История изучения и методы исследования микробиоты

Способы поступления питательных веществ

По способам поступления питательных веществ бактерии подразделяются на:

• голофиты (греч. holos – полноценный и греч. phyticos – относящийся к растениям) – бактерии неспособные выделять в окружающую среду ферменты, расщепляющие субстраты, потребляют вещества только в растворенном, молекулярном виде;
• голозои (греч. holos – полноценный и греч. zoikos – относящийся к животным) – бактерии, обладающие комплексом ферментов, обеспечивающие внешнее питание – расщепление субстратов до молекул вне бактериальной клетки, после чего молекулы питательных веществ транспортируются внутрь бактерии[4].

Принципы классификации бактерий.

Подробности

Для бактерий рекомендованы следующие таксономические категории: класс, отдел, порядок, семейство, род, вид. Название вида соответствует бинарной номенклатуре, т. е. состоит из двух слов. Например, возбудитель сифилиса пишется как Treponema pallidum. Первое слово — название рода и пишется с прописной буквы, второе слово обозначает вид и пишется со строчной буквы. При повторном упоминании вида родовое название сокращается до начальной буквы, например: Т. pallidum.

Бактерии относятся к прокариотам, т. е. доядерным организмам, поскольку у них имеется примитивное ядро без оболочки, ядрышка, гистонов, а в цитоплазме отсутствуют высокоорганизованные органеллы (митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы и др.).

Бактерии делят на 2 домена: «Bacteria» и «Archaea».В домене «Bacteria» можно выделить следующие бактерии:1) бактерии с тонкой клеточной стенкой, грамотрицательные;2) бактерии с толстой клеточной стенкой, грамположительные;3) бактерии без клеточной стенки (класс Mollicutes — микоплазмы)

Архебактерии не содержат пептидогликан в клеточной стенке. Они имеют особые рибосомы и рибосомные РНК (рРНК).

К толстостенным грамположительным эубактериям относят: сферические формы, или кокки (стафилококки, стрептококки, пневмококки); палочковидные формы, а также актиномицеты (ветвящиеся, нитевидные бактерии), коринебактерии (булавовидные бак¬терии), микобактерии и бифидобактерии.

Тонкостенные грамотрицательные бактерии: Менингококки, гонококки, Вейлонеллы, Палочки, Вибрионы, Кампилобактерии, Хеликобактерии, Спириллы, Спирохеты, Риккетсии, Хламидии.

Толстостенные грамположительные бактерии: Пневмококки, Стрептококки, Стафилококки, Палочки, Бациллы, Клостридии, Коринебактерии, Микобактерии, Бифидобактерии, Актиномицеты.

ГЛАВА МОРФОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ

3.1. ФОРМЫ И РАЗМЕРЫ БАКТЕРИЙ

К концу XIX в. было описано много разнообразных по форме микроорганизмов. В 1896 г. К. Леман и Р. Нейман предложили объединить микроорганизмы по форме в три группы: шаровидные, палочковидные и извитые.

Шаровидные (кокковые) бактерии по форме напоминают шар диаметром от 0,7 до 1,5 мкм (рис. 2; 1—5) В зависимости от расположения клеток после деления в одной, двух или трех взаимно перепендикулярных плоскостях различают:

• микрококки — клетки располагаются поодиночно;

• диплококки — после деления в одной плоскости клетки не разъединяются, а остаются соединенными попарно;

• стрептококки — клетки делятся в одной плоскости, но после деления не разъединяются и образуют цепочки разной длины;

• тетракокки — клетки делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, образуя тетрады кокков;

• сарцины — клетки делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях с образованием пакетов кубической формы из восьми кокков;

• стафилококки — клетки делятся беспорядочно в нескольких плоскостях, образуя скопления кокков, напоминающие гроздья винограда.

Некоторые представители шаровидных бактерий имеют вытянутую форму. Форма пневмококков (возбудителей пневмонии) напоминает пламя свечи, клетки располагаются попарно широкими основаниями вовнутрь. Менингококки (возбудители эпидемического менингита) и гонококки (возбудители гонореи) имеют форму кофейных зерен, соединенных по два вогнутыми сторонами.

Палочковидные бактерии различаются по размерам, форме концов клетки, взаимному расположению клеток (рис. 2; 7—9). Длина клеток палочковидных бактерий варьирует от 1 до 10 мкм, толщина — от 0,3 до 2,0 мкм. Наиболее мелкими палочковидными бактериями являются риккетсии. Другие мелкие палочки, у которых разница между длиной и толщиной невелика, по внешнему виду напоминают кокки, в связи с чем их называют коккобактериями (возбудитель бруцеллеза).

Концы палочек могут быть округлыми, обрубленными, заостренными или утолщенными, похожими на булаву. Большинство палочковидных бактерий расходятся после деления и располагаются беспорядочно. Для определенных бактерий характерно соединение палочковидных клеток в цепочки. Среди палочковидных форм различают спорообразующие и неспорообразующие виды. Палочки, образующие споры, называют бациллами или клостридиями.

У бацилл споры располагаются в центре клетки и диаметр их, как правило, не превышает диаметра вегетативной клетки. У клостридий спора смещена от центра и толще диаметра клетки. Такие формы имеют вид веретена, теннисной ракетки, барабанной палочки, лимона. Бациллы хорошо растут в присутствии кислорода воздуха, их называют аэробами. Клострии — анаэробы и растут только в отсутствие кислорода.

Извитые формы микробов включают изогнутые или спиралевидно извитые клетки. Их различают по количеству завитков: вибрионы — слегка изогнутые палочки, напоминающие по форме запятую; спириллы — клетки имеют 3—5 крупных завитков; спирохеты — тонкие, длинные, спиралевидной формы бактерии, характеризующиеся подвижностью, обусловленной колебательными движениями клетки (рис. 2; 10—13). Они занимают промежуточное положение между бактериями и простейшими.

Рис. 2. Формы бактерий (Воробьев и др., 1994):

1 — микрококки; 2 — стрептококки; 3 — сарцина; 4 — гонококки; 5 — пневмококки; 6 — капсула пневмококков; 7 — коринебактерии дифтерии; 8 — клостридии; 9 — бациллы; 10 —вибрионы; 11 — спириллы; 12 — трепонемы; 13 — боррелии; 14 — лептоспиры; 15 — актиномицеты; 16 — расположение жгутиков: а — монотрихи; б — лофотрихи; в — амфитрихи; г — перитрихи

Большинство извитых форм являются патогенными для человека и животных (холерный вибрион, трепонема сифилиса, боррелия возвратного тифа, возбудитель лептоспироза), но среди них есть и сапрофитные виды, обитающие в почве и воде и участвующие в круговороте серы (Vibriodesulfuricans, Spirillum volutans и др.).

Кроме вышеописанных бактерий в природе обнаружены и другие формы.

Ветвящиеся бактерии относятся к семейству Actinomycetaceae. Бактерии рода Mycobacterium могут образовывать мицелий, который неустойчив и на ранней стадии роста организма распадается на тонкие, иногда разветвленные палочки. Для них характерно расположение клеток под углом друг к другу. Бифидобактерии (род Bifidobacterium) имеют разветвления на одном или двух концах клеток.

Коринебактерии (род Corynebacterium) напоминают микобактерии, но отличаются от них утолщениями на концах палочек и включениями зерен в цитоплазме (рис. 2; 7).

Особенно сильным ветвлением характеризуются клетки актиномицетов (от греч. actis — луч, myces — гриб). Некоторые их представители образуют хорошо развитый многократно ветвящийся мицелий со сложным строением органов плодоношения (рис. 2; 15). Сапрофитные представители актиномицетов широко распространены в почве, участвуя в круговороте веществ в природе. Многие из них являются продуцентами антибиотиков.

В последнее время обнаружены прокариоты с необычной формой клеток. Некоторые из них имеют форму замкнутого или разомкнутого кольца, другие по форме напоминают шестиугольную звезду, третьи образуют клеточные выросты — простеки.

Виды термофильных бактерий

Термофильные бактерии различаются по необходимым для проживания и роста условиям, которые зависят от среды – выращиваемые в искусственных условиях лучше ощущают себя в твердых средах с наличием воздуха. Другие же способны обходиться без кислорода и растут в жидких средах. Форма бактерий, которые могут быть подвижными и неподвижными, зависит от температуры. С температурой до 40 °C микроорганизмы имеют вид палочковидных бацилл, а при ее повышении приобретают вид нитей.

Изучение термофилов продолжается до сих пор – не все показатели и формы бактерий на данный момент установлены. Более того, не так давно в садовой почве были обнаружены плесневые грибы, которые имеют аналогичные свойства и предпочитают высокие температуры.

Однако, стоить отметить прогресс, который был достигнут за последние годы в плане исследований данной категории микроорганизмов. Так, установлено, что наиболее заметным изменениям, которые происходят под влиянием высоких температур, подвергаются клеточные белки и липиды, связанные с основными жизненными процессами бактерий.

Систематика бактерий

Домен Bacteria включает 23 типа, среди них значение в медицинской микробиологии имеют всего пять. Важное значение в медицинской микробиологии имеет подразделение бактерий в зависимости от строения клеточной стенки и, соответственно, от способности краситься йодосодержащими красителями по методике Грама.

Большая часть грамотрицательных бактерий были объединены в тип Proteobacteria, который делится на 5 классов. Также грамотрицательные бактерии входят в типы Chlamydiae, Spirochaetes и Bacteroides.

Грамположительные бактерии объединены в два типа:

• Firmicutes
• Actinobacteri

Грамотрицательные бактерии

К числу этих бактерий относят более 180 родов, в числе которых:

• хламидии;
• спирохеты;
• спириллы;
• гонококки;
• менингококки и другие виды.

У грамотрицательных бактерий более тонкая стенка, содержащая меньше муреина, но она защищена внешней мембраной от проникновения различных соединений. Благодаря этим свойствам в ходе реакции она обесцвечивается, и при добавлении красителя дает розовый или красный цвет. Защитная стенка этих бактерий делает их устойчивыми к антителам, в отличии от грамположительных.

В чем опасность грамотрицательных бактерий?

Попадая в организм человека, бактерия способна вызывать интоксикацию. При этом наблюдаются характерные симптомы общей интоксикации: повышение температуры, частоты дыхания и гипотония. Негативный исход данного состояния для человека — токсический шок и летальный исход.

Основная таксономическая единица в микробиологии вид, род, семейство.

Вид – бактерии это совокупность микроорганизмов одного генотипа, которые в одинаковых условиях имеют одинаковые фенотипические признаки. Например: Salmonella typhi (род, вид).  В пределах одного вида отдельные признаки. Отдельные свойства могут варьировать, поэтому внутри вида могут вида могут определятся под виды (морфологические варианты, биоварианты, хемоварианты, фаговары, серовары(отличаются по антигенным свойствам)).

Установление принадлежности к роду и виду называется идентификацией бактерий. Для идентификации необходимо изучить все свойства микроорганизмов, обнаружить эти свойства в мире микроба. Идентификация микроорганизма происходит по набору следующих свойств: тинкториальный, кульруральных, биохимических, факторов патогенности, антигенных свойств и отношение к фагам. Для облегчения идентификации предложены специальные идентификационные ключи для определенных групп микроорганизмов это наборы признаков для микроорганизма – семейства, рода и вида. Идентификации подвергаются исключительно чистые культуры организма.

ЧКМ – микробы одного вида выращенные в лабораторных условиях на искусственных питательных средах.

Штамм – чистая культура выделенная из конкретного источника, либо чистая культура выделенная из одного источника, но в разное время.

Клон – чистая культура микробов полученная из одной бактериальной клетки

Популяция микробов – совокупность особей одного вида длительно существующих на определенной территории и изолированных от других особой того же вида, популяция единица эволюции. Например популяция сальмонеллы тифи северных регионов отличается от обитающих в южных регионов.

Что нужно запомнить

Пока ни один метод исследования микробиоты не используется в регулярной клинической практике. Иногда для полной картины врач может порекомендовать провести именно метагеномное исследование микробиоты, чтобы оценить состав бактерий кишечника.

Мы предупреждаем пользователей, что Тест микробиоты подходит только в образовательных целях и разработан для людей без диагностированных заболеваний. Если человек болен, то он сможет узнать состав бактерий, но рекомендации в этом случае будут не актуальны. Микробиота людей с заболеваниями сильно отличается, и для них «нормальный» профиль будет другим.

Какие бактерии живут в кишечниках россиян

Мы не советуем проводить исследование детям, потому что по их микробиоте данных намного меньше. А лишнее вмешательство и ограничение рациона детей — потенциально опасно, так как ребенок может недополучать необходимых нутриентов или пострадать от жителям России и стран СНГ предлагают исследование метаболитов микробиоты для детей и взрослых по образцу крови или слюны методом газовой хроматографии и масс-спектрометрии. По его результатам, как утверждают разработчики этого метода, можно оценить наличие и отсутствие воспалений в организме.

Однако в международных клинических гайдлайнах нет подобных рекомендаций. Диагностика воспалений и заболеваний должна проводиться методами, которые имеют высокий уровень доказательности, определенную степень чувствительности, низкую вероятность ложноположительных результатов и осложнений гипердиагностики.

Чтобы узнать, какие бактерии живут в вашем кишечнике, в Тесте микробиоты мы используем наиболее изученную технологию 16S рРНК. Сейчас на тест действует акция. Используйте также промокод blog10 для дополнительной скидки 10%.

Источники:

• , E., Armougom, F., Million, M. & Raoult, D. The relationship between gut microbiota and weight gain in humans. Future Microbiology 7, 91–109 (2012).