Электронная микроскопия
Возможности
оптических микроскопов ограничены
слишком большойдлиной волны видимого
света (6000 А). Объекты, размеры которых
меньше этой величины, находятся за
пределами разрешающей способности
светового микроскопа. В электронном
микроскопе вместо световых волн
используются электронные лучи, обладающие
чрезвычайно малой длиной волны и высокой
разрешающей способностью (рис. 18).
В
качестве источника электронных лучей
применяют электронную пушку, основой
которой служит вольфрамовая нить,
нагретая электрическим током. Между
вольфрамовой нитью и анодом на пути
электронов находится электрическое
поле высокого напряжения. Электронный
поток вызывает свечение фосфоресцирующего
экрана. Проходя через объект, части
которого имеют различную толщину,
электроны будут соответственно
задерживаться, что проявится на экране
участками затемнения. Объект приобретает
контрастность.
Рис.
18. Схема трансмиссионного электронного
микроскопа (Стейниер Р. и др., 1979).
Препараты
для электронной микроскопии готовят
на тончайших коллоидных пленках, исследую
объекты после их высушивания («нативные
препараты»), напыления при помощи тяжелых
металлов, ультратонких срезов метода
реплик и др.
С
помощью электронной микроскопии можно
обнаружить самые мелкие структуры,
получит увеличение до 200 000 и увидеть
объекты размером 0,002 мкм.
МОРФОЛОГИЯ
И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ГРУПП
ПРОКАРИОТ: АКТИНОМИЦЕТОВ, СПИРОХЕТ,
МИКОПЛАЗМ, РИККЕТСИЙ, ХЛАМИДИЙ.
Актиномицеты
(actinomyces
– от греч. – луч, mykes
— гриб) представляют своеобразную группу
бактерий, имеющих вид небольших или
длинных несептированных ветвящихся
нитей длиной от 50 до 600 мкм и диаметром
от 0, 2 до 1-2 мкм, названных гифами. Скопление
гифов называют мицелием. Мицелий
развивается из небольшой почки, которая
постепенно вытягивается в палочку, а
затем в короткую нить с боковыми
ответвлениями. Сходство с грибами чисто
внешнее, так как актиномицеты имеют
прокариотический тип клетки с наличием
клеточной стенки не содержащей хитина
и целлюлозы. В состав пептидогликана
могут входить галактоза, арабиноза,
ксилоза и другие сахара не характерные
для остальных бактерий и позволяющие
дифференцировать актиномицеты.
Актиномицеты грамположительны, многие
формы кислотоустойчивы, некоторые
актиномицеты вокруг нитей имеют капсулу.
Культуральная
форма актиномицетов формирует субстратный
мицелий, образующийся в результате
врастания мицелия в питательную среду
и воздушный, растущий на поверхности
среды (рис. 19). В пораженных тканях
(тканевая форма) актиномицеты могут
образовывать друзы-гранулы, из плотно
переплетенных нитей в виде лучей,
отходящих от центра и заканчивающихся
колбовидными утолщениями.
Актиномицеты
размножаются бесполым путем, образую
конидии или спороносцы со спорангиями
на концах воздушного мицелия. Спороносцы
могут быть прямыми, волнистыми,
спиральными. Споры – овальными, круглыми,
цилиндрическими, с гладкой поверхностью
или шипами, иногда подвижные за счет
жгутиков (зооспоры). Споры служат для
размножения актиномицетов, они не
термостойки, но выдерживают высушивание.
Кроме того, возможно почкование и
фрагментация мицелия на палочковидные
или кокковидные формы.
Рис.
19. Микобактерии, нокардии и актиномицеты:
а – форма колоний, характерная для
данного рода; б – разрез через заросшую
бактериями, поверхность агара. Показаны
типичные формы роста субстратного
мицелия (СМ) и воздушного мицелия (ВМ),
спорофоры (Спф) и спорангии (Спа), а также
лишенные жгутиков и обладающие жгутиками
споры (спо) (Шлегель Г., 1972).
Актиномицеты
широко распространены в природе, обитают
в воде, почве богатой перегноем. Они
участвуют в круговороте веществ в
природе. Отдельные виды актиномицетов
используются как продуценты антибиотиков,
витаминов, липидов, протеаз, аминокислот,
стероидов.
Актиномицеты,
являясь симбионтами человека и животных,
присутствуют в строме зубного камня,
слюнных железах, криптах миндалин, в
камнях мочевых и желчевыводящих путей.
Актиномицеты
относятся к порядку Аctinomycetalеs,
включающего семейства: Actinomycetaceae,
Nocardiaceae,
Streptomycetaceae,
Mycobacteriaceae.
Патогенные
для человека виды встречаются среди
представителей семейства Actinomycetaceae
и Nocardiaceae.
Первые имеют вид длинных или коротких
разветвленных палочек, не образующих
воздушного мицелия. Они являются
возбудителями актиномикоза человека
и образуют друзы в пораженных тканях.
Представители
семейства Nocardiaceae
напоминают микобактерии, имеют нитевидную
форму клеток и образуют на питательных
средах воздушный и субстратный мицелий.
Гифы фрагментируются на кокковидные и
палочковидные клетки. Патогенные
нокардии вызывают нокардиоз.
Некоторые
представители семейства Streptomycetaceae
вызывают у человека кожные мицетомы.
Семейство
Mycobacteriaceae
отличается рядом особенностей от
истинных актиномицет. Обычно это тонкие,
искривленные палочки 2,5-7,0 мкм в длину,
не образующие мицелия и ветвящиеся в
молодой культуре. Микобактерии
кислотоустойчивы в связи с присутствием
в клеточной стенке миколовых кислот.
Вызывают у человека туберкулез.
Методы
исследования.
Учитывая особенности роста актиномицетов,
мазки из культуры на плотной среде
готовят особым способом. Препаровальной
иглой отделяют небольшой участок колонии
и помещают в каплю воды на предметном
стекле, покрывают вторым предметным
стеклом и слегка прижимая, раздавливают
мицелий. Из полученного материала
петлей, обычным способом готовят мазки,
окрашивают по Граму и Цилю-Нильсену.
Друзу извлекают из патологического
материала петлей, помещают в каплю воды
на предметное стекло, слегка придавливают
покровным, затем вводят под стекло каплю
щелочного раствора метиленового синего
и микроскопируют с сухим объективом,
можно использовать фазовый контраст.
Спирохеты
(speira
— изгиб, chaite
— волосы) спирально извитые, обладающие
активной подвижностью бактерии. Размеры
спирохет колеблются в толщину от 0,1-0,3
мкм, в длину от 7-500 мкм. Движения
разнообразные – от винтообразных до
сгибательных. Электронно-микроскопическое
исследование позволило различить у
спирохет протоплазматический цилиндр
(тело клетки), аксиальную (опорную) нить
и трехслойную наружную оболочку.
Аксиальная нить находится в
периплазматическом пространстве между
наружной оболочкой и протоплазматическим
цилиндром и состоит из отдельных фибрилл
(эндофлагелл), число которых у разных
видов различно: у трепонем и лептоспир
– 3-4; у борелий – до 30. Каждая из фибрилл
(эндожгутиков) закрепляется в области
прикрепительных дисков на концах
протоплазматического цилиндра и тянется
к противоположному его концу, обвивая
его и заканчиваясь свободно. Химический
состав фибрилл аналогичен составу
жгутиков (рис. 20).
В
протоплазматическом цилиндре содержатся:
нуклеоид, рибосомы, мезосомы, включения.
Наружная оболочка (клеточная стенка)
содержит тонкий слой пептидогликана,
эластична и не обладает ригидностью.
Эндоспор, капсул и экзожгутиков эти
бактерии не образуют, грамотрицательны,
в мазке располагаются беспорядочно.
Спирохеты
относятся к порядку Spirochaetales,
семейство Spirochaetaceae,
которое включает три рода:
Методы
исследования.
В живом состоянии спирохеты изучают в
фазово-контрастном микроскопе и
темнопольном микроскопе, наблюдая за
активным характерным движением спирохет,
особенностями их формы.
Готовят
препараты по Бурри (на темном фоне
препарата становятся видимыми светлые
извитые нити спирохет), окрашивают по
Романовскому-Гимзе, по методу Морозова.
Микоплазмы
– самые мелкие прокариоты (125-150 нм)
способные самостоятельно размножаться.
Полагают, что микоплазмы являются
наиболее близкими потомками исходных
прокариотических клеток. Геном микоплазм
минимален для клетки, он в пять раз
меньше генома кишечной палочки и
составляет 0,45 МД. Главная особенность
микоплазм – отсутствие клеточной
стенки. Они окружены капсулоподобным
слоем, под которым находится лишь тонкая
трехслойная мембрана толщиной 7,5- 10 нм,
содержащая в значительном количестве
холестерин. Вследствие этого, микоплазмы
выделяют в особый отдел Tenericutes,
класс Mollicutes
(«нежная кожа»), порядок Mycoplasmatales.
Рис.
20. Клетка спирохеты. А.
Протоплазматический цилиндр (ПЦ), обвит
аксостилем, состоящим в данном случае
из двух осевых фибрилл (АФ), каждая из
которых на одном конце прикреплена к
протоплазматическому цилиндру (ПП –
прикрепительная пора). Фибриллы, идущие
от разных концов клетки, перекрываются.
Аксостиль и протоплазматический цилиндр
окружены наружной оболочкой (НО). К Ст –
клеточная стенка; ПМ – плазматическая
мембрана; ЦП – цитоплазма (Голт С., 1978).
Б и
В.
Электронные микрофотографии поперечного
среза (Б, 110 000 х) и всей клетки (В, 7 000 х)
спирохеты из ротовой полости с несколькими
осевыми фибриллами (Листгартен Г., 1964).
Из-за
отсутствия клеточной стенки микоплазмы
(рис. 21) осмотически чувствительны и
имеют разнообразную форму:
а)
мелкие сферические или овоидные клетки
размером 0,2 мкм (элементарные тельца)
которые фильтруются через бактериальные
фильтры;
б)
более крупные шаровидные, размером до
1,5 мкм;
в)
нитевидные, ветвящиеся клетки размером
до 150 мкм.
Рис. 21. Микоплазмы,
растущие в питательном растворе клетки
возбудителя бронхопневмонии крыс;
электронная микрофотография, 11 200 х
(Клейнбергер-Нобель Е., 1955).
Микоплазмы
не образуют спор, жгутиков, некоторые
виды обладают скользящей подвижностью.
Размножаются
путем бинарного деления шаровидных и
нитевидных клеток, почкования и
высвобождения множества элементарных
телец, образующихся в нитях.
Для
микоплазм характерна уникальная для
прокариот потребность в стеролах
(холестерине). Холестерин стабилизирует
мембрану микоплазм. В инфицированных
тканях микоплазмы являются паразитами
мембран эукариотических клеток и
способны персистировать на них долгое
время.
Что
касается энергии, то микоплазмы получают
ее обычным для факультативных анаэробов
способом, ферментируя углеводы или
аминокислоты. Вследствие малого генома
микоплазмы обладают ограниченными
биосинтетическими способностями, и их
приходится культивировать на питательных
средах обогащенных липидами, белками,
предшественниками нуклеиновых кислот.
Растут медленно, колонии с плотным
врастающим в среду центром, напоминающие
«яичницу-глазунью» (темный центр и более
светлая ажурная периферия). Размеры
колоний мелкие, не превышающие 600 мкм
(рис. 22).
Рис.
22. Колония М. salivarium.
Типичный вид «яичницы-глазуньи» (плотный
врастающий в среду центр и рыхлая
периферия) (BurrowsTextbookofMicrobiology,
1985).
Большинство
микоплазм являются безвредными
комменсалами слизистых оболочек глаз,
дыхательных, пищеварительных и мочеполовых
путей человека.
В
патологии человека наибольшую роль
играют несколько представителей рода
Mycoplasma:
M.
pneumoniae,
M.
hominis,
M.
anthritidis
и единственный вид рода Ureaplasma
– U.
urealyticum
(названный так из-за уреазной активности).
Патогенные микоплазмы вызывают
заболевания (микоплазмозы) дыхательных,
мочеполовых путей и суставов с
разнообразными клиническими проявлениями.
При лечении этих заболеваний следует
помнить, что микоплазмы не чувствительны
к бета-лактамным антибиотикам и другим
лекарственным препаратам, угнетающим
синтез клеточной стенки (из-за ее
отсутствия у возбудителя).
Методы
исследования.
В световом микроскопе обнаруживаются
лишь самые крупные формы микоплазм. В
живом состоянии их изучают в темнопольном
и фазово-контрастном микроскопе,
ультраструктурные компоненты выявляют
при помощи электронной микроскопии.
Риккетсии
– мелкие (0,35-1.0 мкм) грамотрицательные,
полиморфные бактерии, являющиеся
облигатными внутриклеточными паразитами.
Риккетсии
разнообразны по форме и выделяют
следующие типы:
Зерна
(нуклеопротеиды) обнаруживаются при
окраске по Романовскому-Гимзе. Все формы
взаимообратимы. Структурно имеют все
компоненты бактериальной клетки:
клеточную стенку, липоидную капсулу,
цитоплазму, нуклеоид, рибосомы, пили.
Риккетсии содержат как ДНК, так и РНК,
обладают высоким содержанием фосфолипидов,
содержание углеводов невелико.
В
большинстве случаев (кроме вида
Rochalimaeaguintana)
на искусственных питательных средах
риккетсии не растут. Жизненный цикл
риккетсий зависит от жизнедеятельности
клетки-хозяина и складывается из двух
стадий: вегетативной и покоящейся
(элементарные тельца). Риккетсии,
находящиеся в вегетативной стадии (рис.
23) активно размножаются путем бинарного
деления и обладают активной подвижностью,
по-видимому, обусловленной жгутиковыми
структурами. Риккетсии покоящейся
стадии (элементарные тельца) имеют
сферическую форму и они не активны.
Риккетсии
способны к биосинтезу белка, но не могут
самостоятельно получать макроэргические
соединения, поэтому их можно назвать
«энергетическими паразитами»
клеток-эукариотов. В связи с этим, для
культивирования риккетсий обычно
заражают куриные эмбрионы в желточный
мешок (метод Кокса), культуры клеток, в
которых некоторые виды риккетсий
образуют, как и вирусы, тельца включений.
Реже заражают чувствительных лабораторных
животных: морских свинок, белых мышей.
Порядок
Rickettsiales
включает виды патогенные для теплокровных
животных и человека, переносчиками
служат вши, блохи, клещи. Заболевания
называются риккетсиозами. Большинство
болезнетворных для человека видов
риккетсий входит в состав семейства
Rickettsiaceae,
роды Rickettsia,
Rochalimaea,
Coxiella,
вызывая эпидемический сыпной тиф
(Rickettsiaprowazekii),
Ку-лихорадку (Coxiellaburnetti),
волынскую лихорадку (Rochalimaeaguintana),
лихорадку цуцугамуши (Rickettsiatsutsugamushi)
и другие. Паразитирующие виды ассоциированы
с ретикулоэндотелиальными клетками и
клетками эндотелия сосудов или
эритроцитами.
Рис.
23. Rickettsiaprowazekii
в культуре ткани: а – видны отчетливо
внутренний слой (вкс) и наружный слой
(нкс) клеточной стенки, представленной
трехслойной мембраной, цитоплазматическая
мембрана (цм) и ядерное вещество (н); б
– видны микрокапсула (мк), клеточная
стенка (кс) и перетяжка (п), делящая клетку
как у большинства грамотрицательных
бактерий. х 72 000, х 108 000 соответственно
(Авакян А. А., Кач Л. Н., Павлова И. Б., 1972).
Методы
исследования.
Риккетсии хорошо окрашиваются по
Романовскому-Гимзе в сиреневый цвет,
по Морозову (методом серебрения) в черный
цвет.
Для
дифференциации риккетсий применяется
метод окраски, предложенный П. Ф.
Здродовским:
Риккетсии
окрашиваются в рубиново-красный цвет
и легко обнаруживаются на фоне голубой
цитоплазмы и синего ядра клеток.
Хламидии
— неподвижные, облигатно паразитические,
кокковидные бактерии. Размножаются
только внутри связанных с мембраной
вакуолей в цитоплазме клеток человека,
млекопитающих, птиц. Членистоногие не
служат хозяевами или переносчиками.
Размножение происходит в ходе уникального
цикла развития. Основными стадиями
жизненного цикла хламидий являются:
1).
Элементарные тельца – мелкие (0,2-0,5 мкм)
электронноплотные шаровидные структуры,
лишенные метаболитной активности,
имеющие компактный нуклеоид и ригидную
клеточную стенку, которые фильтруются
через бактериальные фильтры. Они являются
инфекционным началом хламидий и
обеспечивают их выживание во внеклеточной
среде и заражение новых клеток.
2).
Ретикулярные тельца – более крупные
(0,8-1,5 мкм), сферические образования,
имеющие сетчатую структуру с тонкой
клеточной стенкой и фибриллярным
нуклеоидом. Они вырастают из элементарных
телец внутри клеток, лишены инфекционности
и, подвергаясь делению, обеспечивают
репродукцию хламидий. Отсюда другое,
исторически первое название ретикулярных
телец – «инициальное тело». Ретикулярные
тельца являются вегетативной формой
хламидий.
3).
Промежуточные тельца – промежуточная
стадия между элементарными и ретикулярными
тельцами.
Жизненный
цикл хламидий начинается с того, что
элементарные тельца фагоцитируются
клеткой-хозяином, а затем в течение
нескольких часов реорганизуются,
увеличиваются в размерах и превращаются
в ретикулярные формы, которые размножаются
путем поперечного деления. Жизненный
цикл заканчивается, когда возникающие
промежуточные формы уплотняются,
уменьшаются в размерах и превращаются
в элементарные тельца. Размножаясь
внутри цитоплазматических вакуолей,
хламидии образуют микроколонии
(включения), окруженные мембраной. В
составе микроколоний обнаруживаются
все три стадии развития хламидий. После
разрыва стенки вакуоли (везикулы) и
мембраны клетки-хозяина, вновь
образовавшиеся хламидии высвобождаются,
и элементарные тельца, инфицируя другие
клетки, повторяют цикл развития. В
оптимальных условиях роста в эукариотических
клетках жизненный цикл хламидий
составляет 17-40 часов (рис. 24).
Хламидии
хорошо размножаются в желточном мешке
куриного эмбриона при температуре от
330
– 440С,
а также в культурах клеток различных
позвоночных. Зависимость хламидий от
клеток-эукариотов объясняется их
неспособностью аккумулировать и
использовать энергию, так как они не
могут синтезировать АТФ. В этом отношении
хламидии похожи на риккетсий, в связи
с чем, эти микроорганизмы также называют
«энергетическими паразитами».
Своеобразие
хламидий проявляется и в строении их
клеточной стенки. Она лишена пептидогликана
и представляет собой двухслойную
мембрану, ригидность которой определяют
пептиды, перекрестно сшитые дисульфидными
мостиками. В остальном хламидии напоминают
грамотрицательные бактерии, так как
содержат гликолипиды, сходные с
липополисахаридами (рис. 25).
Рис.
24. Принципиальная схема репликативного
цикла хламидий. Э Г — элементарные тельца,
РТ – ретикулярные тельца (C. A.
Mimsetal.
MedicalMicrobiology.
Mosby,
1993).
Порядок
Chlamydiales
включает одно семейство Chlamydiaceae
с единственным родом Chlamydia.
Для человека патогенны виды C.
trachomatis,
C.
psittaci,
C.
pneumoniae.
Хламидии вызывают у людей заболевания
глаз, дыхательной и мочеполовой систем
и объединяются под общим названием
«хламидиозы».
Методы
исследования.
Для микроскопического обнаружения
телец включений (микроколоний) хламидий
в инфицированных клетках (тканях)
применяют различные методы окрашивания:
Романовского-Гимзы, Маккиавелло и
другие. При окрашивании по Романовскому-Гимзе
они приобретают голубой или фиолетовый
цвет. Кроме того, хламидии хорошо видны
и в неокрашенном состоянии при микроскопии
влажных препаратов под стеклом с помощью
фазовоконтрастной оптической системы.
В последнее время наиболее часто
используется прямая реакция
иммунофлюоресценции, окраска акридин
–оранжевым.
Рис.
25. Множественные внутриклеточные
включения C.
psittaci.
-
включение,
— ядроклетки.
(Topley
Wilson’s Principles of Bacteriology, Virology and Immunity. 8
ed.
E.
Arnold,
1990).
МОРФОЛОГИЯ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
МИКРОБОВ-ЭУКАРИОТОВ:
ГРИБОВ И ПРОСТЕЙШИХ
Грибы
(тип Mycota, Mycetes, Fungi) представлены
одноклеточными или многоклеточными
эукариотами, которые по наличию хитина
в оболочке, стеролов в цитоплазматической
мембране и гликогена в цитоплазме
напоминают клетки животного происхождения,
а по наличию клеточной стенки, состоящей
из полисахаридов, близких к целлюлозе;
способности к неограниченному росту,
размножению спорами, неподвижностью в
вегетативном состоянии – растения.
У
грибов существует 2 типа роста: гифальный
рост (гифомицеты) и дрожжевой рост
(бластомицеты). Обычно вегетативное
тело гифомицетов состоит из нитей
толщиной около 5 мкм, сильно разветвленных
и называемых гифами. Гифы либо не имеют
поперечных перегородок (у низших грибов),
либо разделены перегородками (септами)
на клетки (у высших грибов). Стенка клеток
может быть различной толщины, часто
хорошо видна двухконтурность, среди
включений в цитоплазме наиболее
характерны зерна волютина, гликогена,
пигмента меланина. Зрелые старые клетки
грибов богаты липидами. Ядро содержит
ядрышко и хроматиновую сеть, клетки
могут быть многоядерными. Совокупность
гифов образует мицелий (грибницу).
Мицелий может быть субстратный,
образующийся в результате врастания
гифов в питательную среду и воздушный,
растущий на поверхности среды. Мицелий
представляет ветвящиеся трубки, ветвление
осуществляется боковыми выростами гиф.
Переплетающиеся гифы с толстыми
оболочками образуют склероции – округлые
или неправильной формы образования
размером от долей мм до нескольких см,
предназначенные для выживания в
неблагоприятных условиях. Концевые
нити некоторых грибов образуют обильные
ветвления, по внешнему сходству названные
«рогами оленя», «канделябрами»,
«булавами», «спиралями», «дубинками».
По ходу мицелия встречаются узловатые
органы различного размера и формы –
результат сплетения первичных и вторичных
ветвей вокруг материнской ветви.
Мицеальные нити иногда располагаются
параллельными рядами, тесно прилегая
друг к другу, напоминая «фитиль», отсюда
и название «коремии» (у дерматофитов).
У
большинства грибов, имеющих медицинское
значение, обнаруживаются разнообразные
конидии (экзоспоры), являющиеся формами
бесполого размножения (рис. 26). Они могут
образовываться на специальных конидиофорах
(конидиеносцы), а также по бокам и на
концах обычных септированных гиф. Мелкие
одноклеточные конидии называются
микроконидиями, а крупные, часто
многоклеточные — макроконидиями. Наиболее
частыми типами конидий являются следующие
типы спор:
Рис.
26. Неполовое размножение грибов,
морфология спор. а – бластоспоры; б –
интеркаларные (промежуточные) и
терминальные (концевые) хламидиоспоры;
в – артроспоры; г – конидии аспергилла;
д — конидии пеницилла; е – конидии
споротрихума; ж – алейрии; з – спорангии
с эндоспорами у мукора; и – сферулы
кокцидоидного гриба (Кашкин Н. П., 1979).
Половое
размножение обнаружено у патогенных
грибов классов Ascomycetes и Zygomycetes (рис. 27),
при этом образуются следующие разновидности
спор:
Рис.
27. Половые споры грибов. А – зигоспоры;
б – аскоспоры; в — базидиоспоры (Кашкин
Н. П., 1979).
Как
уже отмечалось, кроме гифальных форм
грибов существуют и бластомицеты
(дрожжевые и дрожжеподобные грибы). Они
представляют собой сферические, овоидные
или грушевидные формы размером 3-15 мкм.
Эти клетки содержат включения гликогена,
волютина, липиды, они способны к
почкованию, бинарному делению, в
результате которого клетки не распадаются,
а образуют псевдомицелий.
Для
многих видов грибов может быть характерен
диморфизм, то есть гифальная форма роста
может переходить в дрожжеподобную, что
чаще наблюдается в пораженных тканях
человека (например, возбудители
гистоплазмоза и бластомикоза).
Ни
один из вышеописанных выше морфологических
элементов не является характерным для
того или иного гриба. Комплексом
разнообразных клеточных элементов
определяется большой полиморфизм грибов
в культурах на различных питательных
средах. Тканевые формы грибов обычно
представлены довольно однообразными
спорами или мицелием, совсем не похожими
на культуральные элементы грибов.
Классификация
грибов разработана недостаточно, в
основе лежит морфоструктурная организация
и способ размножения. Заболевания
(микозы) у человека вызывают около 500
видов грибов. Их принято называть
паразитическими или патогенными
грибками. Различают следующие классы,
содержащие патогенные формы грибов:
Кроме
микозов, грибы могут вызывать микотоксикозы.
В настоящее время изучено около 300 видов
микотоксинов (афлотоксин, охратоксин,
мускарин, лизергиновая кислота и др.)
Микотоксины вызывают у человека сильные
пищевые отравления, острые гепатиты,
они обладают нефротоксичностью, многие
из них канцерогенны и тератогенны.
В
микробиологической промышленности
грибы используются как продуценты
органических кислот (лимонной — Aspergillus
niger), ферментов (амилаз — Aspergillus oryzae;
пектиназ — Aspergillus awanori; каталазы –
Penicillium vitale и др.), липидов, антибиотиков
(пенициллина – Penicillium notatum; гризеофульвина
– Penicillium griseofulvum), а также используются
в пищевой промышленности (например, для
созревания сыров рокфор и камамбер,
получения вина, спирта, при хлебопечении
и т.д.).
Методы
исследования.
Для микроскопического исследования
готовят как нативные (неокрашенные),
так и окрашенные препараты.
Чтобы
яснее различить элементы грибка,
производят просветление препарата, для
этого патологический материал (корочки,
кусочки ногтя, волос, соскобы со слизистых,
содержимое гранулематозных очагов)
помещают на часовое стекло или чашку
Петри, куда наливают 10-15% раствор едкого
натрия или калия и ставят в термостат
при 370С
на 20-30 мин. Затем материал извлекают и
помещают в каплю 50% раствора глицерина
на предметное стекло и закрывают
покровным стеклом, микроскопируют в
фазово-контрастном или световом
микроскопе. Можно использовать другой
метод: на патологический материал
наносят каплю глицерина с добавлением
10% едкого калия и исследуют через 4-5
мин, закрыв покровным стеклом.
Гной
из абсцессов, содержимое язв, мокроту
разбавляют физиологическим раствором
или водно-спиртовым (1:1) или 50% водным
раствором глицерина, готовят препарат
«раздавленная капля» и рассматривают
при увеличении х200, х400 используя фазовый
контраст.
Из
гноя, крови, ликвора, осадка бронхиальных
смывов и мочи готовят тонкие мазки,
которые фиксируют в смеси Никифорова,
Карнуа, спирт-формоле, высушивают и
окрашивают:
Окраска
лактофуксином,
содержащим кислого фуксина – 0,1 г,
молочной кислоты – 100 мл. Окрашивают в
течение 3-5 мин. Фон препарата розовый,
мицелий опалесцирует голубым цветом.
Хорошо окрашиваются грибы при мукормикозе
и аспергилезе.
Окраска
лактофенолом.
Мазок заливают на 30-60 мин смесью содержащей
2 части глицерина и по 1 части карболовой,
молочной кислот и дистиллированной
воды. При добавлении 5% раствора синьки
грибки окрашиваются в голубой цвет. При
этом мазки фиксируются и окрашиваются
одновременно.
Окраска
по
Романовскому-Гимзе.
Краску, разведенную в дистиллированной
воде (1-2 капли краски на 1 мл воды), наносят
на фиксированный смесью Никифорова
мазок, и красят 30-60 мин. Промывают водой
и высушивают. Окраску применяют при
исследовании возбудителей кандидомикоза,
гистоплазмоза, криптококкоза. Дрожжевидные
клетки окрашиваются в розово-фиолетовый
цвет, хроматиновые включения — в красный,
волютин – в фиолетовый.
Кроме
того, мазки можно окрашивать по Граму,
Цилю-Нильсену (модификация Раусона), 1%
водным раствором метиленового синего,
гематоксилином-эозином, по Мак-Манусу
(Шик-реакция).
Для
изучения грибков в тканях проводится
патогистологическое исследование. Для
этого готовят парафиновые или целлоидиновые
срезы (толщиной 1-3 мкм), которые окрашивают,
обезвоживают, просветляют и заключают
в канадский бальзам.
Простейшие
— одноклеточные эукариоты, близкие по
строению к клеткам сложно организованных
животных. Это целостный организм,
выполняющий все функции, свойственные
живым существам. Большинство простейших
имеют размеры в пределах от 30 до 150 мкм.
Форма может быть грушевидной (трихомонады,
лямблии), яйцевидной (балантидий),
веретенообразной (трипанасомы, лейшмании),
они могут принимать самую причудливую
конфигурацию (амебы) (рис. 28). Клетки
простейших, как у всех эукариот содержат
ядро (иногда несколько), цитоплазму,
мембрану (оболочку), которая обычно
уплотняется и в результате чего
образуется пелликула. Кроме органелл
общего значения (рибосомы, митохондрии,
лизосомы, эндоплазматическая сеть,
аппарат Гольджи) имеются специфические
органеллы. Так у лямблий это две эластичные
нити – аксостиль и присасывательный
диск; у трихомонад и трипанасом —
ундулирующая мембрана; у токсоплазм –
коноид и система микротрубочек; у
балантидия – подобие ротовой полости
(цитостом) и анальная пора (цитопрокт),
сократительные вакуоли, микронуклеус.
Большинство
простейших подвижно и передвижение
осуществляется с помощью псевдоподий
(амебы, малярийный плазмодий), жгутиков
(лямблии, лейшмании), ресничек (балантидий).
Псевдоподии
– временные выпячивания цитоплазмы,
выпуская которые простейшие все время
меняют форму тела.
Жгутики
– длинные тонкие выросты, состоящие из
11 фибрилл, из которых две центральных
и девять периферических.
Реснички
– по строению сходны со жгутиками, но
в отличие от них короткие и работают
наподобие весел.
Простейшим
свойственны определенные жизненные
циклы, во время которых при неблагоприятных
условиях вегетативные формы превращаются
в цисты. Простейшее округляется, теряет
подвижность и покрывается двухконтурной
плотной оболочкой. Особенности формы
и строения цисты имеют диагностическое
значение. Так, зрелая циста дизентерийной
амебы имеет размер 8-14 мкм, округлую
форму и четыре ядра, цисты лямблий
овальные и четырехядерные, в них виден
аксостиль со жгутиками, у балантидия
цисты крупные 30-60 мкм, овальные с
бобовидным ядром.
Простейших
относят к царству Protozoa (protos — первый ,
zoa — животные). Медицинское значение
имеют:
Рис.
28. Простейшие, обитающие в тонкой и
толстой кишках.
А
– лямблия; Б – дизентерийная амеба; В
– кишечная амеба; Г – кишечная трихомонада;
Д — балантидий кишечный: а – трофозоиты,
б – цисты (Ярыгин В. Н., 1997).
Рис.
29. Малярийные плазмодии. Стадии развития
в эритроцитах:
—
стадия кольца;
— стадия амебовидного шизонта;
— стадия фрагментации; V
– гаметоциты (Ярыгин В. Н., 1997).
Методы
исследования.
Для изучения простейших готовят временные
(нативные) и постоянные (окрашенные)
препараты. Нативные препараты готовят
методом «раздавленной капли» или
«висячей капли» с добавлением теплого
физиологического раствора или витальных
прижизненных красителей: трипанового
синего (разведение 1:5.000) или нейтрального
красного (разведение 1:200.000). При микроскопии
нативных препаратов обращают внимание
на форму, особенности движения простейших,
наличие включений, при этом используется
малое (х8) или большое увеличение (х40)
светлопольного или фазово-контрастного
микроскопов. Наряду с этим из патологического
материала (фекалии, отделяемое язв,
пунктат костного мозга, селезенки,
печени, материал дуоденального
зондирования, выделения мочеполовых
путей, крови) делают тонкие мазки. Из
крови готовят препараты «толстая капля».
Для этого палец, обработанный эфиром,
поворачивают проколом вниз и к выступающим
каплям подносят предметное стекло, на
которое берут 2-3 капли крови, и затем
иглой или углом другого предметного
стекла кровь распределяют, чтобы получить
овал около 1 см, для ускорения высыхания
препарата, его можно поместить в термостат
при 35-370С.
Из
внутренних органов готовят мазки-отпечатки.
Препараты фиксируют метиловым спиртом
или смесью спирт – эфир (1:1) и окрашивают
по Романовскому-Гимзе, железным
гематоксилином по Гейденгайну или 1%
метиленовым синим. При окраске по
Романовскому-Гимзе цитоплазма паразита
окрашивается в голубой цвет, ядро и
жгутики – в красновато-фиолетовый. При
использовании железного гематоксилина
по Гейденгайну цитоплазма красится в
серовато-голубой, а ядерные структуры
простейших в черный цвет.
Для
обнаружения цист применяют крепкий
раствор Люголя, окрашивающий структуры
цист в темно-коричневый цвет.
Окраска
железным гематоксилином по методу
Гейденгайна
Окраска
незаменима в тех случаях, когда нужно
выявить тончайшие детали строения ядра
и цитоплазмы простейших.
РАЗДЕЛ .
ФИЗИОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
Метод световой микроскопии
Предельная разрешающая способность человеческого глаза составляет около 0,1 мм. Это понятие отражает минимальное расстояние, на котором 2 соседние точки определяются как отдельные объекты. Микрочастицы, клеточные структуры и дефекты поверхности имеют размер менее 100 мкм, поэтому для их исследования требуется специальное оборудование.
Историческая справка
Первые оптические микроскопы были изобретены в XVI-XVII вв. Первым, кто заметил увеличительный эффект комбинации из нескольких линз, был венецианский врач Джироламо Фракасторо. В 1609 г. Галилео Галилей представил собственный вариант прибора с 2 стеклами: выпуклым и вогнутым. Первое устройство называлось оккиолино (occhiolino).
Через 10 лет после этого голландский ученый Корнелиус Дреббель усовершенствовал конструкцию, использовав для объектива 2 выпуклые линзы.
Практическое применение микроскопа началось с конца XVII в., когда Антони Ван Левенгук использовал собственное оптическое устройство для исследования биологических структур. Его микроскоп содержал всего одно мощное стекло, что уменьшало количество дефектов картинки.
Приборы Левенгука позволяли увеличить изображение в 275 раз и рассмотреть строение бактерий, дрожжей, эритроцитов, одноклеточных микроорганизмов и насекомых.
Популяризации микроскопии способствовала и книга английского исследователя Роберта Гука, которая вышла в 1664 г. В ней ученый ввел термин «клетка» и опубликовал гравюры некоторых микрообъектов.
Методы микроскопии выбираются в зависимости от характера и свойств изучаемых объектов.
В течение следующих столетий конструкция оптического микроскопа непрерывно совершенствовалась. Несмотря на то, что в первой половине XX в. были изобретены электронные приборы, которые позволяли рассмотреть нанообъекты, световой метод не теряет своей популярности. В 2006 г. группа немецких ученых разработала оптическое устройство под названием наноскоп, которое обладает разрешающей способностью 10 нм.
Подробно о принципе действия
Принцип работы оптического микроскопа основывается на прохождении прямого или отраженного луча света через систему линз.
Объектив прибора содержит до 14 стекол. При прохождении светового пучка через эту часть устройства изображение увеличивается до 100 раз, а при прохождении окуляра — в 20-24 раза. Выпуклые и вогнутые стекла позволяют сфокусировать картинку на сетчатке или приспособлениях для документирования информации.
Видимое излучение, которое создает осветительная система прибора, ограничивают несколькими диафрагмами. Это повышает четкость изображения.
Увеличивающие линзы имеют 2 дефекта. Сферическая аберрация мешает фокусировать сразу все поле исследования, а хроническая приводит к появлению яркой каймы по контуру изображения. Чтобы компенсировать дефекты, окуляр и объектив оснащаются корригирующими стеклами.
Люминесцентная микроскопия
Люминесценция,
т.е. свечение вещества, возникает в
результате превращения энергии,
поглощаемой веществом, в видимое
излучение. Люминесценцией (или
флуоресценцией) называют такое явление,
когда некоторые вещества под влиянием
падающего на них света испускают лучи
с другой (обычно большей) длиной волны.
Кроме того, вещества, имеющие определенный
цвет при обычном освещении, при освещении
ультрафиолетовыми лучами приобретают
совершенно иной цвет. Объект, не видимый
в ультрафиолетовом свете, может
приобрести яркий блеск после обработки
его флуоресцирующим веществом
(флуорохромом). В таком препарате
люминесцирующие объекты светятся
различным цветом в темном поле зрения.
Сила их света бывает различной, но чаще
всего она невелика, поэтому люминесцентную
микроскопию следует проводить в
затемненном помещении.
Разница
между микроскопией в проходящем свете
и флуоресценцией заключается в том, что
в последнем случае препарат рассматривается
в излучаемом им свете. При этом химический
состав клеток и тканей влияет на качество
люминесценции и люминесцентная
микроскопия в определенной мере является
гистохимическим исследованием. Существует
первичная и вторичная флуоресценция.
При первичной флуоресценции в самом
объекте находятся вещества, способные
флуоресцировать. Вторичная флуоресценция
– наведенная, возникает при специальной
обработке объекта веществами, способными
флуоресцировать. Эти вещества
называются флуорохромами (акридин
оранжевый, флуоресцеин, родамин и др.).
Для люминесцентной
микроскопии применяется целый ряд
устройств и микроскопов. Основной частью
этих устройств является осветитель,
имеющий лампу ультрафиолетового света,
и система фильтров к нему. В зависимости
от того, используется ли ультрафиолетовый
или синий цвет для возбуждения
люминесценции, между источником света
и объектом помещаются соответствующие
фильтры. Так как люминесценция
микроскопического объекта энергетически
слабее, чем возбуждающий свет, то она
улавливается лишь в том случае, если
излишек лучей, идущих от источника
света, отсекается желто-зеленым
фильтром, помещенным на окуляре
микроскопа. Эффект люминесценции
наиболее полно выражен в том случае,
когда фильтр на окуляре микроскопа
полностью отсекает лучи, идущие от
источника света. При этом при отсутствии
люминесцирующего препарата получается
темное поле зрения.
Установка
для люминесцентной микроскопии в видимых
лучах состоит из яркого источника света
и биологического микроскопа (рис.
7). Между зеркалом микроскопа и источником
света устанавливается сине-фиолетовый
светофильтр (УФС-3, ФС-1 и т. п.). Желтый
светофильтр (ЖС-3 или ЖС-18) надевают на
окуляр микроскопа. С помощью этих
светофильтров на препарат падает
сине-фиолетовый свет, возбуждающий
люминесценцию. Однако этот свет мешает
видеть возбуждаемое им свечение препарата
и поэтому по пути к глазу наблюдателя
отсекается желтым светофильтром.
Установку
освещения производят по методу Келера,
за одним исключением: диафрагма
конденсора должна быть полностью
открыта. Очень важно применение
нефлуоресцирующего иммерсионного
масла. С целью гашения собственной
флуоресценции к кедровому или другому
иммерсионному маслу добавляют на 1 г от
2 до 10 капель нитробензола.
Люминесцентная
микроскопия находит широкое применение
в микробиологии (рис. 8). Ее преимуществами
являются: 1) цветное изображение; 2)
высокая степень контрастности
самосветящихся объектов на черном фоне;
3) возможность исследования как
прозрачных, так и непрозрачных живых
объектов; 4) возможность исследования
различных жизненных процессов в
динамике их развития; 5) обнаружение и
установление локализации отдельных
микробов и вирусов; 6) развитие тончайших
методов цито- и гистохимии и
экспресс-диагностика.
