В зоне нуклеоида наблюдают большое скопление осмофильных масс. В некоторых участках клеток обнаруживают внутрицитоплазматические каналы, отличающиеся по морфологии от мембранных структур обычного типа у микробов этого вида. Они прямые, короткие. Каналы проходят через клеточную стенку и сообщаются с окружающей средой. Обнаруживают единичные клетки с лизированным протопластом, но хорошо сохранившимися мембранными структурами. У этих клеток часто находят участки разрушенной клеточной стенки.
В данной фазе бациллы секретируют токсин. Из бациллярной клетки он может транспортироваться тремя путями: токсин выходит через специальные каналы, через неразрушенную, но измененную клеточную стенку и через участки лизированной клеточной стенки. В плазме бацилл имеются включения компактных осмиофильных частичек. За пределами микроба они располагаются в менее оптически плотном веществе, тоже выделяемом бациллами. По мере удаления от бацилл частички становятся крупнее и между ними увеличивается расстояние. Описанное строение бацилл характерно для вакцинных и вирулентных штаммов сибирской: язвы.
Образование капсул. Бациллы в организме животного и при культивировании на питательных средах с большим содержанием нативного белка образуют капсулу. В присутствии кислорода воздуха она не формируется. Капсула — это наружный слизистый слой бациллы, ее рассматривают как слой эктоплазмы. На ультрасрезах она заметна в виде компактного толстого слоя, тесно примыкающего к стенке вегетативной клетки.
Капсула имеет несколько слоев. Внутренняя часть ее образована кислыми мукополисахаридами, средняя — белково-полисахаридным комплексами, наружная — мукопептидами и полипептидами. В наружных слоях капсулы и в оболочке клетки мукопептиды отличаются по своим свойствам. Капсула, состоящая из 98% воды, обладает защитным осмотическим действием против притока большого количества воды в бациллу и предохраняет ее от обезвоживания, а также от различных воздействий среды, в том числе и от иммунных механизмов организма. Капсула препятствует фагоцитозу
Вас. anthracis и способствует, по мнению Н.Н. Гинсбурга с сотр. (1960), фиксации их к клеткам макроорганизма. Полагают, что она определяет степень вирулентности бацилл. Бескапсульные сибиреязвенные бациллы лишены этих свойств. Капсула образуется как в жидких, так и на плотных сывороточных питательных средах. При росте на среде Гладстона и Филдса капсула начинает выявляться у некоторых бацилл через 3 ч инкубации (Машков и Бодиско, 1958), а к 14—10 ч она имеется почти у всех. Затем возникает диффузия капсульного вещества с поверхности клеток в окружающую среду. Хорошо образуются капсулы и при росте бацилл в сыворотке крови лошади по Шеферу, на сывороточном агаре, особенно при избытке С02, а также при выращивании в белковых средах, применяемых для получения протективного антигена. В данном случае образование капсулы начинается через 2'/2 ч роста и этот процесс бывает хорошо выражен у шестичасовой культуры; капсулы обнаруживают и у клеток через 24 ч роста. Элективным субстратом для биосинтеза капсул является белковая среда ГКИ. Капсулообразованию, кроме нативного белка, способствуют щелочная среда и наличие С02. Eastin, Thorne (1963) установили влияние С02 на активность некоторых митохондриальных энзимов бацилл. Вирулентные бациллы при образовании капсульного полипептида нуждаются в более высокой концентрации С02.
Для синтеза важнейшего фактора вирулентности — капсулы - необходимы аминокислоты лейцин, валин и метионин. Для оптимального размножения вирулентных штаммов бацилл требуются гипоксантин, метионин, аланнн и триптофан. Степень вирулентности во многом определяется условиями выращивания бацилл и составом среды.
В экспотенциалыюй фазе роста культуры вирулентных вакцинных штаммов наряду с капсульными выявляют и бескапсульные бациллы. Это свидетельствует о том, что в популяции штаммов появляются мутанты с иными генетическими свойствами, без капсульного полипептида глутамниовой кислоты.
В организме животного бациллы с капсулами обнаруживают через 2—3 ч после заражения, но в этот период их находят только в местах введения и регионарных лимфатических узлах. Они окружены тканевым детритом и расположены в зонах (светлых), обрадованных действием токсина микроба. При попадании бацилл в иммунный организм капсулы, по-видимому, образуются очень медленно и довольно редко. Морфологически капсулы бацилл, размножающихся в организме и выращенных па питательных средах, но имеют различия, только у последних капсула более массивная. Капсула более устойчива к процессам гниения, чем сама бацилла, поэтому в гниющем трупе животного, павшего от сибирской язвы, обнаруживают лишь «тени микробов», пустые капсулы.
Образование спор. Биологическая роль спор заключается в том, что они являются формой сохранения вида бацилл при неблагоприятных условиях существования. Споры могут длительное время находиться в природе, а следовательно, долго сохранять субстрат генетической информации исходных клеток (геном) и тем самым обеспечивать передачу основных свойств потомству последующих генераций.
Спорообразование происходит в средах с нейтральной пли слабощелочной реакцией при дефиците белковых веществ. Споры образуются в физиологическом растворе, дистиллированной воде, в нефиксированных мазках. Установлено, что этот процесс происходит быстрее в среде, содержащей чистый кислород, чем при аэрации культуры атмосферным воздухом. Образованно спор начинается с того момента, когда в среде соотношение форм белкового и минерального азота сдвигается в сторону преобладания последнего (Егоров и Сиицин, 1961). Добавление к среде нейтрального щавелевокислого натрия активизирует спорообразование, а 1%-лого раствора хлористого кальция — подавляет. Споры не образуются в средах, богатых белковыми веществами, например в крови и сыворотке крови, в живом организме и невскрытом трупе. При нарушении целостности трупа возможно спорообразование.
Вегетативные клетки, образующие споры (спорангии), содержат по одной споре, расположенной центрально или субтерминально. Диаметр споры не превышает ширину бациллы. Формирование споры начинается в момент перехода вегетативной клетки к стационарной фазе роста, при этом наблюдается ряд последовательных стадий:
1. В клетке формируется два нуклеоида, которые вскоре объединяются в палочковидное образование.
2. В одном участке клетки появляются выпячивания клеточной мембраны с мезосомой. Они формируют поперечную перегородку, которая отделяет свободную от липопротеиновых зерен часть цитоплазмы и ДНК от остального содержимого клетки. В результате этого изолируется участок будущей споры, окруженный мембраной.
3. Изолированный участок окружается мембраной клетки; образуется проспора с двойной мембраной.
4. Пространство между споровой и клеточной (второй) мембранами расширяется, содержимое его становится гомогенным, возникает так называемый кортекс, благодаря которому спора более заметна при микроскопическом исследовании.
5. Вокруг наружной мембраны, покрывающей кортекс, формируется оболочка. Из всех структур споры она отличается наибольшей способностью рассеивать электроны. Затем споровая оболочка покрывается более рыхлым и тонким слоем — экзоспориумом. Сформированная спора выходит из бациллы через разрыв участка клеточной стенки. Внутри бациллы споры не прорастают.
Таким образом, сформировавшаяся спора состоит из следующих основных слоев:
- спороплазмы (центральная ее часть). Состоит она из гомогенного материала с мелкозернистыми осмиофильными гранулами; нуклеоид обнаруживают в виде нечетко контурированной зоны осмиофобного материала;
- цитоплазматической внутренней мембраны, окружающей саркоплазму;
- кортекса, расположенного на поверхности цитоплазматической мембраны. Представлен он массивным светлым оптическим слоем, состоит из пептидогликана. Из внутреннего его слоя формируется оболочка при проростании споры:
- внешней двухслойной мембраны споры толщиной и покрывающей кортекс;
- слоя цитоплазмы между внешней мембраной и оболочной
споры;
- оболочки споры, по данным И.И. Белоконова (1970), Т.А. Тржецецкой, Л.В. Куликовского (1972), она имеет до 6 слоев; внутренней стороной оболочка прилегает к внешней мембране споры, с внешней — имеет множественные выпячивания;
- экзоспориума.
Споры — овальные, иногда округлые образования, сильно преломляющие свет. Длина прелых спор 1,2—1,5 мкм, ширина 0,8— 1 мкм, незрелых (проспоры) — несколько меньше. Зрелые споры, оттененные хромом или контрастированные фосфорно-вольфрамовой кислотой, выявляются в электронном микроскопе в виде оптически непроницаемых образований с неровными контурами; более молодые споры и проспоры однородны, темные. Метод углеродных реплик по Bredli и Williams (1957) позволяет обнаружить на поверхности спор ребра. Они располагаются продольно или в виде ячеек и четче выражены у спор из старых культур (15 сут.) (Белоконов, 1970). Shafa и Sato (1966), исследовавшие штамм Стерна, выявили на поверхности экзоспориума ворсинки. Наличие их подтвердил
И.И. Белоконов (1970), научавший вакцинные штаммы СТИ-1 и II вакцины Ценковского.
У спор вакцинного штамма СТИ-1 обнаружены паро-споровые тельца, подобные тем, которые ранее были описаны у некоторых сапрофитных спорообразующих микробов. Они имеют правильную сферическую форму, расположены на поверхности спор пли лежат раздельно. Диаметр их разный: мелких 1200. А, средних 1564 А и крупных 2000 А. Значение этих телец не выяснено (Дунаев и Белоконов, 1968).