Семейство Pseudomonadaceae
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОЛГОГРАДСКИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ, ВИРУСОЛОГИИ, ИММУНОЛОГИИ С КУРСОМ КЛИНИЧЕСКОЙ МИКРОБИОЛОГИИ.
Реферат
на тему:
Семейство Pseudomonadaceae
Волгоград 2010.
Pseudomonadaceae
Типичными представителями эубактерии являются грамотрицательные неспороносные бактерии, объединяемые в семейство Pseudomonadaceae. Название семейства происходит от двух греческих корней: «псевдо» — сходный и «монас» — название группы простейших (животных) с полярно расположенными жгутиками. Поэтому к псевдомонадам относят как палочковидные бактерии с полярно расположенным жгутиком, так и слабоизогнутые палочки, физиологически крайне специализированные автотрофные хемосинтезирующие бактерии (Hydrogenomonas, Nitrosomonas, Thiobacillus) и обычные гетеротрофные бактерии (Pseudomonas), т. е. смешиваются представители питания — автотрофного и гетеротрофного.
Следовательно, в семейство Pseudomonadaceae входят грамотрицательные палочки, растущие в аэробных условиях или получающие энергию за счет анаэробного дыхания либо за счет связанного кислорода (денитрификация), но не брожения. Псевдомонады используют широкий спектр органических веществ, в том числе циклических соединений (гетероциклических и ароматических). Благодаря «всеядности» псевдомонады распространены повсеместно: в воде, почве, илах, переносятся с током воздуха. Многие из них образуют водорастворимые и флюоресцирующие пигменты.
Патогенность у псевдомонад выражена слабо, но даже такой обычно хорошо знакомый микробиологам сапрофит, как Pseudomonas aeruginosa, часто является возбудителем вторичной инфекции долго не заживающих ран и язв у человека и животных. Пигменты, выделяемые этим микробом, придают гною сине-зеленую окраску. Вспышки энтерита у новорожденных вызываются этой бактерией. Она же вызывает заболевания растений (табак и салат) и смертельные заболевания домашней птицы. Представители другого рода (объединяет 65 видов) — Xanthomonas — наносят большой вред сельскому хозяйству, деревообрабатывающей и другим видам промышленности, где используется растительное сырье. Они вырабатывают ферменты, которые разрушают протопектины — вещества, цементирующие клетки растений. Этот процесс приводит к ослизнению растительной массы, а растение — к гибели.
Род псевдомонас (Pseudomonas)
Бактерии рода Pseudomonas широко распространены в природе. Их можно встретить в воздухе, почве, морских и пресных водоемах, сточных водах и иле, нефти и на газовых месторождениях. Псевдомонады были обнаружены на пищевых продуктах, телах животных, растениях, а также в гнойных ранах и экскрементах больных млекопитающих.
Клетки псевдомонад представляют собой мелкие одиночные грамотрицательные палочки. Спор и выростов не образуют, подвижны, имеют полярно расположенные жгутики. Число жгутиков у разных видов колеблется. Клетки в культурах часто объединяются в небольшие комочки или зерна, окруженные толстой слизистой оболочкой, иногда резко очерченной, — зооглеи.
Колонии бактерий очень разнообразны: слизистые и пастообразные, выпуклые и плоские, крупные и мелкие. У многих видов отмечается внутренняя структура колоний. Если их рассматривать в микроскопе при малом увеличении, то в одних случаях можно обнаружить мелкозернистую колонию; в других — ячеистую, напоминающую соты; в третьих — колонии в виде мелких комочков или зерен.
Большинство видов имеет колонии без внутренней структуры — под микроскопом они выглядят как однородная гомогенная масса. Псевдомонады хорошо растут на обычных питательных средах — сложных органических.
Культуры различаются между собой способностью разлагать белки, использовать углевод, расщеплять крахмал, клетчатку, углеводороды, соединения ароматического ряда и другие сложные по составу вещества.
Большинство бактерий рода Pseudomonas обладает гетеротрофным типом обмена веществ, т. е. для построения тела им требуется готовое органическое вещество. Биосинтетические процессы при этом осуществляются за счет обмена окислительного типа, где кислород является конечным акцептором электронов, перенос которых связан с системой цитохромов. Некоторые представители этого рода могут существовать за счет анаэробного нитратного дыхания, другие используют энергию окисления водорода. Многие виды псевдомонад образуют пигменты, различные по окраске и химической природе; некоторые синтезируют витамины, антибиотики, токсины.
Среди представителей бактерий рода Pseudomonas есть формы, токсичные для животных организмов (патогенные бактерии). Имеется также немало фитопатогенных видов, поражающих растения.
Характеристика отдельных видов и групп бактерий рода Pseudomonas
В «Определителе бактерий и актиномицетов» (1949) Н.А. Красильникова описано более 200 видов бактерий рода Pseudomonas. Это наиболее полное и пока единственное систематическое описание, где представлены характеристики почти всех известных псевдомонад, которые распределены между собой в зависимости от характера своих признаков.
Для разделения этих бактерий на виды использован легко наблюдаемый признак пигментации, а также морфологические, культуральные и некоторые физиологические свойства. Особенно отмечен признак токсичности бактерий по отношению к животным и растительным организмам.
Ps. aeruginosa — классический представитель рода Pseudomonas. Различные штаммы этих бактерий можно обнаружить всюду: в почве, воде, воздухе, гнойных ранах и сточных водах. По сравнению с другими видами псевдомонад эти формы наиболее интенсивно исследуются бактериологами, изучающими патогенную группу, и фитопатологами. Бактерии Ps. aeruginosa обладают особым разнообразием свойств, но в то же время у них отмечаются характерные общевидовые морфологические и физиологические признаки. Культуры образуют синий флуоресцирующий пигмент, в состав которого входят пиоцианин. Бактерии желатин разжижают, молоко не свертывают, не пептонизируют, нитраты восстанавливают до нитритов, используют углеводы с образованием кислоты; аэробы. Окисляют глюконат, образуя слизь. Являются сильными окислителями углеводов (сахаров, органических кислот, углеводородов). Среди этих бактерий встречаются подвижные и неподвижные формы. Многие культуры синтезируют окрашенные соединения различных типов, хорошо проникающие в субстрат. В состав пигментов входят соединения феназинового и птсридинового ряда, а также флуоресцирующие сине-зеленые и желто-зеленые вещества.
К этому виду близко примыкают бактерии Ps. schuilkilliensis, которые синтезируют сине-зеленый флуоресцирующий пигмент, диффундирующий в субстрат; температурный оптимум развития около 37 °С. Желатин разжижают медленно.
Культуры Ps. syncyanea образуют сине-зеленый флуоресцирующий пигмент. Желатин не разжижают, нитраты не восстанавливают; аэробы. Температурный оптимум развития около 25°С.
Ps. scissa. Клетки мелкие (1,0×0,3 мкм), подвижные. Бактерии образуют желто-зеленый флуоресцирующий пигмент. Желатин не разжижают, молоко не изменяют, нитраты восстанавливают до нитритов; аэробы. Оптимум температуры роста около 27 °С. Эти псевдомонады были выделены из воды и почвы. К виду относятся 6 различных штаммов бактерий, обладающих сходными свойствами.
Ps. atlantica. Клетки мелкие, подвижные, с полярным жгутиком; колонии гладкие, блестящие. Культура энергично разжижает агар-агар и желатин, молоко пептонизирует, крахмал разлагает, нитраты не восстанавливает. Бактерии относятся к аэробам. Оптимальная температура роста около 25 °С. Эти псевдомонады были выделены из морской воды (Атлантический океан).
Ps. fluorescens. Мелкие палочки (1-2×6 мкм), подвижные, имеют 2-4 полярных жгутика. Бактерии грамотрицательные. Культуры бактерий образуют зеленовато-желтый флуоресцирующий пигмент, который проникает в субстрат. Представители этого вида не синтезируют пиоцианин; хорошо развиваются на органических и синтетических средах. Колонии бесцветные или белые, выпуклые, гладкие, блестящие. Характерной особенностью этого вида является внешняя микроструктура колоний: при малом увеличении микроскопа поверхность колоний имеет характерное сетчатое или ячеистое строение. В бульоне бактерии образуют муть и пленку. Желатин разжижают, молоко не свертывают, нитраты восстанавливают до нитритов, образуют кислоту на глюкозе и сахарозе; аэробы. Оптимальная температура роста около 25 °С. Бактерии часто встречаются в воде, почве, на разных растительных и животных субстратах; не патогенны для животных.
Особое место занимает вид Ps. aurantiaca. Описание морфологических, культуральных и некоторых физиологических свойств бактерий этого вида встречается в основном в работах советских исследователей. Клетки бактерий этого вида палочковидные, 2-3 × 0,6 мкм, подвижные, имеют на конце 2-5 жгутиков. Колонии на питательных средах окрашены в оранжевый или красно-желтый цвет, гладкие, блестящие, плоские или выпуклые. Пигмент диффундирует в субстрат. Культуры хорошо растут на обычных питательных средах; желатин разжижают, молоко пептонизируют. Кислоту образуют при росте на глюкозе, сахарозе, манните, глицерине. Нитраты не восстанавливают, крахмал не разлагают, аэробы. Оптимальная температура роста около 25 °С. В состав оранжевого пигмента входит несколько веществ различной химической природы.
Морфологические, культуральные и физиолого-биохимические признаки псевдомонад
В последнее десятилетие появились фундаментальные исследования, касающиеся таксономической характеристики отдельных групп и видов бактерий рода Pseudomonas. В этих работах подробно описываются различные морфологические, культуральные и физиолого-биохимические признаки некоторых групп, видов или отдельных представителей бактерий этого рода. Японские исследователи Иицука и Комагата (1963) в своей монографии представили таксономическую характеристику 202 штаммов, относящихся к 28 видам псевдомонад. Эти бактерии были разделены на три группы на основании характеристики образуемых ими пигментов.
Флуоресцирующие бактерии
Эта группа объединяет представителей 12 видов бактерий. Все они синтезируют водорастворимые флуоресцирующие пигменты от желто-зеленого до оранжевого оттенка. Некоторые из них образуют синий пигмент, нерастворимый в воде. Бактерии этой группы активно разлагают углеводы. При росте на средах с гексозами образуют кислоты; на средах с лактозой и крахмалом не развиваются. Потребляют органические кислоты, растут на средах с ароматическими соединениями; аэробы. Восстанавливают нитраты до нитритов. Сероводород и индол не образуют. Распространены в воде, почве, сточных водах.
Ахромогенные бактерии
В эту группу входят бактерии, которые не синтезируют пигментов. Используют сахара, органические кислоты. Восстанавливают нитраты до нитритов. Сероводород и индол не образуют. Выделены из пищевых продуктов (пива, мяса).
Хромогенные бактерии
Эта группа объединяет бактерии 6 видов. Фитопатогенных форм среди них нет. Все бактерии образуют желтый пигмент, нерастворимый в воде; аэробы. Восстанавливают и потребляют нитраты. Гидролизуют крахмал. Образуют сероводород и индол. Выделены из почвы.
Бактерий рода Pseudomonas на три группы: флуоресцирующую, кислотоиспользующую и щелочеобразующую.
В группу флуоресцирующих бактерий включены бактерии, относящиеся в основном к трем видам (Ps. aeruginosa, Ps. fluorescens, Ps. putida), и несколько представителей других видов. Все они синтезируют водорастворимый желто-зеленый флуоресцирующий пигмент, используют нитраты или соли аммония как источники азота, не образуют поли-β-масляную кислоту в качестве резервного материала в клетках.
Эта группа бактерий делится на семь различных биотипов в зависимости от некоторых специфических признаков: способности синтезировать пигменты феназинового типа, образовывать леван из сахарозы, а также по наличию сильных денитрифицирующих свойств.
Кислотоиспользующие бактерии не синтезируют пигментов; они аэробы, лофотрихи. Все образуют в клетках поли-β-оксимасляную кислоту в качестве резервного материала. Кроме этих признаков, описаны некоторые другие свойства, характерные для определенных штаммов, а не для групп бактерий.
В щелочеобразующую группу входит всего 7 представителей. Все эти бактерии бесцветные, аэробы, с монотрихиальным жгутикованием. Они лучше всего растут при температуре 41°С. Такие бактерии обладают способностью к денитрификации.
Бактерии рода Pseudomonas интенсивно изучаются и их характеристика непрерывно обновляется и дополняется.
Обобщая некоторые сведения, накопленные к настоящему времени по таксономической характеристике бактерий рода Pseudomonas, можно отметить, что многие исследователи, пытаясь объединить свои данные по характеристике бактерий и изложить их в определенном таксономическом порядке, не всегда приходят к единому мнению. Это объясняется прежде всего тем, что к настоящему времени накоплено еще мало единых, научно обоснованных данных по оценке тех или иных свойств бактерий рода Pseudomonas.
Пигментация бактерий рода Pseudomonas
Изучение химического состава и природы пигментов, синтезируемых микроорганизмами, получило в настоящее время широкое распространение. Это объясняется тем, что пигменты одновременно могут быть физиологически активными веществами (антибиотиками, ферментами, витаминами, фитонцидами, стимуляторами роста), и также тем, что пигментация микроорганизмов в сочетании с другими физиологическими признаками может быть важным дополнением при систематике микроорганизмов.
Пигментных форм микроорганизмов существует коррелятивная зависимость между качественным составом пигмента и другими физиологическими признаками. Это касается красно-оранжевой группы актиномицетов, проактиномицетов и микобактерий, а также зеленых, синих и желтых групп актиномицетов.
Культуры бактерий рода Pseudomonas иногда утрачивают способность синтезировать пигмент. Например, некоторые бактерии Ps. aeruginosa могут временно или совсем утратить пигментацию. Известны и беспигментные штаммы этого вида.
Цвет окрашенных соединений, синтезируемых псевдомонадами, различен. Он может быть синим, сине-зеленым, желто-зеленым, желтым, оранжевым, красным, фиолетовым, коричневым и черным. Среди этих соединений есть растворимые и нерастворимые в воде вещества. Их синтез может происходить внеклеточно, а также внутриклеточно с накоплением в клетке и с последующим выходом из нее.
Как правило, определенные виды псевдомонад одновременно образуют комплекс пигментов различных типов, качественный и количественный состав которых подвержен изменениям и зависит от компонентов среды, условий культивирования (аэрация, освещенность, рН и т. д.), индивидуальных особенностей бактериальных штаммов и источников выделения (экологии бактерий).
В настоящее время еще нет возможности классифицировать все пигменты, синтезируемые бактериями из рода Pseudomonas, согласно их принадлежности к веществам определенного химического состава.
К настоящему времени известно химическое строение только окрашенных веществ феназинового ряда, некоторых птеридиновых производных, пигментов пиррольного и каротиноидного типов. Эти вещества были выделены в кристаллически чистом виде, а затем было проведено подробное изучение их химических и физических свойств.
Pseudomonas aeruginosa
|
Синегнойная палочка |
||||||||||||||
|
СЭМ компьютерная окраска. |
||||||||||||||
|
Научная классификация |
||||||||||||||
|
Pseudomonas aeruginosa - это грамотрицательная подвижная бактерия палочковидной формы, является облигаторным (строгим) аэробом. Имеет размеры 0,5-0,8 мкм в толщину и 1,5-3 мкм в длину. Относится к роду Pseudomonas (насчитывающему более 140 видов бактерий) семейства Pseudomonadaceae (Псевдомонады). Известна также под названием "синегнойная палочка".
Широко распространена в природе: встречается в почве, в воде, на растениях, в желудочно-кишечном тракте человека и животных. Может встречаться как в биопленке, прикрепленной к какой-либо поверхности или субстанции, так и в планктонной форме, т.е. в виде отдельной бактерии, передвигающейся с помощью своего полярного жгутика. Причем синегнойная палочка является одним из самых подвижных микроорганизмов, наблюдаемых в образцах воды из природных источников. Способна не только длительное время сохраняться в окружающей среде (влажной атмосфере или воде), но и успешно размножаться. Растет при 42 °C (оптимум — 37 °C), селективная среда — ЦПX-агар (питательный агар с цетилперидиниум-хлоридом). Образует протеазы. На твердых питательных средах диссоциирует на три формы- R-, S-. и M- форму. Продуцирует характерные пигменты: пиоцианин (феназиновый пигмент, окрашивает питательную среду в сине-зеленый цвет, экстрагируется хлороформом), пиовердин (желто-зелёный флюоресцирующий в ультрафиолетовых лучах пигмент) и пиорубин(бурого цвета). Некоторые штаммы осуществляют биодеструкцию углеводородов, в том числе формальдегида.
Флюоресценция пиовердина
Продукция сине-зелёного пигмента пиоцианина (слева) — важнейший диагностический признак. Чрезвычайно устойчива к большинству антибиотиков за счет барьера, создаваемого липосахаридами внешней мембраны, а также частого присутствия в толще биопленки, тоже выполняющей защитную роль. Существуют штаммы, на которые практически не действуют никакие из известных антибиотиков. Что касается дезинфицирующих средств, то синегнойная палочка чувствительна к 0,5% раствору хлорамина, 3% раствору перекиси водорода 2% раствору фенола (карболовой кислоты).
Синегнойная палочка - одна из причин головной боли бассейнщиков, так как она способна колонизировать кафельную поверхность, забиваясь в швы и образуя защитную биопленку, в силу чего на нее плохо воздействуют стандартные дезинфицирующие средства.
Вызываемое заболевание.
Синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) известна микробиологам как патоген растений, однако способна вызывать заболевания и у людей. Строго говоря, P. Aeruginosa является для человека условно-патогенным организмом. Она никогда не поражает здоровые неповрежденные ткани. С другой стороны, в организме нет таких тканей, которые в случае повреждения или другого снижения защитных функций не могли бы подвергнуться атаке синегнойной палочки. Поэтому, инфекции, вызванные Pseudomonas aeruginosa, являются довольно распространенными госпитальными инфекциями.
Локальная инфекция наиболее часто возникает на месте порезов (в том числе операционных швов) и ожогов. Pseudomonas aeruginosa может вызвать инфекцию мочевыводящих путей (заносится, например, при введении катетеров), инфекцию глаз (как результат травмы или оперативного вмешательства), инфекцию кожи и мягких тканей (раневые инфекции, дерматит, пиодермия). Часто Pseudomonas aeruginosa обнаруживают при обследовании детей, страдающих отитом - воспалением среднего уха. К другим серьезным инфекциям, вызываемым синегнойной палочкой можно отнести пневмонию, эндокардит (заражение клапанов сердца), инфекции центральной нервной системы (менингит и абсцесс мозга), костно-мышечного аппарата (в т.ч. суставов) и желудочно-кишечного тракта. К сожалению, локальная инфекция очень часто перерастает в подчас фатальную бактериемию (общее заражение организма, связанное с проникновением бактерий в кровь).
Заражение синегнойной палочкой происходит в три этапа:
прикрепление бактерии и колонизация (размножение);
местное проникновение бактерий в ткани, возникновение локальной инфекции;
общая инфекция (распространение заражения по всему организму - бактериемия).
Механизм патогенного воздействия синегнойной палочки Pseudomonas aeruginosa заключается в сочетании двух факторов: инвазивного (проникновение в поврежденные ткани) и токсигенного (выделение биологически активных продуктов - токсинов).
Носители и распространение.
Как уже упоминалось, микроорганизмы семейства псевдомонад (Pseudomonadaceae), включая и синегнойную палочку (Pseudomonas aeruginosa), распространены в почве, в воде, на поверхности растений. Они могут также присутствовать на коже, в носоглотке и в кишечнике здорового человека (обнаруживаются примерно у 3-5%), не вызывая заболевания.
Наибольшее распространение инфекции, вызываемые синегнойной палочкой, получили в условиях стационарных лечебных заведений (отсюда и их название - госпитальные инфекции), в силу высокой скученности людей с ослабленным иммунитетом. В больницах Pseudomonas aeruginosa часто переносятся с зараженной пищей или водой, а также через санузлы, раковины, ручки кранов для воды, предметы, особенно влажные (например, полотенца), которыми могут совместно пользоваться больные, при непосредственном контакте с бактерионосителем или опосредованно, через руки медицинского персонала и т.п.
Лабораторная диагностика.
Культуральная диагностика с последующей бактериоскопией не представляет трудностей, поскольку синегнойной палочки хорошо растёт на различных питательных средах. С помощью серологической диагностики в относительно короткие сроки можно правильно поставить диагноз путём выявления как антигенов возбудителя инфекции, так и антител, вырабатываемые в ответ на антигенную стимуляцию иммунной системы.
Опасность для человека.
По данным CDC (The Centers for Disease Control and Prevention) - Агентства по Контролю и Предотвращению Заболеваний - инфекции, вызванные Pseudomonas aeruginosa, составляют 10.1% всех госпитальных инфекции в США. Частота случаев возникновения таких инфекций составляет 0.4% (т.е. 4 случая из 1000). Наиболее опасны эти инфекции для больных раком, СПИДом и для людей, получивших большие ожоги, особенно в случае развития бактериемии (в настоящее время, по американским данным, до 15% всех случаев грам-отрицательной бактериемии вызваны именно палочкой P.aeruginosa). Смертность в этом случае может достигать 50%.
Литература
«Определители бактерий и актиномицетов» (1949) Н.А. Красильникова.
«Микробиология и иммунология» (1999) под редакцией А.А. Воробьева
Интернет (Википедия).