Учение о плеоморфизме и мономорфизме микроорганизмов кратко
Обновлено: 04.07.2024
Изменчивость – это свойство бактерий принимать любую из множества морфологических форм и перестраивать физиологические функции.
Исследователи, стоявшие у истоков бактериологии, столкнулись с разнообразием видов бактерий и кажущейся возможностью метаморфоз, взаимопревращений одних бактерий в другие создали учение о плеоморфизме, которое утверждало, что бактерии обладают огромной биологической пластичностью и способны по необходимости принимать любую из множества морфологических форм и физиологических функций.
Однако, метод получения чистых культур, разработанный Кохом, показал, что до него все бактериологи, включая Пастера, работали со смешанными культурами. Возникло противоположное направление – мономорфизм, отрицавшее изменчивость у бактерий, оно просуществовало около 50 лет.
В пору бурного расцвета генетики многоклеточных организмов – в 20-30-е годы, учения о наследственности и изменчивости бактерий не существовало. Наблюдавшиеся иногда изменения свойств бактерий в чистых культурах исследователи связывали с адаптацией к определенной питательной среде или виду хозяина с возможностью к последующей реадаптации, т.е. к возврату исходного признака.
У микроорганизмов признаки можно подразделить на:
– Морфологические (размер, форма, наличие жгутиков и капсул).
– Биохимические (способность расщеплять сахара, синтезировать аминокислоты).
– Антигенные признаки.
– Биологические (патогенность, тропность).
– Резистентность к лекарственным веществам.
Все признаки являются следствием комплекса биохимических реакций, контролируемых ферментами.
Фенотипическая изменчивость (ненаследственная, модификационная).
Фенотипическая изменчивость обусловлена влиянием внешних факторов (биологических, химических, физических), блокирующих на время нормальную работу фермента. Примеры: если в питательную среду добавить пенициллин, то он блокирует фермент транспептидазу, тормозится образование клеточной стенки, образуется L-форма бактерий, совсем не похожая на исходную. Если такую культуру пересеять на среду без пенициллина – морфология восстановится.
Особенно ярко фенотипическая изменчивость проявляется в старых культурах микроорганизмов после длительного культивирования без пересева – меняется форма, размеры бактерий, их способность воспринимать краситель (тинкториальные свойства). Пример: в старых культурах стафилококк становится Гр-, кишечная палочка принимает кокковидную форму, дифтерийная палочка образует нитевидные, кокковидные дрожжеподобное формы. Под воздействием лекарственных веществ меняется форма колоний, их цвет. При добавлении в питательную среду небольшой концентрации этилового спирта у бактерий подавляется образование жгутиков. Однако, при восстановлении нормальных условий культивирования все исходные признаки восстанавливаются. Таким образом, модификации не затрагивают генотип и, следовательно, не передаются по наследству.
Модификации – это адаптивные реакции на изменение условий внешней среды.
Наследственная изменчивость (генотипическая)
Наследоственная изменчиваоть обусловлена изменениями, происшедшими в ДНК. В основе наследственной изменчивости лежат 2 процесса:
Мутации – наследуемые изменения последовательности азотистых оснований ДНК.
Рекомбинации – обмен участками ДНК между бактериями, одна из которых является донором, а другая – реципиентом.
– Делеция – это мутация, при которой происходит выпадение одного или нескольких оснований (участков хромосомы) со сдвигом рамки считывания.
– Инсерция – это мутация сдвига рамки чтения, когда в молекулу ДНК встраивается один или несколько нуклеотидов.
– Транзиция – это мутация, при которой происходит замена пар оснований, например, аденин на гуанин или наоборот, либо тимин на цитозин или наоборот.
– Дупликация – это мутация, при которой участок хромосомы оказывается удвоенным, происходит в результате неравного кроссинговера, ошибки при гомологичной рекомбинации или ретротранспозиции.
– Дислокация – это мутация, при которой происходит перемещение участка хромосомы
– Инверсия – это мутация, при которой происходит поворот определенного участка хромосомы на 180°.
1. Внутренние. Мутации, обусловленные внутренними ошибками, называют спонтанными, их частота 1/10000000 азотистых оснований.
ошибки ДНК-полимеразы – 1 ошибка на 10 тысяч прочитанных нуклеотидов (1/10000).
Недостаточность механизма репарации, т.е. исправления ошибок. Система ферментов репараз в норме исправляет почти все ошибки ДНК-полимеразы.
2. Внешние, обусловлены воздействием внешних факторов, физических и химических, повышают вероятность частоты мутаций в десятки и сотни тысяч раз. Излучения, соли азотистой кислоты, акридиновые красители – эти факторы называют мутагенными, а вещества – мутагенами. Такой вид мутаций называется индуцированными.
Мутации могут быть летальными, сублетальными и нейтральными. Популяции микробов содержат многие миллиарды особей, среди которых имеются клетки с различными нейтральными мутациями, т.е. никак себя не проявляют. Однако при воздействии селективного фактора, например антибиотика, ранее нейтральные мутации становятся жизненно необходимыми, полезными, поэтому в новых условиях выживают и размножаются только те особи, которые имеют определенные мутации. Устойчивые к стрептомицину бактерии имели точечную мутацию в гене одного из рибосомальных белков. В исходной популяции этот признак остается нейтральным. Но если воздействовать на культуру стрептомицином, то выживают и размножаются потомки этих мутантов, остальные погибнут.
Таким образом, используя для лечения антибиотики, особенно в неправильных дозировках, человек сам селекционирует штаммы бактерий с лекарственной устойчивостью.
Классификация мутаций.
По происхождению:
– Спонтанные.
– Индуцированные (химическими, физическими, биологическими факторами)
По уровню:
– На молекулярном уровне – замена пар оснований, выпадение или всьавка пар оснований.
– На генном и геномном уровне – делеция, инверсия, дупликация, дислокация.
– На клеточном уровне – с приобретением признака, с утратой признака (прямые и обратные).
– На уровне популяций.
По функции:
– Летельные
– Сублетальные
– Нейтральные
По фенотипу:
– Морфологические
– Функциональные (резистегтность, ауксотрофность).
Рекомбинация – наследственная изменчивость, обусловленная обменом участками ДНК между микроорганизмами, один из которых является донором, а другой – реципиентом.
Виды рекомбинаций:
– Трансформация.
– Конъюгация.
– Трансдукция.
Трансформация – превращение. В 1928 Фредерик Гриффит проводит эксперименты по заражению мышей пневмококом, который вызывает у животных острую инфекцию с летальным исходом в течение суток. Основным фактором патогенности у пневмококка является полисахаридная капсула. Благодаря ей пневмококк защищен от фагоцитоза и быстро размножается в крови. Капсула пневмококка построена из полимера, в котором чередуются гшлюкоза и глюкуроноавя кислота.
Глюкуроновая кислота образуется из уридиндифосфат-диглюкозы с помощью фнрмента уридиндифосфатглюкоза-дегидрогеназа (УДФГ-дигидрогеназа). Капсульная форма пневмококка образует на плотной питательной среде гладкие блестящие колонии(smooth) , бескапсульные мутанты – шероховатые колонии (rough). S-форма пневмококка является патогенной для животных.
Гриффит с помощью нагревания убивает культуру S-формы пневмококка, смешивает ее с живой культурой R-формы и заражает животных. Мыши гибнут, из внутренних органов выделяется патогенная культура S-формы пневмококка. Природа такой транформации оставалась неизвестной в течение 25 лет. Через 16 лет после открытия Гриффитом транформации в 1944г Эвери, МакЛеон и МакКорти пытаются выделить трансформирующий агент из убитой культуры S-формы пневмокка. Они получают отдельные фракции белка, полисахаридов, РНК, ДНК и каждую фракцию смешивают с живой культурой R-формы, повторяя эксперимент Гриффита.
Эффект трансформации удается воспроизвести с фракцией ДНК. Однако их вывод о том, что носителем наследственной информации является ДНК, не поддержан научным сообществом, т.к. в то время считается, что носителем генетической информации является белок (ошибка Вильштеттера). Окончательно механизм трансформации был расшифрован после открытия ДНК Уотсоном и Криком.
Адсорбция 2-хцепочечного франмента ДНК донора к поверхности компетентной клетки.
Связывание ДНК донора с ФК, раскручивание ДНК.
Проникновение ДНК внутрь клетки (у Гр+ проникает 1 нить ДНК, у Гр- обе нити).
Рекомбинация ДНК донора с гомогенным участком ДНК реципиента.
С помощью рекомбинации передается небольшая группа генов (от 1 до5)
Конъюгация. Процесс передачи генетической информации от клетки донора к клетке реципиенту с помощью плазмид называют конъюгацией. Конъюгация у бактерий открыта в 1946 Лезенбургом и Тейтумом. В 1952 Хейс и Лезенберг показали, что перенос информации происходит в одном направлении от клетки, зараженной плазмидой (F+) к незараженной (F-).
F+ плазмида представляет собой кольцевую молекулу ДНК, включающую 22 гена, среди которых имеются гены, обеспечивающие синтез Fпили и групп tra-генов, обеспечивающие конъюгативную передачу плазмид. Tra-гены объединены в т.н. сегмент RTF (resistance transfer factor).
Механизм передачи плазмиды.
Синтез F-пили, образование конъюгационного мостика, перенос одной нити плазмиды в клетку-донор, репликация плазмиды, замыкание в кольцо.
Открытие Hfr-плазмид – встроенных в хромосому бактериальной клетки – Кавали, 1950, Хейс, 1953. Окончательная расшифровка механизма конъюгации Врльшаи и Якоб, 1957. Плазмида Hfr способна переносить в клетку-реципиент всю цепь ДНК донораза 100 минут. На основании этого эксперимента была построена генетическая карта кишечной палочки.
Виды плазмид:
– Плазмиды резистентности. R-плазмиды.
– Плазмиды бактериоциногенности (col) – продукция антибиотиков.
– Плазмиды вирулентности (Ent) токсины. HLY гемолизин.
– Плазмиды метаболичесокй активности.
По механизму распространения:
– Конъюгативные – содержат tra-перон
– Неконъюгативные – утратившие tra-оперон.
Трансдукция – перенос фрагмента ДНК донора реципиенту (Цингер, 1951, Ледербери) умеренным дефектным бактерифагом.
Виды трансдукции:
Неспецифическая трансдукция – бактериофаг встраивается в любой участок ДНК бактерии и переносит случайный признак.
Специфическая – переносятся только специфические гены. Гены gal и bio.
Изменчивость микроорганизмов
Изменчивость микроорганизмов– это свойства микроорганизмов определяются их генотипом, т.е. совокупностью всех генов. Фенотип – результат взаимодействия генотипом и окружающей средой. В основе изменчивости лежит изменение реакции генотипа на факторы окружающей среды или изменение самого генотипа в результате мутации генов или их рекомбинации.
Фенотипическая изменчивость делится на:
– ненаследственная изменчивость (модификационная) – влияние внутри- и внеклеточных факторов на проявление генотипа;
– наследственная изменчивость (генотипическая) – основу составляют мутации – изменение последовательности нуклеотидов в ДНК.
Мутации – изменение последовательности нуклеотидов в ДНК.
Большинство происходящих изменений в ДНК приводит к вредным мутациям или вызывают гибель микроорганизма. Одна из форм мутации — диссоциация – возникновение в популяции особей, отличающихся от исходных внешним видом и структурой колоний: S и R формы.
S-форма- круглые, влажные, с блестящей гладкой поверхностью, ровными краями. R – форма-неправильная форма, непрозрачнве, края неровные и шероховатая поверхность. Гладкие и шероховатые колонии являются крайними формами диссоциации. Наследственная изменчивость, связанная с рекомбинациями, называется рекомбинационной изменчивостью.
Рекомбинация – возникновение новых последовательностей ДНК в результате разрывов и последующих восстановлений ее молекул.
В процессе генетического переноса участвуют бактерия-реципиент и бактерия-донор: в реципиентную клетку попадает фрагмент ДНК бактерии-донора, который взаимодействует с цельной хромосомой реципиента, следовательно, происходит перераспределение генетического материала.
Трансформация – ДНК, выделенная из бактерий в свободном растворенном виде, передается бактерии-реципиенту. При трансформации рекомбинация происходит, если ДНК бактерий родственны друг другу.
Трансдукция – передача ДНК от бактерии-донора к бактерии-реципиенту при участии бактериофага.
Неспецифическая – перенос любого фрагмента ДНК донора. Обусловлена включением ДНК донора в головку фага дополнительно к геному фага или вместо него. Специфическая – перенос определенного фрагмента ДНК донора в определенные участки ДНК реципиента. Обусловлена замещением некоторых генов фага генами хромосомы клетки-донора.
Клетки, содержащие F-фактор в цитоплазме, обозначаются F+. Если F-фактор включается в хромосому, то бактерии приобретают способность передавать фрагменты хромосомной ДНК-Hfr-клетки.
Пазмиды – внехромосомные мобильные генетические структуры бактерий, представляющие замкнутые кольца двунитчатой ДНК. Различают трансмиссивные и нетрансмиссивные плазмиды. Трансмиссивные (конъюгативные) плазмиды могет передаваться из одной бактерии в другую. R-плазмиды отвечают за множественную устойчивость к лекарственным препаратам, F-плазмиды определяют способность бактерий к конъюгации и образованию половых пилей.
Изменчивость микроорганизмов. Значение учения. изучение генетики микроорганизмов способствует решению многих медицинских проблем- разработка патогенетических основ лечения и профилактики инфекционных болезней, способов диагностики, создание профилактических, лечебных и диагностических препаратов.
А вы знаете, что на самом деле это совсем не так, или не совсем так, как рассказывали об этом в школе на уроках биологии?
Если помните, нам говорили, что бактерии могут быть палочковидной, круглой или извитой форм, разных размеров, разных видов. То же самое и с вирусами. Если он имеет такой вид - значит, это вот это вирус гриппа. Если другой - значит это вирус герпеса.
Ну и конечно же, плесень. Если она имеет определённую форму, цвет и вид - это плесень такая-то, под микроскопом она выглядит так-то. Если у неё другой вид, значит это плесень другая.
Бактерии, вирусы, плесени - разные персонажи?
Так ли всё на самом деле, как нам это рассказывают? И если нет, какое это имеет отношение к нашей жизни?
Для того, чтобы разобраться и ответить на эти вопросы, заглянем в прошлое.
В конце XIX - начале XX века происходило бурное развитие науки - это касается всех отраслей, в частности биологии, химии, медицины. В то время было сделано много интереснейших открытий. Существовали разные точки зрения, подходы и взгляды на микроорганизмы. У людей не было однозначного понимания, что представляет из себя микромир и как с ним нужно себя вести.
Разные учёные трактовали то, что они видели под микроскопом, по-своему.
К двадцатым годам прошлого столетия сформировались 2 основные школы или направления в биологии. Одно из них - мономорфизм, другое - плеоморфизм.
Первого направления придерживались Альберт Кох и Луи Пастер, а второго - Антуан Бишам и Гюнтер Эндерляйн.
Мономорфизм - это направление в биологии, где главным постулатом считается то, что одному микроорганизму присущая только одна форма существования. То есть, если мы видим под микроскопом определённую форму бактерии, то эта бактерия относится именно к такому виду. Плеоморфизм говорит совсем о другом: на протяжении своего развития микроорганизмы могут принимать разные формы в зависимости от условий их внешней среды.
Представители мономорфизма утверждают, что мир вокруг нас враждебен и населен множеством агрессивных и патогенных микроорганизмов. И мы должны от них активно защищаться.
Представители второй школы говорили о том, что мир не стерилен и не стерильны мы сами.
Внутри нас находится огромное количество различных микроорганизмов. Это и бактерии, и вирусы, и грибы. Как они себя будут вести, зависит от состояния нашей внутренней среды.
И действительно, к середине прошлого века были проведены исследования. Брали пробы и смывы с различных частей тела человека. Это кожа, слизистые, ткани внутренних органов, кровь. При посеве на определенные питательные среды было доказано, что у здорового человека можно выявить возбудителей практически всех заболеваний, в том числе особо опасных.
О чём это говорит? Это говорит о том, что мы не стерильны ни снаружи, ни внутри. И это нормально. Масса микроорганизмов, которые населяют наш организм, являются симбионтами - помощниками нашей жизни. Они мирно сосуществуют с нами, выполняя какие-то полезные для нашего организма задачи. Но при развитии неблагоприятных условий (стресс, гипоксия, застой) меняется химический состав наших тканей. При изменении химического состава тканей (кислотности внутренней среды), живущие в ней микроорганизмы меняют форму, приобретая совсем другие качества. Это может сопутствовать развитию патологических процессов и заболеваний.
В частности, профессор Эндерляйн доказал, что микроорганизмы могут быть внутриклеточными включениями в нормальном состоянии. А при нарушении баланса pH тканей они могут превращаться в бактерии, вирусы, плесень. Когда же кислотность среды возвращается к исходным показателям, микроорганизмы возвращаются в исходную форму. Это явление и называется плеоморфизм. Когда при меняющихся условиях окружающей для микроорганизма среды он меняет не просто свою форму, но главное - видовую принадлежность.
Он доказал, что из внутриклеточных обитателей - эндобионтов при нарушении внутреннего состава ткани образуются туберкулезные бактерии. И при дальнейшем изменении состояния окружающей для них среды эти бактерии превращаются в чёрную плесень Аспергиллус Нигер - частого гостя санузлов, отсыревших стен, крыш без изоляции.
Известно, что туберкулез распространен там, где сыро и холодно. Но проблема заключается в том, что одни люди в этих условиях болеют, а другие нет. Способствует заболеванию длительное нахождение в таких условиях и переохлаждения. К чему это ведёт? Конечно же, к снижению иммунитета. Когда снижается иммунная защита, начинают проявлять себя микроорганизмы, которые приобретают агрессивный характер. Постоянный стресс лишь усиливает этот патологический процесс. Ткани повреждаются, а микроорганизмы их утилизируют.
К большому сожалению, под действием натиска Луи Пастера и при поддержке финансистов и инвесторов в отрасль фармакологии была принята теория мономорфности.
Это, конечно, упростило классификацию микроорганизмов, но завело человечество в тупик.
Теория враждебности окружающего мира и необходимости постоянной борьбы - заведомо ложная точка зрения. Теперь это становится все очевиднее. Ведь без микроорганизмов жизнь нашего тела просто невозможна.
Как вы думаете, хороша ли современная медицина, идущая по пастеровскому пути войны со всем невидимым микромиром?
Мечников — сторонник учения о плеоморфизме. В кратком историческом обзоре он говорит о том, как оно медленно, но прочно отвоевывает позиции и в настоящее время господствует в морфологии бактерий. Даже наиболее убежденные противники этой теории должны поступиться в ее пользу. И только я упоминаюсь в этой статье как единственный непримиримый враг учения о плеоморфизме, справедливость которого в большей или меньшей степени признается большинством бактериологов.
Я не думаю, чтоб я был так уж одинок. Наоборот, я полагаю, что теории Негели и Цопфа должны стушеваться перед точными исследованиями, и что они почти полностью потеряли свой смысл при современном положений науки. Я попытаюсь показать это в историческом обзоре, который я начну с самого возникновения вопроса.
Теория Негели в этом отношении уже тогда расходилась с опытами и идеями Пастера, который полагал, что то или иное типичное брожение вызывается специфическим ферментом (микроорганизмом). Что касается морфологии, то теория Негели очень скоро оказалась мало обоснованной. Кон, Кох, ван Тигем, Пражмовский и другие ознакомили нас с формами, которые хотя и обладали несложным циклом развития, однако различались между собою достаточно характерными морфологическими свойствами и могли быть выделены в отдельные роды и виды на основании постоянных присущих им признаков, установленных в процессе их развития.
Теория Негели имела лишь мимолетный успех; расхождение мнений, столь полное вначале, очень сгладилось.
Цопф нападал только на группирование, на разграничение родов в классификации Кона. Однако главное достоинство этой классификации бесспорно заключалось в идеях, выражением которых она и являлась. Что касается самих подразделений (группировок), то они могли быть намечены только предварительно, так как наука об этих организмах находилась еще в самом начале своего развития. Но Цопф стал на сторону Негели. Он силился противопоставить свою точку зрения точке зрения Кона и едва ли разумно выпятил пункты их расхождения. Теория постоянства бактериальных форм Кона, говорит Цопф, имеет только исторический интерес; она должна уступить место теории генетической связи бактериальных форм .
Посмотрим, обоснована ли эта новая теория надежнее, чем старая.
Цопф наблюдал у некоторых видов бактерий стадии развития, напоминающие формы, которые характеризуют род, согласно Кону. Отсюда он сделал вывод, что эти роды представляют собой стадии развития — формы роста полиморфных видов. Но он не доказал, что такой более сложный процесс развития является общим законом в мире бактерий. Если он составляет исключение, то он нисколько не опровергает предварительную классификацию Кона, потому что исключения всегда имеются; есть виды, которые трудно классифицировать по какой бы то ни было классификации, даже признанной совершенной. И действительно, Цопфу были неизвестны в отношении громадного большинства бактерий явления, подобные тем, которые наблюдаются при развитии Cladothrix и Beggiatoa; он удовольствовался лишь допущением, что эти явления еще не известны, и это препятствие не помешало ему обобщить свои результаты.
Что следует понимать под постоянством формы и под изменчивостью? В какой мере живое существо обладает способностью сохранять свою постоянную форму и где пределы, за которыми начинается его изменчивость? Следует сначала условиться, какой смысл заключается в этих словах. В свое время это не было сделано и вследствие этого возникла полемика, основанная на недоразумениях. Одни слову постоянный придавали то значение, которое оно имеет в геометрии, и требовали, например, чтобы круглая бактериальная клетка всегда сохраняла свою форму; ойи не думали о том, что такое постоянство присуще только неживым телам. Другие понимали его скорее в физиологическом значении слова. В результате этого один и тот же вид рассматривался одними как полиморфный, другими как мономорфный.
Рискуя говорить общеизвестные вещи, я должен все же кратко остановиться на этих терминах — морфологическое постоянство и изменчивость или плеоморфизм — и постараться дать им более точное определение.
Что форма меняется с развитием, которое есть непрерывный ряд форм,— это очевидно само собою. Все живые организмы — высшие или низшие — проходят свой путь развития: единственное постоянное морфологическое свойство — это развитие.
Так, например, мы считаем, что громадное большинство высших организмов характеризуется постоянной формой, хотя они проходят через длинный ряд форм от яйца до зрелого возраста. Единственное возможное логическое определение постоянства, очевидно, следующее: какой-либо вид является постоянным, если в процессе своего развития он проходит всегда через один и тот же последовательный ряд форм, всегда одних и тех же, не считая незначительных индивидуальных отклонений.
Но морфологическая природа вида может проявляться только в благоприятных для него условиях существования; если в неблагоприятных условиях, вредных для него, не прекращается рост или образование органов, предназначенных для сохранения, то рост затрудняется и сопровождается патологическими явлениями, которые и нужно называть своим именем, не приписывая виду изменчивости.
Наряду с видами, отличающимися закономерным и постоянным характером развития, известны и другие, развитие которых впезапно в корне меняется под влиянием сцецифических условий. Новые развившиеся формы ни в коем случае нельзя считать дегенеративными, так как они служат Для сохранения и для размножения вида в течение неопределенно долгого времени. Эти изменения могут быть более или менее глубокими, но они обладают одним общим свойством — они исчезают и уступают место прежним формам, как только прекращается специфическое воздействие, вызвавшее их. Можно было бы привести большое количество примеров, в частности, Mucor racemosus. На поверхности твердых питательных субстратов он дает рост в виде мицелия, но стоит только погрузить его в СахаРный раствор, как он тотчас же начинает почковаться. Именно За такого рода организмами следовало бы сохранить название п л е о- м°рфный.
После этого отступления нетрудно ясно сформулировать вопросы:
1. Можно ли считать группы Кона (Micrococcus, Bacillus и т. д.) натуральными, естественными, т. е. развиваются ли виды так просто, как полагал это ученый, или их развитие сложнее и они проходят ряд различных стадий?
2. Всегда ли изменяется под влиянием внешних воздействий развитие- бактерий, будь оно простым или сложным? Является ли плеоморфизм правилом или исключением?
Я не отрицаю необходимости тех незначительных изменений в системе Кона, которых требует быстрое развитие наших знаний об этих организмах. Они, несомненно, еще не являются окончательными; единственно, что важно знать,— подтверждают ли эти новые данные основную идею классификации, что развитие бактериальных видов происходит чрезвычайно просто? Ответ может быть только положительным.
В классификации 1886 г. эти две последние группы, содержащие небольшое количество видов, остались без изменения; все другие были совершенно изменены. Цопф, повидимому, не надеялся, чтобы его идеи были подтверждены фактами, и это заставило его изменить свою классификацию.
Более того, группа содержит на этот раз 6 родов: Bacterium, Spirillum, Vibrio, Leuconostoc, Bacillus и Clostridium. Итак, воскресли все роды Кона, не исключая спирилл. Они, правда, иначе сгруппированы, характеристика их также несколько изменена, но, несмотря на это, нельзя не заметить почти полного тождества классификаций. Из этого следует, что учение о плеоморфизме снова отступило на задний план.
Смесь различных форм серобактерий не удалось разделить; поэтому получить совершенно чистую культуру оказалось невозможным. Но мне удались заставить развиваться большинство из них неделями и месяцами в микрокультуре в капле сероводородной воды под покровным стеклом, при условии частой смены жидкости. Эти формы сами облегчили наблюдения, так как они закреплялись на покровном и на предметном стеклах, что позволяло промывать клетки в токе воды, не увлекая их течением.
Многие виды, насколько было возможно, я разделял или же наблюдал их в той же микрокультуре, стараясь не терять из вида особи, выбранные для длительного наблюдения. Обычно они медленно растут. Для того чтобы не упустить из вида их развитие, достаточно было наблюдать рост два раза в день — утром и вечером. Таким образом мне удавалось непрерывно, неделями и месяцами следить за полным циклом развития отдельных клеток или групп клеток и колоний.
Уже первые наблюдения показали, что процветающие нормальные культуры этих организмов не имеют ничего общего со сложным циклом развития, описанным Цопфом. Обильный рост связан с использованием для их культивирования воды, содержащей сероводород; на других средах развитие их тотчас же останавливается и они гибнут. Все это заставляло крайне сомневаться в их пластичности и изменчивости.
Если различные стадии развития предположительно плеоморфного вида объясняются воздействием различных условий (согласно Цопфу)г то в сходных условиях должно, несомненно, наблюдаться однообразие форм. Но если, напротив, микроорганизмы сохраняют свои специфические особенности в одной и той же среде, в той же капле, в том же поле зрения микроскопа, тогда они должны рассматриваться как самостоятельные виды.
Таким образом, можно не утруждать себя бесплодными поисками и ограничиться культивированием форм, предположительно генетически связанных, в условиях, соответствующих потребностям их питания. Однако эти условия должны быть для всех одни и те же. Этого правила я и придерживался в своей работе. В результате исследований мне удалось выяснить, что один или два плеоморфных вида, описанных авторами, представляли собой смесь видов, совсем не плеоморфных. Beggiatoa alba и Beggiatoa roseo-persicina — виды, созданные Цопфом,— представляют собой в действительности две группы самостоятельных организмов. Первая группа состоит из бесцветных серобактерий; из этой группы я исс ледова л два рода и несколько видов; вторая состоит из серобатерий, окрашенных в различные оттенки розового и красного цветов; я установил предварительно двенадцать родов, включающих двадцать два вида. Что касается бесцветных серобактерий, то заблуждение Цопфа частично объясняется тем, что он не мог отличить настоящей Beggiatoa от другой нитчатой серобактерии из рода Thiothrix. Кроме того, некоторые явления вырождения истолковывались как явления размножения, образования зооглей и пр. Морфология вида Beggiatoa стала, таким образом, сложной. На самом же деле — она одна из наиболее простых. Нити всегда гибкие, подвижные,, состоят из цилиндрических клеток и не покрыты слизистыми влагалищами; в состоянии подвижности ползают по поверхности твердых предметов.
Я культивировал несколько видов, различающихся только толщиной нитей; но я не замечтал, чтобы нити утолщались или становились тоньше. Их следует, таким образом, классифицировать как самостоятельные виды.
По своим свойствам новый род Thiothrix сильно отличается от Beggiatoa. Нити неподвижные и негибкие; различается верхний и нижний конец; книзу они несколько утолщаются и прикрепляются к твердым предметам посредством слизистой подушечки. Размножаются путем образования подвижных гонидий, которые отделяются от нитей и медленно отползают наподобие диатомей. Таким образом, эти организмы по структуре нитей и по образованию подвижных палочковидных гонидий приближаются к Cladothrix.
Две описанные серобактерии избирают различные места обитания: в то время как белая пленка (барежина), встречающаяся в сероводородных водах, имеющих илистое дно, состоит почти исключительно из нитей Beggiatoa, быстро текущие сероводородные источники с каменистым ложем (какие встречаются в Швейцарии) населены различными видами Thiothrix, прекрасно приспособленными к этим условиям. Все гальки покрыты как бы белым плюшем, сотканным из пучков и султанов этих бактерий.
Изучение пурпурных серобактерий представило гораздо большие трудности. Пришлось встретиться с массой форм и есть только один метод, позволяющий разобраться в этой смеси. Для этого нужно наметить объекты исследования — отдельные клетки или группы клеток и следить за их развитием, не теряя из вида ни на один день. В этих наблюдениях испы- тывается терпение исследователя.
Среди пурпурный серобактерий различаются две группы — одна, близкая к Chroococcaceae, другая — к Flagellatae.
Виды первой группы образуют колонии, состоящие из круглых или удлиненных клеток, напоминающих по характеру роста водоросли: Chroococcus, Мerismopedia, Clathrocystis, Polycystis, Aphanothece и др. Их колонии отличаются друг от друга по способу группировки клеток, по способу деления, по отсутствию или по наличию слизистой капсулы, более или менее развитой. Все виды, за немногими исключениями, образуют стадии подвижности — свободные клетки или небольшие семейства, плавающие в жидкости или ползающие по поверхности твердых тел. Виды характеризуются простым, постоянным циклом развития.
Возьмем для примера род Thiocystis. Шаровидные клетки сгруппированы в небольшие семейства неправильной формы, заключенные в общую слизистую капсулу; все вместе образует сферическую колонию; клетки Делятся в трех направлениях в пространстве, но не разъединяются, а маленькая группа целиком отделяется от другой внутри общей слизистой капсулы. Когда колония, состоящая из небольших семейств, заключенных в слизистую капсулу, достигает определенного объема, слизь местами разжижается, что дает возможность подвижным семействам Довольно свободно выйти из капсулы. Затем они прикрепляются, покрываются капсулой и снова проходят тот же цикл развития.
У Других видов колонии в зрелом возрасте представляются полыми шарами со стенками из одного слоя клеток (Lamprocystis), или сетью, сплетенной из веретенообразных клеток, прилегающих одна к другой концами (Thiodyction), или бесформенными скоплениями, передвигающимися путем амебоидных движений (Amoebobacter); возможно, что в этих скоплениях клетки соединены протоплазматическими нитями и т. д. Но во всех случаях процесс развития сходный: сначала образуется колония или зооглея, которая распадается затем на отдельные клетки или на мелкие подвижные семейства, рассеивающиеся в дальнейшем.
Совсем иными свойствами характеризуются роды Chromatium, Rhabdo- chromatium у Thiospirillum, красные монады Эренберга и Кона. Их клетки всегда свободны; они размножаются только делением; они снабжены одним жгутиком и сохраняют подвижность или способность к движению в течение всей своей жизни. Иногда стадия подвижности чередуется со стадией покоя, без всякой видимой закономерности, что зависит от условий среды. Существует очень много видов Chromatium, которые чрезвычайно распространены в водах, богатых H2S.
Наши исследования показали, как мы полагаем, что новая теория плеоморфизма возникла в результате исследований, основанных на неполноценной методике. Это произошло потому, что не пошли тем единственным путем, который гарантирует надежные результаты при морфологических исследованиях низших организмов,— я говорю о прямом длительном наблюдении над процессом развития фаз. Длительный опыт микологии, переживавшей периоды расцвета экстравагантных теорий плеоморфизма, достаточно говорит нам об этом. Настоящая работа показывает лишний раз количество и разнообразие причин ошибок в случаях, когда толкование наблюдаемых явлений кажется исследователю ясным a priori.
Именно эти методические принципы не позволяют мне признать безоговорочно результаты исследования Мечникова над бактериями, встречающимися у дафний (Spirobacillus cienkovskii).
В заключение я хотел бы еще раз повторить свое мнение, высказанное в начале этой статьи, а именно: до настоящего времени не было открыто ни одного случая плеоморфизма у бактерий, бесспорно установленного, само собой разумеется. Но я должен добавить, что нет никаких оснований утверждать, что такие случаи не могут быть обнаружены в дальнейшем. Когда они будут открыты, то плеоморфным бактериям отведут свое место в классификации, как оно отведено уже по праву плеоморфным грибам и плеоморфным водорослям; но учение о плеоморфизме бактерий в целом уже не воскреснет.
В 1870 г. была сделана попытка объединить бактерии по видам. По этому вопросу существовало два течения. Одно направление получило название мономорфизм. В его основе лежало представление о том, что у бактерий имеются хорошо разграниченные виды, отличающиеся большим постоянством.[ . ]
Из всех микроорганизмов наиболее легкой изменчивости подвержены вирусы. Изменчивость вирусов объясняется их паразитизмом. Они слабо защищены от внешних воздействий, поэтому легко претерпевают изменения.[ . ]
Читайте также: