Отдельные представители

В группу спорообразующих входят бактерии разной морфологии, большинство из них окрашивается по Граму положительно (таблица 10.1). Клетки обычно подвижные за счет перитрихиальных жгутиков, образуют устойчивые к нагреванию, сильно преломляющие свет эндоспоры. В группу входят 15 родов, из них пять основных: Bacillus, Sporosarcina, Sporolactobacillus, Clostridium и Desulfotomaculum.

 

Таблица 10.1 – Эубактерии, образующие эндоспоры (по Дуде, 1982)

 

Род бактерий	Форма вегетативных клеток	Окраска по Граму	Отношение к кислороду
Bacillus	палочковидная	±	аэробы
Clostridium	то же	±	анаэробы
Desulfotomaculum	то же	–	анаэробы
Sporolactobacillus	то же	+	аэробы
Sulfolobus	то же	–	то же
Sporocarcina	сферическая	+	то же
Thermoactinomyces	ветвящиеся нити	+	то же
Actinobifida	ветвящиеся нити	+	то же
Sporospirillum	спириллы	–	анаэробы
Ostillospira	дисковидные клетки в трихомах	–	то же
Fusosporus	спириллы	–	то же

 

Первичное таксономическое деление на роды основано на отношении бактерий к молекулярному кислороду. Род Sporosarcina включает облигатные аэробны и факультативные анаэробы. Представители рода Desulfotomaculum являются облигатными анаэробами, рода Sporosarcina – грамположительными кокковидными бактериями. Бактерии рода Desulfotomaculum по Граму окрашиваются отрицательно, хотя имеют клеточную стенку грамположительного типа, энергию получают путем анаэробного сульфатного дыхания, используя в качестве конечных акцепторов электронов сульфаты. Бактерии рода Sporolactobacillus – микроаэрофилы, клетки палочковидные, подвижные (жгутикование перитрихиальное), грамположительные. Метаболизм бродильный, осуществляют гомоферментативное молочнокислое сбраживание гексоз с образованием молочной кислоты. Клетки не содержат каталазы и цитохромов. Типовой (и единственный) вид Sporolactobacillus inulinus.

К числу наиболее широко распространенных и имеющих значительный практический интерес спорообразующих бактерий относятся бактерии родов Bacillus и Clostridium.

К роду Bacillus относятся аэробные или факультативно-анаэробные палочковидные бактерии, большинство из них подвижны. Хемоорганотрофы. Метаболизм строго дыхательный, строго бродильный или дыхательный и бродильный одновременно, с использованием различных субстратов. Некоторые представители способны получать энергию за счет нитратного дыхания. Для большинства представителей рода Bacillus характерно брожение с образованием 2, 3-бутандиола, глицерина и СО₂, а также небольших количеств молочной кислоты и этанола. Бутандиоловое брожение, осуществляемое бактериями рода Bacillus, можно представить следующим образом:

 

3 Глюкоза → 2 (2, 3-бутандиол) + 2 глицерин + 4 СО₂.

 

Бактерии рода Bacillus можно разделить на три группы, различающиеся по структуре и внутриклеточной локализации эндоспор:

1 Споры овальные, расположение их в материнской клетке центральное, растяжение клетки спорой не происходит. Таковы споры у большинства бацилл (B. subtilis, B. cereus, B. megaterium, B. anthracis, B. thuringiensis).

2 Споры овальные, имеющие толстую оболочку с выростами, расположение их в материнской клетке центральное. Они «растягивают» клетки изнутри в ходе споруляции (B. polymyxa, B. stearothermophilus).

3 Споры сферические, расположение их в материнской клетке полярное. Эндоспоры «растягивают» клетку в ходе споруляции (B. pasteurii).

Большинство представителей рода Bacillus являются сапрофитами, широко распространены в природе, особенно в почвах, богатых органическими веществами (B. subtilis, B. megaterium, B. polymyxa, B. stearothermophilus, B. licheniformis). B. megaterium считаются «гигантами» среди эубактерий, так как их клетки имеют размеры 2 × 5 мкм. Вид B. subtilis является типовым для рода Bacillus, называется «сенной палочкой» (так как накопительные культуры данных бактерий получают из настоя сена). Бактерии B. polymyxa получили название из-за того, что они образуют большое количество слизи. B. stearothermophilus – выраженный термофил (температурный оптимум для роста 50–65 º С).

Представителями патогенных бацилл являются B. anthracis и B. thuringiensis. B. anthracis – возбудитель сибирской язвы. Это нуждающиеся в факторах роста неподвижные бактерии с пептидной капсулой, содержащей в большом количестве D- и L-формы глутаминовой кислоты. B. thuringiensis – возбудитель паралитического заболевания у гусениц многих чешуекрылых насекомых. Клетки этих бактерий подвижны, зависят от наличия факторов роста. Включения токсичных для насекомых белков известны и у других бацилл, например, у B. laterosporus, B. sphaericus, B. popilliae.

Бактерии рода Bacillus являются активными продуцентами различных антибиотических веществ. В настоящее время известно около 200 антибиотиков, синтезируемых этими бактериями. Наиболее продуктивными являются бактерии вида B. subtilis – для них описано более 70 различных антибиотиков. Около 30 антибиотиков продуцируют культуры B. brevis. Различные антибиотики синтезируют также бактерии видов B. polymyxa, B. cereus, B. circulans, B. megaterium, B. licheniformis и др. Некоторые антибиотики бактерий рода Bacillus широко используются в медицине, сельском хозяйстве и пищевой промышленности. К ним относятся полимиксины, колистин, бацитрацин, грамицидин С, субтилин, эдеин, бутирозин и др.

Анаэробные спорообразующие бактерии рода Clostridium – палочки с закругленными или иногда заостренными концами, часто расположенные в парах или коротких цепочках. Большинство из них подвижны за счет перитрихиальных жгутиков. Образуют овальные или сферические эндоспоры, располагающиеся субтерминально, центрально или терминально. Как правило, диаметр спор больше диаметра вегетативной клетки, поэтому палочка со спорой приобретает сходство с веретеном, отсюда и произошло название рода. Отличительной морфологической особенностью их является способность к синтезу гранулезы. Большинство штаммов рода Clostridium – облигатные анаэробы, хотя некоторые могут расти в присутствии воздуха. Хемоорганотрофы, энергию получают в основном за счет маслянокислого брожения. Возбудителями классического маслянокислого брожения являются C. butyricum, C. pasteurianum, C. rubrum и др. В качестве основных продуктов они образуют масляную и уксусную кислоты, углекислый газ и молекулярный водород. Другие представители (C. acetobutyricum, C. felsineum, C. sporogenes и др.) осуществляют ацетонобутиловое брожение, при котором кроме масляной кислоты образуются нейтральные продукты: ацетон, бутиловый, этиловый, изопропиловый спирты.

Клостридии сбраживают большое число субстратов, включая полисахариды, белки, аминокислоты и пурины. В зависимости от вида сбраживаемого субстрата выделяют несколько физиологических групп клостридий:

• сахаролитические, использующие в качестве субстратов моносахара, крахмал, пектин, целлюлозу и другие вещества углеводной природы (C. pasteurianum, C. butyricum, C. acetobutyricum, C. felsineum);

• протеолитические, сбраживающие белки, пептиды, аминокислоты (C. botulinum, C. tetani, C. putribicum, C. sporogenes и др.);

• пуринолитические, сбраживающие гетероциклические азотсодержащие соединения – пурины и пиримидины (C. acidiurici, C. cylindrosporum).

Потребности клостридий в питательных веществах весьма разнообразны. Как правило, они могут расти только на сложных, богатых органическими соединениями средах. Для них выявлена потребность в определенных витаминах и наборе аминокислот. Для многих сахаролитических клостридий характерна способность фиксировать атмосферный азот. Первый анаэробный азотфиксатор был выделен из почвы русским микробиологом С. Н. Виноградским и назван им в честь Л. Пастера Clostridium pasteurianum.

Клостридии широко распространены в природе. Естественной средой их обитания является почва, особенно ее глубокие слои, ил различных водоемов, сточные воды, кишечный тракт травоядных животных и человека. У клостридий выделяют как сапрофитные, так и патогенные формы. К сапрофитным относятся C. pasteurianum, C. acetobutyricum, C. butyricum (типовой вид рода Clostridium). Патогенные клостридии: C. tetani – возбудитель столбняка; C. botulinum – возбудитель ботулизма; C. histolyticum, C. septicum, C. perfringens, C. novyi, C. sordelli – возбудители газовой гангрены. Патогенные клостридии, как правило, относятся к протеолитическим.

Бактерии рода Clostridium играют важную роль в круговороте веществ в природе, особенно азота и углерода, осуществляя процессы гниения, брожения и фиксации молекулярного азота. Некоторые представители клостридий используются для промышленного получения масляной кислоты, бутанола, ацетона (C. butyricum, C. acetobutyricum). Анаэробные клостридии применяются также при мочке льна, конопли и других прядильных культур.

Разложение пектиновых веществ в процессе минерализации растительных тканей приводит к быстрому распаду растительных остатков в почве. Основные возбудители пектинового брожения – C. pectinovorum, C. felsineum. C. pectinovorum – крупные палочковидные бактерии, размером 10–12 х 0, 8 мк. При спорообразовании принимают вид длинных плектридиальных форм палочек с прерывистым расположением гранулезы. Clostridium felsineum имеет вид палочек меньшего размера, сигарообразной формы со спорой на конце. Гранулеза заполняет всю клетку за исключением конца клетки, где располагается спора. Пектин разлагает более активно. Оба представителя живут в строгих анаэробных условиях. Очень подвижны и способны образовывать споры. Содержат фермент пектиназу. При гидролизе пектина этими бактериями энергия (АТФ) выделяется в результате сбраживания продуктов ферментативного гидролиза пектина.