Порядок кокки (Coccales) Название «кокки» было предложено для бактерий, имеющих сферическую форму клетки (от греч. «коккус» — ягода). Человек, сам того не подозревая, постоянно сталкивается в своей жизни с кокковидными микроорганизмами. Кокки находятся в воздухе, которым мы дышим, в земле, по которой мы ходим, в цветах, которые мы собираем, в воде рек и морей, в пище, которую мы едим, и даже в нашем организме. Одни виды кокков полезны для человека — их используют в производстве молочных продуктов (кефира, масла, сыров), при приготовлении силоса; они участвуют в круговороте веществ в природе, разлагая различные отмершие остатки растений и животных и выполняя тем самым роль «мусорщиков»; они стимулируют рост культурных растений, снабжая их витаминами и гетероауксинами. Другие виды кокков издавна наносили большой вред человеку, являясь источником заражения и нагноения ран, вызывая такие тяжелые заболевания, как крупозная пневмония, менингит, гоноррея и др. Развиваясь в некоторых молочных, мясных и рыбных продуктах, некоторые кокки выделяют в среду сильнейший яд — энтеротоксин — и вызывают тем самым пищевые отравления людей. Если посеять пробы воды, почвы, кусочки растений, слюну, гной людей или животных, зараженных патогенными кокками, на специальные твердые питательные среды, мы увидим разнообразные колонии. У патогенных кокков колонии, как правило, невзрачные (мелкие и бесцветные); у сапрофитных форм часто обнаруживаются красивые колонии, окрашенные в яркие красные, розовые, оранжевые и синие тона. Особенно много пигментных форм кокков в воздухе, на поверхности высших растений и литофильных (растущих на камнях) лишайников, т. е. там, где они подвержены действию солнечной радиации. Предполагают, что пигменты, вырабатываемые микроорганизмами, выполняют защитные функции. Сапрофитные формы кокков довольно неприхотливы: они растут в широком диапазоне температур (от 10 до 45 °С), развиваются на обычных пептонных средах, некоторые виды обитают в местах с повышенными концентрациями солей, другие устойчивы к радиоактивному излучению. Обитающие в организме человека кокки адаптировались к паразитическому образу жизни и трудно поддаются культивированию, требуя особых условий влажности, температуры, сложных питательных веществ. Если посмотреть под микроскопом, мы увидим, что колонии кокков состоят из множества мелких округлых клеточек. Величина их может варьировать от 0,2 до 2,5—3 мкм, но чаще всего встречаются клетки от 0,5 до 1 МКМ. Изучать такие мелкие организмы в световом микроскопе довольно сложно. Несмотря на то что само название «кокки» предполагает сферическую форму клетки, у некоторых кокков клетки имеют несколько удлиненную, ланцетовидную форму (у «молочных» стрептококков) или форму кофейных зерен (у гонококков). Цикл развития кокков крайне прост: клетка делится на две равные кокковидные клетки. Такой простой жизненный цикл осложняет систематизацию кокковых форм, к тому же почти все кокки (за небольшим исключением) неподвижны, не образуют спор, большей частью грамположительны. Какие же признаки могут служить дифференцирующими при разделении кокков на таксоны? Оказалось, что в зависимости от того, в какой плоскости происходит деление клетки, кокки располагаются после деления либо в виде цепочек, либо тетрад, либо пакетов или скоплений неправильной формы. Еще в 1900 г. Мигула разделил кокки на 5 родов на основании способа деления, а также подвижности: Streptococcus — цепочки кокков, деление в одной плоскости; Micrococcus — одиночные или в неправильных скоплениях кокки; Sarcina — правильные пакеты, деление в трех взаимно перпендикулярных направлениях; Planosarcina и Planococcus — подвижные сарцины и микрококки. До сих пор во всех современных учебниках и руководствах по микробиологии приводятся традиционные рисунки различных сочетаний кокковидных клеток, характеризующих определенный род. В широко используемом в нашей стране «Определителе бактерий и актиномицетов» Н. А. Красильникова все кокки, объединенные в одно семейство Соссасеае (порядок Соссасеае, класс Actinomycetes), подразделяются на роды по следующим признакам: клетки одиночные — род Micrococcus, клетки соединены в пары — род Diplococcus, в цепочки — род Streptococcus, в пакеты — род Sarcina. Таким образом, видно, что распределение по родам основано на том же морфологическом, легко обнаруживаемом признаке. Роды Neisseria и Nitrosococcus, также включенные Н. А. Красильниковым в семейство Соссасеае, выделяются по другим свойствам — окраске по Граму и автотрофному типу питания соответственно. В настоящее время известно свыше 15 родов кокков. Некоторые роды — Gaffkya, Pediococcus, Staphylococcus — были описаны очень давно, но считались ранее синонимами рода Micrococcus. Род Leuconostoc рассматривался Н. А. Красильниковым как вид, входящий в род Streptococcus. При увеличении количества родов семейства Соссасеае одного морфологического признака оказалось недостаточно для дифференциации кокковых форм, поэтому стали использоваться в качестве диагностических такие признаки, как окраска по Граму, отношение к кислороду, тип метаболизма, патогенность и др. Многие авторы предлагают выделять уже не одно, а несколько семейств кокков. Так, в определителе бактерий Берги кокки распределены по трем семействам: Micrococcaceae, Neisseriaceae и Lactobacillaceae — триба Streptococcaceae. Род Nitrosococcus помещен в семейство Nitrobacteriaceae. Ниже мы приводим краткую характеристику основных родов кокков. Роды диплококки (Diplococcus), стрептококки (Streptococcus), педиококки (Pediococcus), лейкоиосток (Leuconostoc), пептострептококки (Peptostreptococcus) Эти роды объединены по определителю бактерий Берги в трибу Streptococcaceae, семейство Lactobacillaceae. Общие признаки перечисленных выше родов: грамположительные, образуют цепочки, неподвижные, кокки, микроаэрофилы или факультативные анаэробы, каталазу не образуют, энергетический метаболизм протекает по типу брожения, нуждаются в сложных питательных веществах. Род Streptococcus. Этот род включает в себя: 1) пиогенные (гноеродные) стрептококки — патогенные для человека и животных; 2) фекальные стрептококки и 3) безвредные «молочные» стрептококки. Пиогенные стрептококки адаптированы к паразитическому образу жизни в организме млекопитающих. Их выращивают при 37 °С в бульоне с сывороткой и кровью в атмосфере, содержащей 5—10% СО2. Типичный представитель группы пиогенных стрептококк ков — Str. pyogenes. Здесь и далее родовое название видов Streptococcus дается сокращенно Str. Он служит возбудителем скарлатины, ангины, послеродового сепсиса и других тяжелых эпидемических инфекций человека. Str. agalactiae вызывает в основном инфекции у крупного рогатого скота. Фекальные стрептококки обнаруживаются в испражнениях человека и животных. Некоторые из них постоянно живут также в полости рта, откуда и попадают в кишечник. Str. salivarius встречается в основном у человека; Str. bovis — только у рогатого скота; Str. equinus — у лошадей и других животных. В эту же группу входят более устойчивые энтерококки, обнаруживаемые в кишечнике человека и животных, навозе, молочных продуктах. Они часто образуют скопления, напоминающие скопления микрококков. Типичный представитель энтерококков — Str. faecalis. Все энтерококки хорошо растут при температуре 22—40 °С на обычных мясных средах. Поскольку фекальные стрептококки постоянно присутствуют в кишечнике человека, сохраняют жизнеспособность во внешней среде, легко культивируются и идентифицируются, их принято считать индикаторами фекального загрязнения. Стрептококки «молочной» группы вызывают скисание молока и играют важную роль в молочной и пищевой промышленности. Они быстро растут в молоке при 28 °С, вызывая его свертывание. Типичные представители «молочных» стрептококков — Str. lactis, Str. cremoris и Str. thermophilus. Последний выдерживает температуру 63 °C и используется для получения сыров, которые готовят при относительно высокой температуре. Род Diplococcus. К этому роду относится единственный вид — Diplococcus pneumoniae, вызывающий крупозную пневмонию и другие тяжелые инфекции — менингит, септицемию, перитонит. Диплококки содержатся в слюне и мокроте больных крупозной пневмонией, обнаруживаются также в полости рта и носоглотке здоровых людей. Культивируются они так же, как и пиогенные стрептококки. Род Leuconostoc. Название микроорганизмов этого рода происходит от названия сине-зеленых водорослей — Nostoc и от греческого слова «лейкос» — бесцветный. Бактерии рода Leuconostoc напоминают водоросли Nostoc тем, что образуют переплетающиеся цепочки, состоящие из сферических клеток, окруженных толстой капсулой, но лишены хлорофилла в отличие от водорослей. Представители рода Leuconostoc относятся к гетероферментативным микроорганизмам. L. mesenteroides и L. dextranicum сбраживают квашеную капусту, силос и соки в процессе производства сахара. Они наносят ущерб сахарной промышленности, образуя слизи и камеди, засоряющие чаны и трубопроводы. L. citrovorum в сочетании со Str. lactis и Str. cremoris добавляют к молоку и сливкам, идущим на производство масла и сыра, так как этот организм расщепляет лимонную кислоту с образованием диацетила, придающего приятный вкус сливочным маслам. Род Peptostreptococcus. Клетки в парах или цепочках, неподвижны, грамположительны. Анаэробы. Разрушают различные вещества, содержащие протеины, органические кислоты и углеводы с образованием СО2, Н2 и других продуктов. Обнаруживаются в дыхательных путях и пищеварительном тракте человека и животных. Встречаются патогенные виды. Типовой вид — Peptostreptococcus anaerobius, выделяется он из гангренозных очагов, аппендикса, крови. Род Pediococcus. К этому роду относятся гетероферментативные микроаэрофильные кокки. Поскольку они часто образуют скопления кубовидной формы наряду с цепочками кокков, их называли иногда сарцинами. Педиококки развиваются в бродящих растительных продуктах, главным образом в пиве и пивном сусле. Пиво скисает и мутнеет, приобретает неприятный вкус и запах. Типовой вид — Pediococcus serevisiae. Роды микрококки (Micrococcus), стафилококки (Staphylococcus), гафкия (Gaffkya), сарцины (Sarcina), метанококки (Methanococcus), пептококки (Peptococcus) Эти роды объединяются в семейство Microсоссасеае по определителю Берги. Общие признаки вышеперечисленных родов: грамположительные, большей частью свободноживущие сапрофитные кокки с правильно сферической формой клеток. За исключением Peptococcus, все они растут в широком диапазоне температур (22—40 °С), в самых разнообразных условиях: в инфицированных тканях, грязи, молочных и мясных продуктах, в почве, пыли, воздухе, морской и речной воде, на поверхности растений. Все они гетеротрофы и хорошо растут на обычных пептонных средах. Много встречается окрашенных форм. Род Micrococcus. Клетки в неправильных скоплениях, у некоторых видов наблюдаются подвижные клетки. Одни виды бесцветные; другие образуют пигмент оранжевого, желтого или красного цвета. Сапрофиты или факультативные паразиты, патогенных видов нет. У большинства видов оптимум температуры 25—30 °С, хотя для Micr. cryophilus оптимальная температура -+-10 °С. Большинство микрококков довольно устойчивы к высушиванию и нагреванию. Некоторые виды (Micr. morrhuae и Micr. halodenitrificans) галофильны и могут расти в среде, содержащей до 20—30% NaCl. Распространены повсеместно — в почве, воздухе, воде, пищевых продуктах. Разлагая органические остатки, содержащие белки, с образованием аммония, микрококки выполняют тем самым роль «мусорщиков». Micr. ureae разлагает мочевину до аммонийных солей, a Micr. colpogenes, обитающий в морской воде, разрушает хитин. Виды Micr. denitrificans и Micr. halodenitrificans редуцируют нитраты и нитриты до свободного азота, участвуя в круговороте азота в природе. Типовой вид рода — Micr. luteus. Род Staphylococcus. Представители этого рода отличаются от микрококков тем, что являются факультативными анаэробами и вызывают ферментацию глюкозы в анаэробных условиях с образованием кислоты, кроме того, многие виды стафилококков патогенны. Большинство видов требуют органических источников азота и витаминов для роста. Многие штаммы образуют оранжевый или желтый пигмент. Типовой вид рода — Staphylococcus aureus. Staphylococcus aureus — возбудитель гнойных инфекций, он может вызывать маститы, фурункулезы, абсцессы внутренних органов. Staphylococcus epidermidis — менее вирулентный возбудитель тех же инфекций. Стафилококки нередко вызывают пищевые отравления, что связано с их способностью вырабатывать яды — энтеротоксины. При попадании токсинов в желудочно-кишечный тракт возникают тошнота, рвота, понос. Встречаются чаще всего на коже и слизистых теплокровных животных, в различных пищевых продуктах, воздухе. Сапрофитные стафилококки трудно отличить от микрококков. Род Gaffkya. Представители этого рода характеризуются тем, что образуют тетрады клеток, часто окружены толстыми капсулами. Аэробы и факультативные анаэробы. Оптимум температуры 37 °С. Патогенны для мышей и некоторых других животных. Типовой вид — Gaffkya tetragena. Род Sarcina. Деление клеток в трех взаимно перпендикулярных направлениях обусловливает образование правильных пакетов кокков, характерных для представителей этого рода. Следует отметить, что род этот весьма гетерогенный. В него входят как неподвижные, так и подвижные виды (Sarcina ureae), как аэробные, так и облигатно анаэробные виды. В связи с этим род Sarcina подразделяется на подроды: 1. Подрод Zymosarcina — микроаэрофилы или анаэробы, используют сахара, не образуют метан. Сюда входят виды Sarcina ventriculii и Sarcina maxima. Интересно, что пакеты Sarcina ventriculii склеены веществом, состоящим из целлюлозы, выделяемой клетками этого вида. 2. Подрод Methanosarcina — анаэробы, не используют сахаров, образуют метан из СО2. Сюда относятся виды Sarcina methanica и Sarcina barkeri. 3. Подрод Sarcinococcus — аэробы, не превращают мочевину в аммонийные соли. Сюда входят наиболее часто встречающиеся в воздухе, воде и почве виды: Sarcina lutea, Sarcina flava (желтый пигмент), Sarcina aurantiaca (оранжевый) и Sarcina litoralis (красный пигмент) — галофильный вид. 4. Подрод Urosarcina — аэробы, превращают мочевину в аммонийные соли. Представитель этого подрода — Sarcina urea — интересен тем, что образует эндоспоры. Последние локализуются в центре клетки. Кроме того, клетки этого вида подвижны и имеют по одному длинному жгутику. Все виды сарцин относятся к сапрофитам или факультативным паразитам. Как и микрококки, они участвуют в круговороте веществ в природе. Род Methanococcus. Клетки единичные, в парах или агрегатах. Подвижны или неподвижны. Грамвариабильны. Отличительный признак рода — разложение различных органических соединений с образованием метана. Анаэробы. Сапрофиты. Типовой вид — Methanococcus mazei. Метанококки обитают в болотах и отстоях сточных вод, образуют метан (болотный газ), СО2, а иногда и водород. Род Peptococcus. Клетки единичные, в парах, тетрадах, агрегатах. Неподвижные, грамположительны. Облигатные анаэробы, обладающие протеолитической активностью и ферментирующие разнообразные органические соединения. Оптимум температуры 37 °С. Типовой вид — Peptococcus niger, образующий пигмент черного цвета. Обитают в испражнениях, грязи, в человеческом организме и способны при определенных условиях вызывать септические инфекции. Роды нейссерия (Neisseria) и вейлонелла (Veillonella) По определителю Берги эти роды объединяются в семейство Neisseriaceae. Грамотрицательные неподвижные кокки, большей частью паразиты человека, оптимум температуры 37 °С. Neisseria — мелкие аэробные диплококки, напоминают по форме кофейные зерна. Микроорганизмы зтого рода — классический пример хрупких бактерий, высокоадаптированных к паразитическому образу жизни. Они не могут долго сохраняться вне организма, при высушивании погибают, растут лишь на мясной среде с кровью при высокой влажности, температуре 35—37 °С, в атмосфере, содержащей 5—10% СО2. В отличие от широко распространенных представителей Micrococcaceae, Neisseria обнаруживаются лишь в верхних дыхательных путях человека. Исключение составляет N. gonorrhaeae (гонококки) — возбудитель гонорреи, размножающийся в мочеполовом тракте. N. meningitidis (менингококки) вызывает эпидемический цереброспинальный менингит. Существуют и сапрофитные представители Neisseria — N. flava, N. catarrhalis и N. sicca. Они развиваются в организме млекопитающих, но безвредны. Род Veillonella — грамотрицательные анаэробные кокки, обитающие в полости рта здоровых людей и животных. Изучены мало. Сравнительно недавно описаны два рода кокков, еще не вошедшие в определители. Род Aerococcus — кокки, обычно загрязняющие воздух. Выделены в особый род на основании устойчивости к 40% желчи и кристаллвиолету. Выживают при 60 °С в течение 30 мин, растут только в щелочной среде при рН 9, грамположительны. Род Methylococcus — диплококки или цепочки кокков, грамотрицательны. В отличие от метанобразующих бактерий приставка Methyl обозначает — метанокисляющие. Кроме метана, культуры этого рода могут использовать и метанол. Предполагается выделить этот род вместе с другими метанокисляющими бактериями в отдельное семейство — Methylobacteriaceae. Новые подходы к таксономии Соссасеае В настоящее время большинство исследований по систематике кокков касаются наиболее широко распространенных в природе представителей родов Micrococcus, Staphylococcus и Sarcina. Стафилококков постоянно выделяют из организма человека и животных, воздуха, различных пищевых продуктов; микрококков и сарцин — из почвы, воздуха, воды, растений. Начиная с конца прошлого столетия и до настоящего времени ведутся постоянные поиски признаков, которые бы дали возможность четко разграничить два больших рода — Micrococcus и Staphylococcus, представляющих яркий пример дихотомии в бактериальной классификации. В качестве дифференцирующих родовых признаков использовались самые разнообразные свойства — патогенность, термоустойчивость, антигенный состав, чувствительность к антибиотикам. Многие исследователи пытались, наоборот, объединить роды Staphylococcus и Micrococcus в один род и производить лишь деление на виды. Большой вклад в систематику кокков внес английский микробиолог Бэрд Паркер, исследовавший свыше тысячи культур кокков, выделенных из самых разнообразных источников — почвы, воздуха, молока, поверхности растений, организма человека и животных. Первоначально все исследуемые культуры кокков были отнесены им к трем родам — Staphylococcus, Micrococcus и Sarcina; в свою очередь, каждый род был поделен на несколько групп на основании физиолого-биохимических особенностей. Все культуры были исследованы в сравнительном аспекте с использованием общепринятых методов, рекомендуемых для диагностики бактерий обществом американских бактериологов. Были введены и новые признаки для характеристики групп — химический состав клеточных стенок и чувствительность к лизоциму. Роды Staphylococcus и Micrococcus разграничивались на основании анаэробной ферментации глюкозы. Представители рода Staphylococcus способны в анаэробных условиях ферментировать глюкозу с образованием кислоты, в то время как культуры рода Micrococcus не обладают таким свойством. Использование этого теста для разграничения вышеуказанных родов было принято официально подкомитетом по таксономии Micrococcaceae в 1964 г. Принадлежность культур к роду Sarcina устанавливалась по способности кокков образовывать правильные пакеты клеток. Однако и Бэрд Паркер, и другие авторы отказались от выделения аэробных пакетообразующих кокков в самостоятельный род Sarcina. Исследования последних лет показали, что анаэробная ферментация глюкозы не является надежным признаком для дифференциации микрококков и стафилококков. Начались поиски новых тестов. Большие исследования проведены но изучению нуклеотидного состава ДНК кокков чешскими авторами (Коцур, Мартинек, Мазанек и др.). В результате удалось разграничить по этому признаку два больших рода — Micrococcus и Staphylococcus. Установлено, что у представителей рода Staphylococcus молярный процент ГЦ в ДНК колеблется от 30,7 до 36,4, в то время как у представителей рода Micrococcus — от 65 до 75. Впоследствии было предложено расширить предел колебаний величины ГЦ для рода Micrococcus от 57 до 75 мол. % . Культуры микрококков, у которых содержание ГЦ было значительно ниже предела, установленного для рода Micrococcus (39—51 мол. %), предложено выделить в особый род — Pianococcus. Исследование состава оснований ДНК у сарцин показало, что они не отличаются по нуклеотидному составу от представителей рода Micrococcus. Исследователи, изучавшие кокковые формы микроорганизмов, уже давно отмечали, что образование пакетов культурами аэробных кокков не является стабильным признаком: при определенных условиях культивирования аэробные сарцины теряют способность к образованию пакетов. Следовательно, пакетообразование не может служить ценным критерием для разделения родов Micrococcus и Sarcina. По физиологическим и культуральным признакам и нуклеотидному составу ДНК аэробные сарцины не отличаются от микрококков. На основании этого предложено аэробные пакетообразующие кокки исключить из рода Sarcina и перенести их в род Micrococcus. Родовое название Sarcina в таком случае сохраняется за анаэробными видами сарцин, стабильно образующими пакеты и имеющими в составе оснований ДНК 28—30 мол. % ГЦ. В последней сводке по нуклеотидному составу кокков даются пределы колебаний ГЦ для каждого рода кокков. Оказалось, что с нуклеотидным составом ДНК коррелирует и содержание менахинонов. Менахиноны (витамины группы К), связанные с электронным транспортом у бактерий, были обнаружены у всех микрококков и стафилококков, но в разных количествах, от нескольких микрон до более чем 400 мкг. В менахинонах разных микроорганизмов может содержаться от 6 до 9 изопреновых единиц. Однако менахиноны, состоящие из 6 изопреновых единиц, были обнаружены только у представителей рода Micrococcus, в то время как микроорганизмы иэ рода Staphylococcus содержали менахиноны только с 9 изопреновыми единицами. Содержащие водород менахиноны были обнаружены только у пигментированных микрококков, характеризующихся наивысшим содержанием ГЦ. Последнее время в качестве таксономического признака все чаще используется химический состав клеточных стенок микроорганизмов. Были сделаны попытки определить и сравнить химический состав клеточных стенок и. у кокков. Характерной общей особенностью для микрококков и стафилококков является отсутствие диаминопимелиновон кислоты в клеточных стенках, вместо нее присутствует лизин. По мере продвижения от подгрупп рода Staphylococcus к подгруппам рода Micrococcus, выделенным Бэрд-Паркером, упрощается аминокислотный состав пептидов. Набор Сахаров, напротив, более полный у микрококков высших групп. Интересно, что в пептидогликанах клеточных стенок стафилококков присутствуют связи глицин-глицин, в то время как в пептидных цепочках культур рода Micrococcus такие мостики отсутствуют. Чувствительность культур рода Staphylococcus к антибиотику лизостафину объясняется воздействием этого антибиотика на глициновые мостики; микрококки же устойчивы к действию лизостафина. Таким образом, четкое разграничение родов Micrococcus и Staphylococcus становится все более вероятным на основании нуклеотидного состава ДНК, химического состава клеточных стенок, содержания менахинонов и других признаков современной таксономии.
