Клеточная стенка бактерий выполняет следующие функции:
• механическую защиту клетки от воздействий факторов окружаю-
щей среды;
• обеспечивает поддержание формы бактериальной клетки;
• дает возможность клетке существовать в гипотонических раство-
рах;
• осуществляет транспорт веществ и ионов (характерно для грамот-
рицательных бактерий, имеющих наружную мембрану, которая является
дополнительным барьером для их поступления; основным барьером
служит цитоплазматическая мембрана);
• препятствует проникновению в клетку токсических веществ (также
более характерно для грамотрицательных бактерий, имеющих наружную
мембрану);
• на клеточной стенке находятся рецепторы, на которых адсорбиру-
ются бактериофаги и бактериоцины;
• в клеточной стенке находятся антигены (липополисахариды у гра-
мотрицательных бактерий и тейховые кислоты у грамположительных
бактерий);
• на клеточной стенке находятся рецепторы, ответственные за взаи-
модействие клеток донора и реципиента при конъюгации бактерий.
Вместе с тем следует отметить, что клеточная стенка не является
жизненно важной структурой, так как в определенных условиях она мо-
жет быть удалена и бактериальные клетки при этом существуют в виде
протопластов или сферопластов.
Протопластами называют клетки округлой формы, полностью ли-
шенные остатков клеточной стенки и окруженные только цитоплазмати-
ческой мембраной. Их образование характерно чаще для грамположи-
тельных бактерий. Сферопласты отличаются от протопластов тем, что у
них сохраняются остатки клеточной стенки, а образуются они преиму-
щественно из клеток грамотрицательных бактерий.
Протопласты и сферопласты можно получить в лабораторных усло-
виях, обрабатывая клетки бактерий лизоцимом (син. N-ацетилмурами-
даза), разрушающим муреин; антибиотиками пенициллинового ряда (пе-
нициллин, ампициллин, карбенициллин и др.) или циклосерином, подав-
ляющими синтез муреина. Фермент лизоцим действует на β-1,4-гли-
козидные связи муреина и тем самым разрушает его у бактерий со сфор-
мировавшейся клеточной стенкой. Антибиотики пенициллинового ряда и
циклосерин оказывают действие только на растущие бактерии, нарушая
синтез муреина клеточной стенки, именно они препятствуют поперечной
сшивке пептидогликановых цепей, т. е. образованию пептидных связей.
Протопласты и сферопласты можно получить и с помощью других
ферментов, которые разрушают пептидные связи, участвующие в попе-
речной сшивке гетерополимерных цепей муреина. В качестве примера
можно привести фермент эндопептидазу, синтезируемую бактериями
Escherichia coli. Этот фермент разрывает пептидную связь между D-ала-
нином и мезо-диаминопимелиновой кислотой.
Протопласты и сферопласты стабильно сохраняются в гипертониче-
ских или изотонических условиях. Для создания гипертонических усло-
вий чаще всего используют сахарозу или маннит в концентрациях
0,1–1,0 М. В гипотонических условиях протопласты и сферопласты ло-
паются и образуют «тени».
Протопласты и сферопласты в 3–10 раз крупнее исходных клеток
бактерий. В гипертонических или изотонических условиях они осущест-
вляют обмен веществ, характерный для исходных клеток, т. е. сохраняют
дыхательную активность, синтезируют необходимые биополимеры, об-
разуют эндоспоры, если процесс споруляции уже был инициирован.
Можно наблюдать рост сферопластов и протопластов, а иногда и их де-
ление. В отличие от исходных клеток, на них не адсорбируются бакте-
риофаги и бактериоцины. Кроме того, у протопластов и сферопластов
отсутствуют мезосомы – производные цитоплазматической мембраны.
При снятии действующего на образование муреина фактора (пени-
циллин, циклосерин, лизоцим и др.) протопласты, как правило, отмира-
ют, реже регенерируют клеточную стенку и возвращаются в исходное
состояние, но могут превращаться в L-формы. Сферопласты ревертиру-
ют (превращаются) в нормальные бактериальные клетки, либо превра-
щаются в L-формы, либо отмирают.
Бактерии, частично или полностью лишенные клеточной стенки, но
сохранившие способность к развитию, принято называть L-формами.
Буква L – первая буква названия Листеровского института в Лондоне,
где впервые обратили внимание на развитие морфологически весьма не-
обычных клеток в культуре бактерий Streptococcus moniliformis, выде-
ленной из жидкости уха крысы. Позже были описаны L-формы у самых
разных видов бактерий. Было показано, что L-формы возникают спон-
танно или индуцированно – под воздействием агентов, блокирующих
синтез клеточной стенки (антибиотиков пенициллинового ряда и цикло-
серина, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, аминокислоты глици-
на).
L-формы образуются в результате несбалансированного роста нор-
мальных бактериальных клеток в длину и толщину и поэтому плеоморф-
ные. В культурах L-форм обнаруживаются клетки размером 0,2–50 мкм.
Они шаровидные, нитевидные, присутствуют и бесструктурные массы.
L-формы проходят через бактериальные фильтры и легко разрушаются
при механических воздействиях.
В отличие от протопластов и сферопластов, клетки L-форм имеют
хорошо развитую систему внутрицитоплазматических мембран, т. е. у
них содержатся мезосомы, а в отличие от нормальных клеток L-формы
часто содержат крупные вакуоли.
L-формы обладают пониженным уровнем метаболической активно-
сти по сравнению с исходными бактериями. Они нечувствительны к лю-
бым агентам, действующим на клеточную стенку.
Культивировать L-формы можно только на специальных средах с вы-
соким осмотическим давлением. L-формы лучше растут на плотной, чем
в жидкой среде. На плотной среде они образуют колонии, врастающие в
агар и имеющие характерную форму перевернутой шляпы. Колонии рас-
тут медленно, хотя иногда достигают значительных размеров.
У L-форм не функционируют нормальные механизмы клеточного де-
ления. В основном они делятся с образованием элементарных тел, кото-
рые отпочковываются от поверхности клетки или от мембраны вакуоли.
Различают стабильные и нестабильные L-формы. Нестабильные
L-формы обладают элементами клеточной стенки и поэтому способны
ревертировать в нормальные бактериальные клетки после исключения
действия фактора, вызвавшего их образование. Стабильные L-формы
полностью лишены ригидной клеточной стенки, что сближает их с про-
топластами. Они крайне редко ревертируют в исходные бактериальные
формы и существуют без изменений в различных условиях среды. Пере-
ход в L-форму можно рассматривать как способ переживания бактерия-
ми неблагоприятных условий, особенно у патогенных микроорганизмов.
Исследования L-форм представляют существенный интерес для ме-
дицинской микробиологии, поскольку в таком состоянии в организме
человека и животных могут сохраняться патогенные бактерии. При не-
рациональном использовании антибиотиков, приводящем к образованию
L-форм из бактерий, может наступить кажущееся улучшение состояния
больного. Однако после прекращения приема лечебного препарата про-
исходит превращение L-форм в бактерии исходного вида с восстановле-
нием их вирулентности, что приводит к рецидиву болезни.
Бактерии, у которых отсутствует клеточная стенка, существуют и в
природе: это микоплазмы. Первым описанным представителем мико-
плазм явился возбудитель плевропневмонии крупного рогатого скота.
Подобные микроорганизмы обнаружены и у других животных – овец,
коз, крыс, собак, а также у человека, всем им было дано общее название
РРLО (плевропневмониеподобные организмы). Кроме того, микоплазмы
могут существовать как сапрофиты в естественных условиях, а также
вызывать заболевания и у растений.
|