Еволюція прокаріотів та багатоклітинних організмів

До числа найважливіших змін у клітині, які відбуваються в інтерфазі і готують клітину до поділу, належать спіралізація і скорочення хроматид; подвоєння центріолей; синтез білків майбутнього ахроматинового веретена, синтез високоенергетичних сполук (в основному АТФ). Клітина припиняє свій ріст і готова вступити в профазу мітозу.

Мітоз – складний процес поділу ядра, внаслідок якого відбувається точний розподіл комплексу хромосом з наявною в них ДНК між дочірніми клітинами.

Процес мітозу поділяють на чотири фази: профаза, метафаза, анафаза і телофаза, кожна з яких без різкої межі змінює одна одну.

Профаза. На самому початку профази дві центріолі клітинного центру відходять одна від одної до протилежних полюсів клітини, ядро клітини збільшується в розмірах у 1, 5 раза. Тоненькі і довгі нитки хроматину (інтерфазна хромосома), яких практично не видно під оптичним мікроскопом в інтерфазному ядрі, вкорочуються і товщають, стають добре помітними хромосомами. Між грудочками хроматину, які в інтерфазі були ділянками спіралізованих хромосом (гетерохроматин), у профазі з'являються щільні нитки із знову спіралізованих хромосом, внаслідок чого утворюються паличкоподібні хромосоми. На початку профази хромосоми розміщені хаотичним клубком, але вже на цій стадії видно, що кожна хромосома складається з двох спіралеподібних ниток – хроматид, які прилягають одна до одної по всій довжині, але сполучені між собою лише в ділянці первинної перетяжки (центромери). Центромера – це найтонша (найменш спіралізована) ділянка хромосоми, яка ділить хромосому на два плеча. Місце розташування центромери у кожної пари хромосом постійне, воно зумовлює їхню форму. Залежно від місця розташування центромери розрізняють метацентричні (плечі майже однакові), субметацентричні (плечі різної довжини) та акроцентричні (одне плече майже непомітне) хромосоми. У деяких хромосом можуть бути і вторинні перетяжки. В кінці профази зникає ядерце і розчиняється оболонка ядра під дією ферментів лізосом. У результаті клубок хромосом виявляється в центральній частиш клітини.

Одночасно з'являється ахроматинова фігура, що складається з тонких ниток, які йдуть від полюсів клітини (або від центріолей у клітинах тварин). Ахроматинова фігура має вигляд веретена (її називають веретеном поділу), загостреними кінцями вона спрямована до полюсів клітини, а розширена її частина розташовується в центрі клітини. Ахроматинові нитки – це тоненькі трубочки, одні з яких короткі і прикріплені одним кінцем до первинної перетяжки хромосоми, а іншим до центріолей (або до «полярної шапочки» у вищих рослин), інші – довгі, вони зв'язують обидва полюси веретена. За своїм хімічним складом це білки, які здатні до скорочення.

Мікроби – це найбільша за кількістю та дуже різноманітна за рівнем організації частина організмів, які населяють біосферу Землі. Об'єднують їх тільки малі розміри, тому систематизувати їх дуже складно. Збудники захворювань є серед неклітинних (віруси та пріони) і клітинних організмів. Останні поділяють на 2 великі групи: прокаріоти (доядерні) та евкаріоти (ядерні). Патогенні мікроорганізми зустрічаються серед бактерій (прокаріоти), грибів і найпростіших.

Згідно з новим кодексом номенклатури бактерій запроваджено такі міжнародні класифікаційні категорії: відділ клас порядок родина рід вид.

Загальновизнаною та найбільш поширеною є класифікація бактерій Д. Берджі. Згідно з визначником, виданим у 1993 p., бактерії поділяють за будовою клітинної стінки та забарвленням за Грамом на такі відділи (схема 2) : Gracilicutes – тонкошкірі (грамнегативні) ; Firmicutes – товстошкірі (грампози-тивні), Tenericutes – не мають клітинної стінки (мікоплазми), Mendosicutes – архебактерії (вони непатогенні).

Для зручності відділи описують за групами, які включають родини, роди та види. Там, де вони об'єднані в порядки і класи, вказується їх назва.

Серед грампозитивних бактерій найбільше практичне значення мають:

- 17-та група – грампозитивні коки: родина мікрококів, рід стафілококів; родина стрептококів, рід стрептококів. Усі вони є збудниками гнійно-запальних захворювань; родина бацил: рід бацил – збудники сибірки, рід клостридій – збудник правця, ботулізму, газової анаеробної інфекції;

- 19-та група – аспорогенні палички: рід еризопелотрикс – збудники еризопелоіду, рід лістерій – збудники лістеріозу (опортуністичні інфекції) ;

- 20-та група включає рід коринебактерій – збудники дифтерії і рід актиноміцетів – збудники актиномікозів;

- 21-шагрупа – родина мікобактерій, рід мікобактерій – збудники туберкульозу, лепри;

- 22-га – 29-та групи – актиноміцети, непатогенні (за винятком 22-ї групи, рід нокардій) ;

- 25-та група – рід стрептоміцетів – продуценти антибіотиків (стрептоміцину) ;

- 30-та група – мікоплазми – збудники мікоплазмозів.

Бактерії – прокаріоти, тому їх структура відрізняється від структури клітин рослин і тварин (евкаріотів). Бактерії не мають ядерної оболонки, мітохондрій та апарату Гольджі. Вони мають клітинну стінку, яка є лише в прокаріотів.

У бактеріальній клітині розрізняють такі основні частини: поверхневі структури, клітинну оболонку та цитоплазму з нуклеоїдом.

Деякі бактерії утворюють спори, містять включення та плазміди.

Поверхневі структури. До них відносять капсулу, джгутики, мікровійки. Наявність або відсутність їх є постійною ознакою для даного виду. Це враховують під час ідентифікації мікроорганізмів.

Капсула. Розрізняють мікро- та макрокапсулу, або слизовий шар.

Мікрокапсулу виявляють за допомогою електронної мікроскопії. Вона представлена мукополісахаридними фібрилами. Роль її остаточно не з'ясовано.

Макрокапсула – це стовщений слизовий шар, його мають не всі мікроорганізми. Оскільки капсула має гелеподібну консистенцію, вона не затримує барвників, тому при забарвленні за Буррі – Гінсом забарвлюється фон препарату та клітина, а сама капсула лишається безбарвною. У деяких мікроорганізмів (збудників пневмонії, сибірки та ін.) капсули утворюються в організмі людини або тварини, а в деяких – як у макроорганізмі, так і на штучних живильних середовищах (S. aureus, S. pyogenes, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella rhinoscleromatis та ін.). У патогенних мікроорганізмів капсула може оточувати одну (збудник чуми – Y. pestis) чи дві клітини (збудник пневмонії – S. pneumoniae), навіть цілий ланцюжок клітин (збудник сибірки). Капсула захищає клітину від бактеріофагів, фагоцитів та антитіл. Тому вона є фактором патогенності (пневмококи, що втрачають капсулу, стають непатогенними).

Вона обумовлює антигенні властивості мікроорганізмів (К-антиген – капсульний антиген).

Слизовий шар. Бактерії часто виділяють велику кількість слизу, котрий утворює навколо них пухкий шар.

Джгутики мають не всі мікроорганізми. За кількістю та розміщенням джгутиків мікроорганізми поділяють на такі групи:

- монотрихи – один джгутик розміщується на полюсі клітини (холерний вібріон) ;

- лофотрихи – пучок джгутиків розміщується на одному кінці (синьогнійна паличка) ;

- амфітрихи – пучок джгутиків розміщується на обох кінцях (спірили) ;

- перитрихи – джгутики розміщуються на всій поверхні клітини (сальмонели, ешерихії та ін.).

Такий поділ мікроорганізмів є досить умовним. Дані електронної мікроскопії свідчать про те, що монотрихи мають кілька джгутиків, а амфітрихи – це дві клітини монотрихів, що не повністю поділилися.