos, e bactérias e elementos de tecido não resistentes a ácidos, o escarro é azul).

Actinomicetos patogênicos causam actinomicose, nocardia - nocardiose, micobactérias - tuberculose e lepra, corinebactérias - difteria. Formas saprófitas de actinomicetos e actinomicetos semelhantes a nocardia são comuns no solo, muitos deles produtores de antibióticos.

Parede celular- uma estrutura forte e elástica que dá à bactéria uma certa forma e, juntamente com a membrana citoplasmática subjacente, “restringe” a alta pressão osmótica na célula bacteriana. Está envolvido no processo de divisão celular e transporte de metabólitos, possui receptores para bacteriófagos, bacteriocinas e diversas substâncias. A parede celular mais espessa é encontrada em bactérias gram-positivas (Fig. 2.4 e 2.5). Portanto, se a espessura da parede celular das bactérias gram-negativas for de cerca de 15 a 20 nm, nas bactérias gram-positivas ela pode atingir 50 nm ou mais.

Micoplasmas- bactérias pequenas (0,15-1,0 µm), circundadas apenas por uma membrana citoplasmática. Eles pertencem à classe Mollicutes, contêm esteróis. Devido à ausência de parede celular, os micoplasmas são osmoticamente sensíveis. Eles têm uma variedade de formas: cocóides, filamentosos, em forma de frasco. Estas formas são visíveis durante a microscopia de contraste de fase de culturas puras de micoplasma. Em um meio nutriente denso, os micoplasmas formam colônias que lembram ovos fritos: uma parte central opaca imersa no meio e uma periferia translúcida em forma de círculo.

Micoplasmas causam pneumonia atípica em humanos (Micoplasma pneumoniae) e lesões do trato geniturinário (M.homi- não e etc.). Os micoplasmas causam doenças não só em animais, mas também em plantas. Representantes não patogênicos também são bastante difundidos.

2.2.2. Estrutura celular bacteriana

A estrutura das bactérias tem sido bem estudada usando microscopia eletrônica de células inteiras e suas seções delgadas, bem como outros métodos. A célula bacteriana é cercada por uma membrana que consiste em uma parede celular e uma membrana citoplasmática. Sob a casca está o protoplasma, consistindo de citoplasma com inclusões e um núcleo chamado nucleóide. Existem estruturas adicionais: cápsula, microcápsula, muco, flagelos, pili (Fig. 2.3). Algumas bactérias são capazes de formar esporos em condições desfavoráveis.

Na parede celular de bactérias gram-positivas contém pequenas quantidades de polissacarídeos, lipídios e proteínas. O principal componente da parede celular dessas bactérias é o peptidoglicano multicamadas (mu-reína, mucopeptídeo), responsável por 40-90% da massa da parede celular. Ácidos teicóicos (do grego. teichos - parede), cujas moléculas são cadeias de 8-50 resíduos de glicerol e ribitol conectadas por pontes de fosfato. A forma e a força das bactérias são dadas pela estrutura fibrosa rígida do peptidoglicano multicamadas, reticulado com peptídeos.

Peptidoglicano é representado por moléculas paralelas glicano. consistindo em resíduos repetidos de N-acetilglucosamina e ácido N-acetilmurâmico conectados por uma ligação glicosídica. Essas ligações são quebradas pela lisozima, que é uma acetilmuramidase. As moléculas de glicano são ligadas através do ácido N-acetilmurâmico por uma ligação cruzada de peptídeo de quatro aminoácidos ( tetrapeptídeo). Daí o nome deste polímero - peptidoglicano.

A base da ligação peptídica do peptidoglicano em bactérias gram-negativas são tetrapeptídeos que consistem em L- e D-aminoácidos alternados, por exemplo: L-alanina - ácido D-glutâmico - ácido mesodiaminopimélico - D-alanina. você E.coli (bactérias gram-negativas) cadeias peptídicas são conectadas entre si através de D-alanina de uma cadeia e meso-diaminopimeli-

novo ácido - outro. A composição e estrutura da parte peptídica do peptidoglicano das bactérias gram-negativas é estável, em contraste com o peptidoglicano das bactérias gram-positivas, cujos aminoácidos podem diferir em composição e sequência. Os tetrapeptídeos peptidoglicanos em bactérias gram-positivas são conectados entre si por cadeias polipeptídicas de 5 resíduos

glicina (pentaglicina). Em vez de ácido mesodiaminopimélico, eles geralmente contêm lisina. Elementos glicanos (acetilglucosamina e ácido acetilmurâmico) e aminoácidos tetrapeptídeos (ácidos mesodiaminopimélico e D-glutâmico, D-alanina) são uma característica distintiva das bactérias, uma vez que estão ausentes em animais e humanos.

A capacidade das bactérias Gram-positivas de reter violeta de genciana em combinação com iodo quando coradas com coloração de Gram (cor azul-violeta das bactérias) está associada à propriedade do peptidoglicano multicamadas de interagir com o corante. Além disso, o tratamento subsequente de um esfregaço bacteriano com álcool provoca um estreitamento dos poros do peptidoglicano e, assim, retém o corante na parede celular. As bactérias Gram-negativas perdem o corante após a exposição ao álcool, o que se deve à menor quantidade de peptidoglicano (5-10% da massa da parede celular); ficam descoloridos com álcool e, quando tratados com fucsina ou safranina, adquirem coloração vermelha.

EM composição da parede celular de bactérias gram-negativas entra na membrana externa, conectada via lipoproteína à camada subjacente de peptidoglicano (Fig. 2.4 e 2.6). Quando visualizada por microscopia eletrônica de seções ultrafinas de bactérias, a membrana externa tem a aparência de uma estrutura ondulada de três camadas, semelhante à membrana interna, chamada citoplasmática. O principal componente dessas membranas é uma camada bimolecular (dupla) de lipídios.

A membrana externa é uma estrutura em mosaico representada por lipopolissacarídeos, fosfolipídios e proteínas. Sua camada interna é representada por fosfolipídios, e a camada externa contém lipopolissacarídeo(LPS). Assim, a membrana externa é assimétrica. A membrana externa LPS consiste em três fragmentos:

lipídio A - estrutura conservadora, quase a mesma em bactérias gram-negativas;

núcleo, ou núcleo, parte crustal (lat. essencial - núcleo), estrutura de oligossacarídeo relativamente conservada;

uma cadeia polissacarídica específica de O altamente variável formada pela repetição de sequências de oligossacarídeos idênticas.

O LPS é “ancorado” na membrana externa pelo lipídio A, que causa a toxicidade do LPS e, portanto, é identificado com a endotoxina. A destruição de bactérias por antibióticos leva à liberação de grandes quantidades de endotoxina, que pode causar choque endotóxico no paciente. O núcleo, ou parte central, do LPS se estende do lipídeo A. A parte mais constante do núcleo do LPS é o ácido ceto-desoxioctônico (ácido 3-desoxi-O-man-no-2-octulosônico). A cadeia específica de O que se estende do núcleo da molécula de LPS determina o sorogrupo, sorovar (um tipo de bactéria detectada pelo soro imunológico) de uma cepa específica de bactérias. Assim, o conceito de LPS está associado ao conceito de antígeno O, pelo qual as bactérias podem ser diferenciadas. Mudanças genéticas podem levar a defeitos, “encurtamento” de LPS bacteriano e as colônias “ásperas” resultantes de formas R.

As proteínas da matriz da membrana externa a permeiam de tal forma que moléculas de proteínas chamadas porinas margeiam os poros hidrofílicos através dos quais passam água e pequenas moléculas hidrofílicas com massa relativa de até 700 Da.

Entre a membrana externa e a citoplasmática existe um espaço periplasmático, ou periplasma, contendo enzimas (proteases, lipases, fosfatases,

nucleases, beta-lactamases), bem como componentes de sistemas de transporte.

Quando a síntese da parede celular bacteriana é interrompida sob a influência da lisozima, penicilina, fatores protetores do corpo e outros compostos, formam-se células com formato modificado (frequentemente esférico): protoplastos - bactérias completamente desprovidas de parede celular; esferoplastos são bactérias com parede celular parcialmente preservada. Após a remoção do inibidor da parede celular, essas bactérias alteradas podem reverter, isto é, adquirir uma parede celular completa e restaurar a sua forma original.

Bactérias do tipo esfero ou protoplasto, que perderam a capacidade de sintetizar peptidoglicano sob a influência de antibióticos ou outros fatores e são capazes de se reproduzir, são chamadas de formas L (do nome do Instituto D. Lister, onde foram estudado pela primeira vez). As formas L também podem surgir como resultado de mutações. São células osmoticamente sensíveis, esféricas, em formato de frasco, de vários tamanhos, inclusive aquelas que passam por filtros bacterianos. Algumas formas L (instáveis), quando o fator que levou às alterações nas bactérias é removido, podem reverter, “retornando” à célula bacteriana original. As formas L podem ser produzidas por muitos patógenos de doenças infecciosas.

Membrana citoplasmática ana na microscopia eletrônica de cortes ultrafinos, é uma membrana de três camadas (2 camadas escuras, cada uma com 2,5 nm de espessura, separadas por uma intermediária clara). Em estrutura (ver Fig. 2.5 e 2.6), é semelhante ao plasmalema das células animais e consiste em uma camada dupla de lipídios, principalmente fosfolipídios, com proteínas integrais e superficiais incorporadas que parecem penetrar através da estrutura da membrana. Algumas delas são permeases envolvidas no transporte de substâncias.

A membrana citoplasmática é uma estrutura dinâmica com componentes móveis, por isso é considerada uma estrutura fluida móvel. Ele envolve a parte externa do citoplasma bacteriano e está envolvido na regulação da pressão osmótica.

niya, transporte de substâncias e metabolismo energético da célula (devido a enzimas da cadeia de transporte de elétrons, adenosina trifosfatase, etc.).

Com o crescimento excessivo (em comparação com o crescimento da parede celular), a membrana citoplasmática forma invaginações - invaginações na forma de estruturas complexas de membrana torcida, chamadas mesossomos. Estruturas torcidas menos complexas são chamadas membranas intracitoplasmáticas. O papel dos mesossomos e das membranas intracitoplasmáticas não é totalmente compreendido. Sugere-se até que sejam um artefato que ocorre após o preparo (fixação) de uma amostra para microscopia eletrônica. Porém, acredita-se que os derivados da membrana citoplasmática participem da divisão celular, fornecendo energia para a síntese da parede celular, e participem da secreção de substâncias e da esporulação, ou seja, em processos com alto consumo de energia.

O citoplasma ocupa o volume principal da célula bacteriana e é composto por proteínas solúveis, ácidos ribonucleicos, inclusões e numerosos pequenos grânulos - ribossomos, responsáveis ​​pela síntese (tradução) de proteínas.

Os ribossomos bacterianos têm um tamanho de cerca de 20 nm e um coeficiente de sedimentação de 70S, em contraste com os ribossomos SOS característicos das células eucarióticas. Portanto, alguns antibióticos, ao se ligarem aos ribossomos bacterianos, inibem a síntese proteica bacteriana sem afetar a síntese proteica nas células eucarióticas. Os ribossomos bacterianos podem se dissociar em duas subunidades - 50S e 30S. RNAs ribossômicos (rRNAs) são elementos conservados de bactérias (o “relógio molecular” da evolução). O 16S rRNA faz parte da subunidade ribossômica pequena e o 23S rRNA faz parte da subunidade ribossômica grande. O estudo do 16S rRNA é a base da sistemática genética, permitindo avaliar o grau de parentesco dos organismos.

O citoplasma contém várias inclusões na forma de grânulos de glicogênio, polissacarídeos, ácido beta-hidroxibutírico e polifosfatos (volutina). Eles se acumulam quando há excesso de nutrientes no meio ambiente e

Eles atuam como substâncias de reserva para necessidades nutricionais e energéticas.

Volutin tem afinidade com corantes básicos e é facilmente detectado usando métodos especiais de coloração (por exemplo, Neisser) na forma de grânulos metacromáticos. Com azul de toluidina ou azul de metileno, a volutina é corada em vermelho-violeta e o citoplasma da bactéria é corado em azul. O arranjo característico dos grânulos de volutina é revelado no bacilo da difteria na forma de pólos celulares intensamente corados. A coloração metacromática da volutina está associada a um alto teor de polifosfato inorgânico polimerizado. Sob microscopia eletrônica, eles se parecem com grânulos eletrodensos de 0,1-1,0 mícron de tamanho.

Nucleóide- equivalente ao núcleo das bactérias. Ele está localizado na zona central da bactéria na forma de DNA de fita dupla, fechado em um anel e compactado como uma bola. O núcleo das bactérias, ao contrário dos eucariotos, não possui envelope nuclear, nucléolo e proteínas básicas (histonas). Normalmente, uma célula bacteriana contém um cromossomo, representado por uma molécula de DNA fechada em um anel. Se a divisão for interrompida, 4 ou mais cromossomos podem convergir para ela. O nucleóide é detectado em um microscópio óptico após coloração usando métodos específicos de DNA: Feulgen ou Romanovsky-Giemsa. Nos padrões de difração de elétrons de seções ultrafinas de bactérias, o nucleóide aparece como zonas claras com estruturas fibrilares semelhantes a fios de DNK ligadas em certas áreas a

membrana citoplasmática ou mesoso-

o meu, envolvido na replicação cromossômica (ver Fig. 2.5 e 2.6).

Além do nucleóide, representado por um

cromossomo, em uma célula bacteriana existem

fatores extra-cromossômicos de hereditariedade -

plasmídeos (ver seção 5.1.2.) representando

são anéis covalentemente fechados de DNA.

Cápsula, microcápsula, muco . Cápsula-

uma estrutura mucosa com mais de 0,2 mícron de espessura, firmemente associada à parede celular da bactéria e com limites externos claramente definidos. A cápsula é visível em esfregaços de impressões digitais de material patológico. Em culturas puras de bactérias, forma-se uma cápsula

menos frequentemente. É detectado por meio de métodos especiais de coloração de esfregaço de acordo com Burri-Gins, o que cria um contraste negativo das substâncias da cápsula: a tinta cria um fundo escuro ao redor da cápsula.

A cápsula consiste em polissacarídeos (exopolissacarídeos), às vezes polipeptídeos; por exemplo, no bacilo do antraz consiste em polímeros de ácido D-glutâmico. A cápsula é hidrofílica e contém grande quantidade de água. Previne a fagocitose de bactérias. Antígeno da cápsula-na: Anticorpos contra a cápsula causam isso aumento (reação de inchaço e eu cápsula provavelmente).

Muitas bactérias formam uma microcápsula - uma formação mucosa com menos de 0,2 mícron de espessura, detectável apenas por microscopia eletrônica. O muco deve ser diferenciado da cápsula - exopolissacarídeos mucóides que não possuem limites externos claros. O muco é solúvel em água.

Os exopolissacarídeos mucóides são característicos de cepas mucóides de Pseudomonas aeruginosa, frequentemente encontradas no escarro de pacientes com fibrose cística. Os exopolissacarídeos bacterianos estão envolvidos na adesão (adesão aos substratos); eles também são chamados de glico-

cálice. Além da síntese de exopolissacarídeos pelas bactérias, existe outro mecanismo para sua formação: através da ação de enzimas bacterianas extracelulares sobre os dissacarídeos. Como resultado, são formados dextranos e levanos.

A cápsula e o muco protegem as bactérias contra danos e ressecamento, pois, por serem hidrofílicos, retêm bem a água e evitam a ação dos fatores protetores do macrorganismo e dos bacteriófagos.

Flagelos as bactérias determinam a mobilidade da célula bacteriana. Os flagelos são filamentos finos originados da membrana citoplasmática e são mais longos que a própria célula (Fig. 2.7). A espessura dos flagelos é de 12 a 20 nm e comprimento de 3 a 15 µm. Eles consistem em 3 partes: um filamento espiral, um gancho e um corpo basal contendo uma haste com discos especiais (1 par de discos em bactérias gram-positivas e 2 pares em bactérias gram-negativas). Os flagelos estão ligados à membrana citoplasmática e à parede celular por discos. Isso cria o efeito de um motor elétrico com uma haste - um rotor - girando o flagelo. A diferença de potencial do próton na membrana citoplasmática é usada como fonte de energia. O mecanismo de rotação é fornecido pela próton ATP sintetase. A velocidade de rotação do flagelo pode chegar a 100 rps. Se uma bactéria possui vários flagelos, eles começam a girar de forma síncrona, entrelaçando-se em um único feixe, formando uma espécie de hélice.

Os flagelos consistem em uma proteína - flagelina (de. flagelo - flagelo), que é um antígeno - o chamado antígeno H. As subunidades da flagelina são torcidas em espiral.

O número de flagelos em bactérias de várias espécies varia de um (monotrichus) em Vibrio cholerae a dezenas e centenas de flagelos estendendo-se ao longo do perímetro da bactéria (peritrichus) em Escherichia coli, Proteus, etc. Lophotrichus tem um feixe de flagelos em um final da célula. A anfittriquia possui um flagelo ou um feixe de flagelos em extremidades opostas da célula.

Os flagelos são detectados por microscopia eletrônica de preparações pulverizadas com metais pesados, ou por microscópio óptico após tratamento com métodos especiais baseados em ataque e adsorção de vários

substâncias que levam ao aumento da espessura dos flagelos (por exemplo, após prateamento).

Villi, ou bebeu(fímbrias) - formações semelhantes a fios (Fig. 2.7), mais finas e mais curtas (3 + 10 nm x 0,3 + 10 µm) que os flagelos. Os pili se estendem da superfície celular e são compostos pela proteína pilina. Eles têm atividade antigênica. Existem pili responsáveis ​​pela adesão, ou seja, por fixar bactérias à célula afetada, bem como pili responsáveis ​​pela nutrição, metabolismo de sal de água e pili sexual (F-pili) ou de conjugação.

Os pili são geralmente numerosos - várias centenas por célula. No entanto, ela geralmente tem de 1 a 3 serras sexuais por célula: elas são formadas pelas chamadas células doadoras “masculinas” contendo plasmídeos transmissíveis (F-, R-, Col plasmídeos). Uma característica distintiva dos pili sexuais é sua interação com bacteriófagos esféricos “masculinos” especiais, que são intensamente adsorvidos nos pili sexuais (Fig. 2.7).

Controvérsia- uma forma peculiar de bactéria em repouso com um tipo de estrutura de parede celular gram-positiva (Fig. 2.8).

Os esporos são formados em condições desfavoráveis ​​​​à existência de bactérias (ressecamento, deficiência de nutrientes, etc.). Um único esporo (endósporo) é formado dentro de uma célula bacteriana. A formação de esporos contribui para a preservação da espécie e não é um método de reprodução, como nos fungos.

Bactérias formadoras de esporos do gênero Bacilo, sim cujo tamanho dos esporos não excede o diâmetro da célula são chamados de bacilos. Bactérias formadoras de esporos em que o tamanho do esporo excede o diâmetro da célula, razão pela qual assumem a forma de um fuso, são chamadas de clostrídios, por exemplo bactérias do gênero Clostrídio (lat. Clostrídio - fuso). Os esporos são resistentes a ácidos, portanto são corados de vermelho pelo método Aujeszky ou Ziehl-Neelsen, e a célula vegetativa é corada de azul.

A esporulação, a forma e a localização dos esporos em uma célula (vegetativa) são uma propriedade específica das bactérias, o que permite distingui-las umas das outras. A forma dos esporos pode ser oval, esférica; localização na célula é terminal, ou seja, no final do bastão (no agente causador do tétano), subterminal - mais próximo do final do bastão (nos agentes causadores do botulismo, gangrena gasosa) e central no bacilo do antraz) .

Processo esporulação(esporulação) passa por uma série de estágios, durante os quais parte do citoplasma e do cromossomo da célula vegetativa bacteriana são separados, circundados por uma membrana citoplasmática crescente - forma-se um prósporo. O prósporo é cercado por duas membranas citoplasmáticas, entre as quais uma espessa camada de peptidoglicano modificado do córtex (casca) é formada. Por dentro ele entra em contato com a parede celular do esporo, e por fora - com a casca interna do esporo. A casca externa do esporo é formada por uma célula vegetativa. Os esporos de algumas bactérias possuem uma cobertura adicional - exosporium. Desta forma, forma-se uma casca multicamadas e pouco permeável. A esporulação é acompanhada pelo consumo intensivo de ácido dipicólico e íons de cálcio pelo prósporo e, em seguida, pelo desenvolvimento da casca do esporo. A disputa adquire resistência ao calor, que está associado à presença de dipicolinato de cálcio nele.

O esporo pode persistir por muito tempo devido à presença de casca multicamadas, dipicolinato de cálcio, baixo teor de água e processos metabólicos lentos. No solo, por exemplo, os patógenos do antraz e do tétano podem persistir durante décadas.

Sob condições favoráveis, os esporos germinam, passando por três fases sucessivas: ac-

motivação, iniciação, crescimento. Neste caso, uma bactéria é formada a partir de um esporo. A ativação é a prontidão para a germinação. A uma temperatura de 60-80 °C, o esporo é ativado para germinação. O início da germinação dura vários minutos. A fase de crescimento é caracterizada pelo rápido crescimento, acompanhado pela destruição da casca e surgimento de uma muda.

BACTÉRIAS(Grego bactérias bastonete) é um grupo de organismos microscópicos, em sua maioria unicelulares, diversos em biol e propriedades, difundidos na Terra, pertencentes a formas de vida inferiores.

As primeiras informações sobre bactérias foram obtidas no século XVII a partir dos estudos de Leeuwenhoek, que descobriu suas formas básicas. As bactérias podem existir em uma ampla variedade de condições.

A maioria deles não possui clorofila. As exceções são as bactérias anaeróbicas roxas e verdes sulfurosas, bem como as bactérias roxas não sulfurosas, que contêm clorofila e utilizam energia solar para a fotossíntese. As bactérias podem assimilar carbono e nitrogênio inorgânicos, usar muitos compostos inorgânicos e orgânicos como fontes de energia e realizar transformações de carbono, nitrogênio, enxofre, ferro e outros elementos.

Junto com as algas, as bactérias estão entre os organismos mais antigos da Terra. A estrutura celular das bactérias é semelhante às algas verde-azuladas, actinomicetos (q.v.) e espiroquetas (q.v.), com os quais se acredita que as bactérias estejam filogeneticamente relacionadas. Entre as bactérias existem espécies que causam doenças em humanos, animais e plantas superiores.

Taxonomia

As primeiras tentativas de classificar bactérias por características morfológicas foram feitas no século XVIII. Posteriormente, a classificação foi baseada em características fisiológicas. Os mais estáveis ​​​​foram utilizados como caracteres taxonômicos - forma, cor segundo Tpainy (ver método de Gram), esporulação, tipo de respiração, propriedades bioquímicas, antigênicas e outras, mas até agora nenhuma classificação foi criada com base no princípio da filogenética relação das bactérias levando em consideração as conexões evolutivas.

A classificação de Bergey (D. Bergey, 1957), que se baseia em regras internacionais para a nomenclatura de bactérias, tornou-se difundida. A nomenclatura é baseada no sistema binomial adotado nas classificações zoológicas e botânicas (ver Tabela 1). Várias propriedades biológicas das bactérias foram consideradas características taxonômicas.

tabela 1

Os micoplasmas apresentados na Tabela 1 são formações minúsculas, delimitadas em vez de uma parede celular rígida apenas por uma membrana citoplasmática, significativamente diferentes das bactérias, e atualmente são classificadas como uma classe separada - Mollicutes (ver Mycoplasmataceae).

Morfologia

Existem três formas principais de bactérias - esférica, em forma de bastonete e espiral (Fig. 1); um grande grupo de bactérias filamentosas compreende predominantemente bactérias aquáticas e não contém espécies patogênicas.

Bactérias globulares - cocos, são divididos dependendo da localização das células após divisão em vários grupos: 1) diplococos (divididos no mesmo plano e dispostos aos pares); 2) estreptococos (divididos no mesmo plano, mas durante a divisão não se separam e formam cadeias); 3) tetracocos (divididos em dois planos perpendiculares entre si, formando grupos de quatro indivíduos); 4) sarcinas (divididas em três planos perpendiculares entre si, formando grupos cúbicos); 5) estafilococos (dividem-se em vários planos sem sistema específico, formando cachos que lembram cachos de uva). O tamanho médio dos cocos é de 0,5-1 mícron (ver Cocos).

Bactérias em forma de bastonete têm formato estritamente cilíndrico ou ovóide, as pontas dos palitos podem ser lisas, arredondadas ou pontiagudas. As hastes podem ser dispostas aos pares em forma de correntes, mas a maioria das espécies são dispostas sem um sistema específico. O comprimento das hastes varia de 1 a 8 mícrons, o diâmetro médio é de 0,5-2 mícrons. É costume chamar bastonetes que não formam esporos de bactérias próprias (ver Esporos). As bactérias que formam esporos são chamadas de bacilos. De acordo com a nomenclatura aceita, os bacilos incluem formas aeróbicas. Bactérias anaeróbicas formadoras de esporos são classificadas como clostrídios. A esporulação em bacilos e clostrídios não está associada ao processo de reprodução. Seus esporos pertencem ao tipo de endósporos, que são corpos redondos ou ovais que refratam a luz e são corados por métodos especiais (cor Fig. 1 e 2). A localização dos esporos na célula, seu tamanho e formato são característicos de cada tipo de bactéria (Fig. 2). Alguns bastonetes (micobactérias, corinebactérias) formam indivíduos semelhantes a fios, outros (bactérias nodulares) formam formas ramificadas em forma de estrela - os chamados bacteroides (Fig. 3).

Formas espirais de bactérias subdividido em vibrios e espirila. A curvatura dos corpos vibriônicos não excede um quarto da volta espiral. As espirilas formam curvas de um ou mais verticilos (ver Vibrios, Spirillae).

Algumas bactérias têm mobilidade, que é claramente visível quando observada pelo método da gota suspensa (ver) ou outros métodos. As bactérias móveis movem-se ativamente com a ajuda de organelas especiais - flagelos (ver Flagelos bacterianos) ou devido a movimentos de deslizamento (mixobactérias).

Cápsula está presente em várias bactérias e é seu componente estrutural externo (Fig. 4 e cor. Fig. 3). Várias bactérias, semelhantes a uma cápsula, formam-se na forma de uma fina camada mucosa na superfície da célula. Em algumas bactérias, a cápsula é formada dependendo das condições de sua existência. Algumas bactérias formam cápsulas apenas no macroorganismo, outras - tanto no corpo como fora dele, em particular em meios nutrientes contendo altas concentrações de carboidratos. Algumas bactérias formam cápsulas independentemente das condições de vida (ver Bactérias capsulares). A composição da cápsula da maioria das bactérias inclui polissacarídeos polimerizados constituídos por pentoses e aminoaçúcares, ácidos urônicos, polipeptídeos e proteínas. A cápsula não é uma formação amorfa, mas está estruturada de uma certa forma. Em algumas bactérias, por exemplo os pneumococos, a cápsula determina a sua virulência, bem como algumas propriedades antigénicas da célula bacteriana.

Parede celular a bactéria determina sua forma e garante a preservação do conteúdo interno da célula. Com base nas características da composição química e estrutura da parede celular, as bactérias são diferenciadas pela coloração de Gram.

A estrutura da parede celular é diferente entre bactérias gram-positivas e gram-negativas. A principal camada da parede celular, característica de todos os tipos de bactérias, é uma camada rígida (sinônimo: camada mucopeptídica, mureína, peptidoglicano; o último nome é mais consistente com a estrutura química da camada), que contém resíduos repetidos de aminoácidos açúcares - N-acetilglucosamina e ácido N-acetilmurâmico, formando a base de um polímero linear - mureína.

Conectado ao resíduo de ácido N-acetilmurâmico está um polipeptídeo, que na maioria das bactérias consiste em quatro resíduos de aminoácidos - L-alanina, ácido D-glutâmico, L-lisina ou ácido diaminopimélico (DAP) e D-alanina em uma proporção molar de 1: 1: 1: 1. Podem ser observadas variações na composição do peptídeo dependendo do tipo de bactéria. A lisina ou DAP podem ser substituídas por ornitina, ácido 2,6-diaminobutário, etc. Às vezes, um aminoácido adicional é ligado ao resíduo de ácido glutâmico. As cadeias peptídicas são conectadas entre si por cadeias polipeptídicas cruzadas, cuja composição varia amplamente entre as diferentes espécies bacterianas. As ligações cruzadas, por exemplo em estafilococos, são formadas por pontes de pentaglicina que conectam a D-alanina de uma unidade peptídica à lisina de outra. Em algumas bactérias, as ligações cruzadas são idênticas às unidades peptídicas. Na E. coli, as cadeias peptídicas são conectadas diretamente entre si através de D-alanina em uma cadeia e DAP na outra. Uma representação esquemática do peptidoglicano é mostrada na Fig. 5.

As bactérias Gram-positivas, além do peptidoglicano, possuem ácidos teicóicos (ribitol-teicóico e glicerol-teicóico), que também formam um polímero e estão covalentemente associados ao peptidoglicano. Os ácidos teicurônico e 2-aminomanúrico foram encontrados em algumas bactérias.

As paredes celulares das bactérias gram-negativas, além da camada rígida, incluem camadas de lipoproteínas e lipopolissacarídeos. A camada lipopolissacarídica (LPS) é mais estudada em enterobactérias e principalmente em salmonelas. LPS é um complexo de fosforilação de heteropolissacarídeos ligados covalentemente a um lipídeo contendo glucosamina (lipídio A). A composição do L PS inclui o antígeno O da célula (em enterobactérias). A parte polissacarídica do L PS consiste na estrutura principal (básica) e na parte do antígeno O. A parte básica, comum a todas as enterobactérias, inclui heptose, 2-ceto-3-desoxioctonato (KDO), glicose, galactose e N-acetil-glucosamina. Através do KDO, a parte base é ligada a um componente constituído por lipídio A, etanolamina, fosfato e KDO. Do outro lado (externo), as cadeias laterais formadas por unidades repetidas de oligossacarídeos estão ligadas à estrutura básica. As cadeias polissacarídicas externas são específicas da espécie e são antígenos O somáticos. A especificidade do O é determinada pela composição de carboidratos de toda a cadeia lateral, pela sequência de carboidratos nela e pelo açúcar terminal, 6-desoxi- ou 3,6-didesoxihexose. Distúrbios hereditários na biossíntese da parte básica do LPS enterobacteriano ou das cadeias laterais O levam ao aparecimento de mutantes na forma R (ver Dissociação de bactérias).

Arroz. 6. Estrutura celular das enterobactérias (representação esquemática): 1- grupos determinantes do antígeno O; 2 - camada lipoproteica; 3 - flagelo (antígeno H); 4 - membrana citoplasmática; 5 eb - ribossomos no citoplasma; 7 - nucleóide; 8 cápsulas; 9 - camada lipopolissacarídica; 10 - camada rígida da parede celular.

Camada de lipoproteína(LP) em bactérias gram-negativas, segundo Weidel, é a camada externa da parede celular. O SLP ocupa uma posição intermediária; a camada rígida é a mais profunda. Este esquema não explica a detecção do antígeno O sem destruição preliminar do LP. Portanto, outros esquemas para a estrutura da parede foram propostos, segundo os quais o LP não cobre a célula bacteriana com uma camada contínua, mas sim o LPS. passa por ele na forma de “brotos”, como mostra a Fig. 6. Esta ideia foi confirmada por métodos imunoquímicos utilizando ferritina no estudo da localização do antígeno O.

Em algumas bactérias gram-positivas, a parede celular, como nas bactérias gram-negativas, consiste não apenas em uma camada rígida, mas possui uma estrutura multicamadas. Por exemplo, nos estreptococos inclui uma camada proteica, uma camada intermediária de lipopolissacarídeos e uma camada interna rígida. A parede celular não é uma estrutura enzimaticamente inerte. Contém enzimas autolíticas, fosfatase e adenosina trifosfatase.

Membrana citoplasmática a bactéria fica adjacente à superfície interna da parede celular, separa-a do citoplasma e é um componente funcional muito importante da célula. As enzimas redox estão localizadas na membrana; as funções celulares mais importantes, como divisão, biossíntese de vários componentes, quimio e fotossíntese, etc., estão associadas ao sistema de membrana. A espessura da membrana na maioria das bactérias é de 7 a 10. nm. A microscopia eletrônica revelou que ele consiste em três camadas: duas elétron-densas e uma intermediária - elétron-transparente. A membrana contém proteínas, fosfolipídios, lipoproteínas, uma pequena quantidade de carboidratos e alguns outros compostos. Muitas proteínas de membrana de B. são enzimas envolvidas nos processos respiratórios, bem como na biossíntese de componentes da parede celular e da cápsula. A membrana também contém permeases que garantem a transferência de substâncias solúveis para o interior da célula. A membrana serve como barreira osmótica, possui semipermeabilidade seletiva e é responsável pela entrada de nutrientes na célula e pela saída de produtos metabólicos dela.

Além da membrana citoplasmática, a célula bacteriana possui sistema de membrana interna, chamados mesossomos, que provavelmente são derivados da membrana citoplasmática; sua estrutura varia entre os diferentes tipos de bactérias. Os mesossomos são os mais desenvolvidos em bactérias gram-positivas. A estrutura dos mesossomos é heterogênea; seu polimorfismo é observado até mesmo na mesma espécie de bactéria. As estruturas da membrana interna podem ser representadas por simples invaginações da membrana citoplasmática, formações na forma de vesículas ou alças (mais frequentemente em bactérias gram-negativas), na forma de formações vacuolares, lamelares e tubulares. Os mesossomos estão mais frequentemente localizados no septo celular (Fig. 7); Como as enzimas respiratórias e de fosforilação oxidativa são encontradas nos mesossomos, muitos autores as consideram análogas às mitocôndrias de células superiores. Supõe-se que os mesossomos participem da divisão celular, da distribuição dos cromossomos filhos nas células em divisão e da esporulação. As funções de fixação de nitrogênio, quimio e fotossíntese também estão associadas ao aparelho de membrana celular. Consequentemente, pode-se supor que as membranas celulares desempenham um certo tipo de papel coordenador na organização espacial de vários sistemas enzimáticos e organelas celulares.

Arroz. 4. Grãos de volutina em corinebactérias

Citoplasma e inclusões. O conteúdo interno da célula consiste no citoplasma (ver), que é uma mistura complexa de vários compostos orgânicos que estão em estado coloidal. Cortes ultrafinos do citoplasma (Fig. 7) revelaram um grande número de grãos, dos quais uma parte significativa são ribossomos. O citoplasma das bactérias pode conter inclusões intracelulares (cor Fig. 4-6) na forma de grânulos de glicogênio, amido e substâncias gordurosas. Em várias bactérias, o citoplasma contém grânulos de volutina que consistem em polifosfatos inorgânicos, metafosfatos e compostos próximos aos ácidos nucléicos. O papel da volutina não está completamente claro. Alguns autores, com base no seu desaparecimento durante a privação celular, consideram a volutina como um nutriente de reserva. Volutin tem afinidade por corantes básicos, apresenta cromofilia e metacromasia e é facilmente detectado em células na forma de grânulos grandes, especialmente com métodos especiais de coloração.

Ribossomos as bactérias são o local de síntese de proteínas celulares, durante as quais se formam estruturas que consistem em um grande número de ribossomos (até 20), chamados polirribossomos ou, mais frequentemente, polissomos (Fig. 8). O m-RNA participa da formação de polissomos. Após a conclusão da síntese desta proteína, os polissomos novamente se desintegram em ribossomos únicos, ou subunidades. Os ribossomos podem estar localizados livremente no citoplasma, mas uma parte significativa deles está associada às membranas celulares. Nas secções ultrafinas da maioria das bactérias, os ribossomos são encontrados no citoplasma na forma de grânulos com diâmetro de cerca de 20 nm. Os ribossomos de E. coli, purificados na presença de íons de magnésio, sedimentam durante a ultracentrifugação com uma taxa de sedimentação de 70 S. Em concentrações mais baixas de magnésio, eles se dissociam em duas subunidades com constantes de sedimentação de 50 S e 30 S. Acredita-se que os 50 A partícula S é esférica e a partícula 30 S é achatada. À medida que a concentração de íons magnésio aumenta, as partículas de 70 S formam dímeros. No estado livre (fora da síntese protéica), os ribossomos estão em estado dissociado na fração ribossômica das células. A dissociação dos ribossomos em subunidades é estimulada por um fator de dissociação especial. As subunidades 50 S e 30 S têm mol. peso 1,8·106 e 0,85-106, respectivamente. Ambas as partículas são compostas de RNA ribossômico (ou rRNA) e proteína. A partícula 50 S contém uma molécula de rRNA 23 S e 5 S. A partícula 30 S contém uma molécula de 16 S rRNA. A composição proteica dos ribossomos é heterogênea. As partículas de 30 S consistem em vinte e uma e as partículas de 50 S consistem em trinta a trinta e cinco proteínas diferentes. Algumas das proteínas das partículas ribossômicas 30 S são necessárias tanto para a montagem dos ribossomos quanto para o seu funcionamento, a outra parte é importante apenas no sentido funcional. O RNA ribossômico é essencial para a montagem e organização adequadas dos ribossomos.

O grau de agregação do ribossomo é regulado por íons de magnésio. As poliaminas e a ribonuclease I, que se acredita estarem envolvidas na hidrólise do m-RNA, são encontradas nos ribossomos.

Arroz. 10. Autorradiografia do cromossomo da bactéria coli. Uma estrutura circularmente fechada é visível; canto superior esquerdo - diagrama de replicação: X - ponto inicial de replicação, Y - ponto de crescimento; A – área replicada; B – área não replicada; B - ponto de replicação.

Essencial. As bactérias possuem uma estrutura nuclear discreta, que, devido à estrutura única, é chamada de nucleídeo (Fig. 9). Os nucleóides de B. contêm a maior parte do DNA da célula. Eles são corados pelo método Feilgen (ver ácidos desoxirribonucléicos), são claramente visíveis quando corados de acordo com Romanovsky-Giemsa (ver método Romanovsky-Giemsa), após hidrólise ácida ou em estado vivo com microscopia de contraste de fase, bem como em ultrafino seções em um microscópio eletrônico (Fig. 7 e 9). O nucleóide é definido como uma formação compacta simples ou dupla. No cultivo de culturas, os nucleóides aparecem frequentemente como estruturas bifurcadas, reflectindo a sua divisão. A divisão mitótica de estruturas nucleares não foi detectada em bactérias. A forma dos nucleóides e a sua distribuição na célula são muito variáveis ​​e dependem de uma série de razões, incluindo a idade da cultura. Nas micrografias eletrônicas, áreas claras de menor densidade óptica são visíveis nas localizações dos nucleóides. O vacúolo nuclear não está separado do citoplasma pelo envelope nuclear. A forma do vacúolo não é constante. As áreas nucleares são preenchidas com feixes de filamentos finos formando uma trama complexa. Nenhuma histona foi encontrada nas estruturas nucleares das bactérias (ver); Supõe-se que seu papel nas bactérias seja desempenhado pelas poliaminas. Os núcleos das bactérias não são como os núcleos de outros organismos. Isso serviu de base para distinguir as bactérias no grupo dos procariontes, em contraste com os eucariotos, que possuem um núcleo contendo cromossomos, uma membrana e se dividindo por mitose. O nucleóide bacteriano está conectado ao mesossomo. A natureza da conexão ainda não é conhecida. O cromossomo bacteriano tem uma estrutura circularmente fechada. Isto foi demonstrado por autorradiografia em E. coli (Fig. 10), previamente marcada com 3H-timidina. A estrutura do DNA foi avaliada a partir da distribuição dos grãos de timidina marcados. Estima-se que o comprimento da célula de DNA fechada em um anel seja 1100-1400 μm e o peso molecular seja 2,8 × 109 [J. Cairns, 1963].

Flagelos e vilosidades. Na superfície de algumas bactérias existem organelas de movimento - flagelos (Fig. 11). Eles podem ser detectados usando técnicas especiais de coloração, microscopia de campo escuro ou microscópio eletrônico. Os flagelos têm formato espiral e o passo da espiral é específico para cada tipo de bactéria. Com base no número de flagelos e sua localização na superfície celular, distinguem-se os seguintes grupos de micróbios móveis: monotrichs, anfitrichs, lophotrichs e peritrichs. Monotrichs possuem um flagelo localizado em um dos pólos da célula e, menos frequentemente, subpolar ou lateralmente. Nos anfitricos, existe um flagelo em cada pólo da célula. Lophotrichs têm um feixe de flagelos em um ou dois pólos celulares. Nos peritrichs, os flagelos não são distribuídos em nenhuma ordem específica por todo o corpo celular.

MA Peshkov (1966) oferece uma terminologia ligeiramente diferente. Ele combina anfi- e lophotrichs com o termo “multrichs” e distingue um tipo misto, tendo dois ou mais flagelos de tipos diferentes em diferentes pontos de fixação. A base dos flagelos (blefaroplasto) está localizada na membrana citoplasmática. Os flagelos consistem quase inteiramente na proteína flagelina.

Na superfície de algumas bactérias (enterobactérias), além dos flagelos, existem vilosidades (fímbrias, pili), visíveis apenas ao microscópio eletrônico (Fig. 12). Existem vários tipos morfológicos de vilosidades. O primeiro tipo (geral) e as vilosidades, que existem apenas na presença de fatores sexuais na célula, foram mais completamente estudados (ver Fator sexual das bactérias). As vilosidades do tipo geral cobrem toda a superfície da célula e consistem em proteínas; Existem 1-4 vilosidades sexuais por célula. Ambos têm atividade antigênica (ver Conjugação em bactérias).

Fisiologia

Por composição química As bactérias não são diferentes de outros organismos.

As bactérias contêm carbono, nitrogênio, hidrogênio, oxigênio, fósforo, enxofre, cálcio, potássio, magnésio, sódio, cloro e ferro. Seu conteúdo depende do tipo de bactéria e das condições de cultivo. Um componente químico essencial das células bacterianas, como outros organismos, é a água, que é um meio universal de dispersão da matéria viva. A maior parte da água está livre; seu conteúdo varia entre as diferentes bactérias e representa 70-85% do peso úmido das bactérias. Além da água livre, existe uma fração iônica de água e água associada a substâncias coloidais. Em termos da composição dos componentes orgânicos, as células bacterianas são semelhantes às células de outros organismos, diferindo, porém, na presença de alguns compostos. A composição das bactérias inclui proteínas, ácidos nucléicos, gorduras, mono-, di- e polissacarídeos, amino açúcares, etc. As bactérias possuem aminoácidos incomuns: diaminopimélico (também encontrado em algas verde-azuladas e riquétsias); N-metillisina, que faz parte da flagelina de algumas bactérias; D-isômeros de alguns aminoácidos. O conteúdo de ácidos nucleicos depende das condições de cultivo, das fases de crescimento e do estado fisiológico e funcional das células. O conteúdo de DNA em uma célula é mais constante que o de RNA. A composição de nucleotídeos do DNA permanece inalterada durante o desenvolvimento bacteriano, é específica da espécie e é usada como uma das características taxonômicas mais importantes. Os lipídios bacterianos são diversos. Entre eles estão ácidos graxos, fosfolipídios, ceras e esteróides. Algumas bactérias formam pigmentos (cor Fig. 7-9) com uma intensidade que varia amplamente dentro da mesma espécie e depende das condições de crescimento. Os meios nutrientes sólidos são mais favoráveis ​​​​à formação de pigmentos. Com base em sua estrutura química, distinguem-se carotenóides, quinona, melanina e outros pigmentos, que podem ser vermelhos, laranja, amarelos, marrons, pretos, azuis ou verdes. Mais frequentemente, os pigmentos são insolúveis em meio nutriente e mancham apenas as células. Pigmentos solúveis em água (piocianina) difundem-se no meio, colorindo-o. Os pigmentos bacterianos também incluem a bacterioclorofila, que dá cor roxa ou verde a algumas bactérias fotossintéticas.

Enzimas as bactérias são divididas naquelas que funcionam apenas dentro da célula (endoenzimas) e apenas fora da célula (exoenzimas). As endoenzimas catalisam principalmente processos sintéticos, respiração, etc. As exoenzimas catalisam principalmente a hidrólise de substratos de alto peso molecular em compostos com peso molecular mais baixo que podem penetrar na célula.

Na célula, as enzimas estão associadas a estruturas e organelas correspondentes. Por exemplo, as enzimas autolíticas estão associadas à parede celular, as enzimas redox estão associadas à membrana citoplasmática, as enzimas associadas à replicação do DNA estão associadas à membrana ou ao nucleóide.

A atividade das enzimas depende de uma série de condições, principalmente da temperatura das bactérias em crescimento e do pH do ambiente. Abaixar a temperatura reduz reversivelmente e aumentá-la até certos limites (40-42°) aumenta a atividade das enzimas. Em bactérias termofílicas e psicrofílicas, a atividade enzimática ideal coincide com a temperatura ideal de crescimento. A temperatura ideal para bactérias mesófilas, que incluem bactérias patogênicas, é de aproximadamente 37°. O pH ideal geralmente está na faixa de 4-7. Ocorrem variações no pH ideal. As enzimas bacterianas cuja atividade independe da presença de substrato no meio de cultura são chamadas de constitutivas. As enzimas, cuja síntese depende da presença de um substrato no meio, são chamadas de induzíveis (o antigo nome é adaptativo). Por exemplo, a formação de β-galactosidase em Escherichia coli começa apenas quando a lactose é adicionada ao meio, o que induz a síntese desta enzima.

A síntese enzimática é controlada pela inibição do produto final ou por indução e repressão.

A atividade enzimática das bactérias é utilizada para sua identificação, na maioria das vezes são estudadas as propriedades sacarolíticas e proteolíticas. Algumas enzimas produzidas por bactérias patogênicas são fatores de virulência (ver).

Nutrição. As bactérias usam nutrientes apenas na forma de moléculas relativamente pequenas que penetram na célula. Esse método de nutrição, característico de todos os organismos de origem vegetal, é denominado holofítico. Substâncias orgânicas complexas (proteínas, polissacarídeos, fibras, etc.) podem servir como fonte de nutrição e energia somente após sua hidrólise preliminar em compostos mais simples, solúveis em água ou lipóides. A capacidade de vários compostos penetrarem no citoplasma das células depende da permeabilidade da membrana citoplasmática e da estrutura química do nutriente.

As substâncias que servem como fonte de nutrição para as bactérias são surpreendentemente diversas. O elemento mais importante necessário para os organismos vivos é o carbono. Alguns tipos de bactérias (autotróficas) podem usar carbono inorgânico do dióxido de carbono e seus sais (ver Organismos autotróficos), outros (heterotróficos) - apenas de compostos orgânicos (ver Organismos heterotróficos). A grande maioria das bactérias são heterótrofas. A assimilação de carbono requer uma fonte externa de energia. Algumas espécies de bactérias que possuem pigmentos fotossintéticos utilizam a energia da luz solar. Essas bactérias são chamadas de bactérias fotossintéticas. Entre eles estão os autotróficos (bactérias sulfurosas verdes e roxas) e os heterótrofos (bactérias roxas não sulfurosas). Eles também são chamados de fotolitotróficos e fotoorganotróficos, respectivamente. A maioria das bactérias utiliza a energia das reações químicas e são chamadas quimiossintéticas. Os autotróficos quimiossintetizantes são chamados de quimiolitotróficos, e os heterotróficos são chamados de quimioorganotróficos.

Bactérias heterotróficas absorvem carbono de compostos orgânicos de diversas naturezas químicas. Substâncias contendo ligações insaturadas ou átomos de carbono com valências parcialmente oxidadas são facilmente digeríveis. Nesse sentido, as fontes de carbono mais acessíveis são os açúcares, os álcoois poli-hídricos, etc. Alguns heterótrofos, juntamente com a assimilação do carbono orgânico, também podem assimilar o carbono inorgânico.

As atitudes em relação às fontes de nitrogênio também variam. Existem bactérias que assimilam nitrogênio mineral e até atmosférico. Outras bactérias são incapazes de sintetizar moléculas de proteínas ou alguns aminoácidos a partir dos compostos de nitrogênio mais simples. Neste grupo existem formas que utilizam nitrogênio de aminoácidos individuais, de peptonas, substâncias proteicas complexas e de fontes minerais de nitrogênio com adição de aminoácidos que não são sintetizados por elas. Muitas bactérias patogênicas pertencem a este grupo.

Respiração. Algumas das substâncias que penetram na célula bacteriana, oxidando-se, fornecem-lhe a energia necessária. Este processo é denominado biol, oxidação ou respiração.

A oxidação biológica se resume principalmente a dois processos: desidrogenação do substrato com posterior transferência de elétrons para o aceptor final e acúmulo da energia liberada de forma biologicamente acessível. O oxigênio e alguns compostos orgânicos e inorgânicos podem servir como aceptor final de elétrons. Na respiração aeróbica, o aceptor final de elétrons é o oxigênio. Os processos energéticos nos quais o aceptor final de elétrons não é o oxigênio, mas outros compostos são chamados de respiração anaeróbica, e alguns pesquisadores incluem como respiração anaeróbica propriamente dita aqueles processos em que o aceptor final de elétrons são compostos inorgânicos (nitratos e sulfatos).

A fermentação refere-se a processos energéticos nos quais os compostos orgânicos atuam simultaneamente como doadores e aceitadores de elétrons.

Entre as bactérias existem aeróbios estritos (ver), que se desenvolvem apenas na presença de oxigênio, anaeróbios obrigatórios, que se desenvolvem apenas na ausência de oxigênio, e anaeróbios facultativos (ver), capazes de se desenvolver em condições aeróbicas e anaeróbicas. A maioria das bactérias possui um sistema espacialmente organizado de enzimas respiratórias, denominado cadeia respiratória ou cadeia de transporte de elétrons.

A respiração nas bactérias, assim como a respiração de outros organismos, está associada a processos de fosforilação oxidativa e é acompanhada pela formação de compostos ricos em ligações de alta energia (ATP). A energia armazenada nesses compostos é usada conforme necessário.

As bactérias podem usar uma variedade de compostos orgânicos (carboidratos, substâncias contendo nitrogênio, gorduras e ácidos graxos, ácidos orgânicos, etc.) como fonte de energia. A capacidade de obter energia como resultado da oxidação de compostos inorgânicos é inerente apenas a um pequeno grupo de bactérias. As substâncias inorgânicas que oxidam são específicas para cada tipo de bactéria. Essas bactérias incluem bactérias nitrificantes, bactérias sulfurosas, bactérias de ferro, etc. Entre elas estão aeróbios e anaeróbios.

As bactérias fotossintéticas convertem a energia da luz visível diretamente em ATP; Esse processo, realizado durante a fotossíntese, é denominado fotofosforilação.

Crescimento e reprodução

Uma célula bacteriana começa a se dividir após a conclusão de sucessivas reações associadas à reprodução de seus componentes.

O processo mais importante de crescimento celular é a reprodução de seu aparelho hereditário. A divisão do nucleóide é precedida pelos processos de replicação do DNA (ver Replicação). A replicação começa quando a proporção DNA/proteína da célula atinge um certo nível. O início da replicação requer a síntese de produtos proteicos específicos. No DNA replicante de uma célula, quando estudado pelo método autorradiográfico, distinguem-se dois pontos: o ponto de origem da replicação e o ponto de crescimento (Fig. 10). O ponto replicativo se move ao longo de todo o DNA da célula, que, como observado, possui uma estrutura circularmente fechada. O tempo que leva para o ponto de replicação passar do início ao fim de toda a estrutura circular do DNA, ou o tempo de síntese do DNA, é constante e não depende da taxa de crescimento celular. Em culturas de crescimento rápido, quando o tempo de geração (o tempo entre as divisões celulares) é menor que o tempo necessário para a replicação do DNA (40-47 minutos em E. coli B/r), uma nova iniciação começa antes que a anterior termine. Assim, as culturas de crescimento rápido têm vários pontos de replicação (garfos). O processo de replicação do DNA é acompanhado pela segregação das cadeias de DNA sintetizadas em células-filhas recém-formadas. Os mesossomos celulares desempenham um papel importante na separação das fitas de DNA.

O crescimento de células em forma de bastonete durante o ciclo de geração é reduzido a um aumento exponencial em seu comprimento. Durante a divisão, o crescimento celular diminui e recomeça após a divisão.

O final da replicação do DNA é o ponto que inicia a divisão celular. A inibição da síntese de DNA antes do final da replicação leva à interrupção do processo de divisão: a célula para de se dividir e cresce em comprimento. Usando o exemplo de E. coli, mostra-se que o início da divisão requer a presença de uma proteína termolábil e uma proporção entre poliaminas individuais na célula em que a quantidade de putrescina deve exceder a quantidade de espermidina. Há evidências da importância dos fosfolipídios e autolisinas para o processo de divisão celular.

Uma cultura bacteriana crescente sintetiza um conjunto completo de ribossomos. O RNA ribossômico é inicialmente sintetizado em um molde de DNA, depois modificado e convertido em rRNA 16 S e 23 S maduro. 5 S rRNA também não é um produto direto da transcrição (ver). Os precursores do ribossomo não contêm o complemento completo de proteínas ribossômicas. O conjunto completo aparece apenas durante o processo de maturação.

O mecanismo de reprodução dos mesossomos, bem como do aparelho de membrana da célula, ainda não está claro. Supõe-se que à medida que uma célula bacteriana cresce, os mesossomos se separam gradualmente.

À medida que uma célula bacteriana cresce, um septo celular se forma próximo ao mesossomo (Fig. 7). A formação de um septo leva à divisão celular. As células-filhas recém-formadas separam-se umas das outras. Em algumas bactérias, a formação de um septo não leva à divisão celular: formam-se células multiloculares.

Vários mutantes foram obtidos em E. coli, nos quais um septo celular é formado em um local incomum ou, junto com um septo com localização usual, um septo adicional é formado próximo ao pólo celular. Como resultado da divisão de tais mutantes, são formadas células comuns e células pequenas (minicélulas) medindo 0,3-0,5 mícrons. As minicélulas, via de regra, são privadas de DNA, pois quando a célula-mãe se divide, o nucleóide não entra nelas. Devido à ausência de DNA, as minicélulas são utilizadas na genética bacteriana para estudar a expressão da função genética em fatores extracromossômicos de hereditariedade e outras questões.

Quando cultivada em meio nutriente líquido, a taxa de crescimento da população celular muda com o tempo. O crescimento de uma população bacteriana é dividido em várias fases. Depois que as células são inoculadas em um meio nutriente fresco, as bactérias não se multiplicam por algum tempo - esta fase é chamada de fase estacionária inicial ou fase de latência. A fase de atraso se transforma em uma fase de aceleração positiva. Nesta fase começa a divisão bacteriana. Quando a taxa de crescimento celular de toda a população atinge um valor constante, começa a fase logarítmica da reprodução. Nesse período é possível calcular o tempo de geração, o número de gerações e alguns outros indicadores. A fase logarítmica é substituída por uma fase de aceleração negativa, então começa a fase estacionária. O número de células viáveis ​​nesta fase é constante (a concentração M é a concentração máxima de células viáveis). Isto é seguido por uma fase de declínio populacional. A taxa de crescimento populacional é influenciada por: tipo de cultura bacteriana, idade da cultura semeada, composição do meio nutriente, temperatura de crescimento, aeração, etc.

Durante o crescimento de uma população celular, produtos metabólicos se acumulam nelas, os nutrientes se esgotam e outros processos levam à transição para as fases estacionárias e subsequentes. Com a adição constante de nutrientes e a retirada simultânea de produtos metabólicos, é possível conseguir uma longa permanência das células populacionais na fase logarítmica. Na maioria das vezes, um quimiostato é usado para essa finalidade (consulte).

Apesar da taxa constante de crescimento da população bacteriana na fase logarítmica, as células individuais ainda estão em diferentes estágios de divisão. Às vezes é importante sincronizar o crescimento de todas as células de uma população, ou seja, obter uma cultura síncrona. Métodos simples de sincronização são a mudança das condições de temperatura ou o cultivo em condições pobres em nutrientes. Primeiro, a cultura é colocada em condições não ideais e depois é substituída por condições ideais. Nesse caso, o ciclo de divisão de todas as células da população é sincronizado, mas a divisão celular síncrona geralmente não ocorre mais do que 3-4 ciclos.

Anteriormente, foram apresentadas repetidamente hipóteses segundo as quais a transformação de uma forma de bactéria em outra no ciclo de desenvolvimento ocorre em um círculo vicioso. Todas essas hipóteses estão unidas pelo termo geral “ciclogenia”. As ideias teóricas sobre a ciclogenia são atualmente de interesse apenas histórico. No entanto, os dados reais sobre os processos de dissociação de bactérias (ver) não perderam seu significado.

Ação de fatores externos

A viabilidade das bactérias sob a influência de fatores externos é estudada por diferentes métodos, por exemplo, pela contagem de células sobreviventes. Para isso, são construídas curvas de sobrevivência que expressam a dependência do número de células sobreviventes do tempo de exposição.

As bactérias são relativamente resistentes a baixas temperaturas. As bactérias são mais sensíveis a altas temperaturas. Normalmente, quando as bactérias são aquecidas a uma temperatura de 60-70°, ocorre a morte das células vegetativas, mas os esporos não morrem. A sensibilidade das bactérias a altas temperaturas é usada durante a esterilização (ver).

Diferentes tipos de bactérias reagem de maneira diferente à secagem. Algumas bactérias (por exemplo, gonococos) morrem muito rapidamente, enquanto outras (micobactérias) são muito resistentes. Porém, observando certas condições (presença de vácuo, meios especiais), é possível obter culturas bacterianas secas liofilizadas que permanecem viáveis ​​por muito tempo (ver Liofilização).

As bactérias podem ser destruídas por fricção mecânica com vários pós (vidro, quartzo), bem como pela exposição ao ultrassom.

As bactérias são sensíveis aos raios ultravioleta; Os raios mais eficazes são aqueles com comprimento de onda de cerca de 260 nm, o que corresponde à sua absorção máxima pelos ácidos nucléicos. Os raios ultravioleta têm efeito mutagênico. Os raios X também têm efeitos letais e mutagênicos (ver Mutagênicos).

A sensibilidade aos quimioterápicos e antibióticos depende do tipo de bactéria e do mecanismo de ação do medicamento na célula. As formas resistentes podem ser obtidas de bactérias sensíveis como resultado de mutação ou através da transferência de fatores de resistência a múltiplas drogas de microrganismos (ver).

Distribuição das bactérias na natureza e seu papel no ciclo das substâncias

Patogenicidade e virulência. As bactérias vivem no solo, na água, nos corpos humanos e animais. Diversos grupos de bactérias podem se desenvolver em condições inacessíveis a outros organismos. A composição qualitativa e quantitativa das bactérias que vivem no ambiente externo depende de muitas condições: pH do ambiente, temperatura, disponibilidade de nutrientes, umidade, aeração, presença de outros microrganismos (ver Antagonismo de micróbios), etc. compostos que o ambiente contém, mais bactérias podem ser encontradas nele. Em solos e águas não contaminados, é encontrado um número relativamente pequeno de formas saprófitas de bactérias. O solo é habitado por bactérias formadoras e não formadoras de esporos, micobactérias, mixobactérias e formas cocos. Na água há uma variedade de bactérias formadoras de esporos e não formadoras de esporos e bactérias aquáticas específicas - vibrios aquáticos, bactérias filamentosas, etc. Várias bactérias anaeróbias vivem no lodo no fundo dos reservatórios. Entre as bactérias que vivem na água e no solo, existem bactérias fixadoras de nitrogênio, nitrificantes, desnitrificantes e que quebram a celulose. etc. Os mares e oceanos são habitados por bactérias que crescem em altas concentrações de sais e alta pressão, e são encontradas espécies luminosas. Nas águas e no solo poluídos, além dos saprófitos do solo e aquáticos, existe um grande número de bactérias que vivem no corpo de humanos e animais - enterobactérias, clostrídios, etc.

Um indicador de contaminação fecal é geralmente a presença de E. coli. Devido à ampla distribuição de bactérias e à atividade metabólica única de muitas de suas espécies, elas são de importância excepcionalmente grande no ciclo das substâncias na natureza. Muitos tipos de bactérias participam do ciclo do nitrogênio - desde espécies que decompõem produtos proteicos de origem vegetal e animal até espécies que formam nitratos, que são absorvidos pelas plantas superiores. A atividade metabólica das bactérias determina a mineralização do carbono orgânico e a formação do dióxido de carbono, cujo retorno à atmosfera é importante para a manutenção da vida na Terra. A absorção do dióxido de carbono da atmosfera é realizada pelas plantas verdes devido à sua atividade fotossintética. As bactérias desempenham um papel importante no ciclo do enxofre, fósforo e ferro.

Uma proporção relativamente pequena de todos os micróbios conhecidos é capaz de causar doenças em humanos e animais. A capacidade potencial das bactérias de causar doenças infecciosas, que é característica de sua espécie, é chamada de patogenicidade ou patogenicidade. Na mesma espécie, a gravidade das propriedades patogênicas pode variar amplamente. O grau de patogenicidade de uma cepa de um certo tipo de bactéria é chamado de virulência (ver). Entre as bactérias existem espécies condicionalmente patogênicas, cuja patogenicidade depende do estado do macroorganismo, do ambiente externo, etc.

Genética de bactérias

A genética bacteriana é um ramo da genética geral que estuda a hereditariedade e a variabilidade nas bactérias. A relativa simplicidade da organização das bactérias, sua capacidade de crescer em meios sintéticos e a rápida reprodução tornam possível analisar mudanças relativamente raras no genoma (ver) de bactérias que constituem populações multibilionárias e rastrear sua herança. Para tanto, são utilizados métodos especiais que garantem a seleção a partir de uma enorme população de células bacterianas geneticamente modificadas individuais, transferência de um cromossomo ou seus fragmentos de uma célula (doador) para outra (destinatário), seguida de análise genética dos recombinantes resultantes ( veja Recombinação). Os métodos de análise genética (ver) de bactérias permitiram estudar não só a organização do cromossomo bacteriano, mas também decifrar a fina estrutura do gene, bem como estabelecer as relações funcionais das unidades genéticas que compõem. operons bacterianos individuais (ver).

O desenvolvimento da genética bacteriana está associado ao estudo da transformação bacteriana (ver), que permitiu estabelecer o papel do DNA como base material da hereditariedade. Ao estudar a transformação genética em bactérias, foram desenvolvidos métodos de extração e purificação de DNA, métodos bioquímicos e biofísicos para análise de suas propriedades. Isso tornou possível não apenas estudar as alterações genéticas no nível celular, mas também comparar essas alterações com as alterações na estrutura do DNA. Assim, em combinação com métodos genéticos, os métodos de pesquisa bioquímica de material genético proporcionaram a oportunidade de analisar os padrões da genética bacteriana em nível molecular.

Entre as bactérias, as mais estudadas geneticamente são a Escherichia coli, em que métodos de transferência de material genético (cromossomos ou seus fragmentos) de um doador para um receptor, realizados seja por cruzamento direto (ver Conjugação em bactérias) ou com a ajuda de vírus bacterianos (ver. Transdução). Outros microrganismos que possuem os mesmos tipos de troca de material genético e são semelhantes em características genéticas à E. coli são a Salmonella.

Os padrões de intercâmbio genético estabelecidos para E. coli e Salmonella também são inerentes a vários outros microrganismos que desempenham um papel importante na patologia infecciosa. Os fenômenos de conjugação e transdução também foram encontrados em Shigella e alguns outros microrganismos patogênicos, o que permite a análise genética dos fatores que determinam sua patogenicidade.

Para elucidar os mecanismos moleculares e vários fenômenos genéticos, os microrganismos capazes de transformação genética, nos quais as bactérias receptoras absorvem DNA purificado extraído de bactérias doadoras, são de interesse significativo. Experimentos de transformação revelam a atividade genética do DNA extracelular isolado, o que permite analisar a atividade funcional do DNA submetido a diversas influências que alteram sua estrutura tanto in vivo quanto in vitro.

Portanto, espécies bacterianas transformáveis, como Bac, são amplamente utilizadas em estudos de genética molecular. subtilis, H. influenzae, Pneumococo, etc.

As propriedades das bactérias, como quaisquer outros organismos, são determinadas por um conjunto de genes inerentes a elas. O registro da informação genética codificada em genes bacterianos é realizado com base em um código triplo universal (ver Código genético). Yanovsky (S. Janofsky) obteve evidências de colinearidade (correspondência) entre a sequência de nucleotídeos e a sequência de aminoácidos em um polipeptídeo e estabeleceu a composição in vivo de trigêmeos individuais que codificam a inclusão de vários aminoácidos.

O conjunto de genes inerentes às bactérias determina seu genótipo (ver) Bactérias com o mesmo genótipo nem sempre são idênticas em suas propriedades; suas propriedades podem variar dependendo do ambiente de cultivo, da idade das culturas bacterianas, da temperatura de crescimento e de vários outros fatores ambientais. O genótipo determina apenas as propriedades potencialmente inerentes às células bacterianas, cuja expressão depende do funcionamento (atividade) de estruturas genéticas específicas. O cromossomo bacteriano inclui 2 tipos de estruturas genéticas funcionalmente diferentes: genes estruturais, que determinam a especificidade das proteínas que uma determinada célula é capaz de sintetizar, e genes reguladores, que regulam a atividade dos genes estruturais dependendo das condições ambientais, em particular em a presença ou ausência do substrato da enzima sintetizada ou a concentração da ligação celular necessária, o estado do material genético (replicação do DNA), etc.

No estado ativo, os genes estruturais são transcritos (ver Transcrição), ou seja, ficam disponíveis para leitura da informação genética por meio da RNA polimerase dependente de DNA. O RNA mensageiro (i-RNA) formado durante a transcrição é traduzido no polipeptídeo correspondente, cuja estrutura é codificada nesses genes estruturais.

Com base no tipo de regulação, os sistemas sintéticos bacterianos são divididos em 2 tipos: catabólico e anabólico. Os primeiros utilizam a energia necessária à célula, os últimos garantem a biossíntese dos compostos necessários às bactérias.

O sistema catabólico da E. coli, que decompõe a lactose em glicose e galactose, foi estudado detalhadamente por Jacob e Monod (F. Jacob, J. Monod).

As enzimas deste sistema (β-galactosidase, galactosídeo permease e galactosídeo transacetilase) são determinadas pelos genes estruturais correspondentes. Ao lado dos genes estruturais existe um sítio regulador, o chamado operador, que “liga” e “desliga” a leitura da informação (transcrição) dos genes estruturais.

Outra unidade reguladora desse sistema é um gene que controla a síntese de um repressor – uma proteína capaz de se conectar a um operador. Na presença de um repressor, os genes estruturais não são transcritos pela RNA polimerase e a síntese das enzimas correspondentes não ocorre. Entre o operador e o gene regulador existe uma pequena seção de DNA - o promotor - o local de pouso da RNA polimerase. A lactose adicionada ao meio de cultivo bacteriano liga-se ao repressor, o operador fica livre e os genes estruturais começam a ser transcritos, resultando na síntese de enzimas. Assim, a lactose, substrato para a ação das enzimas, atua como indutora de sua síntese.

Este tipo de regulação também é característico de outros sistemas catabólicos. A síntese de enzimas induzida pelos substratos de sua ação é chamada de indutível.

Um tipo diferente de regulação é inerente aos sistemas bacterianos anabólicos. Nestes sistemas, o regulador genético controla a síntese de um repressor-aporepressor inativo. Com pequenas quantidades do metabólito final controlado pelos genes estruturais de uma determinada via bioquímica (por exemplo, algum aminoácido), o aporepressor não se liga ao gene operador e, portanto, não interfere no trabalho dos genes estruturais e a síntese deste aminoácido. No caso de formação excessiva do produto final, este passa a funcionar como corepressor. Ao ligar-se a um aporepressor, o corepressor o converte em um repressor ativo que se liga ao gene operador. Como resultado, a transcrição dos genes estruturais e a síntese dos compostos correspondentes cessam, ou seja, observa-se a repressão do sistema. À medida que a célula consome o excesso do metabólito final, o repressor ativo novamente se transforma em aporepressor, o gene operador é liberado e os genes estruturais tornam-se ativos novamente, ou seja, ocorre a desrepressão do sistema.

Assim, os sistemas genéticos de ambos os tipos - catabólico (indutível) e anabólico (reprimível) - são caracterizados por uma regulação do tipo feedback: o acúmulo e o consumo do produto final regulam sua síntese por sistemas anabólicos; nos sistemas catabólicos, o substrato da ação das enzimas sintetizadas atua como regulador.

Mudanças no curso dos processos de síntese celular, como resultado das quais podem ocorrer alterações não hereditárias nas propriedades de bactérias do mesmo genótipo, podem ser expressas em graus variados, dependendo das condições ambientais. Condições de vida fortemente perturbadas podem levar ao desligamento da função de genes estruturais individuais ou à sua hiperfunção, o que por sua vez pode levar a alterações morfológicas significativas, crescimento desequilibrado e, em última análise, morte celular.

O conjunto de propriedades das bactérias reveladas em determinadas condições de existência é denominado fenótipo. O fenótipo da bactéria, embora dependente do ambiente, é controlado pelo genótipo, uma vez que a natureza e o grau das alterações fenotípicas possíveis para uma determinada célula são determinados por um conjunto de genes, ou seja, o genótipo.

Os genes estruturais e reguladores das bactérias estão localizados no cromossomo bacteriano e juntos formam o aparato genético das bactérias. Além disso, as bactérias podem carregar determinantes genéticos extracromossômicos - plasmídeos (ver), que, via de regra, não são vitais para a célula. Pelo contrário, a activação das funções de alguns deles (por exemplo, bacteriocinas) é prejudicial para as células bacterianas que não transportam plasmídeos. Ao mesmo tempo, os elementos plasmídicos conferem às bactérias uma série de propriedades que são de grande interesse do ponto de vista da patologia infecciosa. Assim, os determinantes plasmídicos podem ser responsáveis ​​pela resistência a múltiplos medicamentos (ver fator R), pela produção de alfa-hemolisina e outras toxinas bacterianas.

O cromossomo das bactérias, como as células dos organismos superiores, está localizado no núcleo.

Ao contrário das células dos organismos superiores, o núcleo bacteriano não possui uma concha e é chamado de nucleóide. O número de nucleóides nas células bacterianas varia dependendo da fase de crescimento da cultura: o número de nucleóides em E. coli é máximo em culturas de multiplicação rápida que estão na fase de crescimento logarítmico. Na fase estacionária de crescimento, a E. coli contém um nucleóide. O cromossomo bacteriano é uma molécula de DNA fechada em um anel com peso molecular da ordem de 1,5 - 2 x 109 daltons.

Arroz. 13. Diagrama da sequência de transferência de material genético durante a conjugação de E. coli, ilustrando a estrutura em anel do cromossomo bacteriano. As letras representam genes diferentes. Seta para a direita - sequência de transferência gênica (C, D, E, E, A, B) ao receptor pela cepa 1 do doador; seta para esquerda - sequência de transferência gênica (D, D, C, B, A, E) ao receptor pela cepa doadora 2.

A estrutura em anel do cromossomo bacteriano foi estabelecida por três métodos: autorradiográfico, microscópico eletrônico e genético. No primeiro caso foram obtidos autorradiogramas de estruturas circulares de DNA bacteriano, no segundo foram obtidas imagens de microscopia eletrônica de DNA circular isolado, no terceiro foram estabelecidos padrões de troca genética que só podem ser explicados pela estrutura circular do cromossoma. Isto pode ser ilustrado com o seguinte exemplo hipotético. Suponhamos que no processo de cruzamento de bactérias (conjugação), sejam transferidos de uma bactéria para outra genes designados pelas letras A, B, C, D, D, E. Uma das cepas doadoras utilizadas é Hfr (abreviatura de a expressão inglesa alta frequência de recombinação - recombinação de alta frequência) tem como ponto de partida a transferência cromossômica na região do gene B. Nesse caso, observa-se a seguinte ordem de transferência gênica: B, D, D, E, A, B A segunda cepa Hfr inicia a transferência cromossômica do gene D e o transfere na direção oposta à anterior. Neste caso, os genes são transmitidos na seguinte ordem: D, D, C, B, A, E. A preservação experimentalmente demonstrada da sequência de transmissão dos genes quando a ordem de sua transferência é alterada é facilmente explicada pela estrutura do anel de o cromossomo (Fig. 13).

Métodos que permitem realizar experimentalmente a transferência de material genético em bactérias (conjugação, transdução e transformação) permitiram construir um mapa genético do cromossomo bacteriano, refletindo a localização relativa dos genes. Para fins de mapeamento genético, a conjugação é amplamente utilizada, na qual grandes seções do cromossomo bacteriano e, às vezes, todo o cromossomo do doador, são transferidas para o receptor. No mapeamento de conjugação, várias abordagens são utilizadas: estabelecem a transmissão de genes individuais ao longo do tempo, identificam a transmissão de genes ligados, estabelecem a frequência de transmissão de genes que não estão sujeitos à seleção (não seletivos), localizados proximal e distalmente em relação ao gene selecionado, etc. A conjugação, entretanto, na maioria dos casos não oferece a possibilidade de um mapeamento suficientemente preciso, uma vez que neste caso a recombinação (ver) é realizada em seções relativamente extensas do cromossomo. O mapeamento preciso é feito por meio de transdução, na qual são transferidos fragmentos mais curtos do cromossomo bacteriano, não ultrapassando 0,01 de seu comprimento. Um dos principais métodos de mapeamento de transdução é determinar a possibilidade de cotransdução (ou seja, transmissão conjunta) do gene mapeado e de um gene cuja localização no cromossomo é conhecida. A presença de cotransdução indica a localização próxima (ligada) dos genes analisados. A transdução também pode ser usada para determinar a ordem dos genes. Para tanto, é utilizado um método especial de análise genética - o chamado teste de três pontos, no qual a análise de cruzamentos é realizada em relação a três genes.

A transformação para mapeamento é usada relativamente raramente. O tratamento das bactérias receptoras com DNA transformador torna possível a transferência apenas de seções muito pequenas do cromossomo bacteriano. Como resultado, apenas genes que constituem grupos de ligação podem ser analisados ​​utilizando transformação.

O mapa genético da E. coli K-12, construído com base em muitos anos de pesquisa genética realizada em vários laboratórios ao redor do mundo, inclui atualmente várias centenas de genes localizados.

Arroz. 14. Mapa genético circular mostrando a localização dos genes no cromossomo de E. coli. Os genes são indicados por símbolos decifrados na tabela. 3. Os números nas superfícies internas dos círculos indicam as unidades de comprimento do mapa (o tempo durante o qual um determinado gene é transmitido durante a conjugação), expresso em minutos (de 0 a 90 minutos).

Na Fig. A Figura 14 mostra o mapa genético de E. coli, publicado em 1970 por A. L. Taylor na revista Bacteriological Reviews (EUA). Para facilitar a orientação, o círculo do mapa genético, que representa esquematicamente um cromossomo, é dividido em segmentos - minutos, que no total constituem o tempo necessário para a transferência de todo o cromossomo durante o processo de conjugação. Para E. coli este tempo é de cerca de 90 minutos. Os símbolos colocados ao redor de um círculo indicam os genes correspondentes e são decifrados na Tabela 3, que inclui cerca de 2.000 genes bacterianos, cujas funções na vida de uma célula bacteriana foram amplamente estudadas. Informações sobre a localização dos genes no cromossomo bacteriano permitem resolver problemas específicos da microbiologia prática. Servem como pré-requisito necessário para estudar a virulência e patogenicidade das bactérias, sua resistência aos medicamentos, a possibilidade de criação de cepas atenuadas e para outros fins. Existe uma homologia pronunciada no arranjo dos genes de Escherichia coli e Salmonella.

Em alguns casos, os genes (cístrons) que controlam os estágios individuais da síntese do metabólito final estão localizados em uma seção do cromossomo bacteriano. A sequência de localização dos genes corresponde à sequência de utilização dos compostos intermediários por eles determinados durante a síntese do metabólito final. Na mesma região do cromossomo onde estão localizados os genes estruturais, também podem estar localizadas unidades genéticas reguladoras, que juntamente com os genes estruturais correspondentes constituem um operon (ver). Um exemplo de tais operons são grupos de genes que proporcionam a síntese de histidina, triptofano, etc.

Noutros casos, genes estruturais e reguladores da mesma via bioquímica estão localizados em diferentes regiões do cromossoma bacteriano, como exemplificado pelos genes que controlam a síntese de metionina, clivagem de arabinose, síntese de purinas, etc.

O estudo da troca genética em bactérias não se limita ao propósito de mapeamento genético. A possibilidade de tal troca também é utilizada para obter novas cepas de bactérias úteis para humanos. Em particular, a recombinação entre bactérias patogénicas e não patogénicas pode ser utilizada para construir estirpes atenuadas, isto é, estirpes com virulência enfraquecida, adequadas para a produção de vacinas vivas. Tais cepas podem ser obtidas de bactérias patogênicas (por exemplo, de bactérias disenterias) substituindo a região (ou regiões) genética que determina sua patogenicidade pelas regiões correspondentes do cromossomo de bactérias não patogênicas (por exemplo, Escherichia coli). Para criar cepas atenuadas, é necessário não só garantir a possibilidade de troca genética, mas também estudar primeiro as bases genéticas da patogenicidade, virulência, imunogenicidade e mapear os genes que as determinam. Somente sob essa condição poderá ser realizada a construção de cepas vacinais completas, tendo perdido apenas a virulência, mas mantendo as propriedades que garantem a imunogenicidade.

A troca genética nas bactérias também ocorre em seu habitat natural, resultando na variabilidade de recombinação das bactérias, manifestada na formação de formas atípicas. Esta circunstância confere interesse prático ao estudo do processo de recombinação, uma vez que o mecanismo de formação, o significado patogenético e diagnóstico das formas atípicas são as questões mais prementes da patologia infecciosa.

Além da variabilidade fenotípica e de recombinação, as bactérias são caracterizadas pela variabilidade mutacional, ou seja, variabilidade causada por mutações, que são rearranjos estruturais de genes, sua perda total ou parcial (deleções), não associadas a recombinações. As bactérias são amplamente utilizadas para estudar os padrões do processo de mutação. A mutação (ver), ou seja, uma mudança no genótipo, é um fenômeno causado pela ação de agentes mutagênicos. Eles são a base de toda pesquisa genética, uma vez que o estudo da função dos genes, seu mapeamento e outros problemas genéticos só podem ser resolvidos com a ajuda de mutantes apropriados. A natureza dos mutantes bacterianos formados sob a influência de agentes mutagênicos não depende do mecanismo de ação dos mutagênicos (ver). A ideia criada na primeira fase do desenvolvimento da genética bacteriana sobre a adequação da variabilidade mutacional das bactérias aos mutagênicos utilizados, ou seja, sobre a ação específica destes últimos, revelou-se errônea, assim como o conceito da natureza espontânea do processo de mutação revelou-se errônea. Essa ideia baseava-se no fato de que, ao serem expostos a agentes que causavam a morte da maior parte da população bacteriana, os pesquisadores obtinham mutações correspondentes ao agente utilizado. Por exemplo, a ação das sulfonamidas foi acompanhada pela liberação de mutantes resistentes às sulfonamidas, a ação dos fagos foi acompanhada pela liberação de mutantes resistentes aos fagos, etc. Os trabalhos de S. Luria, M. Delbruck, J. Lederberg e H. Newcombe foi demonstrado que a formação de tais mutantes ocorre antes da adição de um agente destrutivo, e este último desempenha apenas o papel de fator de seleção. Mudanças mutacionais nas populações bacterianas ocorrem em muitos genes, mas os agentes de reprodução selecionam apenas as mutações relevantes. Por exemplo, uma população mutante de bactérias pode conter mutantes de vários tipos: auxotróficos - incapazes de sintetizar quaisquer compostos necessários para a célula; mutantes que perderam ou adquiriram a capacidade de fermentar carboidratos individuais; resistente a antibióticos, etc. Quando tal população é semeada em um meio com um antibiótico, indivíduos não mutados, bem como indivíduos portadores de mutações que não estão relacionadas à resistência a antibióticos, não crescerão. Somente bactérias que possuem mutações no gene que determina a resistência correspondente crescerão nesse meio. Isto, no entanto, não significa que a origem dos mutantes resistentes aos antibióticos esteja associada à exposição ao agente de seleção. A causa do surgimento de mutantes resistentes, bem como de mutantes que não foram detectados em meio com antibiótico, são eventos mutacionais que ocorreram antes da exposição ao agente de seleção. Por sua vez, isso não significa que um agente de seleção não possa ter atividade mutagênica, mas se tiver tal atividade, induz mutações não apenas em genes correspondentes ao seu mecanismo de ação, mas também, como qualquer outro mutagênico, em uma ampla variedade de genes e seleciona apenas bactérias adequadamente modificadas.

A inconsistência do conceito de mutação espontânea de bactérias foi refutada com base no fato de que, ao testar numerosos compostos químicos e agentes físicos, possivelmente agindo em populações de bactérias comumente cultivadas, descobriu-se que a atividade mutagênica é característica de uma gama extremamente ampla de fatores, incluindo metabólitos naturais de bactérias. A ação desses fatores nem sempre é controlável, mas explica o motivo da ocorrência das chamadas mutações espontâneas.

Segundo o conceito moderno, as mutações espontâneas são um fenômeno da mesma ordem das mutações obtidas experimentalmente, denominadas induzidas. Tanto esses como outros são determinados causalmente. As únicas diferenças são que as mutações induzidas surgem sob a influência de agentes mutagénicos especialmente utilizados, enquanto os agentes que causam mutações espontâneas permanecem obscuros. O termo “espontâneo”, portanto, não reflete a essência do fenômeno e é utilizado convencionalmente para designar mutações que ocorrem sem influências especiais.

As mutações causadas pela influência de agentes mutagênicos surgem em decorrência de alterações na sequência de nucleotídeos do DNA, cuja manifestação é a perda ou alteração da função do polipeptídeo codificado por um determinado gene, ou uma alteração nas propriedades do regulador. unidades do genoma bacteriano (operador, promotor). De acordo com a “extensão”, as mutações genéticas e cromossômicas são diferenciadas. Os primeiros afetam um gene, os últimos se estendem a mais de um gene. Mutações cromossômicas ocorrem como resultado da perda de um grande número de nucleotídeos (deleções). As mutações genéticas são frequentemente mutações pontuais, ou seja, envolvem a substituição, inserção ou exclusão de um par de nucleotídeos de DNA. Existem substituições simples e complexas de bases nitrogenadas no DNA - transições e transversões (ver Mutação).

As bactérias são caracterizadas por mutações diretas e reversas. Estes últimos costumam ter um caráter supressor. Todos os mutagênicos conhecidos têm efeitos mutagênicos nas células bacterianas. Os mutagênicos mais comumente usados ​​na pesquisa genética bacteriológica são os raios ultravioleta, a radiação penetrante, os agentes alquilantes mono e bifuncionais, os análogos de base e vários outros.

Estudos recentes realizados em bactérias revelaram a presença de sistemas geneticamente determinados que garantem a reparação de danos ao material genético (DNA). Esses estudos lançaram uma nova direção na genética e na biologia molecular. Os dados obtidos no estudo da atividade reparadora bacteriana levaram à revisão de uma série de ideias sobre os mecanismos de ação dos agentes mutagênicos, a formação, fixação e expressão fenotípica de alterações mutacionais.

Antígenos de bactérias

Os antígenos bacterianos estão localizados em flagelos, cápsulas, parede celular, membranas e outras estruturas celulares. Os antígenos bacterianos são componentes biologicamente ativos da célula que determinam suas propriedades imunogênicas, tóxicas e invasivas. A decifração da estrutura química dos antígenos bacterianos, o controle de sua síntese pela célula e sua localização, bem como a especificidade imunogênica são a base teórica para a criação de métodos eficazes de diagnóstico e imunoprofilaxia específica de infecções bacterianas.

A distribuição de antígenos em uma célula bacteriana é estudada por métodos imunocitológicos - a reação específica da cápsula segundo J. Tomcsik, o método direto e indireto de anticorpos fluorescentes, o método de anticorpos marcados com ferritina, iodo, mercúrio ou urânio, usando microscopia eletrônica de cortes ultrafinos, bem como isolar estruturas individuais para seu posterior estudo imunológico. Para isolar antígenos de bactérias, utiliza-se destruição mecânica com pequenas esferas de vidro, ultrassom, alta pressão, detergentes, lisozima ou bacteriófago. Complexos antigênicos solúveis são extraídos de bactérias tratando-as com enzimas proteolíticas, água quente, ácido tricloroacético, dietilglicol, fenol, uréia, piridina, éter etílico, etc. Os antígenos solúveis são purificados por ultracentrifugação gradiente usando cromatografia em coluna ou eletroforese preparativa. Antígenos altamente purificados são obtidos de enterobactérias, micróbios da coqueluche, estreptococos, etc.

Entre os antígenos bacterianos, existem tipos, espécies, grupos e gêneros específicos, bem como “inespecíficos”. A maioria dos antígenos específicos de tipo e grupo estão localizados nos flagelos, na cápsula e na parede celular das bactérias. Antígenos de membranas e estruturas intracelulares de células bacterianas não foram suficientemente estudados.

Antígenos flagelares (antígenos H) são uma proteína (flagelina) com peso molecular de 20.000-40.000, composta por cadeias polipeptídicas alfa e beta. Durante a ultracentrifugação analítica, a flagelina forma um pico homogêneo com um coeficiente de sedimentação de 1,5-1,68. Quando aquecidos a uma temperatura de 100° em um ambiente fortemente ácido ou alcalino, os antígenos flagelares são inativados. Supõe-se que a composição de aminoácidos de diferentes sorotipos de antígenos flagelares de Salmonella, Escherichia e outras enterobactérias é diferente e isso determina sua especificidade de tipo. A classificação dos sorotipos de Salmonella é baseada na diferença na especificidade dos antígenos flagelares. Flagelos isolados de enterobactérias, Vibrio cholerae e outras bactérias reagem como antígeno H (ver Flagelos bacterianos), no entanto, a fração de flagelos sempre contém uma mistura de antígeno O. Os flagelos e flagelina das formas S e R de Proteus mirabilis contêm componentes antigênicos comuns e diferentes. A especificidade antigênica depende da conexão e sequência das subunidades da flagelina do filamento flagelar. Usando o método de imunodifusão (ver), dois componentes são detectados no antígeno H. Usando métodos imunoquímicos preparativos, é possível obter um antígeno H purificado a partir do antígeno O. O antígeno H purificado não possui atividade protetora em experimentos em animais de laboratório. Antígenos flagelares solúveis são usados ​​para a preparação de diagnósticos H de eritrócitos.

Antígenos de cápsula (antígenos K) muitas bactérias são específicas do tipo e estimulam imunidade específica (ver). Muitos dos antígenos capsulares são polissacarídeos ou mucopeptídeos.

Os antígenos capsulares dos pneumococos são polissacarídeos específicos do tipo, na forma isolada possuem propriedades de haptenos (ver Haptenos) e são designados como substância solúvel específica (SSS). A cápsula do patógeno do antraz contém um hapteno-peptídeo, bem como antígenos de natureza proteica-polissacarídica que são sensíveis a enzimas proteolíticas. Polipeptídeo glutamil capsular encontrado em você. megaterium, tem propriedades de um antígeno, reagindo de forma cruzada com antígenos da parede celular do mesmo micróbio. Antígenos capsulares de natureza polissacarídica foram identificados em micróbios do gênero Acetobacter. Esses antígenos reagiram de forma cruzada com anti-soros para estreptococos dos grupos B e G, bem como para pneumococos tipo 23. Serol cruzado, a reação se deve à presença de um grupo determinante comum nos antígenos - L-ramnose.

Foram estabelecidas reações cruzadas entre antígenos polissacarídeos capsulares de meningococos dos grupos A e B. pumilus, meningococos do grupo C e E. coli 016: NM, pneumococos tipo III e E. coli K7, etc.

Antígenos polissacarídeos foram encontrados na cápsula (mais precisamente microcápsula) de enterobactérias: antígeno Vi (ver) em S. typhi, S. paratyphi C, E. coli, E. ballerup, antígenos B(K) em Escherichia, K- antígenos em Klebsiella. Em algumas Salmonella, foram encontrados antígenos capsulares de natureza proteica que possuem propriedades protetoras (S. typhimurium, S. adelaide, Citrobacter). Os antígenos polissacarídeos capsulares de K. pneumoniae têm efeito adjuvante (ver Adjuvantes).

Antígenos específicos de tipo, grupo, espécie e gênero foram identificados na parede celular de muitos tipos de micróbios. De acordo com o esquema de Krause (R. M. Krause, 1963), a parede celular do estreptococo contém antígenos proteicos específicos do tipo (substância M) e antígenos específicos do grupo de natureza polissacarídica. O antígeno M (existem até 60 tipos) é um antígeno protetor; na forma parcialmente purificada, é proposta como vacina. Conduzido por Amer. Os testes dos cientistas de uma vacina composta por antígeno M parcialmente purificado mostraram que a droga causou reumatismo em algumas crianças vacinadas. De acordo com vários autores, o antígeno M está intimamente relacionado a um antígeno que reage de forma cruzada com o antígeno do músculo cardíaco humano. Supõe-se que o antígeno de reação cruzada e o antígeno M sejam determinantes diferentes da mesma molécula de proteína. Também foi descoberto que existe uma conexão entre o antígeno M do estreptococo do grupo A tipo 1 e o sistema HLA dos linfócitos humanos. Outro antígeno específico do grupo da parede celular dos estreptococos é o antígeno mucopeptídeo, cuja especificidade é determinada pela N-acetilglucosamina (para estreptococos do grupo A) e N-acetilgalactosamina (para estreptococos do grupo C). O antígeno específico do grupo dos estreptococos lácticos é o ácido teicóico intracelular.

A parede celular dos estafilococos contém antígenos específicos da espécie - antígeno da proteína A na camada superficial da parede e ácido teicóico, que, em combinação com o mucopeptídeo, constitui a camada interna da parede. O antígeno A é um precipitinogênio encontrado na maioria das cepas de Staphylococcus aureus, seu mol. peso 13.200.Tem a capacidade de entrar em reação inespecífica com o fragmento Fc das imunoglobulinas da classe G no soro sanguíneo de humanos e alguns animais. O ácido teicóico é um precipitinogênio específico que consiste em subunidades de poliribitol fosfato às quais estão ligadas N-acetil glicose amina (grupo determinante) e D-alanina. O ácido teicóico é encontrado nas paredes celulares de estreptococos, estafilococos e micrococos. subtilis e bactérias do ácido láctico. Foi estabelecido que o ácido teicóico isolado de estafilococos possui propriedades protetoras. Das paredes celulares de Cl. botulinum tipo A é um antígeno proteico termoestável, resistente à tripsina e que foi isolado e purificado.

Antígenos específicos de espécies e gêneros foram encontrados nas paredes celulares de corinebactérias, nocardias, micobactérias e actinomicetos. O mucopeptídeo da parede celular de corinebactérias, nocardias e micobactérias contém arabinose e galactose, que causam reatividade sorológica cruzada entre cepas desses grupos. Dois antígenos foram identificados na parede celular do micróbio da difteria: uma proteína específica do tipo de superfície e um polissacarídeo termoestável específico do grupo mais profundo. Um conjunto complexo de antígenos foi identificado na parede celular de corinebactérias anaeróbias por meio de radioimunoeletroforese. O principal componente das paredes celulares desses micróbios revelou-se um polissacarídeo ácido. Haptenos mucopolissacarídeos específicos do grupo foram identificados nas paredes celulares de Bac. antracis. Esses haptenos reagem em uma reação de precipitação com antígenos semelhantes isolados de você. cereus Antígenos específicos do seu tipo. megaterium também estão localizados na parede celular.

O - antígeno (endotoxina) das enterobactérias está localizado na camada intermediária da parede celular e é um composto complexo que consiste em uma proteína ou peptídeo, um polissacarídeo e um lipídio. O lipopolissacarídeo (complexo glucidolipóide), extraído por uma mistura de fenol e água, tem um peso molecular de 106-107, consiste em 60-70% de polissacarídeo fosforilado e 20-40% de lipídios (ácidos graxos lipídicos A). O peso molecular do polissacarídeo purificado é de 20.000 a 60.000. O polissacarídeo de antígenos O de diferentes tipos de enterobactérias é construído de acordo com o mesmo princípio e consiste em uma estrutura básica e cadeias laterais específicas de S, que são grupos determinantes. A estrutura básica (também conhecida como R-lipopolissacarídeo) de todos os sorotipos de Salmonella inclui glucosamina, 2-ceto-3-desoxioctanato (KDO), L-glicero-D-mano-heptose, galactose e glicose.

Existem 6 quimiotipos conhecidos de lipopolissacarídeos R identificados nos mutantes R correspondentes (Ra, Rb, Rc, Rd1, Rd2 e Re), que diferem no grau de defeito na estrutura química. As cadeias de proteínas incluem 6-desoxi e especialmente 3,6-didesoxihexoses. Cadeias laterais específicas de S são construídas a partir de oligossacarídeos repetidos. Os fatores O representam parte ou todo o grupo determinante do antígeno O. São classificados de acordo com o esquema de Kaufermann-White utilizando reações de aglutinação cruzada ou homóloga. O açúcar terminal que tem maior afinidade pelo sítio ativo do anticorpo é designado como açúcar imunodominante. O fator O 2 (grupo A) é determinado pelo açúcar imunodominante paratose, o fator O 4 (grupo B) por abequoise, o fator O 9 (grupo D) por tyvelose, etc. O açúcar imunodominante de Shigella dysenteriae é a ramnose. A especificidade do complexo O-antígeno é garantida não apenas pelo açúcar imunodominante, mas também pela sequência de arranjo dos açúcares na cadeia lateral e pela natureza do produto químico. ligações entre açúcares individuais. Inicialmente, a estrutura básica do polissacarídeo é sintetizada na célula microbiana e depois nas cadeias laterais. A parte lipídica do antígeno O (lipídio A) é quase idêntica em todas as enterobactérias. O lipídio A é uma longa cadeia de ácidos graxos derivados da polifosfo-d-glucosamina e está fortemente ligado a um polissacarídeo específico de O. Nesse caso, a biossíntese da molécula do polissacarídeo, bem como de toda a molécula do antígeno O, é determinada geneticamente.

O antígeno O isolado (lipopolissacarídeo) possui estrutura ramificada, que é rompida quando o complexo é tratado com desoxicolato de sódio; formam-se as chamadas subunidades de haptenos, a partir das quais, aparentemente, todo o complexo é construído. Os antígenos O isolados são tóxicos, pirogênicos, causam fenômeno de Schwartzman local e geral (ver fenômeno de Schwartzman), necrose do tecido tumoral, resistência específica e inespecífica, e também possuem atividade imunoestimulante e imunossupressora. Presume-se que a atividade tóxica dos antígenos O é devida ao lipídio A. A administração do antígeno O a animais é acompanhada por leucopenia e trombocitopenia. O antígeno O causa o fenômeno da tolerância, acompanhado por um aumento notável na atividade fagocítica. Além do antígeno O, antígenos termolábeis, bem como antígenos gerais, foram encontrados nas paredes celulares das enterobactérias.

Em 1962, S. Kunin e coautores descreveram pela primeira vez o antígeno comum de enterobactérias, que difere em especificidade do antígeno O. O antígeno comum extraído da E. coli 014, um polissacarídeo, provoca a produção de anticorpos específicos em coelhos.

O lipopolissacarídeo, ou lipídio A, administrado a um animal junto com um antígeno comum, suprime a produção de anticorpos contra o antígeno comum. Outro tipo de antígeno comum, denominado antígeno C, foi encontrado em E. coli e Sh. sonei. Sh. sonnei, por meio da reação de hemaglutinação, foi identificado um aglutinogênio bacteriano (AB) associado ao lipopolissacarídeo. Em 1969, E. Engelbrecht relatou outro antígeno comum em enterobactérias, o fator “alcoholofílico”, obtido de S. paratyphi A e B, S. bareilly. Supõe-se que o antígeno “alcoólico” seja um polissacarídeo. Um antígeno alfa específico está localizado nas paredes celulares do Vibrio cholera, um antígeno proteico protetor e um fator de sensibilização à histamina estão localizados no agente causador da tosse convulsa, e um antígeno extraído por uma mistura de fenol-água e vestígios da fração I são localizado no micróbio da peste.

A atividade protetora das paredes celulares isoladas foi demonstrada em experimentos com estafilococos, estreptococos, micróbios da tularemia, o agente causador da peste, enterobactérias, micróbios da coqueluche, micobactérias, Vibrio cholerae e Brucella. Antígenos solúveis com atividade protetora são extraídos das paredes celulares desses micróbios. As paredes celulares de muitos micróbios gram-positivos e gram-negativos causam a formação de grânulos, dermatite, hepatite, cardite crônica e artrite em animais de laboratório. Em experimentos in vitro, as paredes celulares estimulam a liberação de enzimas lisossomais, têm efeito citotóxico e inibem a flucitose bacteriana e o crescimento celular.

Assim, as estruturas superficiais de muitas bactérias contêm antígenos específicos de tipo, grupo, espécie e gênero, bem como antígenos comuns para diferentes tipos de micróbios. Muitos dos antígenos listados são importantes na patogênese de doenças e na formação de imunidade específica.

Antígenos de membranas e estruturas intracelulares. Antígenos específicos estão concentrados nas membranas bacterianas. Então, antígenos da membrana citoplasmática B. megaterium diferem em sua especificidade dos antígenos da parede celular.

Um estudo da estrutura antigênica das membranas de Micrococcus lysodeicticus mostrou que existem 8 antígenos localizados na superfície da membrana citoplasmática. Antígenos O e H, bem como antígenos não identificados, foram encontrados na fração de membrana de E. coli 0111: K 4: H12 e outras enterobactérias. Foi estabelecido que o antígeno O das membranas é idêntico ao antígeno O das paredes celulares. O antígeno H das membranas é idêntico ao antígeno H dos flagelos isolados, uma vez que a parte basal do flagelo está fixada ou localizada na superfície interna da membrana citoplasmática. Portanto, a atividade antigênica H das membranas é devida à atividade antigênica da parte basal do flagelo. Proteínas extraídas das membranas de micoplasmas de diferentes grupos de serola apresentaram atividade antigênica específica. Uma estrutura em forma de bastonete com coeficiente de sedimentação de 22s, que possui propriedades protetoras (antígeno 223), foi isolada do micróbio coqueluche destruído por ultrassom. Este antígeno provavelmente está localizado nas membranas. Uma nova classe de antígeno bacteriano foi descrita - o ácido lipoteicóico, que pode ser isolado de estreptococos, bactérias lácticas e alguns bacilos. O ácido lipoteicoico está localizado na superfície da membrana citoplasmática e é um antígeno específico do grupo. O ácido lipoteicóico é composto por 25-30 resíduos de glicerofosfato e um componente lipídico (glicolípido). Alguns resíduos de glicerofosfato são substituídos por glicose e D-alanina. Os antígenos de membrana da maioria das bactérias patogênicas foram pouco estudados.

A fração citoplasmática das bactérias distingue-se por uma certa originalidade: juntamente com componentes citoplasmáticos (ribossomos, grânulos, fragmentos do retículo endoplasmático, seiva celular), contém componentes nucleares (DNA e, possivelmente, proteínas nucleares).

Portanto, ao submeter a análise da fração citoplasmática imunol, às vezes é difícil dizer devido a quais antígenos a atividade foi detectada.

A chamada fração total do citoplasma de enterobactérias, micróbios da coqueluche, cocos e outras bactérias tem atividade antigênica fraca. Antígenos comuns foram encontrados no citoplasma de várias bactérias: entre cepas do gênero Nocardia e Streptomyces, Nocardia e Mycobacterum. Antígenos citoplasmáticos idênticos foram identificados em micobactérias, actinomicetos e corinebactérias. No entanto, foram encontrados antígenos específicos no citoplasma do micróbio da peste: fração I, toxina de “camundongo”, antígeno VW e um complexo antigênico extraído por tratamento tricloroacético. Os antígenos listados podem ser importantes na patogênese da infecção. Utilizando um modelo de micróbio da peste, foi demonstrado que os complexos antigênicos obtidos pelo método fenol-água e o complexo antigênico extraído pelo ácido tricloroacético são antígenos diferentes e, possivelmente, localizados em estruturas diferentes. A partir de um lisado ultrassônico de Shigella, Seltman (G. Seltman, 1975) isolou um antígeno movendo-se para o ânodo (ATA), que se revelou comum a muitas enterobactérias. Este antígeno proteico provavelmente está localizado dentro da célula.

Os antígenos foram identificados nos ribossomos: durante 1960-1963, descobriu-se que três tipos de antígenos estão localizados nos ribossomos bacterianos, comuns a muitas bactérias (aparentemente RNA), comuns a um número limitado de espécies (proteínas) e específicos para cada espécie. Em 1967-1975, foi demonstrado que frações ribossômicas obtidas de enterobactérias, listeria, micobactérias, micróbios pertussis, vibrios cholerae e estafilococos têm propriedades protetoras em experimentos com animais de laboratório. Está comprovado que a atividade protetora dos ribossomos não está associada à mistura de antígenos da parede celular. Uma proteína que possuía propriedades protetoras específicas foi isolada da fração ribossômica de Vibrio cholerae por meio de cromatografia de troca iônica, e os ribossomos purificados não causaram proteção em animais. No entanto, alguns pesquisadores sugerem que a atividade protetora dos ribossomos está associada ao RNA, outros à proteína, e ainda outros acreditam que algum tipo de carboidrato, possivelmente da parede celular, que possui propriedades específicas de um antígeno, está “ligado” a ribossomos isolados. O mecanismo do efeito protetor das vacinas “ribossomais” não é claro.

Pesquisa de E. Ribi et al. Foi demonstrada a presença no citoplasma das enterobactérias de um polissacarídeo de baixo peso molecular, que, devido às suas propriedades antigênicas e químicas. a composição está próxima do antígeno O da parede celular. Este polissacarídeo é descrito como plasmático. Sua atividade antigênica aparece apenas quando combinada com o antígeno O. Contudo, um tal complexo não induz a formação de anticorpos em coelhos. O polissacarídeo plasmático foi designado como hapteno nativo, construído a partir de “moléculas lineares” (partículas) com peso molecular de 163.000, diâmetro de 1,6 nm e comprimento de 130 nm. Moléculas de hapteno nativo, diferentemente do antígeno O, não formam estruturas micelares. Foi sugerido que o hapteno nativo é um precursor do antígeno O da parede celular.

Muitos pesquisadores descobriram que o DNA bacteriano possui propriedades antigênicas. As preparações de DNA bacteriano reagem como antígenos com soros homólogos e heterólogos. A reatividade cruzada do serol é mostrada entre o DNA das bactérias e o DNA das células do macroorganismo.

Alguns pesquisadores acreditam que o DNA bacteriano e as nucleoproteínas estimulam o processo autoimune.

Assim, as bactérias apresentam um mosaico complexo de antígenos que se distribuem em quase todas as estruturas e organelas. Alguns destes antígenos são mais ativos, outros menos. O mais importante do ponto de vista prático é a questão da identificação e isolamento de antígenos protetores na forma purificada com a finalidade de produzir vacinas e medicamentos de diagnóstico eficazes.

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As bactérias são o organismo mais antigo da Terra e também o mais simples em sua estrutura. Consiste em apenas uma célula, que só pode ser vista e estudada ao microscópio. Uma característica das bactérias é a ausência de núcleo, razão pela qual as bactérias são classificadas como procariontes.

Algumas espécies formam pequenos grupos de células e esses aglomerados podem ser circundados por uma cápsula (caixa). O tamanho, forma e cor da bactéria são altamente dependentes do ambiente.

As bactérias distinguem-se pela sua forma em forma de bastonete (bacilo), esférica (cocos) e enrolada (espirila). Existem também modificados - cúbicos, em forma de C, em forma de estrela. Seus tamanhos variam de 1 a 10 mícrons. Certos tipos de bactérias podem se mover ativamente por meio de flagelos. Estas últimas têm por vezes o dobro do tamanho da própria bactéria.

Tipos de formas de bactérias

Para se mover, as bactérias usam flagelos, cujo número varia – um, um par ou um feixe de flagelos. A localização dos flagelos também pode ser diferente - em um lado da célula, nas laterais ou distribuídos uniformemente por todo o plano. Além disso, um dos métodos de movimento é considerado o deslizamento, graças ao muco que cobre o procarioto. A maioria tem vacúolos dentro do citoplasma. Ajustar a capacidade de gás dos vacúolos ajuda-os a subir ou descer no líquido, bem como a mover-se através dos canais de ar do solo.

Os cientistas descobriram mais de 10 mil variedades de bactérias, mas segundo pesquisadores científicos, existem mais de um milhão de espécies no mundo. As características gerais das bactérias permitem determinar o seu papel na biosfera, bem como estudar a estrutura, tipos e classificação do reino bacteriano.

Habitats

A simplicidade da estrutura e a velocidade de adaptação às condições ambientais ajudaram as bactérias a se espalharem por uma ampla área do nosso planeta. Eles existem em todos os lugares: água, solo, ar, organismos vivos - tudo isso é o habitat mais aceitável para procariontes.

As bactérias foram encontradas tanto no pólo sul quanto em gêiseres. Eles são encontrados no fundo do oceano, bem como nas camadas superiores do envelope aéreo da Terra. As bactérias vivem em todos os lugares, mas seu número depende de condições favoráveis. Por exemplo, um grande número de espécies bacterianas vive em corpos d'água abertos, bem como no solo.

Características estruturais

Uma célula bacteriana se distingue não apenas pelo fato de não possuir núcleo, mas também pela ausência de mitocôndrias e plastídios. O DNA desse procarioto está localizado em uma zona nuclear especial e tem a aparência de um nucleóide fechado em um anel. Nas bactérias, a estrutura celular consiste em parede celular, cápsula, membrana semelhante a cápsula, flagelos, pili e membrana citoplasmática. A estrutura interna é formada por citoplasma, grânulos, mesossomos, ribossomos, plasmídeos, inclusões e nucleoides.

A parede celular de uma bactéria desempenha a função de defesa e suporte. As substâncias podem fluir livremente através dele devido à permeabilidade. Esta casca contém pectina e hemicelulose. Algumas bactérias secretam um muco especial que pode ajudar a proteger contra o ressecamento. O muco forma uma cápsula - um polissacarídeo de composição química. Nesta forma, a bactéria pode tolerar até temperaturas muito altas. Também desempenha outras funções, como adesão a quaisquer superfícies.

Na superfície da célula bacteriana existem finas fibras proteicas chamadas pili. Pode haver um grande número deles. Pili ajuda a célula a transmitir material genético e também garante a adesão a outras células.

Sob o plano da parede existe uma membrana citoplasmática de três camadas. Garante o transporte de substâncias e também desempenha um papel significativo na formação de esporos.

O citoplasma das bactérias é 75% feito de água. Composição do citoplasma:

• Peixes;
• mesossomos;
• aminoácidos;
• enzimas;
• pigmentos;
• açúcar;
• grânulos e inclusões;
• nucleóide.

O metabolismo em procariontes é possível com e sem a participação do oxigênio. A maioria deles se alimenta de nutrientes prontos de origem orgânica. Muito poucas espécies são capazes de sintetizar substâncias orgânicas a partir de substâncias inorgânicas. São bactérias verde-azuladas e cianobactérias, que desempenharam um papel significativo na formação da atmosfera e na sua saturação com oxigênio.

Reprodução

Em condições favoráveis ​​​​à reprodução, realiza-se por brotação ou vegetativamente. A reprodução assexuada ocorre na seguinte sequência:

1. A célula bacteriana atinge seu volume máximo e contém o suprimento necessário de nutrientes.
2. A célula se alonga e um septo aparece no meio.
3. A divisão de nucleotídeos ocorre dentro da célula.
4. O DNA principal e separado divergem.
5. A célula se divide ao meio.
6. Formação residual de células-filhas.

Com esse método de reprodução, não há troca de informações genéticas, portanto todas as células-filhas serão uma cópia exata da mãe.

O processo de reprodução bacteriana em condições desfavoráveis ​​é mais interessante. Os cientistas aprenderam sobre a capacidade de reprodução sexual das bactérias há relativamente pouco tempo - em 1946. As bactérias não se dividem em células femininas e reprodutivas. Mas o seu ADN é heterogéneo. Quando duas dessas células se aproximam, elas formam um canal para a transferência de DNA e ocorre uma troca de locais - recombinação. O processo é bastante longo e o resultado são dois indivíduos completamente novos.

A maioria das bactérias é muito difícil de ver ao microscópio porque não tem cor própria. Poucas variedades são de cor roxa ou verde devido ao seu conteúdo de bacterioclorofila e bacteriopurpurina. Porém, se observarmos algumas colônias de bactérias, fica claro que elas liberam substâncias coloridas em seu ambiente e adquirem uma cor brilhante. Para estudar os procariontes com mais detalhes, eles são corados.

Classificação

A classificação das bactérias pode ser baseada em indicadores como:

• Forma
• maneira de viajar;
• método de obtenção de energia;
• produtos residuais;
• grau de perigo.

Simbiontes de bactérias vivem em comunidade com outros organismos.

Bactérias saprófitas vivem de organismos, produtos e resíduos orgânicos já mortos. Eles promovem os processos de apodrecimento e fermentação.

O apodrecimento limpa a natureza de cadáveres e outros resíduos orgânicos. Sem o processo de decadência não haveria ciclo de substâncias na natureza. Então, qual é o papel das bactérias no ciclo das substâncias?

As bactérias em decomposição são auxiliares no processo de decomposição de compostos proteicos, bem como de gorduras e outros compostos que contêm nitrogênio. Após realizar uma reação química complexa, eles quebram as ligações entre as moléculas dos organismos orgânicos e capturam moléculas de proteínas e aminoácidos. Quando decompostas, as moléculas liberam amônia, sulfeto de hidrogênio e outras substâncias nocivas. Eles são venenosos e podem causar envenenamento em pessoas e animais.

As bactérias em decomposição se multiplicam rapidamente em condições que lhes são favoráveis. Por se tratarem não apenas de bactérias benéficas, mas também de bactérias nocivas, para evitar o apodrecimento prematuro dos produtos, as pessoas aprenderam a processá-los: secagem, decapagem, salga, defumação. Todos esses métodos de tratamento matam as bactérias e impedem que elas se multipliquem.

As bactérias de fermentação com a ajuda de enzimas são capazes de decompor os carboidratos. As pessoas notaram essa capacidade desde os tempos antigos e ainda usam essas bactérias para fazer produtos de ácido láctico, vinagres e outros produtos alimentícios.

As bactérias, trabalhando em conjunto com outros organismos, realizam um trabalho químico muito importante. É muito importante saber que tipos de bactérias existem e quais os benefícios ou malefícios que trazem à natureza.

Significado na natureza e para os humanos

A grande importância de muitos tipos de bactérias (nos processos de decomposição e vários tipos de fermentação) já foi notada acima, ou seja, cumprindo um papel sanitário na Terra.

As bactérias também desempenham um papel importante no ciclo do carbono, oxigênio, hidrogênio, nitrogênio, fósforo, enxofre, cálcio e outros elementos. Muitos tipos de bactérias contribuem para a fixação ativa do nitrogênio atmosférico e o convertem em forma orgânica, ajudando a aumentar a fertilidade do solo. De particular importância são as bactérias que decompõem a celulose, principal fonte de carbono para a vida dos microrganismos do solo.

Bactérias redutoras de sulfato estão envolvidas na formação de óleo e sulfeto de hidrogênio em lamas medicinais, solos e mares. Assim, a camada de água saturada com sulfeto de hidrogênio no Mar Negro é o resultado da atividade vital de bactérias redutoras de sulfato. A atividade dessas bactérias nos solos leva à formação de soda e salinização sodada do solo. As bactérias redutoras de sulfato convertem os nutrientes dos solos das plantações de arroz em uma forma que fica disponível para as raízes da cultura. Essas bactérias podem causar corrosão de estruturas metálicas subterrâneas e subaquáticas.

Graças à atividade vital das bactérias, o solo fica livre de muitos produtos e organismos prejudiciais e fica saturado com nutrientes valiosos. As preparações bactericidas são usadas com sucesso para combater muitos tipos de pragas de insetos (broca do milho, etc.).

Muitos tipos de bactérias são usados ​​em diversas indústrias para produzir acetona, álcoois etílico e butílico, ácido acético, enzimas, hormônios, vitaminas, antibióticos, preparações proteicas e vitamínicas, etc.

Sem bactérias, os processos de curtimento de couro, secagem de folhas de tabaco, produção de seda, borracha, processamento de cacau, café, imersão de cânhamo, linho e outras plantas de fibra liberiana, chucrute, tratamento de águas residuais, lixiviação de metais, etc.