Многие микроорганизмы способны продуцировать на поверхности клетки слизистое вещество. В зависимости от толщины, структуры и химического состава различают капсулы, слизь, слизистые чехлы. Для прокариот характерно множество переходных форм между указанными структурами. При этом часто невозможно отличить капсулу от слизистых выделений или капсулу от чехла. Все эти структуры не являются жизненно необходимыми для бактериальной клетки. Они могут быть удалены механическим или ферментативным способами.

Типы капсул

В зависимости от толщины слизистого слоя различаются:

  1. Микрокапсула – толщина слизистого слоя до 0,2 мкм. Микрокапсула видна только в электронный микроскоп. Ее связь с клеточной стенкой очень прочна. Иногда ее предлагается рассматривать в качестве элемента клеточной стенки. Микрокапсулы образует кишечная палочка – Escherichia coli.
  2. Макрокапсула (истинна капсула) – толщина слоя слизи более 0,2 мкм. При негативной окраске бактерий (смешивании с китайской тушью) макрокапсула хорошо видна в световой микроскоп (светлая на темном фоне). Макрокапсула характеризуется специфической внешней структурой. Поверх макрокапсулы концентрируется ещё один слизистый слой, связь с капсулой у которого непрочная. Об этом свидетельствует обнаружение в культуральной жидкости материала, составляющего слизистый слой. Макрокапсулы образуют: возбудитель сибирской язвы Bacíllus ánthracis, возбудитель пищевых отравлений человека Clostridium perfringen.

Как указывалось выше, капсула не является обязательной структурой бактериальной клетки, и потеря ее не приводит к гибели бактерии. Известны бескапсульные мутанты, в частности вакцинный штамм сибирской язвы СТИ 1.

Капсула, окружающая бактериальную клетку, по толщине часто превосходит ее диаметр. Кроме того, может наблюдаться образование одной капсулы для многих клеток одновременно, как у сапрофитной бактерии лейконосока. Скопление бактерий, заключенные в общую капсулу называют зооглеями.

Химический состав

Вещество капсул представлено высокогидрофильными мицеллами. Химический состав кпсул весьма разнообразен.

Чаще всего капсулы образуют полисахариды. В частности, полисахаридный химический состав капсул характерен:

  • для бактерий Streptococcus mutans (обнаруживается в ротовой полости человека и является одной из причин возникновения кариеса);
  • для некоторых представителей родов Xanthomonas, Klebsiella, Corynebacterium.

Капсулы других бактерий состоят из полипептидов, представленных полимерами, в которых содержится много D- и L-форм глутаминовой кислоты. В частности, бактерии Bacillus anthracis (возбудитель сибирской язвы) образуют полимерную капсулу.

Ряд бактерий способны синтезировать капсулу, состоящую из волокон целлюлозы. Таким образом построена капсула Sarcina ventriculi (неспороносные и непатогенные бактерии).

Микрокапсулы микобактерий туберкулеза млекопитающих входят гликопептиды, представленные сложным эфиром трегалозы и миколовой кислоты.

Синтез капсул

В образовании капсул принимает участие клеточная стенка и цитоплазматическая мембрана.

Синтез капсулы для прокариот является видоспецифическим процессом. Считается, что биополимеры капсулы синтезируются на наружной поверхности цитоплазматической мембраны и выделяются на поверхность клеточной стенки в определенных участках.

Функции капсул

Не смотря на возможность существования бескапсульных форм, капсула является важной структурой бактериальной клетки.

Капсула – полифункциональный органоид, выполняющий ряд важных биологических функций:

  • предохранение клетки от неблагоприятных факторов окружающей среды (высыхания, механических повреждений);
  • создание дополнительного осмотического барьера;
  • место локализации капсульных агентов, определяющих вирулентность, антигенную специфичность и иммуногенность бактерий. Утрата капсулы патогенными бактерий значительно снижает их вирулентность;
  • барьер для бактериофагов, препятствие для их адсорбции на клетках бактерии;
  • источник запасных питательных веществ;
  • объединение клеток в цепочки и колонии;
  • обеспечение прикрепления клеток к поверхности субстрата.

Определение микрокапсул

Микрокапсулы и слизистые слои определяют при помощи серотологических реакций (РА). Антигенные компоненты капсулы идентифицируют при помощи иммунофлюоресцентного метода (РИФ).

Практическое значение

Образуемые бактериальными клетками капсульные полисахариды находят большое значение в практическом использовании.

Внеклеточный полисахарид бактерии Xanthomonas campestrisксантан, используется в составе смазок при добыче нефти, в пищевой промышленности для улучшения вкусовых свойств замороженных и консервированных продуктов, кремов, соусов. Находит ксантан применение и в косметической промышленности.

Синтезируемые бактериями Leuconostoc mesenteroides декстранты применяются в качестве кровезаменителей, для лечения ожогов, очистки и разделения биологических молекул, как полиэлектролиты.

(c) Справочник AgroXXI