Содержание

Грамотрицательные кокки: менингококки и гонококки

red0;;Тема 2.1.2: «Грамотрицательные кокки: менингококки и гонококки».

План

1. Менингококки. Таксономия. Морфология, культуральные  и биохимические свойства. 

. Факторы вирулентности. Антигенная структура. 

. Патогенез и клинические формы менингококковых инфекций. 

. Иммунитет. Профилактика. 

. Гонококки. Морфология  и биохимические свойства. Культивирование. 

. Факторы вирулентности.

. Заболевания, вызываемые гонококками. Механизм заражения. 

. Патогенез и клиника.

. Иммунитет.  Лечение и профилактика. 

Менингококки

Таксономия.

Семейство Neisseriaceae, род Neisseria, вид  Neisseria meningitidis  

Менингококк впервые был выделен из спинномозговой жидкости больных менингитом и подвергнут подробному изучению в 1887 году   и                     А. Вейксельбаумом.

Морфология менингококка.  Менингококки представляют собой грамотрицательные сферические клетки диаметром 0,6-0,8 мкм, Расположенные попарно. Парное расположение выражено особенно ясно при рассмотрении мозгов изготовленных из спинномозговой жидкости. В спинномозговой жидкости менингококки часто располагаются внутриклеточно и имеют форму кофейного зерна. В ряде случаев можно наблюдать их в значительном количестве внеклеточно.В мазках из культур менингококки располагаются попарно. Характерной особенностью менингококков является их полиморфизм. В мазках из свежих культур они имеют вид небольших сферических клеток, в старых (3-5 суток) культурах наряду с небольшими сферическими клетками могут наблюдаться в значительном количестве гигантские клетки этих микробов. Менингококки неподвижны, жгутиков не имеют, спор не образуют. При изучении культур под электронным микроскопом обнаружена трехслойная клеточная стенка, образованная белками, липидами и липополисахаридами, снаружи имеется слой полисахарида, который формирует капсулу.

Культуральные свойства. Факультативные анаэробы!  Растут при температуре 36 ° -37 °С, pН  среды 7,2 - 7,4. Менингококки требовательны к условиям культивирования. При росте требуют повышенной влажности и 5-10% содержания СО2 в воздухе, чувствительны к малейшим отклонениям температуры. В качестве источника нативного белка рекомендуется применять сыворотку крупного рогатого скота, лошадиную или кровь любого другого животного. Сыворотка крови должна быть обязательно проверена  на пригодность для культивирования менингококка. 

Сывороточный агар –дает небольшие (2-3 мм в диаметре), нежные колонии S-формы, полупрозрачные, бесцветные с матовым центром.

    Сывороточный бульон –образует легкую муть и небольшой осадок на дне,    а через 3-4 дня на поверхности среды появляется нежная пленка.

Ферментативные свойства.

N. meningitides ферментирует глюкозу и мальтозу до кислоты, не ферментирует лактозу, манит, сахарозу, не образует индол и сероводород, не створаживает молоко, желатин не разжижают, обладает оксидазной активностью.

Факторы патогенности,  антигенная структура 

При разрушении бактериальных клеток высвобождается сильный термоустойчивый эндотоксин, который является липополисахаридом  клеточной стенки. При заболевании он обнаруживается в крови и в спинномозговой жидкости больных. Тяжесть зависит от количества накопившегося токсина. Эндотоксин запускает и поддерживает каскады провоспалительных реакций - свертывание крови, фибринолиз, активацию комплемента и калликреин-кининовой системы, а также образование цитокинов и окиси азота.

Антигенная структура. По капсульным антигенам менингококки делятся на основные серогруппы А, В, С, D и дополнительные X, Y, Z, W-135, 29E. По антигенам клеточной стенки позволяют разделить менингококки на серовары (1, 2, 3 и т.д.). Во время эпидемических вспышек обычно циркулируют  менингококки группы А. Токсин менингококков  представляет собой липополисахарид клеточной стенки. Его количество определяет тяжесть течения заболевания.

На основании антигенных свойств капсульных полисахаридов выделяют по крайней мере 13 серогрупп Neisseria meningitidis. Внутри серогрупп выделяют серотипы, подтипы и иммунотипы - в соответствии с антигенными свойствами белков и липополисахаридов наружной мембраны.

Патогенез и клинические формы менингококковой инфекции.

Источники инфекции. Больной человек и бактерионоситель.

Пути передачи. Основной путь воздушно- капельный.

Менингококки вызывают у человека: менингококковую инфекцию, которая в зависимости от входных ворот инфекции и локализации возбудителя в организме имеет следующие клинические формы: бактерионосительство, острый назофарингит, менингит (серозный, гнойный), менингоэнцефалит, менингококцемия.

Патогенез. Возбудитель имеет тропизм к слизистой оболочке носоглотки, на которой при определенных условиях размножается и выделяется с носоглоточной слизью во внешнюю среду, что соответствует наиболее частой форме инфекции - менингококконосительству. При снижении активности местного иммунитета, нарушении микробиоценоза менингококк может внедриться вглубь слизистой оболочки, вызывая воспаление и симптомы назофарингита. Лишь у 5% больных назофарингитом менингококк, преодолевая местные барьеры, проникает в  сосуды                 подслизистого слоя, а затем гематогенно распространяется, повреждая различные органы. Гематогенная диссеминация возбудителя обусловливает развитие генерализованных форм инфекции. Менингококки проникают в кожу, мозговые оболочки, суставы, сетчатую оболочку глаза, надпочечники, легкие, миокард и другие органы. Ведущую роль в патогенезе тяжелых форм менингококковой инфекции играет системный воспалительный ответ организма, развивающийся в ответ на  бактериемию и токсемию. В результате возникают гемодинамические нарушения, прежде всего, в зоне микроциркуляции, диссеминированное внутрисосудистое свертывание крови и глубокие метаболические расстройства, что приводит к тяжелому, нередко необратимому, поражению жизненно важных органов.

Причиной смерти при генерализованных формах болезни могут быть отек-набухание головного мозга, отек легких, острая надпочечниковая недостаточность, ОПН. Летальность при менингококковой инфекции достигает 12,5%.

Клиническая картина

В соответствии с общепринятой клинической классификацией менингококковой инфекции выделяют следующие её формы.

Первично-локализованные формы:

-менингококковыделительство;

- острый назофарингит;

- пневмония.

Гематогенно-генерализованные формы:

-менингококцемия;

- типичная;

- молниеносная;

- хроническая;

- менингит;

- менингоэнцефалит.

Смешанная форма (менингококцемия + менингит).

Редкие формы (эндокардит, артрит, иридоциклит).

Острый назофарингит

Среди   всех   клинических   форм   менингококковой   инфекции 

наиболее   часто встречают острый  назофарингит.  Клиническая  расшифровка менингококкового назофарингита чрезвычайно затруднена из-за сходств симптоматики с назофарингитами другой этиологии. Инкубационный период при этой форме варьирует в пределах 1-10 дней, но чаще составляет 3-5 сут. Обычно заболевание начинается достаточно остро, больные жалуются на кашель, першение и боли в горле, заложенность носа и насморк со слизисто- гнойным отделяемым. Катаральные явления сопровождают головная боль и повышение температуры тела от субфебрильных до высоких величин. В некоторых случаях возможны боли в суставах. Лицо больного обычно бледное, при осмотре выявляют гиперемию миндалин, мягкого нёба и дужек. Достаточно характерны гиперемия и зернистость задней стенки глотки, покрытой слизисто-гнойным отделяемым. В некоторых случаях пальпируют несколько увеличенные и болезненные подчелюстные лимфатические узлы. Характерна тахикардия. Заболевание продолжается не более 1-3 дней, хотя иногда гиперплазия фолликулов может сохраняться 1-2 нед. В подавляющем большинстве случаев заболевание заканчивается полным выздоровлением. Однако следует обратить внимание, что иногда эта форма может приобретать достаточно тяжёлое течение с развитием выраженного синдрома интоксикации: резкой головной болью, выраженной температурной реакцией, кратковременной менингиальной симптоматикой и мимолётными геморрагическими высыпаниями на коже.

Менингококковая пневмония

Менингококковую пневмонию встречают крайне редко; она может быть очаговой или долевой, обычно с тяжёлым течением. Этиологическая диагностика возможна только при обнаружении возбудителя в мокроте.

Менингококцемия (менингококковый сепсис)

В большинстве случаев менингококцемия развивается после предшествовавшего назофарингита, иногда - на фоне полного здоровья. Острое начало заболевания проявляется ознобом и повышением температуры тела, достигающей за несколько часов 40- 41°С, головной болью, неукротимой рвотой, болями в мышцах спины и конечностей.

При осмотре больного отмечают бледность лица с цианотичным оттенком, одышку, тахикардию. Выражена склонность к значительному снижению артериального давления; можно наблюдать явления коллапса. Очень рано развивается олигурия или анурия, в моче повышается количество белка, лейкоцитов и эритроцитов, также появляются цилиндры. В крови нарастают показатели креатинина и мочевины.

Опорный клинический признак, наводящий на мысль о менингококцемии - экзантема. Она обычно появляется в первые сутки заболевания (в течение 5-15 ч от начала болезни), реже высыпания образуются на 2-е сутки. Сыпь чаще располагается на ягодицах, нижних конечностях, в подмышечных впадинах, на верхних веках и имеет тенденцию к слиянию. Типичные геморрагические элементы различной величины имеют неправильные очертания звёздчатого характера, плотные на ощупь. Чем больше выражены бактериемия и интоксикация, тем многочисленнее и крупнее элементы сыпи. В этих случаях экзантема может принять генерализованный характер, располагаясь на любом участке тела; крупные элементы сыпи подвергаются некрозу. При их обратном развитии могут образовываться язвенно-некротические поверхности на ушных раковинах, кончике носа, дистальных отделах конечностей. Геморрагический синдром при менингококцемии проявляется кровоизлияниями на конъюнктивах, склерах и слизистой оболочке ротоглотки. При более тяжёлом течении развиваются носовые, желудочные, почечные и маточные кровотечения.Уже на ранних сроках болезни могут появиться признаки поражения суставов; при этом в первые дни заболевания обычно возникают поражения мелких суставов кисти, а на 2-й неделе болезни - крупных суставов. Суставная жидкость может носить серозно-гнойный характер, однако выделить из неё возбудитель, как правило, не удаётся. В более тяжёлых и запущенных случаях экссудат носит гнойный характер, в нём обнаруживают менингококки. Отличительная черта менингококцемии, позволяющая проводить клиническую дифференциальную диагностику с другими септическими состояниямиотсутствие гепатолиенального синдрома.

Тяжёлое проявление менингококцемии, нередко с летальным исходом -молниеносная форма,характеризующаяся развитием инфекционно-токсического шока уже в первые часы заболевания. Хроническое течениеменингококцемии наблюдают редко. Характерны длительная интермиттирующая лихорадка, полиморфные высыпания на коже, артриты и полиартриты.

Менингококковый менингит

Менингококковый менингит, так же как и менингококцемия, чаще развивается после клинических проявлений назофарингита. Заболевание начинается остро с подъёма температуры тела до высоких значений и развития общемозговых симптомов - резкой мучительной головной боли, часто неукротимой рвоты без тошноты, не связанной с приёмом пищи.

При осмотре больных отмечают их возбуждение, эйфорию, в части случаев уже в первые часы заболевания наступает расстройство сознания. Характерна гиперемия лица, нередко герпетические высыпания на губах. Отмечают гиперестезию (тактильную, слуховую и зрительную), возможны мышечные судороги. Выражены тахикардия, артериальная гипотензия, задержка мочеотделения.В тяжёлых случаях заболевания больной принимает характерную вынужденную позу. Он лежит на боку с запрокинутой головой и притянутыми к животу ногами, согнутыми в тазобедренных и коленных суставах (положение «взведённого курка»). Эту симптоматику, довольно часто встречавшуюся до эры антибиотикотерапии, в настоящее время наблюдают лишь в запущенных случаях.Рано, уже в первые сутки болезни, появляются тоническое напряжение мышц и мышечные контрактуры - ригидность затылочных мышц и длинных мышц спины, симптомы Кернига, Брудзинского и др. Для детей грудного возраста указанные менингиальные симптомы нетипичны; можно наблюдать лишь выбухание и напряжение большого родничка, а также симптомы подвешивания и «треножника». Отмечают повышение сухожильных рефлексов, расширение рефлексогенных зон. Нередко менингиальные симптомы сочетаются с признаками поражения черепных нервов.Наиболее тяжёлое течение менингококкового менингита наблюдают при молниеносном варианте с набуханием и отёком головного мозга, а также при синдромах церебральной гипотензии и эпендиматита (вентрикулита).При молниеносном течении менингита уже с первых часов заболевания можно наблюдать развитие отёка и набухания головного мозга с возможным вклинением головного мозга в большое затылочное отверстие.

У детей младшего возраста менингит может сопровождаться синдромом церебральной гипотензии.У взрослых состояние в очень редких случаях бывает результатом усиленной дегидратации при проведении лечебных мероприятий. Уже с самого начала заболевания наблюдают быстрое нарастание признаковтоксикоза и эксикоза, ступора, усиление рвоты, судорог. Наблюдают снижениерефлексов, мышечную гипотонию. У детей до года можно обнаружить западение большого родничка. Трудности диагностики в этих случаях связаны с тем, что при развитии синдрома церебральной гипотензии, как правило, не выражена менингиальная симптоматика. При люмбальной пункции давление ликвора резко снижено, он вытекает редкими каплями и имеет гнойный характер. При распространении воспалительного процесса на эпендиму может возникнуть синдром эпендиматита. Клинически он проявляется неукротимой рвотой, мышечными судорогами и тотальной ригидностью мышц. Больные принимают вынужденную позу с вытянутыми ногами, перекрещенными в стопах, и вытянутыми, сжатыми в кулаки руками. Наблюдают расстройства психики, сонливость. Температура тела чаще нормальная. При прогрессировании эпендиматита развиваются кахексия и гидроцефалия. Больные чаще погибают на фоне расстройств дыхания и сердечно- сосудистой деятельности. Понятие «менингококковый менингит» весьма условно, поскольку вследствие тесной анатомической связи между оболочками и веществом мозга воспалительный процесс часто переходит на мозговую ткань. При менингоэнцефалитев клинической картине заболевания обычно отмечают быстрое нарастание психических нарушений, сонливость, развитие стойких параличей и парезов. Менингиальная симптоматика при этом может быть выражена довольно слабо. Определяют характерные для поражения вещества мозга патологические рефлексы - Бабинского, Оппенгейма, Россолимо, Гордона и др. К генерализованным формам относится и смешанная форма (менингококцемия + менингит). Клинически она характеризуется сочетанием симптоматики этих двух состояний.

Осложнения

Осложнения менингококковой инфекции:  глухота вследствие поражения слухового нерва и внутреннего уха;  слепота вследствие поражения зрительного нерва или сосудистой оболочки глаза; водянка головного мозга (потеря сознания, резкая одышка, тахикардия, судороги, повышение артериального давления, сужение зрачков и вялая реакция на свет, угасание менингиальных синдромов.

Лечение.

Антибиотики с учетом антибиотикограммы. Противоменингококковый иммуноглобулин.

Профилактика. Химическая менингококковая вакцина из полисахаридов серогрупп А и С. 

Противоменингококковый иммуноглобулин (для экстренной профилактики контактным).

Методы лабораторной диагностики менингококковой инфекции.

Материал для исследования: слизь из носоглотки, ликвор, кровь, секционный материал.

Методы лабораторной диагностики:  

. Бактериологический –основной.

. Микроскопический.

. Серологический.

.  ПЦР.

Схема выделения и идентификации менингококка.

I этап

1. Производят забор материала (слизь из носоглотки) стерильным заднеглоточным тампоном друг у друга, используя шпатель для языка.

. Из материала делают мазок, окрашивают, микроскопируют и делают предварительный ответ.

. Материал засевают на  чашку Петри с сывороточным агаром→ 37оС           на 18- 24 часа.

II этап

1. На чашке Петри с сывороточным агаром  отбирают типичную  изолированную колонию, обводя её стеклографом со стороны дна чашки.

.  Из 1/4 колонии делают пробу на оксидазу.

3. Из части 1/4 колонии делают мазок, окрашивают по Граму и микроскопируют (должны быть однородные клетки).

. Оставшуюся часть этой же колонии пересевают на  скошенный сывороточный агар для выделения и накопления чистой культуры →37о С      на 24 часа.

III этап

1. Проверяют однородность выделенной чистой  культуры, т.е. делают мазок со скошенного сывороточного агара, окрашивают по Граму, микроскопируют.

. Посев на короткий «пестрый» ряд Гисса с добавлением 30% сыворотки и сывороточный бульон с двумя индикаторными бумажками → 37оС 24 часа.

. Посев на сывороточный агар →  37оС 24 часа.

. Посев на агар  без сыворотки →  37оС 24 часа.

. РА стекле с чистой культурой и менингококковыми агглютинирующими сыворотками для определения серологической группы, т.е. проведение серологической идентификации.

. Проба на чувствительность к антибиотикам.

IVэтап

1. Учет результатов всех тестов и выдают окончательный ответ.

Заключение: «Выделена Neisseria meningitidis  чувствительная к тетрациклину и эритромицину, промежуточная  к стрептомицину, устойчивая к ристомицину и  ампициллину».

Гонококки

Таксономия. Семейство Neisseriaceae, род Neisseria, вид  Neisseria gonorrhoeae.  Гонококки обнаружены Нейссером в 1879 г. И в честь его названо все семейство.

Морфология гонококка.

Гонококки —грамотрицательные диплококки, состоящие из двух бобовидных  кокков, располагаются парами, лежащих друг к другу вогнутой стороной (напоминают кофейные зерна). Они полиморфны, неправильной формы. Гонококки неподвижны, спор не имеют. В патологическом материале (гное) обнаруживают капсулообразное вещество.  В гнойном отделяемом характерно расположение гонококков внутри и вне фагоцитирующих клеток —лейкоцитов (незавершённый фагоцитоз).

Культуральные свойства. Гонококки —аэробы.  Растут на средах, содержащих нативный белок,  при температуре   37 °С, pН  среды 7,2 - 7,4. 

Сывороточный агар, среда Бейли –образует колонии 1-3 мм в диаметре, круглые, прозрачные, голубоватые, блестящие (напоминают «капельки росы»). Рост появляется через 24-48 часов.

Асцит-бульон, сывороточный бульон –дает диффузное помутнение среды и  небольшой осадок.

Ферментативные свойства.

N. gonorrhoeae ферментирует глюкозу и не ферментируют лактозу, 

маннит,  мальтозу и сахарозу, не образует индол и сероводород, не створаживает молоко, желатин не разжижают, обладает оксидазной активностью.

Факторы патогенности,  антигенная структура. 

В клеточной стенке гонококков имеется токсическая субстанция –липополисахарид.  Антигенная структура неоднородна и легко изменяется под влиянием факторов внешней среды. 

Источники инфекции. Больной гонореей человек.

Пути передачи.  Контактно –бытовой (половой), реже через зараженные предметы обихода (полотенце, белье, мочалку). При бленнорее заражение новорожденного происходит через инфицированные родовые пути матери.

Гонококки вызывают у человека:

   1) гонорею –инфекционное венерологическое заболевание, характеризующееся гнойным воспалением слизистых оболочек органов мочеполовой системы;

) бленнорею –острое гнойное воспаление слизистой оболочки глаза (гонорейный конъюктивит).

Заболевания, вызываемые гонококками, их патогенез, клиника,

иммунитет.

Естественным хозяином гонококков является больной человек.

Инкубационный период при гонорее составляет от 1 дня до 1 месяца (обычно 2 - 5 дней). У больных часто  наблюдается смешанная инфекция: гонококки довольно часто соседствуют с другими инфекциями, передаваемыми половым путем, по различным оценкам до 50% случаев вместе с гонококками обнаруживаются трихомонады, хламидии, микоплазмы.  Их присутствие не только удлиняет инкубационный период (что свидетельствует об ослабленной реакции организма), но и ухудшает результаты лечения. Клинически гонорея проявляется болями при мочеиспускании, выделениями гноя из уретры и влагалища. Заболевание протекает остро, но иногда переходит в хроническую форму. Чаще всего гонорейная инфекция проявляется воспалением слизистых оболочек, сопровождающаяся гнойными или слизисто- гнойными выделениями из мочеиспускательного канала (уретры) у мужчин, из уретры и шейки матки у женщин.  В силу анатомических особенностей (большая протяжённость уретры и др.) выраженные болезненные ощущения чаще вынуждают мужчин обращаться за медицинской помощью. Вызванная нейсериями инфекция у женщин протекает более стёрто, несмотря на это, приводя  к серьёзным осложнениям. Так, при обследовании бесполодных женщин мы не столь уж редко обнаруживали скрыто протекающую гонорейную инфекцию. В запущенных случаях, когда лечение неправильное или вообще отсутствует, гонококки начинают распространяться с кровью, поражая при этом сердце, суставы, мозг. Осложненные формы гонореи приводят к эпидидимиту, воспалению предстательной железы, патологическим сужениям уретры.
Источником заражения чаще являются больные с хроническими, малосимптомными формами гонореи, которые не считают имеющиеся у них симптомы свидетельством венерического заболевания. 

Иммунитет.  Естественной   резистентности к гонококкам нет. Перенесенное заболевание также не создает иммунитета.

Лечение. Антибиотики с учетом антибиотикограммы.

Вакцинотерапия (при хронической гонорее применяют убитую гонококковую вакцину).

Профилактика гонореи –не разработаны.     

Профилактика бленнореи –% раствор нитрата серебра закапывают  в конъюктиву обоих глаз новорожденным.

Методы лабораторной диагностики менингококковой инфекции.

Материал для исследования: 

refleader.ru

Грамотрицательные бактерии - это... Что такое Грамотрицательные бактерии?

Фотография сделанная трансмиссионым электронным микроскопом. Клеточные покровы цианобактерии Phormidium uncinatum. Клеточные покровы (CW) состоит из, цитоплазматической мембраны (CM), пептидогликанового слоя (P), периплазматического пространства (PS) и внешней мембраны (OM). В добавок, у цианобактерий есть два дополнительных внешних слоя, типичных для подвижных клеток, внешний зубчатый слой (EL) и слой осцилирующих волоско-подобных фибрилл (F). (CJ) Место секреции слизи; (JP) поры во внешней мембране. [1]

Грамотрицательные бактерии это бактерии, которые не окрашиваются кристаллическим фиолетовым при окрашивании по Граму .[2] В отличие от грамотрицательных, которые полностью обесцвечиваются, грамположительные бактерии сохранят фиолетовую окраску даже после промывания обесцвечивающим растворителем (спирт). После промывания растворителем при окрашивании по Граму добавляется контрастный краситель (обычно сафранин) , который окрашивает всех грамотрицательных бактерий в красный или розовый цвет. Это происходит из-за наличия внешней мембраны, препятствующей проникновению красителя внутрь клетки. Сам по себе тест полезен при классификации бактерий и разделении их на две группы относительно строения их клеточной стенки. Из-за своей более мощной и непроницаемой клеточной стенки грамотрицательные бактерии более устойчивы к антителам чем грамположительные.

Обычно патогенность грамотрицательных бактерий связывают с определёнными компонентами их клеточных стенок, а именно, с липополисахаридным слоем (ЛПС или эндотоксический слой).[2] В человеческом организме ЛПС вызывает иммунный ответ, который характеризуется синтезем цитокинов и активацией иммунной системы. Обычной реакцией на синтез цитокинов является воспаление, что также может привести к увеличению количества токсичных веществ в организме хозяина.

Характеристика

Строение оболочки клетки грамотрицательных бактерий Отличие между клеточной стенкой грамположительных и грамотрицательных бактерий

Общие признаки, свойственные большинству грамотрицательных бактерий:

  1. Наличие двух мембран, между которыми находится клеточная стенка и периплазматическое пространство
  2. Более тонкий, по сравнению с грамположительными бактериями, пептидогликановый слой
  3. Наружная мембрана содержит липополисахариды (состоит из липида А, полисахаридного ядра и антигена О снаружи и из фосфолипидов изнутри)
  4. В наружной мембране присутствуют порины,функционирующие подобно порам для определённых молекул
  5. S-слой прикреплен к наружной мембране, а не к пептидогликановому слою
  6. Если есть жгутик, он имеет четыре поддерживающих кольца, а не два
  7. Отсутствуют тейхоевая и липотейхоевая кислоты
  8. Обычно не образуют спор (примечательным исключением является Coxiella burnetii, образующая спороподобные структуры)
  9. Липопртеины прикреплены непосредственно к полисахаридной основе.
  10. Большинство содержат липопротеин Брауна, который связывает наружную мембрану и цепочки пептидоглюканов ковалентной связью

Химический состав и структура клеточных покровов

Далее рассмотрены слои клеточных покровов грамотрицательных прокариотов, начиная с самого внутреннего:

Клеточная стенка

У грамотрицательных эубактерий строение клеточной стенки намного сложнее, чем у грамположительных. В ее состав входит гораздо большее число макромолекул разного химического типа. Пептидогликан образует только внутренний слой клеточной стенки, неплотно прилегая к ЦПМ. Для разных видов грамотрицательных эубактерий содержание этого гетерополимера колеблется в широких пределах. У большинства видов он образует одно- или двухслойную структуру, характеризующуюся весьма редкими поперечными связями между гетерополимерными цепями.

Некоторые скользящие бактерии (миксобактерии, флексибактерии) способны в процессе перемещения по твердому субстрату периодически менять форму клеток, например путем изгибания, что говорит об эластичности их клеточной стенки, и в первую очередь ее пептидогликанового слоя. Электронно-микроскопическое изучение, однако, обнаружило у них клеточную стенку, типичную для грамотрицательных эубактерий. Наиболее вероятное объяснение гибкости клеточной стенки этих бактерий — чрезвычайно низкая сшитость ее пептидогликанового компонента.[3]

Периплазматическое пространство

Появление у грамотрицательных эубактерий дополнительной мембраны в составе клеточной стенки фактически привело к созданию обособленной полости (периплазматического пространства), отграниченной от цитоплазмы и внешней среды специфическими мембранами и несущей важную функциональную нагрузку.[3]Периплазматическое пространство, куда погружен пептидогликановый слой. заполнено раствором, в состав которого входят специфические белки, олигосахариды и неорганические молекулы. Периплазматические белки представлены двумя типами: транспортными белками и гидролитическими ферментами.

Было обнаружено также, что многие бактерии способны в больших количествах вырабатывать ферменты (гликозидазы, протеазы, липазы и проч.), гидролизующие все типы полимерных молекул. Последними могут быть как молекулы, синтезируемые самой клеткой, так и чужеродные, попавшие в клетку извне. Отрицательные последствия гидролиза собственных молекул (самопереваривание) очевидны. В то же время прокариоты нуждаются в гидролитических ферментах, так как это расширяет круг используемых ими веществ, включая в него полимеры разного типа. Становится понятна необходимость изолирования этих ферментов от цитоплазматического содержимого. Грамположительные эубактерий выделяют гидролитические ферменты во внешнюю среду, у грамотрицательных — они локализованы в периплазматическом пространстве.

Внешняя мембрана

Снаружи от пептидогликана располагается дополнительный слой клеточной стенки — наружная мембрана. Она состоит из фосфолипидов, типичных для элементарных мембран, белков, липопротеина и липополисахарида. Специфическим компонентом наружной мембраны является липополисахарид сложного молекулярного строения, занимающий около 30—40% ее поверхности и локализованный во внешнем слое.

Белки наружной мембраны можно разделить на основные и минорные. Основные белки представлены небольшим числом различных видов, но составляют почти 80% всех белков наружной мембраны. Одна из функций этих белков — формирование в мембране гидрофильных пор диаметром примерно 1-15 нм и длинной 50-70 нм, наклонённых к поверхности клеточной стенки по углом 30–40°. Через них осуществляется неспецифическая диффузия молекул с массой до 600—900 Да. Это означает, что через такие поры могут проходить сахара, аминокислоты, небольшие олигосахариды и пептиды. Белки, пронизывающие наружную мембрану насквозь и образующие гидрофильные поры, называют поринами. Минорные белки наружной мембраны представлены гораздо большим числом видов. Их основная функция — транспортная и рецепторная. Примером минорных белков могут служить белки, ответственные за специфический транспорт в клетку железосодержащих соединений.

Разнообразные функции выполняют макромолекулы, локализованные частично или полностью на внешней стороне клеточной стенки, контактирующей с окружающей средой; это специфические рецепторы для фагов и колицинов; антигены; макромолекулы, обеспечивающие межклеточные взаимодействия при конъюгации, а также между патогенными бактериями и тканями высших организмов.

S-слой и осцилиновые фибриллы

S-слой или зубчатый слой — слой из волоскоподобных фибрил, находится за пределами наружной мембраны в клеточной стенке цианобактерий способных к скольжению. Похожие на волски фибриллы верхнего слоя состоят из стержнеподобного гликопротеина, называемого осцилин.

Скольжение происходит посредством секреции слизи через поры на внешнюю сторону клеточных покровов.[4] Слизь проходит вдоль поверхности из осцилиновых фибрил наружного слоя клетки и по расположенному рядом субстрату, продвигая фибриллы вперёд. Совокупность организованных волоскоподобных фибрилл таким образом, действует как пассивный винт, в то время как слизь проходит по их поверхности в процессе скольжения.[5]

Классификация

Наряду с формой клетки, окрашивание по Граму это быстрый диагностический метод, который ранее использовался для группирования видов бактерий в подотделы.

Медицинская иерархия видов.

Основываясь на окраске по Граму, ныне ликвидированное царство Monera было разделено на четыре дивизиона: Firmacutes (+), Gracillicutes (-), Mollicutes (0) и Mendocutes (var.).[6] Но начиная уже с 1987 года, монофилия грамотрицательных бактерий была поставлена под сомнение, а позже и полностью опровергнута бимолекулярными исследованиями.[7] Однако, некоторые авторы, такие как Кавалир-Смит, всё ещё считают их монофелитической кладой и относят к подцарству "Negibacteria".[8]

Строение внешней клеточной мембраны и классификация бактерий

Важно указать на то, что хотя бактерии традиционно делятся на две основные группы, Грамположительные и Грамотрицательные, такая классификация является двусмысленной и условной, поскольку может относится к трём совершенно разным аспектам (результат окрашивания, организация клеточных покровов, таксономическая группа), которые необязательно совпадают для всех видов бактерий.[9][10][11][12] Реакция на окрашивание грамположительных и грамотрицательных бактерий не является надёжной характеристикой также и потому, что эти два вида бактерий не формирует филогенетически единую группу.[9] Как бы то ни было, хотя окрашивание по Граму и является эмпирическим критерием, в его основе лежат отчётливые различия в ультраструктуре и химическом составе двух главных видов прокариотических клеточных стенок, встречающихся в природе. Оба этих вида клеточных стенок отличаются друг от друга по наличию или отсутствию внешней липидной мембраны, которая является более надёжной и фундаментальной характеристикой бактериальных клеток.[9][13] Все грамположительные бактерии окружены единственным слоем фосфолипидной мембраны и обычно имеют толстый слой (20-80 нм) из пептидогликанов (муреин и проч.), сохраняющий на себе краситель Грама. Ряд других бактерий, окружённых единственной мембраной, но окрашивающихся грамотрицательно из-за отсутствия пептидогликанового слоя (см. микоплазмы) или же своей неспособности удерживать краситель Грама вследствие специфического состава клеточной стенки, также находится в близком родстве с грамположительными бактериями. Для бактериальных клеток, окружённых одной клеточной мембраной был предложен термин Монодермные Бактерии или Монодермные Прокариоты.[9][9][13] В противоположность грамположительным бактериям, все архитипичные грамотрицательные бактерии, помимо цитоплазматической мембраны окружены ещё и внешней клеточной мембраной и содержат между ними крайне тонкий слой пептидогликанов (2-3 нм). Наличие внутренней и наружной мембран порождает новый клеточный компартмент — периплазматическое пространство. Таких бактерии/прокариоты были обозначены как Дидермные Бактерии.[9][9][13] Ещё одно важное различие межу монодермными и дидермными прокариотами — консервативный набор делеций в ряде важных белков (см. DnaK, GroEL).[9][10][13][14] Из двух структурно различных групп прокариотических организмов, монодермные бактерии считаются предковой группой по отношению к дидермным. Основываясь на ряде наблюдений, включая тот факт, что грамположительные бактерии в большинстве своём продуценты антибиотиков, а грамотрицательные бактерии обычно к таковым устойчивы, было высказано предположение, что у наружной клеточной мембраны грамотрицательный бактерий существует защитный механизм против селективного действия антибиотиков.[9][10][13][14] Некоторые бактерии, как например Deinococcus, окрашиваются грамположительно из-за толстого пептидогликанового слоя, но обладают наружной клеточной мембраной и считаются промежуточным звеном между монодермами (грамположительные) и дидермами (грамотрицательные).[9][14] Дидермные бактерии в свою очередь могут быть подразделены на простых дидерм, у которых нет слоя липолисахаридов, архитипичных дидерм, чья наружная клточная мембрана содержит липолисахариды и собственно дидерм, наружная мембрана которых состоит из миколовой кислоты.[11][12][14][15] В добавок, многие бактериальные таксоны (см. Negativicutes, Fusobacteria, Synergistetes и Elusimicrobia), которые являются частью типа Firmicutes или его близкородственной ветвью, также обладают дидермной структурой клетки.[12][14][15] Однако, консервативная делеция (CSI) в белке HSP60(GroEL) служит отличительным знаком всех традиционных типов грамотрицательных бактерий (т.е. Proteobacteria, Aquificae, Chlamydiae, Bacteroidetes, Chlorobi, Cyanobacteria, Fibrobacteres, Verrucomicrobia, Planctomycetes, Spirochetes, Acidobacteria, итд.) от атипичных дидерм и других типов монодермных бактерий (e.g. Actinobacteria, Firmicutes, Thermotogae, Chloroflexi, etc.).[14] Наличия CSI во всех секвенированых видах из обычных ЛПС-содержащих типов грамотрицательных бактерий, доказывает, что этот тип бактерий формирует монофилитическую кладу, и говорит в пользу того, что в этой группе ни у одного вида не происходила потеря внешней мембраны. Эти данные говорят против гипотезы о происхождении монодермных прокариот от дидермных путём потери внешней мембраны. [14]

Примеры видов

Протеобактерии большая группа грамотрицательных бактерий, включающая Escherichia coli (E. coli), Salmonella, Shigella, и прочих Enterobacteriaceae, Pseudomonas, Moraxella, Helicobacter, Stenotrophomonas, Bdellovibrio, уксуснокислых бактерий, Legionella и множество других. Другие примечательные группы грамотрицательных бактерий включают в себя цианобактерий, спирохет, зелёных серо и не-серо бактерий.

Связанные с медициной грамотрицательные Кокки включают в себя три организма, вызывающих заболевания, передающиеся половым путём (Neisseria gonorrhoeae), вызывающий менингит (Neisseria meningitidis), и респираторные симптомы (Moraxella catarrhalis).

Среди бацилл есть большое количество значимых для медицины видов. Некоторые из них в первую очередь взывают проблемы с дыханием, как например (Hemophilus influenzae, Klebsiella pneumoniae, Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa), в первую очередь проблемы с мочеиспусканием(Escherichia coli , Proteus mirabilis, Enterobacter cloacae, Serratia marcescens), и желудочно-кишечного тракта(Helicobacter pylori, Salmonella enteritidis, Salmonella typhi).

Грам-отрицательных бактерий, связанных с внутрибольничные инфекции, включая Acinetobacter baumannii, вызывающий бактериемии, вторичный менингит, и вентилятор-ассоциированной пневмонии при лечении в отделении интенсивной терапии.

Значение для Медицины

Одна из нескольких уникальных характеристик грамотрицательных бактерий это структура внешней клеточной мембраны. Внешний лист мембраны включает в себя комплекс липополисахаридов, липидные части которых выполняют роль эндотоксинов. Если эндотоксины попадают в транспортную систему, происходит интоксикация, с последующим увеличением температуры, повышением частоты дыхания, и понижением кровяного давления. Всё это может привести к токсическому шоку и последующему летальному исходу.

Эта внешняя мембрана защищает бактерию от некоторых антибиотиков, красителей, и детергентов, которые в норме повреждают внутреннею мембрану или клеточную стенку. Такая защита делает бактерию устойчивой к лизоциму и пеницилину. Однако, были разработаны альтернативные методы лечения, такие как лизоцим с EDTA и антибиотик ампициллин, способные справиться с защитной внешней мембраной некоторых патогенных грамположительных организмов. Для этой же цели могут быть использованы и другие лекарства, наиболее эффективные из которых хлорамфеникол, стрептомицин, и налидиксовая кислота.

См. также

Источники

  1. (From Hoiczyk and Baumeister, 1995.)
  2. 1 2 Salton MRJ , Kim KS Structure. in: Baron's Medical Microbiology (Baron S et al., eds.). — 4th. — Univ of Texas Medical Branch, 1996. — ISBN 0-9631172-1-1
  3. 1 2 Микробиология, Гусев М.В, Минеева Л.А. Учебник 2003 -464с
  4. (Hoiczyk и Baumeister, 1998;Hoiczyk, 2000)
  5. Phycology Fourth edition by Robert Edward Lee; Colorado State University, USA
  6. Gibbons, N. E. (1978). «Proposals Concerning the Higher Taxa of Bacteria». International Journal of Systematic Bacteriology 28 (1): 1–6. DOI:10.1099/00207713-28-1-1.
  7. PMID 2439888 (PubMed)
    Цитата появится автоматически через несколько минутJump the queue or expand by hand
  8. Cavalier-Smith T (2006). «Rooting the tree of life by transition analyses». Biol. Direct 1: 19. DOI:10.1186/1745-6150-1-19. PMID 16834776.
  9. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gupta, R.S. (1998) Protein phylogenies and signature sequences: A reappraisal of evolutionary relationships among archaebacteria, eubacteria and eukaryotes. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 62: 1435—1491.
  10. 1 2 3 Gupta, R.S.(2000) The natural evolutionary relationships among prokaryotes. Crit. Rev. Microbiol. 26: 111—131.
  11. 1 2 , Desvaux M, Hébraud M, Talon R, Henderson IR. 2009. Secretion and subcellular localizations of bacterial proteins: a semantic awareness issue. Trends Microbiol. 17:139-145. DOI:10.1016/j.tim.2009.01.004
  12. 1 2 3 , Sutcliffe IC. 2010. A phylum level perspective on bacterial cell envelope architecture. Trends Microbiol. 18:464-470. DOI:10.1016/j.tim.2010.06.005
  13. 1 2 3 4 5 Gupta, R. S. (1998). What are archaebacteria: life’s third domain or monoderm prokaryotes related to Gram-positive bacteria? A new proposal for the classification of prokaryotic organisms. Molecular Microbiology. 29(3):695-707.
  14. 1 2 3 4 5 6 7 Gupta, R. S. (2011). Origin of diderm (Gram-negative) bacteria: antibiotic selection pressure rather than endosymbiosis likely led to the evolution of bacterial cells with two membranes. Antonie van Leeuwenhoek. 100:171-182.
  15. 1 2 PMID 19667386 (PubMed)
    Цитата появится автоматически через несколько минутJump the queue or expand by hand

dic.academic.ru

2.2.1. Грамотрицательные палочковидные бактерии

Спор не образуют. Многие подвижны (имеют жгутики), например большинство представителей семейства Enterobacteriaceae и рода Pseudomonas.

Некоторые грамотрицательные палочки образуют капсулы, состоящие из полисахаридов, например Klebsiella pneumoniae, Salmonella typhi, Haemophilus influenzae.

Среди грамотрицательных палочек, имеющих наибольшее значение в жизни человека, надо отметить представителей групп 4, 5 и 6.

Грамотрицательные аэробные и микроаэрофильные палочки относятся в “Определителе бактерий Берджи” к группе 4. Наиболее известны представители следующих родов:

Представители рода – одиночные или диплобактерии, могут быть подвижны (перитрихи). Широко распространены в природе, для человека непатогенны.

A. acetiиспользуется для получения уксуса.

Род включает палочки с перитрихиально расположенными жгутиками. Заболеваний у человека не вызывают.

Agr. tumefaciens– фитопатогенный микроорганизм, вызывает опухоли растений – корончатый галл. Бактерии, относящиеся к этому виду, широко используются в исследованиях в области генетической инженерии.

Az. vinelandii, Az. chroococcum – крупные палочки овоидной формы, могут быть подвижными. Основное место обитания – почва. Сапрофиты, участвуют в круговороте азота (свободноживущие азотфиксаторы, то есть фиксируют молекулярный азот, не вступая в симбиоз с растениями).

Бактерии, принадлежащие к этому роду (Rh. meliloti,Rh. leguminosarumи другие) также участвуют в круговороте азота, но фиксируют его, находясь в симбиозе с растениями семействаFabaceae(образуют клубеньки на корнях растений). У человека заболеваний не вызывают.

Наиболее известный представитель – B. pertussis. Это мелкие неподвижные коккобактерии (короткие палочки), имеют микрокапсулу. У человека вызывают поражение дыхательных путей – коклюш.

Короткие палочки или коккобактерии, неподвижные, могут образовывать капсулу.

Br. melitensis, Br. abortus, Br. suis– возбудителизоонозного(то есть источник возбудителя – животные) заболевания – бруцеллеза у животных и человека, при котором прежде всего поражаются опорно-двигательный аппарат и нервная система.

Представители рода – мелкие одиночные неподвижные палочки. Наиболее опасный представитель рода – F. tularensis. Этот микроорганизм является возбудителем зоонозного инфекционного заболевания – туляремии у животных и человека. Туляремия может протекать в следующих формах: бубонной (бубон– воспаленный и увеличенный лимфатический узел), легочной, желудочно-кишечной, генерализованной (с распространением возбудителя по всему организму).

Легионеллы – тонкие подвижные палочки, капсул не образуют. Естественное место обитания – водоемы, могут размножаться в системах кондиционирования воздуха.

L. pneumophila– возбудитель легионеллеза у людей. Это заболевание возникает, как правило, на фоне иммунодефицита и протекает в форме пневмонии.

Представители рода – подвижные (большинство – лофотрихи), как правило, одиночные палочки. Широко распространены в природе, встречаются в воде, почве, в составе микробиоты растений. Род включает много фитопатогенных представителей (Ps. syringae, Ps. gladioli, Ps. cichorii и др.), которые вызывают бактериальные пятнистости листьев, плодов и других органов растений. Псевдомонады обладают обширным набором ферментов, что позволяет использовать некоторые из них для биодеградации сложных органических веществ, в том числе для очистки почвы и воды от нефтяных загрязнений.

Ps. aeruginosa(синегнойная палочка) в отличие от большинства других представителей рода, как правило, являетсямонотрихом, может иметь микрокапсулу. Образует пигменты, в том числепиоцианинхарактерного сине-зеленого цвета, который диффундирует в окружающую среду. Этот микроорганизм является одним из основных возбудителей госпитальных инфекций, особенно в ожоговых и хирургических отделениях больниц. Может также вызывать гнойно-воспалительные заболевания (пневмонии, циститы, сепсис, нагноения ран), пищевые токсикоинфекции.

Ps. fluorescens – подвижные палочки с лофотрихиальным расположением жгутиков. Встречаются в воде, почве, в составе нормальной микробиоты растений, однако при нарушении целостности покровных тканей растений могут вызвать заболевания (т.е. являются условно-патогенными для растений). Используются как продуценты антибиотикамупироцина(Бактробан).

Одиночные мелкие палочки, монотрихи.

X. campestris – фитопатогенный микроорганизм, вызывающий у растений пятнистости листьев, а также закупорку проводящих сосудов. Используется в промышленности как продуцент внеклеточного полисахарида ксантана, который применяется в нефтедобыче, а также как загуститель и пленкообразователь в производстве пищевых и косметических изделий.

Факультативно анаэробные грамотрицательные палочки отнесены к группе 5.

Подгруппа 1. Семейство Enterobacteriaceae

Это семейство включает более 30 родов. Большинство представителей подвижны за счет перитрихиально расположенных жгутиков. Примеры представителей:

E. coli(кишечная палочка) – одиночные подвижные палочки, для многих штаммов характерно наличие капсулы или микрокапсулы. Является представителем нормальной микробиоты кишечника человека, однако условно-патогенна и при попадании в несвойственное ей место обитания (биотоп) в организме человека (особенно у ослабленных людей) может вызывать заболевания: цистит, холецистит (воспаление желчного пузыря), менингит (воспаление оболочек головного мозга), отит и др. Патогенные штаммы, обладающие специфическими факторами агрессии, вызывают острые кишечные инфекции, например пищевые токсикоинфекции, дизентериеподобные и холероподобные коли-инфекции.

Кишечная палочка – продуцент фермента L-аспарагиназы, используемой в комплексной терапии некоторых видов опухолей. На основе клеток штаммаE. coli, выделенного от здоровых людей, создан препарат колибактерин – пробиотик (эубиотик), предназначенный для восстановления нормальной микробиоты кишечника, особенно после применения антибиотиков.

E. coliявляется распространенным объектом генноинженерных исследований, в том числе продуцентом рекомбинантных продуктов (интерферона, инсулина, соматотропина и др.).

Одиночные подвижные палочки. Род включает патогенных для человека и животных представителей и разделен на многочисленные серовары, среди которых наиболее актуальны:

S. typhi– возбудитель брюшного тифа,

S. paratyphi А– возбудитель паратифа А,

S. schottmuelleri– возбудитель паратифа В,

S. choleraesuis, S. typhimurium– возбудители сальмонеллезов, протекающих по типу пищевых токсикоинфекций.

Шигеллы – одиночные неподвижныепалочки, патогенны для человека. Род включает 4 вида (Sh. dysenteriae, Sh. sonnei, Sh. flexneri, Sh. boydii), которые вызывают шигеллезы (бактериальную дизентерию).

К этим родам относятся одиночные подвижные палочки, нормальные обитатели кишечника человека. Они условно-патогенны, могут вызывать пищевые токсикоинфекции, а также госпитальные инфекции (циститы, холециститы, отиты, эндокардиты, менингиты и др.).

Неподвижныепалочки, имеющие капсулу. В мазках часто располагаются по 2 (рис. 2, Е).

Вид K. pneumoniaeвключает 3 подвида. У человека вызывают пневмонии, бронхиты и бронхопневмонии (как правило, госпитальные), атрофический ринит (озену) – воспаление слизистой оболочки носа. Кроме того, клебсиеллы могут вызывать пищевые токсикоинфекции, инфекции мочевыводящих путей, поражения мозговых оболочек и т.д., часто являются возбудителями госпитальных инфекций.

Иерсинии – короткие одиночные палочки, могут образовывать капсулу, часто имеют овоидную форму (коккобактерии) и окрашиваются биполярно (рис. 2, Ж).

Род включает представителей, патогенных для человека и животных:

Y. pestis– возбудитель чумы; в отличие от других иерсиний, неподвижен. Чума –зооантропонозное(то есть источником возбудителя могут быть как животные, так и человек) природно-очаговое заболевание. Природным резервуаром возбудителя являются дикие грызуны (суслики, сурки, песчанки и др.), переносчиками – блохи. Кроме того, возможна передачаY. pestisот человека к человеку воздушно-капельным путем, а также контактным путем и через загрязненные пищевые продукты и воду. В зависимости от места проникновения и распространения возбудителя в организме различают кожную, бубонную, легочную, септическую и другие клинические формы чумы.

Y. enterocolitica– возбудитель кишечного иерсиниоза, протекающего по типу гастроэнтерита.

Y. pseudotuberculosis– возбудитель псевдотуберкулеза, при котором возникают симптомы гастроэнтерита, поражение лимфатических узлов и сыпь.

Представители рода – одиночные подвижные палочки, капсул не имеют. Широко распространены в природе, прежде всего в воде.

P. vulgarisиP. mirabilis– условно-патогенные бактерии, вызывающие у людей пищевые токсикоинфекции и гнойно-воспалительные процессы различной локализации (как правило, это госпитальные инфекции), чаще всего - мочевыводящих путей (циститы).

Одиночные подвижные палочки, широко распространенные в природе в воде, почве, на растениях.

S. marcescensспособна образовывать ярко-красный пигмент –продигиозин. Является условно-патогенным представителем рода, вызывающим, как правило, госпитальные инфекции (пневмонии, инфекции мочевыводящих путей, хирургических ран) и (редко) пищевые токсикоинфекции.

Как правило, одиночные подвижные палочки. Для человека неопасны. Среди видов рода есть как представители нормальной микробиоты растений (эпифиты), так и фитопатогенные бактерии (Erw. amylovora, Erw. carotovora), чаще всего вызывающие“ожоги” растений.

Представители рода – подвижные палочки, встречаются преимущественно как эпифиты (P. agglomerans; прежнее название – Erwinia herbicola). Заболеваний у человека, как правило, не вызывают.

Подгруппа 2. Семейство Vibrionaceae

Представляют собой грамотрицательные палочки, изогнутые в пространстве как 1/4 витка спирали. В мазках имеют вид “запятой”. Спор не образуют, капсул не имеют, большинство подвижны (как правило, монотрихи). Для человека наиболее опасен представитель родаVibrioV. сholerae(рис. 3, А). Эта факультативно анаэробная бактерия является возбудителем антропонозного острого кишечного инфекционного заболевания – холеры.

V. parahaemolyticus – возбудитель диарей.

Подгруппа 3. Семейство Pasteurellaceae

Наиболее известен представитель рода HaemophilusH. influenzae.Это мелкие палочковидные факультативно анаэробные бактерии, имеющие капсулу. Часто встречается носительство этих бактерий на слизистой оболочке верхних дыхательных путей.H. influenzaeвызывает у человека (особенно у детей) менингиты, бронхиты, пневмонии, эндокардиты, отиты, конъюнктивиты и ряд других заболеваний.

Грамотрицательтные анаэробные палочкипо“Определителю бактерий Берджи”относятся к группе 6. Наиболее известны представители следующих родов:

Полиморфные неподвижные бактерии, могут образовывать капсулу; нормальные обитатели ротовой полости и толстого кишечника человека.

Представители рода – полиморфные неподвижные бактерии, чаще всего имеющие форму веретена (рис. 2, А), капсул не образуют; входят в состав нормальной микробиоты ротовой полости и толстого кишечника человека.

Длинные неподвижные палочки, капсул не образуют; представители нормальной микробиоты ротовой полости человека.

Бактероиды, превотеллы и фузобактерии являются условно-патогенными и вызывают эндогенные инфекции, обычно в составе ассоциации нескольких бактерий. Чаще всего заболевания (перитониты, пневмонии, сепсис, стоматологические инфекции – гингивиты, пародонтиты) возникают при нарушении целостности слизистых оболочек при хирургических вмешательствах, травмах, на фоне иммунодефицитов.

studfile.net

Материалы по коккам и энтеробактериям_2014

Гомельский государственный медицинский университет, кафедра микробиологии, вирусологии, иммунологии

объекта.

Клон (греч. klon – отводок) - это потомство (культура) одной материнской клетки (вирусной частицы) определенного вида микроорганизмов.

Принципы классификации микроорганизмов

Минимальный перечень признаков, необходимых для описания бактерий:

1. Морфологические и тинкториальные свойства - величина, форма, клеток, наличие капсулы, спор, жгутиков, способность окрашиваться красителями.

2.Тип дыхания –потребность в газообразном кислороде.

3.Биохимические свойства - способность ферментировать углеводы, расщеплять белки.

4.Антигенная структура – наличие антигенов.

5.Чувствительность к бактериофагам.

6.Генетическое родство с другими бактериями.

Вмикробиологии созданы определители для идентификации микроорганизмов: “Определитель бактерий и актиномицетов” Н.А. Красильникова (1949 г.), “Определитель микробов” Р.А. Циона (1948 г.) и “Определитель бактерий” Д.Х. Берджи. Наиболее распространенной является классификация американского бактериолога Д.Х. Берджи, систематизирующий все известные бактерии на 4 отдела:

Отдел I. Gracilicutes (лат. gracilis - изящный, тонкий, cutis – кожа) - виды с тонкой клеточной стенкой, окрашивающиеся грамотрицательно.

Отдел II. Firmicutes (лат. firmus - крепкий, cutis – кожа) - бактерии с толстой клеточной стенкой, окрашивающиеся грамположительно.

Отдел III. Tenericutes (лат. tener - нежный, cutis – кожа) - бактерии, не имеющие клеточной стенки – микоплазмы.

Отдел IV. Mendosicutes (лат. mendosus - неправильный, cutis – кожа) - архебактерии. В этот отдел включены метанобразующие, сероокисляющие, микоплазмоподобные, термоацидофильные и другие наиболее древние по происхождению бактерии.

Морфология бактерий

Бактерии невооруженным глазом не видны. Клетки бактерий измеряют в микрометрах (1 мкм равен 10-3 мм), а элементы тонкого строения бактерий измеряют в нанометрах (1 нм равен 10-3 мкм). Средние размеры бактерий составляют 0,5-3 мкм.

По форме клеток бактерии подразделяются на 3 основные группы:

- шаровидные формы или кокки; - палочковидные формы; - извитые формы.

Кокки имеют сферическую форму в виде правильного шара, эллипса, боба. В зависимости от взаимного расположения клеток после деления различают следующие виды кокков:

-микрококки делятся в разных плоскостях и располагаются одиночно, парами или беспорядочно;

-стафилококки делятся в различных плоскостях и располагаются гроздьями;

-диплококки делятся в одной плоскости, располагаются попарно;

-стрептококки делятся в одной плоскости, располагаются в виде цепочки;

-тетракокки делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, располагаются по четыре;

-сарцины делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и образуют правильные пакеты по 8-16 клеток.

Палочковидные бактерии имеют цилиндрическую форму с округлыми, заостренными или тупыми концами. Палочковидные бактерии подразделяются на 2 группы:

1. бактерии – не образующие спор палочки; 2. бациллы - палочки, образующие споры. Палочки, у которых диаметр споры превышает ширину вегетативной клетки, называют клостридиями. Извитые бактерии объединяют:

-вибрионы - имеют цилиндрическую изогнутую форму, образуя 1/2-1/4 завитка спирали, по форме напоминают запятую;

-спириллы имеют форму спирально извитых палочек с 4-6 витками;

-спирохеты спирально извитые формы, у которых существуют 2 типа витков: первичные витки, образованные изгибами протоплазматического цилиндра, и вторичные витки, представляющие изгибы всего тела.

studfile.net

Кокки в мазке мужчин - симптомы и лечение

На коже и слизистых оболочках каждого человека обитает разнообразная кокковая флора. Гонококки, пневмококки и другие являются патогенными. Стрептококки и стафилококки, которые представляют большинство данной флоры, считаются условно-патогенными. Эти микроорганизмы присутствуют в небольших количествах и в своих обычных состояниях не вредны для микрофлоры человека. Однако из-за различных неблагоприятных факторов число стрептококков и других микроорганизмов стремительно растет и провоцирует воспалительный процесс. 

Симптоматика

Если в мазке у мужчин обнаружено большое количество кокков, могут проявляться такие симптомы:

  • жжение во время мочеиспускания;
  • болезненность нижней части живота;
  • слизь или слизисто-гнойные выделения из уретры.

Но эти признаки характерны не для единичных заболеваниях. Перечисленные симптомы могут быть при уретрите (воспалении мочеиспускательного канала). Поэтому без проведения анализов установить причину воспаления невозможно. Также стоит учесть, что при осложнениях уретрита палочка кокки может находиться в предстательной железе, семенных пузырьках, яичках, а не только в уретре. 

Факторы, которые сопутствуют кокобацилярной флоре:

  • плохая гигиена;
  • дисбактериоз кишечника;
  • регулярная смена половых партнеров;
  • ухудшение иммунитета;
  • плохое питание.

Грамположительные кокки в мазке у мужчин выявляются после передачи инфекции половым путем.

Диагностика заболевания

После обнаружения кокков в мазке у мужчин, необходимо пройти более тщательное обследование и лечение. Если воспаление ярко-выражено, кроме кокобацилярной флоры в поле зрения обнаруживается более 20 лейкоцитов, а также более 10 клеток эпителия. 

Мазок, взятый из уретры, исследуют следующими методами:

  • ПЦР позволяет определить ЗППП. Этот анализ важен, так как заболевания, передающиеся половым путем, достаточно распространены, и многие из них вызывают опасные осложнения;
  • бактериологический посев на питательные среды позволяет определить чувствительность к антибиотикам. Этот анализ дает понимание о бактериальной нагрузке, другими словами, о количестве кокков.

Как правильно сдавать анализ?

Чтобы получить достоверный результат, необходимо:

  1. Не мочиться за 2 часа до взятия мазка.
  2. За 1–2 дня до проведения обследования не иметь половых контактов.
  3. Не делать лечебные инстилляции в уретру.
  4. Необходимо перенести сдачу анализа, если мужчина принимает антибактериальные препараты.

Как быстро вылечить заболевание (кокки в мазке у мужчин)?

Если в мазке у мужчин в большом количестве обнаружены полиморфные кокки, необходимо срочно принимать меры. Обратитесь за консультацией и назначением лечения к специалисту, если норма кокков превышена. Помните, что самолечение категорически не рекомендуется. 

Автор статьи - Мельников Сергей Юрьевич, главный врач, дерматовенеролог, уролог, миколог, андролог высшей врачебной категории.

Читайте также:

pro-uro.ru

Грамотрицательные бактерии - это... Что такое Грамотрицательные бактерии?

Фотография сделанная трансмиссионым электронным микроскопом. Клеточные покровы цианобактерии Phormidium uncinatum. Клеточные покровы (CW) состоит из, цитоплазматической мембраны (CM), пептидогликанового слоя (P), периплазматического пространства (PS) и внешней мембраны (OM). В добавок, у цианобактерий есть два дополнительных внешних слоя, типичных для подвижных клеток, внешний зубчатый слой (EL) и слой осцилирующих волоско-подобных фибрилл (F). (CJ) Место секреции слизи; (JP) поры во внешней мембране. [1]

Грамотрицательные бактерии это бактерии, которые не окрашиваются кристаллическим фиолетовым при окрашивании по Граму .[2] В отличие от грамотрицательных, которые полностью обесцвечиваются, грамположительные бактерии сохранят фиолетовую окраску даже после промывания обесцвечивающим растворителем (спирт). После промывания растворителем при окрашивании по Граму добавляется контрастный краситель (обычно сафранин) , который окрашивает всех грамотрицательных бактерий в красный или розовый цвет. Это происходит из-за наличия внешней мембраны, препятствующей проникновению красителя внутрь клетки. Сам по себе тест полезен при классификации бактерий и разделении их на две группы относительно строения их клеточной стенки. Из-за своей более мощной и непроницаемой клеточной стенки грамотрицательные бактерии более устойчивы к антителам чем грамположительные.

Обычно патогенность грамотрицательных бактерий связывают с определёнными компонентами их клеточных стенок, а именно, с липополисахаридным слоем (ЛПС или эндотоксический слой).[2] В человеческом организме ЛПС вызывает иммунный ответ, который характеризуется синтезем цитокинов и активацией иммунной системы. Обычной реакцией на синтез цитокинов является воспаление, что также может привести к увеличению количества токсичных веществ в организме хозяина.

Характеристика

Строение оболочки клетки грамотрицательных бактерий Отличие между клеточной стенкой грамположительных и грамотрицательных бактерий

Общие признаки, свойственные большинству грамотрицательных бактерий:

  1. Наличие двух мембран, между которыми находится клеточная стенка и периплазматическое пространство
  2. Более тонкий, по сравнению с грамположительными бактериями, пептидогликановый слой
  3. Наружная мембрана содержит липополисахариды (состоит из липида А, полисахаридного ядра и антигена О снаружи и из фосфолипидов изнутри)
  4. В наружной мембране присутствуют порины,функционирующие подобно порам для определённых молекул
  5. S-слой прикреплен к наружной мембране, а не к пептидогликановому слою
  6. Если есть жгутик, он имеет четыре поддерживающих кольца, а не два
  7. Отсутствуют тейхоевая и липотейхоевая кислоты
  8. Обычно не образуют спор (примечательным исключением является Coxiella burnetii, образующая спороподобные структуры)
  9. Липопртеины прикреплены непосредственно к полисахаридной основе.
  10. Большинство содержат липопротеин Брауна, который связывает наружную мембрану и цепочки пептидоглюканов ковалентной связью

Химический состав и структура клеточных покровов

Далее рассмотрены слои клеточных покровов грамотрицательных прокариотов, начиная с самого внутреннего:

Клеточная стенка

У грамотрицательных эубактерий строение клеточной стенки намного сложнее, чем у грамположительных. В ее состав входит гораздо большее число макромолекул разного химического типа. Пептидогликан образует только внутренний слой клеточной стенки, неплотно прилегая к ЦПМ. Для разных видов грамотрицательных эубактерий содержание этого гетерополимера колеблется в широких пределах. У большинства видов он образует одно- или двухслойную структуру, характеризующуюся весьма редкими поперечными связями между гетерополимерными цепями.

Некоторые скользящие бактерии (миксобактерии, флексибактерии) способны в процессе перемещения по твердому субстрату периодически менять форму клеток, например путем изгибания, что говорит об эластичности их клеточной стенки, и в первую очередь ее пептидогликанового слоя. Электронно-микроскопическое изучение, однако, обнаружило у них клеточную стенку, типичную для грамотрицательных эубактерий. Наиболее вероятное объяснение гибкости клеточной стенки этих бактерий — чрезвычайно низкая сшитость ее пептидогликанового компонента.[3]

Периплазматическое пространство

Появление у грамотрицательных эубактерий дополнительной мембраны в составе клеточной стенки фактически привело к созданию обособленной полости (периплазматического пространства), отграниченной от цитоплазмы и внешней среды специфическими мембранами и несущей важную функциональную нагрузку.[3]Периплазматическое пространство, куда погружен пептидогликановый слой. заполнено раствором, в состав которого входят специфические белки, олигосахариды и неорганические молекулы. Периплазматические белки представлены двумя типами: транспортными белками и гидролитическими ферментами.

Было обнаружено также, что многие бактерии способны в больших количествах вырабатывать ферменты (гликозидазы, протеазы, липазы и проч.), гидролизующие все типы полимерных молекул. Последними могут быть как молекулы, синтезируемые самой клеткой, так и чужеродные, попавшие в клетку извне. Отрицательные последствия гидролиза собственных молекул (самопереваривание) очевидны. В то же время прокариоты нуждаются в гидролитических ферментах, так как это расширяет круг используемых ими веществ, включая в него полимеры разного типа. Становится понятна необходимость изолирования этих ферментов от цитоплазматического содержимого. Грамположительные эубактерий выделяют гидролитические ферменты во внешнюю среду, у грамотрицательных — они локализованы в периплазматическом пространстве.

Внешняя мембрана

Снаружи от пептидогликана располагается дополнительный слой клеточной стенки — наружная мембрана. Она состоит из фосфолипидов, типичных для элементарных мембран, белков, липопротеина и липополисахарида. Специфическим компонентом наружной мембраны является липополисахарид сложного молекулярного строения, занимающий около 30—40% ее поверхности и локализованный во внешнем слое.

Белки наружной мембраны можно разделить на основные и минорные. Основные белки представлены небольшим числом различных видов, но составляют почти 80% всех белков наружной мембраны. Одна из функций этих белков — формирование в мембране гидрофильных пор диаметром примерно 1-15 нм и длинной 50-70 нм, наклонённых к поверхности клеточной стенки по углом 30–40°. Через них осуществляется неспецифическая диффузия молекул с массой до 600—900 Да. Это означает, что через такие поры могут проходить сахара, аминокислоты, небольшие олигосахариды и пептиды. Белки, пронизывающие наружную мембрану насквозь и образующие гидрофильные поры, называют поринами. Минорные белки наружной мембраны представлены гораздо большим числом видов. Их основная функция — транспортная и рецепторная. Примером минорных белков могут служить белки, ответственные за специфический транспорт в клетку железосодержащих соединений.

Разнообразные функции выполняют макромолекулы, локализованные частично или полностью на внешней стороне клеточной стенки, контактирующей с окружающей средой; это специфические рецепторы для фагов и колицинов; антигены; макромолекулы, обеспечивающие межклеточные взаимодействия при конъюгации, а также между патогенными бактериями и тканями высших организмов.

S-слой и осцилиновые фибриллы

S-слой или зубчатый слой — слой из волоскоподобных фибрил, находится за пределами наружной мембраны в клеточной стенке цианобактерий способных к скольжению. Похожие на волски фибриллы верхнего слоя состоят из стержнеподобного гликопротеина, называемого осцилин.

Скольжение происходит посредством секреции слизи через поры на внешнюю сторону клеточных покровов.[4] Слизь проходит вдоль поверхности из осцилиновых фибрил наружного слоя клетки и по расположенному рядом субстрату, продвигая фибриллы вперёд. Совокупность организованных волоскоподобных фибрилл таким образом, действует как пассивный винт, в то время как слизь проходит по их поверхности в процессе скольжения.[5]

Классификация

Наряду с формой клетки, окрашивание по Граму это быстрый диагностический метод, который ранее использовался для группирования видов бактерий в подотделы.

Медицинская иерархия видов.

Основываясь на окраске по Граму, ныне ликвидированное царство Monera было разделено на четыре дивизиона: Firmacutes (+), Gracillicutes (-), Mollicutes (0) и Mendocutes (var.).[6] Но начиная уже с 1987 года, монофилия грамотрицательных бактерий была поставлена под сомнение, а позже и полностью опровергнута бимолекулярными исследованиями.[7] Однако, некоторые авторы, такие как Кавалир-Смит, всё ещё считают их монофелитической кладой и относят к подцарству "Negibacteria".[8]

Строение внешней клеточной мембраны и классификация бактерий

Важно указать на то, что хотя бактерии традиционно делятся на две основные группы, Грамположительные и Грамотрицательные, такая классификация является двусмысленной и условной, поскольку может относится к трём совершенно разным аспектам (результат окрашивания, организация клеточных покровов, таксономическая группа), которые необязательно совпадают для всех видов бактерий.[9][10][11][12] Реакция на окрашивание грамположительных и грамотрицательных бактерий не является надёжной характеристикой также и потому, что эти два вида бактерий не формирует филогенетически единую группу.[9] Как бы то ни было, хотя окрашивание по Граму и является эмпирическим критерием, в его основе лежат отчётливые различия в ультраструктуре и химическом составе двух главных видов прокариотических клеточных стенок, встречающихся в природе. Оба этих вида клеточных стенок отличаются друг от друга по наличию или отсутствию внешней липидной мембраны, которая является более надёжной и фундаментальной характеристикой бактериальных клеток.[9][13] Все грамположительные бактерии окружены единственным слоем фосфолипидной мембраны и обычно имеют толстый слой (20-80 нм) из пептидогликанов (муреин и проч.), сохраняющий на себе краситель Грама. Ряд других бактерий, окружённых единственной мембраной, но окрашивающихся грамотрицательно из-за отсутствия пептидогликанового слоя (см. микоплазмы) или же своей неспособности удерживать краситель Грама вследствие специфического состава клеточной стенки, также находится в близком родстве с грамположительными бактериями. Для бактериальных клеток, окружённых одной клеточной мембраной был предложен термин Монодермные Бактерии или Монодермные Прокариоты.[9][9][13] В противоположность грамположительным бактериям, все архитипичные грамотрицательные бактерии, помимо цитоплазматической мембраны окружены ещё и внешней клеточной мембраной и содержат между ними крайне тонкий слой пептидогликанов (2-3 нм). Наличие внутренней и наружной мембран порождает новый клеточный компартмент — периплазматическое пространство. Таких бактерии/прокариоты были обозначены как Дидермные Бактерии.[9][9][13] Ещё одно важное различие межу монодермными и дидермными прокариотами — консервативный набор делеций в ряде важных белков (см. DnaK, GroEL).[9][10][13][14] Из двух структурно различных групп прокариотических организмов, монодермные бактерии считаются предковой группой по отношению к дидермным. Основываясь на ряде наблюдений, включая тот факт, что грамположительные бактерии в большинстве своём продуценты антибиотиков, а грамотрицательные бактерии обычно к таковым устойчивы, было высказано предположение, что у наружной клеточной мембраны грамотрицательный бактерий существует защитный механизм против селективного действия антибиотиков.[9][10][13][14] Некоторые бактерии, как например Deinococcus, окрашиваются грамположительно из-за толстого пептидогликанового слоя, но обладают наружной клеточной мембраной и считаются промежуточным звеном между монодермами (грамположительные) и дидермами (грамотрицательные).[9][14] Дидермные бактерии в свою очередь могут быть подразделены на простых дидерм, у которых нет слоя липолисахаридов, архитипичных дидерм, чья наружная клточная мембрана содержит липолисахариды и собственно дидерм, наружная мембрана которых состоит из миколовой кислоты.[11][12][14][15] В добавок, многие бактериальные таксоны (см. Negativicutes, Fusobacteria, Synergistetes и Elusimicrobia), которые являются частью типа Firmicutes или его близкородственной ветвью, также обладают дидермной структурой клетки.[12][14][15] Однако, консервативная делеция (CSI) в белке HSP60(GroEL) служит отличительным знаком всех традиционных типов грамотрицательных бактерий (т.е. Proteobacteria, Aquificae, Chlamydiae, Bacteroidetes, Chlorobi, Cyanobacteria, Fibrobacteres, Verrucomicrobia, Planctomycetes, Spirochetes, Acidobacteria, итд.) от атипичных дидерм и других типов монодермных бактерий (e.g. Actinobacteria, Firmicutes, Thermotogae, Chloroflexi, etc.).[14] Наличия CSI во всех секвенированых видах из обычных ЛПС-содержащих типов грамотрицательных бактерий, доказывает, что этот тип бактерий формирует монофилитическую кладу, и говорит в пользу того, что в этой группе ни у одного вида не происходила потеря внешней мембраны. Эти данные говорят против гипотезы о происхождении монодермных прокариот от дидермных путём потери внешней мембраны. [14]

Примеры видов

Протеобактерии большая группа грамотрицательных бактерий, включающая Escherichia coli (E. coli), Salmonella, Shigella, и прочих Enterobacteriaceae, Pseudomonas, Moraxella, Helicobacter, Stenotrophomonas, Bdellovibrio, уксуснокислых бактерий, Legionella и множество других. Другие примечательные группы грамотрицательных бактерий включают в себя цианобактерий, спирохет, зелёных серо и не-серо бактерий.

Связанные с медициной грамотрицательные Кокки включают в себя три организма, вызывающих заболевания, передающиеся половым путём (Neisseria gonorrhoeae), вызывающий менингит (Neisseria meningitidis), и респираторные симптомы (Moraxella catarrhalis).

Среди бацилл есть большое количество значимых для медицины видов. Некоторые из них в первую очередь взывают проблемы с дыханием, как например (Hemophilus influenzae, Klebsiella pneumoniae, Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa), в первую очередь проблемы с мочеиспусканием(Escherichia coli , Proteus mirabilis, Enterobacter cloacae, Serratia marcescens), и желудочно-кишечного тракта(Helicobacter pylori, Salmonella enteritidis, Salmonella typhi).

Грам-отрицательных бактерий, связанных с внутрибольничные инфекции, включая Acinetobacter baumannii, вызывающий бактериемии, вторичный менингит, и вентилятор-ассоциированной пневмонии при лечении в отделении интенсивной терапии.

Значение для Медицины

Одна из нескольких уникальных характеристик грамотрицательных бактерий это структура внешней клеточной мембраны. Внешний лист мембраны включает в себя комплекс липополисахаридов, липидные части которых выполняют роль эндотоксинов. Если эндотоксины попадают в транспортную систему, происходит интоксикация, с последующим увеличением температуры, повышением частоты дыхания, и понижением кровяного давления. Всё это может привести к токсическому шоку и последующему летальному исходу.

Эта внешняя мембрана защищает бактерию от некоторых антибиотиков, красителей, и детергентов, которые в норме повреждают внутреннею мембрану или клеточную стенку. Такая защита делает бактерию устойчивой к лизоциму и пеницилину. Однако, были разработаны альтернативные методы лечения, такие как лизоцим с EDTA и антибиотик ампициллин, способные справиться с защитной внешней мембраной некоторых патогенных грамположительных организмов. Для этой же цели могут быть использованы и другие лекарства, наиболее эффективные из которых хлорамфеникол, стрептомицин, и налидиксовая кислота.

См. также

Источники

  1. (From Hoiczyk and Baumeister, 1995.)
  2. 1 2 Salton MRJ , Kim KS Structure. in: Baron's Medical Microbiology (Baron S et al., eds.). — 4th. — Univ of Texas Medical Branch, 1996. — ISBN 0-9631172-1-1
  3. 1 2 Микробиология, Гусев М.В, Минеева Л.А. Учебник 2003 -464с
  4. (Hoiczyk и Baumeister, 1998;Hoiczyk, 2000)
  5. Phycology Fourth edition by Robert Edward Lee; Colorado State University, USA
  6. Gibbons, N. E. (1978). «Proposals Concerning the Higher Taxa of Bacteria». International Journal of Systematic Bacteriology 28 (1): 1–6. DOI:10.1099/00207713-28-1-1.
  7. PMID 2439888 (PubMed)
    Цитата появится автоматически через несколько минутJump the queue or expand by hand
  8. Cavalier-Smith T (2006). «Rooting the tree of life by transition analyses». Biol. Direct 1: 19. DOI:10.1186/1745-6150-1-19. PMID 16834776.
  9. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gupta, R.S. (1998) Protein phylogenies and signature sequences: A reappraisal of evolutionary relationships among archaebacteria, eubacteria and eukaryotes. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 62: 1435—1491.
  10. 1 2 3 Gupta, R.S.(2000) The natural evolutionary relationships among prokaryotes. Crit. Rev. Microbiol. 26: 111—131.
  11. 1 2 , Desvaux M, Hébraud M, Talon R, Henderson IR. 2009. Secretion and subcellular localizations of bacterial proteins: a semantic awareness issue. Trends Microbiol. 17:139-145. DOI:10.1016/j.tim.2009.01.004
  12. 1 2 3 , Sutcliffe IC. 2010. A phylum level perspective on bacterial cell envelope architecture. Trends Microbiol. 18:464-470. DOI:10.1016/j.tim.2010.06.005
  13. 1 2 3 4 5 Gupta, R. S. (1998). What are archaebacteria: life’s third domain or monoderm prokaryotes related to Gram-positive bacteria? A new proposal for the classification of prokaryotic organisms. Molecular Microbiology. 29(3):695-707.
  14. 1 2 3 4 5 6 7 Gupta, R. S. (2011). Origin of diderm (Gram-negative) bacteria: antibiotic selection pressure rather than endosymbiosis likely led to the evolution of bacterial cells with two membranes. Antonie van Leeuwenhoek. 100:171-182.
  15. 1 2 PMID 19667386 (PubMed)
    Цитата появится автоматически через несколько минутJump the queue or expand by hand

biograf.academic.ru

Грамотрицательные бактерии — Википедия

Грамотрица́тельные бакте́рии — бактерии, которые не окрашиваются кристаллическим фиолетовым при окрашивании по Граму[1]. В отличие от грамположительных бактерий, которые сохраняют фиолетовую окраску даже после промывания обесцвечивающим растворителем (спирт), грамотрицательные полностью обесцвечиваются. После промывания растворителем при окрашивании по Граму добавляется контрастный краситель (обычно сафранин), который окрашивает все грамотрицательные бактерии в красный или розовый цвет. Это происходит из-за наличия внешней мембраны, препятствующей проникновению красителя внутрь клетки. Сам по себе тест полезен при классификации бактерий и разделении их на две группы относительно строения их клеточной стенки. Из-за своей более мощной и непроницаемой клеточной стенки грамотрицательные бактерии более устойчивы к антителам, чем грамположительные.

Обычно патогенность грамотрицательных бактерий связывают с определёнными компонентами их клеточных стенок, а именно, с липополисахаридным слоем (ЛПС или эндотоксический слой)[1]. В человеческом организме ЛПС вызывает иммунный ответ, который характеризуется синтезом цитокинов и активацией иммунной системы. Обычной реакцией на синтез цитокинов является воспаление, что также может привести к увеличению количества токсичных веществ в организме хозяина.

Характеристика

Строение оболочки клетки грамотрицательных бактерий

Общие признаки, свойственные большинству грамотрицательных бактерий:

  1. Наличие двух мембран, между которыми находится клеточная стенка и периплазматическое пространство.
  2. Более тонкий, по сравнению с грамположительными бактериями, пептидогликановый слой.
  3. Наружная мембрана содержит липополисахариды (состоит из липида А, полисахаридного ядра и антигена О снаружи и из фосфолипидов изнутри).
  4. В наружной мембране присутствуют порины, функционирующие подобно порам для определённых молекул.
  5. S-слой прикреплен к наружной мембране, а не к пептидогликановому слою.
  6. Если есть жгутик, он имеет четыре поддерживающих кольца, а не два.
  7. Отсутствуют тейхоевая и липотейхоевая кислоты.
  8. Обычно не образуют спор (примечательным исключением является Coxiella burnetii, образующая спороподобные структуры).
  9. Липопротеины прикреплены непосредственно к полисахаридной основе.
  10. Большинство содержат липопротеин Брауна, который связывает наружную мембрану и цепочки пептидоглюканов ковалентной связью.

Химический состав и структура клеточных покровов

Далее рассмотрены слои клеточных покровов грамотрицательных прокариотов, начиная с самого внутреннего:

Клеточная стенка

У грамотрицательных эубактерий строение клеточной стенки намного сложнее, чем у грамположительных. В её состав входит гораздо большее число макромолекул разного химического типа. Пептидогликан образует только внутренний слой клеточной стенки, неплотно прилегая к ЦПМ. Для разных видов грамотрицательных эубактерий содержание этого гетерополимера колеблется в широких пределах. У большинства видов он образует одно- или двухслойную структуру, характеризующуюся весьма редкими поперечными связями между гетерополимерными цепями.

Некоторые скользящие бактерии (миксобактерии, флексибактерии) способны в процессе перемещения по твердому субстрату периодически менять форму клеток, например путём изгибания, что говорит об эластичности их клеточной стенки, и в первую очередь её пептидогликанового слоя. Электронно-микроскопическое изучение, однако, обнаружило у них клеточную стенку, типичную для грамотрицательных эубактерий. Наиболее вероятное объяснение гибкости клеточной стенки этих бактерий — чрезвычайно низкая сшитость её пептидогликанового компонента[2].

Периплазматическое пространство

Появление у грамотрицательных эубактерий дополнительной мембраны в составе клеточной стенки фактически привело к созданию обособленной полости (периплазматического пространства), отграниченной от цитоплазмы и внешней среды специфическими мембранами и несущей важную функциональную нагрузку[2].

Периплазматическое пространство, куда погружен пептидогликановый слой, заполнено раствором, в состав которого входят специфические белки, олигосахариды и неорганические молекулы. Периплазматические белки представлены двумя типами: транспортными белками и гидролитическими ферментами.


Было обнаружено также, что многие бактерии способны в больших количествах вырабатывать ферменты (гликозидазы, протеазы, липазы и проч.), гидролизующие все типы полимерных молекул. Последними могут быть как молекулы, синтезируемые самой клеткой, так и чужеродные, попавшие в клетку извне. Отрицательные последствия гидролиза собственных молекул (самопереваривание) очевидны. В то же время прокариоты нуждаются в гидролитических ферментах, так как это расширяет круг используемых ими веществ, включая в него полимеры разного типа. Становится понятна необходимость изолирования этих ферментов от цитоплазматического содержимого. Грамположительные эубактерии выделяют гидролитические ферменты во внешнюю среду, у грамотрицательных они локализованы в периплазматическом пространстве.

Внешняя мембрана

Снаружи от пептидогликана располагается дополнительный слой клеточной стенки — наружная мембрана. Она состоит из фосфолипидов, типичных для элементарных мембран, белков, липопротеина и липополисахарида. Специфическим компонентом наружной мембраны является липополисахарид сложного молекулярного строения, занимающий около 30—40 % её поверхности и локализованный во внешнем слое.


Белки наружной мембраны можно разделить на основные и минорные. Основные белки представлены небольшим числом различных видов, но составляют почти 80 % всех белков наружной мембраны. Одна из функций этих белков — формирование в мембране гидрофильных пор диаметром примерно 1—15 нм и длиной 50—70 нм, наклонённых к поверхности клеточной стенки по углом 30-40°. Через них осуществляется неспецифическая диффузия молекул с массой до 600—900 Да. Это означает, что через такие поры могут проходить сахара, аминокислоты, небольшие олигосахариды и пептиды. Белки, пронизывающие наружную мембрану насквозь и образующие гидрофильные поры, называют поринами. Минорные белки наружной мембраны представлены гораздо бо́льшим числом видов. Их основная функция — транспортная и рецепторная. Примером минорных белков могут служить белки, ответственные за специфический транспорт в клетку железосодержащих соединений.

Разнообразные функции выполняют макромолекулы, локализованные частично или полностью на внешней стороне клеточной стенки, контактирующей с окружающей средой; это специфические рецепторы для фагов и колицинов; антигены; макромолекулы, обеспечивающие межклеточные взаимодействия при конъюгации, а также между патогенными бактериями и тканями высших организмов.

S-слой и осцилиновые фибриллы

S-слой или зубчатый слой — слой из плотноупакованных белков, выстилающих наружную поверхность клетки и обеспечивающих защиту от резких изменений pH или концентраций каких-либо ионов. Поверх этого слоя расположен слой из волоскоподобных фибрилл, находится за пределами наружной мембраны цианобактерий, способных к скольжению. Похожие на волоски, фибриллы верхнего слоя состоят из стержнеподобного гликопротеина, называемого осциллин.

Скольжение происходит посредством секреции слизи через поры на внешнюю сторону клеточных покровов[3]. Слизь проходит вдоль поверхности из осциллиновых фибрилл наружного слоя клетки и по расположенному рядом субстрату, продвигая фибриллы вперёд. Совокупность организованных волоскоподобных фибрилл, таким образом, действует как пассивный винт, в то время как слизь проходит по их поверхности в процессе скольжения[4].

Классификация

Наряду с анализом формы клетки, окрашивание по Граму является быстрым диагностическим методом, который ранее использовался для группирования видов бактерий в подотделы.

Медицинская иерархия видов

Основываясь на окраске по Граму, ныне ликвидированное царство Monera было разделено на четыре дивизиона: Firmacutes (+), Gracillicutes (-), Mollicutes (0) и Mendocutes (var.)[5]. Но начиная уже с 1987 года монофилия грамотрицательных бактерий была поставлена под сомнение, а позже и полностью опровергнута бимолекулярными исследованиями[6]. Однако некоторые авторы, такие как Т. Кавалир-Смит, всё ещё считают их монофилитической кладой и относят к подцарству Negibacteria[7].

Строение внешней клеточной мембраны и классификация бактерий

Важно указать на то, что хотя бактерии традиционно делятся на две основные группы, грамположительные и грамотрицательные, такая классификация является двусмысленной и условной, поскольку может относиться к трём совершенно разным аспектам (результат окрашивания, организация клеточных покровов, таксономическая группа), которые необязательно совпадают для всех видов бактерий[8][9][10][11]. Реакция на окрашивание грамположительных и грамотрицательных бактерий не является надёжной характеристикой также и потому, что эти два вида бактерий не формирует филогенетически единую группу[8]. Как бы то ни было, хотя окрашивание по Граму и является эмпирическим критерием, в его основе лежат отчётливые различия в ультраструктуре и химическом составе двух главных видов прокариотических клеточных стенок, встречающихся в природе. Оба этих вида клеточных стенок отличаются друг от друга по наличию или отсутствию внешней липидной мембраны, которая является более надёжной и фундаментальной характеристикой бактериальных клеток[8][12]. Все грамположительные бактерии окружены единственным слоем фосфолипидной мембраны и обычно имеют толстый слой (20—80 нм) из пептидогликанов (муреин и проч.), сохраняющий на себе краситель Грама. Ряд других бактерий, окружённых единственной мембраной, но окрашивающихся грамотрицательно из-за отсутствия пептидогликанового слоя (см. микоплазмы) или же своей неспособности удерживать краситель Грама вследствие специфического состава клеточной стенки, также находится в близком родстве с грамположительными бактериями. Для бактериальных клеток, окружённых одной клеточной мембраной, был предложен термин монодермные бактерии или монодермные прокариоты[8][8][12]. В противоположность грамположительным бактериям, все архетипичные грамотрицательные бактерии, помимо цитоплазматической мембраны, окружены ещё и внешней клеточной мембраной и содержат между ними крайне тонкий слой пептидогликанов (2—3 нм). Наличие внутренней и наружной мембран порождает новый клеточный компартмент — периплазматическое пространство. Такие бактерии/прокариоты были обозначены как дидермные бактерии[8][8][12].

Ещё одно важное различие межу монодермными и дидермными прокариотами — консервативный набор делеций в ряде важных белков (см. DnaK, GroEL)[8][9][12][13]. Из двух структурно различных групп прокариотических организмов, монодермные бактерии считаются предковой группой по отношению к дидермным. Основываясь на ряде наблюдений, включая тот факт, что грамположительные бактерии в большинстве своём продуценты антибиотиков, а грамотрицательные бактерии обычно к таковым устойчивы, было высказано предположение, что у наружной клеточной мембраны грамотрицательных бактерий существует защитный механизм против селективного действия антибиотиков[8][9][12][13]. Некоторые бактерии, как например Deinococcus, окрашиваются грамположительно из-за толстого пептидогликанового слоя, но обладают наружной клеточной мембраной и считаются промежуточным звеном между монодермами (грамположительные) и дидермами (грамотрицательные)[8][13]. Дидермные бактерии в свою очередь могут быть подразделены на простых дидерм, у которых нет слоя липолисахаридов, архетипичных дидерм, чья наружная клеточная мембрана содержит липолисахариды, и собственно дидерм, наружная мембрана которых состоит из миколовой кислоты[10][11][13][14].

Вдобавок многие бактериальные таксоны (см. Negativicutes, Fusobacteria, Synergistetes и Elusimicrobia), которые являются частью типа Firmicutes или его близкородственной ветвью, также обладают дидермной структурой клетки[11][13][14]. Однако консервативная делеция (CSI) в белке HSP60 (GroEL) служит отличительным знаком всех традиционных типов грамотрицательных бактерий (то есть Proteobacteria, Aquificae, Chlamydiae, Bacteroidetes, Chlorobi, Cyanobacteria, Fibrobacteres, Verrucomicrobia, Planctomycetes, Spirochetes, Acidobacteria и т. д.) от атипичных дидерм и других типов монодермных бактерий (таких как Actinobacteria, Firmicutes, Thermotogae, Chloroflexi и т. д.)[13]. Наличие CSI во всех секвенированых видах из обычных ЛПС-содержащих типов грамотрицательных бактерий доказывает, что этот тип бактерий формирует монофилитическую кладу, и говорит в пользу того, что в этой группе ни у одного вида не происходила потеря внешней мембраны. Эти данные говорят против гипотезы о происхождении монодермных прокариот от дидермных путём потери внешней мембраны[13].

Примеры видов

Протеобактерии — большая группа грамотрицательных бактерий, включающая Escherichia coli (E. coli), Salmonella, Shigella и прочих Enterobacteriaceae, Pseudomonas, Moraxella, Helicobacter, Stenotrophomonas, Bdellovibrio, уксуснокислых бактерий, Legionella и множество других. Другие примечательные группы грамотрицательных бактерий включают в себя цианобактерий, спирохет, зелёных серо- и не-серобактерий.

Связанные с медициной грамотрицательные кокки включают в себя три организма, вызывающих заболевания, передающиеся половым путём (Neisseria gonorrhoeae), менингит (Neisseria meningitidis) и респираторные симптомы (Moraxella catarrhalis).

Среди бацилл есть большое количество значимых для медицины видов. Некоторые из них в первую очередь взывают проблемы с дыханием, как например (Hemophilus influenzae, Klebsiella pneumoniae, Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa), с мочеиспусканием (Escherichia coli , Proteus mirabilis, Enterobacter cloacae, Serratia marcescens), и с желудочно-кишечным трактом (Helicobacter pylori, Salmonella enteritidis, Salmonella typhi).

Ряд грамотрицательных бактерий связаны с внутрибольничными инфекциями, включая Acinetobacter baumannii, вызывающий бактериемии, вторичный менингит и вентилятор-ассоциированную пневмонию при лечении в отделениях интенсивной терапии.

Значение для медицины

Одна из нескольких уникальных характеристик грамотрицательных бактерий — это структура внешней клеточной мембраны. Внешний лист мембраны включает в себя комплекс липополисахаридов, липидные части которых выполняют роль эндотоксинов. Если эндотоксины попадают в транспортную систему, происходит интоксикация, с последующим увеличением температуры, повышением частоты дыхания и понижением кровяного давления. Всё это может привести к токсическому шоку и последующему летальному исходу.

Эта внешняя мембрана защищает бактерию от некоторых антибиотиков, красителей и детергентов, которые в норме повреждают внутреннюю мембрану или клеточную стенку. Такая защита делает бактерию устойчивой к лизоциму и пенициллину. Однако были разработаны альтернативные методы лечения, такие как лизоцим с ЭДТА и антибиотик ампициллин, способные справиться с защитной внешней мембраной некоторых патогенных грамотрицательных организмов. Для этой же цели могут быть использованы и другие лекарства, наиболее эффективные из которых хлорамфеникол, стрептомицин и налидиксовая кислота.

См. также

Источники

  1. 1 2 3 ''Salton M. R. J., Kim K. S.. Structure. in: Baron's Medical Microbiology (Baron S. et al., eds.). — 4th. — Univ of Texas Medical Branch, 1996. — ISBN 0-9631172-1-1.
  2. 1 2 Гусев М. В., Минеева Л. А. Микробиология: Учебник. — 2003. − 464 с.
  3. ↑ (Hoiczyk и Baumeister, 1998; Hoiczyk, 2000)
  4. Lee R. E. Phycology. — 4th Ed. — Colorado State University, USA.
  5. Gibbons, N. E. (1978). «Proposals Concerning the Higher Taxa of Bacteria». International Journal of Systematic Bacteriology 28 (1): 1–6. DOI:10.1099/00207713-28-1-1.
  6. Woese C. R. Bacterial evolution. (англ.) // Microbiological reviews. — 1987. — Vol. 51, no. 2. — P. 221—271. — PMID 2439888. [исправить]
  7. Cavalier-Smith T. (2006). «Rooting the tree of life by transition analyses». Biol. Direct 1: 19. DOI:10.1186/1745-6150-1-19. PMID 16834776.
  8. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gupta R. S. (1998) Protein phylogenies and signature sequences: A reappraisal of evolutionary relationships among archaebacteria, eubacteria and eukaryotes. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 62: 1435—1491.
  9. 1 2 3 Gupta R. S. (2000) The natural evolutionary relationships among prokaryotes. Crit. Rev. Microbiol. 26: 111—131.
  10. 1 2 Desvaux Mickaël, Hébraud Michel, Talon Régine, Henderson Ian R. Secretion and subcellular localizations of bacterial proteins: a semantic awareness issue // Trends in Microbiology. — 2009. — Апрель (т. 17, № 4). — С. 139—145. — ISSN 0966-842X. — DOI:10.1016/j.tim.2009.01.004. [исправить]
  11. 1 2 3 Sutcliffe Iain C. A phylum level perspective on bacterial cell envelope architecture // Trends in Microbiology. — 2010. — Октябрь (т. 18, № 10). — С. 464—470. — ISSN 0966-842X. — DOI:10.1016/j.tim.2010.06.005. [исправить]
  12. 1 2 3 4 5 Gupta R. S. (1998). What are archaebacteria: life’s third domain or monoderm prokaryotes related to Gram-positive bacteria? A new proposal for the classification of prokaryotic organisms. Molecular Microbiology. 29(3):695-707.
  13. 1 2 3 4 5 6 7 Gupta R. S. (2011). Origin of diderm (Gram-negative) bacteria: antibiotic selection pressure rather than endosymbiosis likely led to the evolution of bacterial cells with two membranes. Antonie van Leeuwenhoek. 100:171—182.
  14. 1 2 Marchandin H., Teyssier C., Campos J., Jean-Pierre H., Roger F., Gay B., Carlier J. P., Jumas-Bilak E. Negativicoccus succinicivorans gen. nov., sp. nov., isolated from human clinical samples, emended description of the family Veillonellaceae and description of Negativicutes classis nov., Selenomonadales ord. nov. and Acidaminococcaceae fam. nov. in the bacterial phylum Firmicutes. (англ.) // International journal of systematic and evolutionary microbiology. — 2010. — Vol. 60, no. Pt 6. — P. 1271—1279. — DOI:10.1099/ijs.0.013102-0. — PMID 19667386. [исправить]

wikipedia.green

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о