Когда на улице холодно, мы надеваем теплую куртку, в дождь берем с собой зонтик, отправляясь в поход, прихватываем рюкзак с едой. Все эти функции в микромире успешно выполняет капсула бактерий. Есть так называемые истинно капсульные клетки, образующие защищающий их кокон в любых условиях. Есть клетки, формирующие очень тонкий слизистый слой, выявить который можно с помощью электронного микроскопа. Но для основной части бактерий формирование защитного слоя имеет значение только в агрессивной для них внешней среде.
Поверхностная структура клетки
В прокариотических клетках (безъядерных) нет внутреннего разделения, т.е. функции всех «внутренних органов» у бактерий выполняет мембрана. Она может образовывать глубокие внутренние складки, но все равно остается оболочкой клетки. По сути, нормально функционирующая бактерия имеет следующее строение:
- цитоплазма (внутреннее содержимое клетки);
- оболочка (мембрана);
- поверхностные структуры (капсула, жгутики, микроворсинки).
Капсула клетки – поверхностная слизистая структура, образующаяся вокруг оболочки. Это аморфное вещество имеет большое значение для жизнедеятельности клетки, делает оболочку более прочной и плотной, служит защитным барьером на пути фагоцитов, иногда выполняет роль кладовой и хранит запасы пищи. В строении капсулы различают два слоя: внутренний и наружный. Внутренний слой – часть наружного слоя цитоплазмы клетки, а наружный – результат секреторной функции бактерии.
Врачи отмечают, что капсула бактерий играет ключевую роль в их выживании и адаптации к окружающей среде. Эта защитная структура, состоящая из полисахаридов, обеспечивает бактериям защиту от неблагоприятных условий, таких как воздействие антибиотиков и иммунного ответа организма. Капсула также способствует прикреплению бактерий к поверхностям, что важно для формирования биопленок и колоний. Врачи подчеркивают, что наличие капсулы может значительно повысить патогенность бактерий, так как она затрудняет их распознавание и уничтожение иммунной системой. Таким образом, изучение капсул бактерий открывает новые горизонты в разработке методов лечения инфекционных заболеваний и создании вакцин. Понимание этих механизмов поможет в борьбе с устойчивыми к антибиотикам штаммами и улучшит эффективность терапии.
Виды капсул
Продукты биосинтеза бактерии откладывают вокруг клеточной оболочки в виде своеобразного кокона, поддерживающего жизнедеятельность клетки. В зависимости от толщины слизистого слоя различают:
- Микрокапсулы. Слой слизи меньше 0,2 мкм. Выявляется только с помощью электронного микроскопа.
- Макрокапсулы, имеющие стенки толще 0,2 мкм. Их уже можно рассмотреть в обычный микроскоп, но для выявления слизистой структуры понадобится специальная окраска негативным методом.
Не все микроорганизмы обладают способностью образовывать верхний слой в виде аморфного кокона. Некоторые бактерии образуют их в любых условиях (истинно капсульные бактерии), но для большинства образование капсул – метод защиты от окружающей среды.
Зачем клетке нужна дополнительная оболочка
Для микроорганизмов защитные оболочки имеют большое значение:
- они образуют влажную среду, в которой клетка чувствует себя более комфортно;
- аморфное строение кокона защищает клетки от высыхания и предохраняет их от механических повреждений;
- увеличивают способность бактерий сцепляться друг с другом или с другими поверхностями, т. е. увеличивают их адгезию;
- выполняют функции иммунного барьера, т. е. препятствуют проникновению в клетку фагов (вирусов для микроорганизмов).
Клетки, имеющие капсулу, способны выжить в неблагоприятных условиях. Особенно ярко это выявляется на примере патогенных микробов. При попадании в организм некоторые бактерии тут же обзаводятся рыхлой стенкой, защищающей их от иммунной системы макроорганизма (человека или животного), тогда как во внешней среде они превосходно существуют в своем обычном виде. В случае с патогенными бактериями наличие капсулы затрудняет антибиотикам проникновение в клетку и, соответственно, мешает организму победить болезнь.
Если бактерии соединены в колонию, то оболочка помогает осуществлять связь между отдельными клетками и выполняет функции их соединения между собой. Вязкая субстанция капсулы также имеет значение для крепления клетки или колонии к другим поверхностям.
Внеклеточные полимерные вещества, накапливаемые в капсуле, можно применять на практике. Так, их используют для получения искусственной плазмы крови или для выращивания тончайших синтетических пленок.
Скафандр для клетки, или капсула для бактерий, вызывает множество обсуждений среди ученых и биологов. Многие исследователи отмечают, что такая защита позволяет микроорганизмам выживать в неблагоприятных условиях, таких как высокая температура или агрессивные химические вещества. Капсула служит не только барьером, но и помогает бактериям избегать воздействия иммунной системы хозяев. Кроме того, она играет важную роль в процессе колонизации и образовании биопленок, что делает бактерии более устойчивыми к антибиотикам. Некоторые ученые даже предполагают, что изучение этих капсул может привести к новым методам борьбы с инфекциями. В то же время, существует мнение, что понимание механизмов работы капсул может открыть новые горизонты в биотехнологии и медицине, позволяя создавать более эффективные препараты и методы лечения.
Выявление капсул
В строении капсулы принимает участие очень много воды, до 98%. Помимо того что жидкость делает кокон очень непрочным, она еще и прозрачна, т. е. рассмотреть гелеподобную оболочку под микроскопом обычным методом без дополнительной подготовки не получится.
В нормальном состоянии бактерии тоже прозрачны. Обычно для выявления клеток используют различные методы окраски, что позволяет легко рассмотреть их под микроскопом. Но для капсул обычные способы не подходят по нескольким причинам:
- Слизистое вещество капсулы плохо задерживает красящие пигменты, после промывки препарата (это обязательная процедура при окрашивании) слизь остается бесцветной.
- Аморфные оболочки очень мягкие и непрочные, в процессе окрашивания их легко повредить. При обычных методах окрашивания препарат подвергается механическим воздействиям, которые могут уничтожить сам объект исследования.
Одним из способов выявления такой непрочной субстанции является метод окраски по Гинсу. Он основан на неспособности капсулы удерживать краску и заключается в окрашивании окружающей среды и самой бактерии:
- на предметное стекло наносят каплю туши;
- добавляют в тушь куплю раствора, содержащего исследуемые клетки;
- перемешивают и аккуратно распределяют жидкость по поверхности;
- оставляют для высыхания на воздухе и фиксируют (обрабатывают сулемой, спиртом или быстро обжигают);
- погружают в раствор красящих веществ;
- промывают водой и высушивают.
Под микроскопом готовый препарат выглядит следующим образом: на темном (или черном) фоне туши хорошо видны красные или фиолетовые бактерии, окруженные светлым (неокрашенным) ободком.
Один из самых простых методов выявления капсул – окраска по Дюгиду. При этом способе тушь смешивают с культурой на предметном стекле, затем помещают сверху покровное стекло и сильно прижимают, в результате чего жидкость распределяется тонким слоем между поверхностями. Рассматривают готовый препарат с помощью специального объектива с большим увеличением. На темном фоне окружающей клетки туши отчетливо выделяются прозрачные зоны капсул.
Выявить капсулы можно еще несколькими методами:
- с помощью окраски по Романовскому – Гимзе с использованием специального красящего состава;
- методом окраски по Михину с помощью метиленовой сини Леффлера;
- методом окрашивания по Бурри – Гинсу.
Ответ на нападение
Особое значение для изучения бактериальной оболочки имеет так называемая реакция Нейфельда. Этот способ основан на разбухании, разрыхлении капсульного вещества под воздействием антител, которые иммунная система организма использует для идентификации и обезвреживания различных чужеродных объектов.
Например, при попадании в организм пневмококков иммунная система пускает в ход антитела, соответствующие химическому составу капсул этих микробов. В ответ бактерии начинают наращивать толщину слизистого слоя, пытаясь уберечь клетку от гибели. В результате оболочка становится намного больше и заметнее.
При проведении медицинских анализов на выявление конкретного вида патогенных бактерий в исследуемый материал, полученный от больного, добавляют несколько видов сыворотки с различными антителами. Значение будет иметь тот результат, где ширина аморфного слоя самая большая. Таким способом достаточно просто подтвердить или установить диагноз, что позволит как можно быстрее начать необходимое лечение.
Бактериальные капсулы образовались в процессе эволюции. Скорее всего, их появление оказалось жизненно важным для некоторых бактерий. Мягкая, рыхлая оболочка в виде надежного кокона ограждала микроорганизмы почти от всех опасностей. Значение подобного защитного слоя для выживания вида сложно переоценить.
Вопрос-ответ
Для чего используется слизистая капсула?
КАПСУЛА (capsule) – оболочка, в которую дозируют порошкообразный, гранулированный, пастообразный или жидкий фармацевтический продукт с целью маскировки его неприятных органолептических свойств (вкуса, запаха) или защиты слизистых оболочек от раздражающего действия некоторых АФИ ЛП в форме капсул.
Как капсула помогает некоторым бактериям выживать?
Капсулы обеспечивают адгезию к поверхностям и помогают бактериям ускользать от иммунной системы хозяина. Содержание воды в капсуле защищает их от высыхания. Капсула считается фактором вирулентности, поскольку она усиливает способность бактерий вызывать заболевание (например, предотвращает фагоцитоз).
Советы
СОВЕТ №1
Изучите основные функции капсулы бактерий, чтобы лучше понять, как она защищает микроорганизмы от неблагоприятных условий. Это знание поможет вам оценить важность капсул в биологических и медицинских исследованиях.
СОВЕТ №2
Обратите внимание на роль капсул в патогенности бактерий. Понимание того, как капсулы помогают бактериям избегать иммунного ответа, может быть полезно для разработки новых методов лечения инфекционных заболеваний.
СОВЕТ №3
Если вы занимаетесь микробиологией, рассмотрите возможность использования капсул в своих экспериментах. Они могут служить интересным объектом для изучения взаимодействия между бактериями и окружающей средой.
СОВЕТ №4
Следите за новыми исследованиями в области микробиологии, чтобы быть в курсе последних открытий о капсулах бактерий. Это поможет вам расширить свои знания и применить их в практической деятельности.
