Mikroorganismu uzbūve un forma
Baktērijas ir vienkāršākie dzīvie organismi,
jo tos veido viena šūna, kurā reti var atrast noteiktas iekššūnas struktūras,
kuras raksturīgas augu un dzīvnieku šūnām. Uzskata, ka protistu augu un
dzīvnieku (eikariotiskās) šūnas veidojušās apvienojoties vairākām baktērijām.
Baktēriju morfoloģija
Morfoloģija apraksta organismu
uzbūvi no ārpuses. Mikroorganismu galvenās morfoloģiskās pazīmes ir šūnu
forma un savstarpējais novietojums kolonijās.
Vairumam baktēriju šūnai ir sfēriska,
cilindriska vai spirāles forma. Šūnas var atrasties pa vienai, atsevišķi,
vai arī būt sakopotas kolonijās vai pavedienos.
Sfēriskas formas mikroorganismus
sauc par kokiem (10. att.). Atsevišķu koku šūnu diametrs ir aptuveni
1 µm. Ja sfēriskās šūnas ārpus dalīšanās (vairošanās) procesa sastopamas
pa vienai, baktērijas sauc par mikrokokiem (monokokiem).
Ir baktērijas, kuru šūnu dalīšanās notiek vienā plaknē. Ja pēc šādas dalīšanās
šūnas paliek kopā, veidojas šūnu pāri vai šūnu virknes. Šādus kokus sauc
attiecīgi par diplokokiem vai streptokokiem. Ja baktēriju
šūnas vienmērīgi dalās trijās plaknēs un pēc dalīšanās paliek kopā, veidojas
regulāras formas vai sfēriski šūnu kopojumi. Šādus veidojumus sauc par
sarcīnām.
Ja koku dalīšanās notiek trijās plaknēs, taču nevienmērīgi, tad rodas neregulāras
formas šūnu sakopojumi, kurus sauc par stafilokokiem.
Daudzām baktērijām ir cilindriska
forma. Šādas baktērijas sauc par nūjiņām. Nūjiņu garuma un platuma
attiecība var stipri variēt, īsās nūjiņas bieži ir grūti pat atšķirt no
kokiem. Nūjiņu garuma un platuma attiecība bieži variē no vides, augšanas
apstākļie un šūnas vecuma, to izmēri aptuveni 0,5 x 10 µm. Garās nūjiņveida
baktēriju šūnas nereti ir saliekušās vai sagriezušās spirālē. Spirālē sagrieztos
mikroorganismus var raksturot ar vijumu skaitu spirālē. Ja spirālei ir
viena vai vairākas vītnes, baktērijas sauc par spirillām, bet nepilna
vītne ir vibrioniem un tie izskatās pēc saliektām nūjiņām. Spirillu
šūnu platums līdzīgs nūjiņām, bet garums var sasniegt pat 100 µm.
Atsevišķām baktērijām raksturīga
vaļēja vai slēgta gredzena forma. Šādas šūnas sauc par toroīdiem.
Ir baktērijas, kuras nevairojas
vienkārši daloties, bet gan pumpurojoties. Šo balktēriju šūnām var novērot
garus izaugumus, kurus sauc par prostēkām. Vienai baktērijai var
būt līdz 10 izaugumu.
Reti, bet gadās sastapt baktērijas
ar ļoti īpatnēju šūnu formu. To šūna var būt ar regulāras zvaigznes
formu vai tārpveidīga – tieva gara ar uzliektiem galiem. Atsevišķām
baktērijām raksturīga šūnas zarošanās.
Baktēriju iekšējā uzbūve
Prokariotiskā šūna pēc uzbūves stipri
atšķiras no eikariotiskajām šūnām.
Pirmkārt jau mikroorganismu mazās
šūnas, kuras lielākoties pielāgojušās dzīvot un pārvarēt ārējās vides bieži
vien nedraudzīgo iedarbību pa vienai, var pastāvēt pateicoties īpašiem
apvalkiem, kuri klāj šūnu. Apvalku slāņu skaits un uzbūve starp
dažādu grupu baktērijām stipri variē. Virs citoplazmatiskās membrānas baktēriju
šūnai var atrast šūnapvalku, kapsulu, gļotu apvalku, bārkstiņas
un specifiskus kustības orgānus – viciņas un bārkstiņas. Šūnas daļu,
kas atrodas zem šiem apvalkiem – ar citoplazmatisko membrānu apņemtu citoplazmu,
sauc par protoplastu.
Viciņas (flagellas) daudzu
(bet ne visu) baktēriju kustību organellas. To esamība, novietojums un
skaits ir baktēriju sugai raksturīga un stabila pazīme, kuru izmanto kā
vienu no pazīmēm baktēriju klasifikācijā. Viciņas baktērijai var būt novietotas
šūnas vienā galā, abos galos vai visapkārt šūnai. Viciņas ir 3 – 12 µm
garas, ar diametru 10 – 30 nm, tātad to diametrs ir tik mazs, ka gaismas
mikroskopos tās nav saskatamas. Baktēriju viciņas ķīmiski veidotas no viena
proteīna, kuru sauc par flagelīnu. Šāds proteīns nav sastopams eikariotu
viciņās, kurās simetriski izkārtotas mikrocaurulītes. Atšķiras arī kustību
veidi. Eikariotu viciņas izdara viļņveidīgas kustības, bet prokariotu flagellas
griežas kā propelleri. Ja viciņas izvietotas dažādās šūnas vietās (abos
galos [amfitrihi] vai visapkārt šūnai [peritrihi]) vairumā gadījumu tās
darbojas saskaņoti, nodrošinot šūnai izteikti virzītu kustību. Ar viciņu
palīdzību baktērija vienas sekundes laikā var veikt attālumu, kas 20 –
50 reizes pārsniedz pašas šūnas garumu.
Bārkstiņas (pili) nav saistītas
ar baktēriju pārvietošanos un tās var novērot gan kustīgām ga nekustīgām
baktērijām. Bārkstiņu skaits variē no dažām līdz vairākiem tūkstošiem.
Bārkstiņas ir mazākas par viciņām (garums 0,3 – 4 µm, daimetrs 5 – 10 nm)
un atšķiras pēc savas uzbūves, visticamāk to funkcijas arī ir atšķirīgas.
Vislabāk izpētīti ir F pili jeb dzimumbārkstiņas. Tie ir cauruļveidīgi
proteīnu veidojumi, kuri piedalās baktēriju konjugācijas procesā.
Kapsulas un gļotu apvalks.
Bieži baktēriju šūnapvalku no ārpuses apņem gļotainas vielas. Atkarībā
no gļotu slāņa biezuma un konsistences izdala makrokapsulas, mikrokapsulas
un gļotu apvalku. Kapsula ir šūnu aptverošs gļotu apvalks ar skaidri
izteiktām kontūrām. Mikrokapsulas biezums ir mazāks par 0,2 µm un
to var atrast tikai ar elektronu mikroskopa palīdzību. Makrokapsulas
biezums ir lielāks par gaismas mikroskopa izšķirtspējas robežu (0,2 µm)
un to var saskatīt ar gaismas mikroskopa palīdzību. Makrokapsulas noteikšanai
iemīļota metode ir pētāmo šūnu apskate tušas pilienā. Tuša kapsulās neiekļūst
un tāpēc uz tumšā fona labi saskatāmas šūnas, kuras apņem “gaismas oreols”,
šo metodi sauc par negatīvo kontrastēšanu. Gļotu apvalku veido amorfas
gļotas, kuras viegli atdalās no šūnas. Netieši par baktēriju spēju veidot
kapsulas vai gļotau apvalkus var spriest pēc baktēriju koloniju izskata.
Ja baktēriju kolonija ir gluda un spīdīga “kā nolakota” visticamāk ka atsevišķās,
koloniju veidojošās baktērijas ir klātas ar kapsulām vai gļotu apvalkiem.
Ja baktēriju kolonija uz cietās barotnes izskatās kā matēta tad visticamāk
šīs baktērijas kapsulas vai gļotu apvalkus neveido. Mikrobioloģijā pieņemts
gludās kolonijas apzīmēt par S tipa kolonijām, bet matētās par R kolonijām
(burti ņemti no angļu valodas vārdiem smooth un rough).
Pētījumi liecina, ka kapsulas veidotas
no makromolekulām kuras sakārtotas vairākos slāņos un molekulu orientācija
dažādos slāņos var būt dažāda. Vairumā gadījumu kapsulas un gļotu apvalku
veido poolisaharīdu homo- vai hetero-polimēri. Homopolisaharīdus
(polimērs ko veido viena un tā pati monosaharīdu molekula, piemēram, monosaharīda
– glikozes molekulām polimerizējoties vai saistoties savā starpā veidojas
homopolisaharīdi – ciete vai glikogēns. Šos polisaharīdus
hidrolizējot
[sašķeļot ar ūdens piesaistīšanu] iegūst tikai viena veida monosaharīdus
– glikozi. Ciete un glikogēns atšķiras tikai ar polimēru struktūru – cietes
gadījumā glikoze veido lineārus polimēru pavedienus, bet glikogēnam raksturīga
polimēru pavedienu zarošanās; kā arī izcelsmi – cieti sintezē augu valsts
pārstāvji, bet glikogēns veidojas kā dzīvnieku enerģētiskā rezerves viela
[cilvēkam aknu šūnās un muskuļaudos]. Baktēriju kapsulu un gļotu apvalku
homoplimēri parasti veidoti no glukāniem un mannāna (C6H1005)n
Šūnapvalks
Eubaktērijām raksturīgi divu tipu šūnapvalki.
Atšķireības šūnapvalku uzbūvē ir par pamatu eubaktēriju iedalīšanai gram-pozitīvajās
un gram-negatīvajās baktērijās. Pirmajā gadījumā šūnapvalkā iekļauts biezs
peptidoglikānu slānis, otrajā gadījumā peptidoglikānu ir aptuveni piecas
reizes mazāk. Pie kam gram-negatīvajām baktērijām šūnapvalku apņem otra
šūnas membrāna, kura pēc savas ķīmiskās uzbūves stipri atšķiras no citoplazmatiskās
membrānas. Apkārt ārējai membrānai var atrasties arī gļotu slānis. Baktēriju
šūnapvalka atšķirības no cilvēka vai augu šūnu apvalkiem bieži var veiksmīgi
izmantot, lai cīnītos pret cilvēkam nevēlamām baktērijām.
Baktēriju divu veidu šūnapvalku
uzbūve nosaka to atšķirīgu iedarbību ar dažādām krāsvielām. Uz to pamatojas
krāsošanas metode, kura pēc iegūtās šūnas nokrāsas ļauj noteikt šūnapvalka
tipu. 1884. gadā pirmoreiz lietotā metode nes sava izgudrotāja, dāņu ārsta
Kristiana Grama (Christian Gram) vārdu. Metodei ir liela nozīme baktēriju
noteikšanā, jo šūnapvalka tips baktērijām ir būtiska morfoloģiska pazīme.
Aptuveni 75% no visām zināmajām
eubaktērijām pieder pie gram-negatīvo baktēriju grupas, te pieder
spirohetes, vibrioni, spirillas, gram-negatīvie koki un nūjiņas, riketsijas,
hlamīdijas un zilalģes.
Gram pozitīvās baktērijas neveido
tik plašu un daudzveidīgu grupu, šeit pieskaitāmi gram-pozitīvie koki un
nūjiņas kā arī aktinomicētes
Krāsošana pēc Grama (Gram Stain)
-
1. Baktēriju šūnu uztriepi fiksē uz
priešmetstikla un krāso ar krāsvielu, ko sauc par kristālvioleto krāsu.
-
2. Tad paraugu atmazgā ar ūdeni.
-
3. Krāsošanu turpina ar joda krāsu.
-
4. Paraugu atmazgā ar etanolu.
-
5. Beigās paraugu krāso ar rozā krāsvielu
- safranīnu.
Gram-pozitīvo baktēriju šūnapvalku
biezais proteīnu slānis labi saista kristālvioleto krāsvielu un mikroskopā
šūnas izskatās purpurīgi violetas.
Gram-negatīvās baktērijas, kurām
šūnapvalkā ir plāns proteīnu slānis, kristālvioleto krāsvielu piesaista
vāji un atmazgāšanas laikā šī krāsviela atkal pāriet šķīdumā. Tādējādi
gram negatīvās šūnas ir nokrāsojušās tikai ar safranīnu un izskatās rozā
vai sarkanas.
Vairošanās
Baktērijām raksturīga bezdzimumiska
vairošanās, šūnai daloties pēc DNS replikācijas. Tā kā baktērijām ir tikai
viena cirkulāra hromosoma tām nav nepieciešams sarežģīts dalīšanās mehānisms,
kāds tas vērojams eikariotiskajām šūnām (mitoze, mejoze). Prokariotu šūnas
vairojas vienkārši daloties, parasti tā ir binārā dalīšanās (uz pusēm).
Vienkāršais dalīšanās process ļauj prokariotiem vairoties ļoti strauji.
Labvēlīgos apstākļos dažas baktērijas var dalīties ik pa 15 minūtēm.
Konjugācija – divas šūnas,
kuras savienojušās ar speciālu pilu, daļēji apmainās ar ģenētisko informāciju.
Jaunpienākušie DNS fragmenti aizstāj vecos. Šo baktēriju "pārveidošanās"
procesu var uzskatīt par dzimumiskās vairošanās pirmsākumu.
Endosporas – varāku
baktēriju sugu p;arst;avji nelabvēlīgos apstākļos spēj savu ģenētisko materiālu
ietvert biezā aizsargkapsulā un izveidojas endospora. Šāda endospora var
gulēt gadu simtiem, kamēr parādās baktērijas dzīvei labvēlīgi apstākļi
un tā atdzīvojas.
|