С помощью бактерий. Биология бактерии. Симптомы бактериальных инфекций

И в курсе школьной программы, и в рамках специализированного университетского образования обязательно рассматривают примеры из царства бактерий. Эта древнейшая форма жизни на нашей планете появилась раньше, чем любые другие, известные человеку. Впервые, как оценивают ученые, бактерии сформировались около трех с половиной миллиардов лет тому назад, и около миллиарда лет на планете не существовало иных форм жизни. Примеры бактерий, наших врагов и друзей, обязательно рассматриваются в рамках любой образовательной программы, ведь именно эти микроскопические формы жизни делают возможными процессы, характерные нашему миру.

Особенности распространённости

Где в живом мире можно встретить примеры бактерий? Да практически везде! Они есть и в родниковой воде, и в пустынных дюнах, и элементах почвы, воздуха и скалистых пород. В антарктических льдах, к примеру, бактерии живут при морозе -83 градуса, но не мешает им и высокая температура - обнаружены формы жизни в источниках, где жидкость прогрета до +90. О плотности населения микроскопического мира говорит тот факт, что, к примеру, бактерии в грамме почвы - это неисчислимые сотни миллионов.

Бактерии могут жить на любой другой форме жизни - на растении, животном. Многие знают словосочетание «микрофлора кишечника», а по телевизору постоянно рекламируют продукты, которые ее улучшают. Фактически она, к примеру, бактериями как раз и сформирована, то есть в норме в человеческом организме тоже живет неисчислимо много микроскопических форм жизни. Они есть и на нашей коже, во рту - словом, где угодно. Некоторые из них действительно вредны и даже опасны для жизни, поэтому так широко распространены антибактериальные средства, а вот без других выжить было бы просто невозможно - наши виды сосуществуют в симбиозе.

Условия обитания

Какой ни приведи пример бактерий, организмы эти исключительно стойкие, могут выжить в неблагоприятных условиях, легко приспосабливаются к отрицательным факторам. Некоторые формы нуждаются в кислороде для обеспечения жизнедеятельности, а другие могут прекрасно обходиться даже без него. Известно много примеров представителей бактерий, превосходно выживающих в бескислородной среде.

Исследования показали, что микроскопические формы жизни могут выжить при сильном морозе, им не страшна очень высока сухость или повышение температуры. Споры, которыми размножаются бактерии, без труда справляются даже с продолжительным кипячением или обработкой низкими температурами.

Какие бывают?

Разбирая примеры бактерий (врагов и друзей человека), нужно помнить, что современная биология вводит систему классификации, несколько упрощающую понимание этого многообразного царства. Принято говорить о нескольких разных формах, каждая из которых имеет специализированное наименование. Так, кокками называются бактерии в форме шара, стрептококками - шары, собранные в цепочку, а если образование похоже на гроздь, тогда его относят к группе стафилококков. Известны такие микроскопические формы жизни, когда в одной капсуле, покрытой слизистой оболочкой, живут сразу две бактерии. Такие называют диплококками. Бациллы имеют форму палочек, спириллы - спирали, а вибрионы - это такой пример бактерии (привести его должен уметь любой школьник, ответственно проходящий программу), который похож по форме на запятую.

Такое наименование было принято относительно микроскопических форм жизни, которые при проведении анализа по Граму не меняют окраску под воздействием кристаллического фиолетового. К примеру, бактерии болезнетворные и безопасные из класса грамположительных сохраняют фиолетовый оттенок даже если промыть их спиртом, а вот грамотрицательные полностью обесцвечены.

При исследовании микроскопической формы жизни после промывания по Граму необходимо использовать контрактное окрашивающее вещество (сафранин), под влиянием которого бактерия станет розовой либо красной. Такая реакция обусловлена строением внешней мембраны, не дающей красителю проникнуть внутрь.

Зачем это нужно?

Если в рамках школьного курса ученику дают задание привести примеры бактерий, обычно он может вспомнить те формы, которые рассмотрены в учебнике, и для них уже указаны их ключевые особенности. Тест с окрашиванием был изобретен как раз для выявления этих специфических параметров. Первоначально исследование преследовало целью классификацию представителей микроскопической формы жизни.

Результаты теста по Граму позволяют делать выводы относительно строения стенок клеток. На основании полученной информации можно разделять все выявленные формы на две группы, что далее учитывается в работе. К примеру, болезнетворные бактерии из класса грамотрицательных значительно более стойкие к влиянию антител, так как клеточная стенка непроницаемая, защищенная, мощная. А вот для грамположительных стойкость характерна заметно более низкая.

Патогенность и особенности взаимодействия

Классический пример заболевания, вызываемого бактериями - это воспалительный процесс, который может развиться в самых разных тканях и органах. Чаще всего такую реакцию провоцируют грамотрицательные формы жизни, поскольку их клеточные стенки вызывают реакцию со стороны иммунной системы человека. В стенках содержится ЛПС (липополисахаридный слой), в ответ на который организм генерирует цитокины. Это провоцирует воспаление, организм хозяина вынужден справляться с повышенным производством отравляющих компонентов, что обусловлено борьбой между микроскопической формой жизни и иммунной системой.

Какие известны?

В медицине в настоящее время особенное внимание уделяется трем формам, провоцирующим серьезные заболевания. Половым путем передается бактерия Neisseria gonorrhoeae, симптоматика респираторных патологий наблюдается при заражении организма Moraxella catarrhalis, а одно из очень опасных для человека заболеваний - менингит - провоцируется бактерией Neisseria meningitidis.

Бациллы и заболевания

Рассматривая, к примеру, бактерии, заболевания, которые они провоцируют, просто нельзя обойти вниманием бациллы. Слово это в настоящее время известно любому обывателю, даже очень слабо представляющему себе особенности микроскопических форм жизни, а ведь именно эта разновидность грамотрицательных бактерий исключительно важна для современных докторов и исследователей, так как провоцирует серьезные проблемы дыхательной системы человека. Известны также примеры заболеваний мочеиспускательной системы, спровоцированные таким заражением. Некоторые бациллы негативно влияют на работу ЖКТ. Степень поражения зависит как от иммунитета человека, так и от конкретной формы, заразившей организм.

Определенная группа грамотрицательных бактерий связана с повышенной вероятностью внутрибольничной инфекции. Самые опасные из относительно широко распространённых вызывают вторичный менингит, пневмонию. Наиболее аккуратными должны быть работники медицинских учреждений отделения интенсивной терапии.

Литотрофы

Рассматривая примеры питания бактерий, особенное внимание нужно уделить уникальной группе литотрофов. Это такая микроскопическая форма жизни, которая для своей деятельности энергию получает из неорганического соединения. В расход идут металлы, сероводород, аммоний, многие иные соединения, из которых бактерия получает электроны. В качестве окислителя в реакции выступает молекула кислорода либо иное соединение, уже прошедшее этап окисления. Перенос электрона сопровождается продуцированием энергии, запасаемой организмом и используемой в метаболизме.

Для современных ученых литотрофы интересны в первую очередь потому, что представляют собой довольно нетипичные для нашей планеты живые организмы, и исследование позволяет существенно расширить представления о возможностях, которые есть у некоторых групп живых существ. Зная примеры, названия бактерий из класса литотрофов, исследовав особенности их жизнедеятельности, можно в некоторой степени восстановить первичную экологическую систему нашей планеты, то есть период, когда фотосинтеза не было, кислорода не существовало, и даже органического вещества пока еще не появилось. Изучение литотрофов дает шанс познания жизни на иных планетах, где таковая может реализовываться за счет окисления неорганики, при полном отсутствии кислорода.

Кто и что?

Что такое в природе литотрофы? Пример - клубеньковые бактерии, хемотрофные, карбокситрофные, метаногены. В настоящее время ученые не могут утверждать точно, что удалось обнаружить все разновидности, принадлежащие к этой группе микроскопических форм жизни. Предполагается, что дальнейшие исследования в этом направлении - одна из наиболее перспективных областей микробиологии.

Литотрофы принимают активное участие в циклических процессах, важных для условий существования жизни на нашей планете. Нередко химические реакции, провоцируемые этими бактериями, довольно сильно воздействуют на пространство. Так, серобактерии могут окислить сероводород в осадках на дне водоема, и без такой реакции компонент реагировал бы с кислородом, содержащимся в водных слоях, что сделало бы жизнь в нем невозможной.

Симбиоз и противостояние

Кто не знает примеры вирусов, бактерий? В рамках школьного курса всем рассказывают о бледной трепонеме, которая может спровоцировать сифилис, фламбезию. Есть и вирусы бактерий, которые науке известны как бактериофаги. Как показали исследования, всего лишь за одну секунду они могут заразить 10 в 24-й степени бактерий! Это одновременно и мощный инструмент эволюции, и применимый для генной инженерии способ, в настоящее время активно исследуемый учеными.

Важность жизни

В обывательской среде бытует заблуждение, будто бы бактерии - это только лишь причина человеческого заболевания, и больше никакой ни пользы, ни вреда от них нет. Обусловлен такой стереотип антропоцентрической картиной окружающего мира, то есть представлением, будто бы все каким-то образом соотносится с человеком, вращается вокруг него и только для него и существует. На самом деле, речь идет о постоянном взаимодействии без какого-либо конкретного центра вращения. Бактерии и эукариоты взаимодействуют столько, сколько существуют оба этих царства.

Первый способ борьбы с бактериями, изобретенный человечеством, был связан с открытием пенициллина, грибка, способного уничтожать микроскопические формы жизни. Грибки принадлежат к царству эукариотов и с точки зрения биологической иерархии находятся в более близком родстве с человеком, нежели растения. Но исследования показали, что грибки - это далеко не единственное и даже не первое, что стало врагом бактерий, ведь эукариоты появились намного позже микроскопической жизни. Первоначально борьба между бактериями (а других форм просто не существовало) шла с применением компонентов, которые эти организмы продуцировали, чтобы отвоевать себе место для существования. В настоящее время человек, пытаясь обнаружить новые способы борьбы с бактериями, может лишь открывать те методы, которые известны природе давно и применялись организмами в борьбе за жизнь. А вот лекарственная устойчивость, которая столь сильно пугает многих - это нормальная реакция сопротивления, присущая микроскопической жизни многие миллионы лет. Именно она и обусловила способность бактерий выживать все это время и продолжать развиваться и размножаться.

Нападай или умри

Наш мир - место, где может выжить только приспособленный к жизни, способный защищаться, нападать, выживать. В то же время способность к нападению тесно связана с вариантами защиты себя, своей жизни, интересов. Если некоторая бактерия не могла спастись от антибиотиков, этот вид вымирал. Существующие в настоящее время микроорганизмы обладают довольно развитыми и сложными защитными механизмами, эффективными против самых разных веществ и соединений. Наиболее применимый в природе метод - перенаправление опасности на другую мишень.

Появление антибиотика сопровождается воздействием на молекулу микроскопического организма - на РНК, белок. Если изменить мишень, тогда изменится место, куда может привязаться антибиотик. Точечная мутация, которая делает один организм стойким к воздействию агрессивного компонента, становится причиной совершенствования всего вида, так как именно эта бактерия продолжает активное размножение.

Вирусы и бактерии

Эта тема в настоящее время вызывает много разговоров как в среде профессионалов, так и обывателей. Чуть ли не каждый второй мнит себя специалистом по вирусам, что связано с работой систем массовой информации: едва приближается эпидемия гриппа, как везде и всюду говорят и пишут о вирусах. Человек, познакомившись с этими данными, начинает верить, что он знает все, что только возможно. Конечно, знакомиться с данными полезно, но не стоит заблуждаться: не только обывателям, но и профессионалам в настоящее время еще только предстоит открыть большую часть информации об особенностях жизнедеятельности вирусов и бактерий.

Между прочим, в последние годы значительно возросло число людей, убежденных, что рак - вирусное заболевание. Многие сотни лабораторий по всему миру проводили исследования, из которых можно сделать такой вывод относительно лейкемии, саркомы. Впрочем, пока это лишь предположения, а официальной доказательной базы недостаточно, чтобы можно было заключить точно.

Вирусология

Это довольно молодое направление науки, зародившееся восемь десятилетий тому назад, когда обнаружили, что провоцирует мозаичное заболевание табака. Заметно позже получили первое изображение хотя и очень неточное, а более-менее корректные исследования проводятся лишь в последние пятнадцать лет, когда доступные человечеству технологии сделали возможным изучение столь малых форм жизни.

В настоящее время нет точной информации о том, как и когда появились вирусы, но одна из основных теорий гласит, что эта форма жизни произошла от бактерий. Вместо эволюции здесь имела место деградация, развитие повернулось назад, и сформировались новые одноклеточные организмы. Группа ученых утверждает, что ранее вирусы были значительно более сложными, но ряд особенностей утратили с течением времени. Состояние, которое доступно для изучения современному человеку, разнообразие данных генетического фонда - лишь отголоски разных степеней, этапов деградации, свойственных тому или иному виду. Насколько корректна эта теория, пока неизвестно, но и наличие тесной связи между бактериями и вирусами отрицать невозможно.

Бактерии: такие разные

Даже если современный человек понимает, что бактерии окружают его везде и всюду, все равно сложно осознать, насколько сильно процессы окружающего мира зависят от микроскопических форм жизни. Только недавно ученые выяснили, что живые бактерии наполняют даже облака, куда поднимаются с паром. Способности, данные таким организмам, удивляют и вдохновляют. Некоторые провоцируют преобразование воды в лед, что становится причиной осадков. Когда гранула начинает падение, она снова тает, и на землю обрушивается поток воды - или снега, что зависит от климата и сезона. Не так давно ученые предположили, что посредством бактерий можно добиться увеличения объема осадков.

Описанные способности пока удалось обнаружить при исследовании вида, получившего научное наименование Pseudomonas Syringae. Ученые и раньше предполагали, что чистые для человеческого глаза облака наполнены жизнью, и современные средства, технологии и инструменты позволили доказать эту точку зрения. По приблизительным оценкам, кубический метр облака наполнен микробами в концентрации 300-30 000 экземпляров. Среди прочих здесь присутствует упомянутая форма Pseudomonas Syringae, провоцирующая формирование из воды льда при довольно высокой температуре. Впервые ее обнаружили несколько десятилетий назад, исследуя растения, и вырастили в искусственной среде - это оказалось достаточно просто. В настоящее время Pseudomonas Syringae активно работают на благо человечества на лыжных курортах.

Как это происходит?

Существование Pseudomonas Syringae сопряжено с продуцированием белков, сеткой покрывающих поверхность микроскопического организма. При приближении водяной молекулы начинается химическая реакция, решетка разравнивается, появляется сетка, что и становится причиной формирования льда. Ядро притягивает к себе воду, увеличивается в размерах и массе. Если все это происходило в облаке, тогда нарастание веса приводит к невозможности дальнейшего парения и гранула падает вниз. Форма осадков определяется температурой воздуха вблизи поверхности земли.

Предположительно, к Pseudomonas Syringae можно прибегать в период засухи, для чего нужно внедрить колонию бактерий в облако. В настоящее время ученые не знают точно, какая концентрация микроорганизмов может спровоцировать дождь, поэтому проводятся эксперименты, берутся пробы. Одновременно необходимо выяснить, для чего Pseudomonas Syringae перемещается облаками, если в норме микроорганизм обитает на растении.

Которые не имеют ядра. Боль-шинство бактерий являются гетеротрофами, но есть и автотрофы. Размножаются делением. При наступлении небла-гоприятных условии некоторые бактерии образуют споры.

Бактерии можно увидеть только в микроскоп, по-этому их называют микроорганизмами. Микроорганизмы изучает наука микробиология. Раздел микробиологии, изу-чающий бактерии, называется бактериологией.

Первым увидел и описал бактерии голландский естествоиспытатель Антони ван Левен-гук (1632-1723). Он научился шлифовать стекла и изготав-ливать линзы. Левенгук изготовил более 400 микроскопов и открыл мир микроскопических организмов — бактерий и протистов .

Когда мы слышим о бактериях, то чаще всего представля-ем себе больное горло или десны, несмотря на то что только небольшая часть бактерий вызывает заболевания. Большин-ство же этих организмов выполняет другие важные функции.

С бактериями мы начинаем контактировать с первых ча-сов жизни. Многие из них постоянно живут на поверхно-сти кожи человека. Еще больше их на зубах, деснах, языке и стенках ротовой полости . Во рту живет больше бактерий, чем людей на Земле! Но самое большое их количество обита-ет в кишечнике — до 5 кг у взрослого человека.

Бакте-рии встречаются везде: в воде, почве, воздухе, в тканях рас-тений, телах животных и человека. Они живут там, где на-ходят достаточно пищи, влаги и благоприятную температуру (10-40 °С). Большинству из них необходим кислород. Есть также бактерии, которые живут в горячих источниках (с температурой 60-90 °С), экстремально соленых водоемах, в жерлах вулканов, глубоко в океанах, куда не проникает солнечный свет. Даже в самых холодных регионах (Антарк-тике) и на высоких горных вершинах живут бактерии.

В разных местах встречается различное количество бакте-рий. Меньше всего их в воздухе, особенно в природных усло-виях. А в местах скопления людей, например в кинотеатрах, на вокзалах, в классах, их значительно больше. Поэтому не-обходимо часто проветривать помещения.

В водах рек, особенно вблизи больших городов, бакте-рий может быть очень много — до нескольких сотен тысяч в 1 мм 3 . Поэтому нельзя пить сырую воду из открытых водоемов. Очень много бактерий в воде морей и океанов.

Еще больше бактерий в почве — до 100 млн в 1 г гумуса (плодородного слоя почвы).

Бактерии очень маленькие организмы. Самые боль-шие бактерии можно увидеть под световым микроскопом.

Для знакомства с самыми ма-ленькими требуется электрон-ный микроскоп (рис. 7).

Большинство бактерий, кото-рые населяют наш дом и наше тело, имеют форму шариков, па-лочек и спиралей. Шаровидные бактерии носят название кокки, палочковидные — бациллы, спи-ралевидные — спириллы (рис. 9). Некоторые бактерии образуют це-почки, располагаясь вплотную друг к другу.

Рассмотрите строение бактериальной клетки на рисун-ке 10. Она включает цитоплазму, окруженную цитоплазма-тической мембраной и клеточной оболочкой (клеточной стен-кой). Оболочка придает бактерии определенную форму и слу-жит защитой от неблагоприятных условий.

Дополнительную защиту многим бактериям даст слизи-стый слой, расположенный с наружной стороны оболочки. Поверхность клетки бактерии покрывают многочисленные ворсинки, которые пред-ставляют собой полые вы-росты цитоплазматиче-ской мембраны. Некото-рые бактерии имеют один или несколько нитевид-ных жгутиков.

Главное отличие бак-терий — отсутствие ядра, т. е. они — прокариоты.

Именно на этом основании их выделяют в отдельное царство. Ядерный материал у бактерий — бактериальная хромосома: она несет наследственную информацию.

Большинство бактерий являются гетеротрофами. Они потребляют готовые органические ве-щества. Пищей им служат живые и мертвые организмы, про-дукты питания человека, сточные воды и т. д.

Сапротрофы

Одни гетеротрофные бактерии используют органические вещества мертвых тел или выделений живых организмов. Это сапротрофы (от греч. сапрос — гнилой и трофос — пи-тание).

Существуют также автотрофные бактерии. Они спо-собны образовывать органические вещества из неорганиче-ских (углекислого газа, воды, сероводорода и др.). У авто-трофных фотосинтезирующих бактерий в клетках содер-жится бактериальный хлорофилл, с помощью которого они под действием солнечной энергии образуют органические вещества.

Цианобактерии

Примером автотрофных бактерий могут служить цианобактерии. Они производят собственную пищу из углекислого газа и воды под действием солнечного света. При этом выделяют кислород, обогащая им среду обитания .

Бактерии размножаются пу-тем деления. При этом из одной материнской клетки об-разуются две дочерние клетки, похожие на материнскую. При благоприятных условиях (достаточном питании, влаж-ности и температуре от 10 до 30 °С) бактерии могут делить-ся каждые 20-30 мин, поэтому их число очень быстро воз-растает. Материал с сайта

Если культивировать (выра-щивать) бактерии на питатель-ной среде в благоприятных условиях, они очень быстро размножаются и образуют колонии до 4 млрд клеток. Колонии бактерий определенных видов име-ют характерные очертания и окра-ску (рис. 8). По виду колоний можно установить наличие определенных бактерий в том или ином материале.

Некоторые бактерии двигаются с помощью жгутиков. Основание жгутика вращается, и он как бы ввинчивается в среду, обеспечивая передвижение бакте-рии. Большинство же бактерий передвигаются пассивно: одни с помощью потоков воздуха, другие по течению воды. Так осуществляется их распространение.

В неблагоприятных условиях (при не-достатке нищи, влаги, резких колебаниях температуры) бак-терии могут превращаться в спо-ры. Цитоплазма вблизи бактери-альной хромосомы уплотняется. Вокруг нее образуется очень проч-ная оболочка. Образовавшиеся та-ким путем споры могут существо-вать сотни лет (рис. 11).

Совокупность бактерий, населяющих человеческий организм, имеет общее название – микробиота. В нормальной, здоровой микрофлоре человека насчитывается несколько миллионов бактерий. Каждая из них играет важную роль для нормального функционирования человеческого тела.

При отсутствии какого-либо вида полезных бактерий человек начинает заболевать, нарушается работа ЖКТ, дыхательных путей. Полезные бактерии для человека концентрируются на коже, в кишечнике, на слизистых оболочках тела. Количество микроорганизмов регулируется с помощью иммунной системы.

В норме, тело человека содержит как полезную, так и патогенную микрофлору. Бактерия бывает полезная и патогенная.

Полезных бактерий намного больше. Они составляют 99% от общего числа микроорганизмов.

При таком положении соблюдается необходимый баланс.

Среди разных видов бактерий, обитающих на теле человека можно выделить:

• бифидобактерии;
• лактобактерии;
• энтерококки;
• кишечная палочка.

Бифидобактерии

Этот вид микроорганизмов самый распространённый, участвует в процессе выработки молочной кислоты и ацетата. Он создаёт кислую среду, этим самым нейтрализует большинство болезнетворных микробов. Патогенная флора перестаёт развиваться и вызывать процессы гниения и брожения.

Бифидобактерии играют важную роль в жизни ребёнка, так как именно они отвечают за наличие аллергической реакции на какие-либо пищевые продукты. Кроме того они оказывают антиоксидантное действие, предотвращают развитие опухолей.

Синтез витамина С не обходится без участия бифидобактерий. К тому же, есть информация, что бифидобактерии помогают усваиваться витаминам D и B, которые необходимы человеку для нормальной жизнедеятельности. При наличии дефицита бифидобактерий даже приём синтетических витаминов этой группы не принесёт никакого результата.

Лактобактерии

Эта группа микроорганизмов также важна для здоровья человека. Благодаря их взаимодействию с другими обитателями кишечника блокируется рост и развитие патогенных микроорганизмов, подавляются возбудители кишечных инфекций.

Лактобактерии участвуют в образовании молочной кислоты, лизоцина, бактериоцинов. Это отличная помощь иммунной системе. Если в кишечнике есть дефицит этих бактерий, то очень быстро развивается дисбактериоз.

Лактобактерии заселяют не только кишечник, но и слизистые. Так эти микроорганизмы важны для женского здоровья. Они поддерживают кислотность среды влагалища, не допускают развития бактериального вагиноза.

Кишечная палочка

Не все виды кишечной палочки являются болезнетворными. Большинство из них наоборот выполняют защитную функцию. Полезность рода кишечная палочка состоит в синтезе коцилина, который активно противостоит основной массе патогенной микрофлоры.

Данные бактерии полезны для синтеза разных групп витаминов, фолиевой и никотиновой кислоты. Нельзя недооценивать их роль для здоровья. Например, фолиевая кислота необходима для производства красных кровяных телец и поддержания нормального уровня гемоглобина.

Энтерококки

Этот вид микроорганизмов заселяет кишечник человека сразу после рождения.

Они помогают усваиваться сахарозе. Обитая в основном в тонком кишечнике, они, как и другие полезные не патогенные бактерии обеспечивают защиту от чрезмерного размножения вредоносных элементов. В то же время, энтерококки относятся к условно безопасным бактериям.

Если они начинают превышать допустимые нормы, развиваются разные бактериальные заболевания. Список болезней очень большой. Начиная от кишечных инфекций, заканчивая менингококковой.

Положительное влияние бактерий на организм

Полезные свойства не патогенных бактерий очень многообразно. До тех пор пока существует баланс между обитателями кишечника и слизистых, организм человека нормально функционирует.

Большинство бактерий участвует в процессах синтеза и расщепления витаминов. Без их присутствия витамины группы В не усваиваются кишечником, что приводит к нарушениям со стороны нервной системы, заболеваниям кожи, понижению гемоглобина.

Основная масса не переваренных компонентов пищи, достигших толстого кишечника, расщепляется именно благодаря бактериям. Кроме того, микроорганизмами обеспечивается постоянство водно-солевого обмена. Более половины всей микрофлоры участвует в регуляции всасывания жирных кислот, гормонов.

Микрофлора кишечника формирует местный иммунитет. Именно здесь происходит уничтожение основной массы патогенных организмов, блокируется вредоносный микроб.

Соответственно, люди не ощущают вздутия и метеоризма. Увеличение лимфоцитов провоцирует активные фагоциты для борьбы с врагом, стимулируют продуцирование иммуноглобулина А.

Полезные не патогенные микроорганизмы положительно влияют на стенки тонкого и толстого кишечника. Они поддерживают там постоянный уровень кислотности, стимулируют лимфоидный аппарат, эпителий становится устойчивым к разным канцерогенам.

Перистальтика кишечника также во многом зависит от того, какие бывают микроорганизмы в нём. Подавление процессов гниения и брожения – одна из основных задач бифидобактерий. Многие микроорганизмы долгие годы развиваются в симбиозе с болезнетворными бактериями, тем самым, контролируя их.

Биохимические реакции, которые постоянно происходят с бактериями, выделяют много тепловой энергии, поддерживая общий тепловой баланс организма. Питаются микроорганизмы не переваренными остатками.

Дисбактериоз

Дисбактериоз – это изменение количественного и качественного состава бактерий в организме человека. При этом полезные организмы погибают, а вредоносные активно размножаются.

Дисбактериоз затрагивает не только кишечник, но и слизистые (может быть дисбактериоз ротовой полости, влагалища). В анализах будут превалировать названия: стрептококк, стафилококк, микрококк.

В нормальном состоянии полезные бактерии регулируют развитие патогенной микрофлоры. Кожные покровы, органы дыхания обычно находятся под надёжной защитой. Когда нарушается баланс человек ощущает следующие симптомы: метеоризм кишечника, вздутие, боли в животе, расстройство.

Позже может начаться снижение веса, анемия, авитаминоз. Со стороны половой системы наблюдаются обильные выделения, часто сопровождающиеся неприятным запахом. На коже появляются раздражения, шероховатости, трещинки. Дисбактериоз побочное действие после приёма антибиотиков.

При обнаружении подобных симптомов нужно обязательно обратиться к врачу, который назначит комплекс мероприятий по восстановлению нормальной микрофлоры. Часто для этого требуется приём пробиотиков.

Морфология бактерий, строение прокариотической клетки.

В прокариотических клетках нет четкой границы между ядром и цитоплазмой, отсутствует ядерная мембрана. ДНК в этих клетках не образует структур, похожих на хромосомы эукариот. Поэтому у прокариот не происходят процессы митоза и мейоза. Большинство прокариот не образует внутриклеточных органелл, ограниченных мембранами. Кроме того, в прокариотических клетках нет митохондрий и хлоропластов.

Бактерии , как правило, являются одноклеточными организмами, клетка их имеет довольно простую форму, представляет собой шар или цилиндр, иногда изогнутый. Размножаются бактерии преимущественно делением на две равноценные клетки.

Бактерии шаровидной формы называются кокками и могут быть сферическими, эллипсоидальными, бобовидными и ланцетовидными.

По расположению клеток относительно друг друга после деления кокки подразделяют на несколько форм. Если после деления клетки расходятся и располагаются поодиночке, то такие формы называют монококками . Иногда кокки при делении образуют скоплений, напоминающие виноградную гроздь. Подобные формы относятся к стафилококкам . Кокки, остающиеся после деления в одной плоскости связанными парами, называются диплококками , а образующие различной длины цепочки - стрептококками . Сочетания из четырех кокков, появляющиеся после деления клетки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, представляют собой тетракокки . Некоторые кокки делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, что приводит к образованию своеобразных скоплений кубической формы, называемых сардинами.

Большинство бактерий имеют цилиндрическую , или палочковидную, форму. Палочковидные формы бактерий, образующие споры, именуют бациллами , а не образующие споры - бактериями .

Палочковидные бактерии различаются по форме, размеру в длину и в поперечнике, форме концов клетки, а также по взаимному расположению. Они могут иметь цилиндрическую форму с прямыми концами или овальную - с закругленными или заостренными концами. Бактерии бывают также слегка изогнутыми, встречаются нитевидные и ветвящиеся формы (например, микобактерии и актиномицеты).

В зависимости от взаимного расположения отдельных клеток после деления палочковидные бактерии делят на собственно палочки (одиночное расположение клеток), диплобактерии или диплобациллы (парное расположение клеток), стрептобактерии или стрептобациллы (образуют цепочки различной длины). Нередко встречаются извитые, или спиралевидные, бактерии. К этой группе относятся спириллы (от лат. spira - завиток), имеющие форму длинных изогнутых (от 4 до 6 витков) палочек, и вибрионы (лат. vibrio - изгибаюсь), представляющие собой лишь 1/4 часть витка спирали, похожие на запятую.

Известны нитевидные формы бактерий, обитающие в водоемах. Кроме перечисленных, встречаются многоклеточные бактерии, несущие на поверхности клетки протоплазм этические выросты - простеки, треугольные и звездообразные бактерии, а также имеющие форму замкнутого и незамкнутого кольца и червеобразные бактерии.

Клетки бактерий очень малы. Их измеряют в микрометрах, а детали тонкой структуры - в нанометрах. Кокки обычно имеют диаметр около 0,5-1,5 мкм. Ширина палочковидных (цилиндрических) форм бактерий в большинстве случаев колеблется от 0,5 до 1 мкм, а длина равняется нескольким микрометрам (2-10). Мелкие палочки имеют ширину 0,2-0,4 и длину 0,7-1,5 мкм. Среди бактерий могут встречаться и настоящие гиганты, длина которых достигает десятков и даже сотен микрометров. Формы и размеры бактерий значительно изменяются в зависимости от возраста культуры, состава среды и ее осмотических свойств, температуры и других факторов.

Из трех основных форм бактерий кокки наиболее стабильны по размерам, палочковидные бактерии более изменчивы, причем особенно значительно меняется длина клеток.

Бактериальная клетка, помещенная на поверхность твердой питательной среды, растет, делится, образуя колонию бактерий-потомков. Через несколько часов роста колония состоит уже из такого большого числа клеток, что ее можно видеть невооруженным глазом. Колонии могут иметь слизистую или пастообразную консистенцию, в некоторых случаях они бывают пигментированы. Иногда внешний вид колоний настолько характерен, что позволяет без особых трудностей провести идентификацию микроорганизмов.

Основы физиологии бактерий.

По химическому составу микроорганизмы мало отличаются от других живых клеток.

Вода составляет 75-85% , в ней растворены химические вещества.

Сухое вещество 15-25%, в состав входят органические и минеральные соединения

Питание бактерий. Поступление в бактериальную клетку питательных веществ осуществляется несколькими способами и зависит от концентрации веществ, величины молекул, рН среды, проницаемости мембран и др. По типу питания микроорганизмы делятся на:

автотрофы – синтезируют все углеродсодержащие вещества из СО2;

гетеротрофы – в качестве источника углерода используют органические вещества;

сапрофиты – питаются органическими веществами отмерших организмов;

Дыхание бактерий . Дыхание, или биологическое окисление основано на окислительно-восстановительных реакциях, идущих с образованием молекулы АТФ. По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на три основные группы:

облигатные аэробы – могут расти только при наличии кислорода;

облигатные анаэробы – растут на среде без кислорода, который для них токсичен;

факультативные анаэробы – могут расти как при кислороде, так и без него.

Рост и размножение бактерий. Большинство прокариот размножаются бинарным делением пополам, реже почкованием и фрагментацией. Бактерии, как правило, характеризуются высокой скоростью размножения. Время деления клетки у различных бактерий колеблется довольно в широких пределах: от 20 минут у кишечной палочки до 14 часов у микобактерий туберкулеза. На плотных питательных средах бактерии образуют скопления клеток, называемые колониями.

Ферменты бактерий. Важную роль в обмене веществ микроорганизмов играют ферменты. Различают:

эндоферменты – локализуются в цитоплазме клеток;

экзоферменты – выделяются в окружающую среду.

Ферменты агрессии разрушают ткань и клетки, обусловливая широкое распространение микробов и их токсинов в инфицированной ткани. Биохимические свойства бактерий определяются составом ферментов:

сахаролитические –расщепление углеводов;

протеолитические – расщепление белков,

липолитические – расщепление жиров,

и являются важным диагностическим признаком при идентификации микроорганизмов.

Для многих патогенных микроорганизмов оптимальными являются температура 37°С и рН 7,2-7,4.

Вода. Значимость воды для бактерий. Вода составляет около 80% массы бактерий. Рост и развитие бактерий облигатно зависят от наличия воды, так как все химические реакции, протекающие в живых организмах, реализуются в водной среде. Для нормального роста и развития микроорганизмов необходимо присутствие воды в окружающей среде.

Для бактерий содержание воды в субстрате должно быть более 20%. Вода должна находиться в доступной форме: в жидкой фазе в интервале температур от 2 до 60 °С; этот интервал известен как биокинетическая зона. Хотя в химическом отношении вода весьма устойчива, продукты её ионизации - ионы Н+ и ОН" оказывают очень большое влияние на свойства практически всех компонентов клетки (белков, нуклеиновых кислит, липидов и т.д.). Так, каталитическая активность ферментов в значительной мере зависит от концентрации ионов Н+ и ОН".

Брожение как основной способ получения энергии у бактерий.

Брожение - это метаболический процесс, в результате которого образуется АТФ, а доноры и акцепторы электронов, это продукты образующиеся в ходе самого брожения.

Брожение – процесс ферментативного расщепления органических веществ, преимущественно углеводов, протекающий без использования кислорода. Служит источником энергии для жизнедеятельности организма и играет большую роль в круговороте веществ и в природе. Некоторые виды брожения, вызываемые микроорганизмами (спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, уксуснокислое), используются в производстве этилового спирта, глицерина и других технических и пищевых продуктов.

Спиртовое брожение (осуществляется дрожжами и некоторыми видами бактерий), в ходе него пируват расщепляется на этанол и диоксид углерода. Из одной молекулы глюкозы в результате получается две молекулы спирта (этанола) и две молекулы углекислого газа. Этот вид брожения очень важен в производстве хлеба, пивоварении, виноделии и винокурении.

Молочнокислое брожение , в ходе которого пируват восстанавливается до молочной кислоты, осуществляют молочнокислые бактерии и другие организмы. При сбраживании молока молочнокислые бактерии преобразуют лактозу в молочную кислоту, превращая молоко в кисломолочные продукты (йогурт, простокваша и др.); молочная кислота придаёт этим продуктам кисловатый вкус.

Молочнокислое брожение происходит также в мышцах животных, когда потребность в энергии выше, чем обеспечиваемая дыханием, и кровь не успевает доставлять кислород.

Обжигающие ощущения в мышцах во время тяжелых физических упражнений соотносятся с получением молочной кислоты и сдвигом к анаэробному гликолизу, поскольку кислород преобразуется в диоксид углерода аэробным гликолизом быстрее, чем организм восполняет запас кислорода; а болезненность в мышцах после физических упражнений вызвана микротравмами мышечных волокон. Организм переходит к этому менее эффективному, но более скоростному методу производства АТФ в условиях недостатка кислорода. Затем печень избавляется от излишнего лактата, преобразуя его обратно в важное промежуточное звено гликолиза - пируват.

Уксуснокислое брожение осуществляют многие бактерии. Уксус (уксусная кислота) - прямой результат бактериальной ферментации. При мариновании продуктов уксусная кислота предохраняет пищу от болезнетворных и вызывающих гниение бактерий.

Маслянокислое брожение приводит к образованию масляной кислоты; его возбудителями являются некоторые анаэробные бактерии рода Клостридиум.

Размножение бактерий.

Некоторые бактерии не имеют полового процесса и размножаются лишь равновеликим бинарным поперечным делением или почкованием. Для одной группы одноклеточных цианобактерий описано множественное деление (ряд быстрых последовательных бинарных делений, приводящий к образованию от 4 до 1024 новых клеток). Для обеспечения необходимой для эволюции и приспособления к изменчивой окружающей среде пластичности генотипа у них существуют иные механизмы.

При делении большинство грамположительных бактерий и нитчатых цианобактерий синтезируют поперечную перегородку от периферии к центру при участии мезосом. Грамотрицательные бактерии делятся путём перетяжки: на месте деления обнаруживается постепенно увеличивающееся искривление ЦПМ и клеточной стенки внутрь. При почковании на одном из полюсов материнской клетки формируется и растёт почка, материнская клетка проявляет признаки старения и обычно не может дать более 4 дочерних. Почкование имеется у разных групп бактерий и, предположительно, возникало несколько раз в процессе эволюции.

У других бактерий кроме размножения наблюдается половой процесс, но в самой примитивной форме. Половой процесс бактерий отличается от полового процесса эукариот тем, что у бактерий не образуются гаметы и не происходит слияния клеток. Механизм рекомбинации у прокариот. Однако главнейшее событие полового процесса, а именно обмен генетическим материалом, происходит и в этом случае. Это называется генетической рекомбинацией. Часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки-донора переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора. При этом перенесённая ДНК замещает часть ДНК реципиента. В процессе замещения ДНК участвуют ферменты, расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК. При этом образуется ДНК, которая содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У потомства, или рекомбинантов, наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смещением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции и является главным преимуществом полового процесса.

Известны 3 способа получения рекомбинантов. Это - в порядке их открытия - трансформация, конъюгация и трансдукция.

Происхождение бактерий.

Бактерии наряду с археями были одними из первых живых организмов на Земле, появившись около 3,9-3,5 млрд лет назад. Эволюционные взаимоотношения между этими группами ещё до конца не изучены, есть как минимум три основные гипотезы: Н. Пэйс предполагает наличие у них общего предка протобактерии, Заварзин считает архей тупиковой ветвью эволюции эубактерий, освоившей экстремальные местообитания; наконец, по третьей гипотезе археи - первые живые организмы, от которых произошли бактерии.

Эукариоты возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток намного позже: около 1,9-1,3 млрд лет назад. Для эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили практически все известные сейчас биохимические процессы. Прокариотная биосфера имела уже все существующие сейчас пути трансформации вещества. Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют монопольное положение.

Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности - строматолиты, бесспорные свидетельства существования цианобактерий относятся ко времени 2,2-2,0 млрд лет назад. Благодаря им в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания. К этому времени относятся образования, свойственные облигатно аэробной Metallogenium.

Появление кислорода в атмосфере (кислородная катастрофа) нанесло серьёзный удар по анаэробным бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся бескислородные зоны. Общее видовое разнообразие бактерий в это время сокращается.

Предполагается, что из-за отсутствия полового процесса, эволюция бактерий идёт по совершенно иному механизму, нежели у эукариот. Постоянный горизонтальный перенос генов приводит к неоднозначностям в картине эволюционных связей, эволюция протекает крайне медленно (а, возможно, с появлением эукариот и вовсе прекратилась), зато в изменяющихся условиях происходит быстрое перераспределение генов между клетками при неизменном общем генетическом пуле.

Систематика бактерий.

Роль бактерий в природе и в жизни человека.

Бактерии играют важную роль на Земле. Они принимают самое активное участие в круговороте веществ в природе. Все органические соединения и значительная часть неорганических подвергаются с помощью бактерий существенным изменениям. Эта их роль в природе имеет глобальное значение. Появившись на Земле раньше всех организмов (более 3,5 млрд лет назад), они создали живую оболочку Земли и продолжают активно перерабатывать живое и мертвое органическое вещество, вовлекая продукты своего обмена в круговорот веществ. Круговорот веществ в природе является основой существования жизни на Земле.

Распад всех растительных и животных остатков и образование перегноя и гумуса тоже производится в основном бактериями. Бактерии – мощный биотический фактор в природе.

Огромное значение имеет почвообразовательная работа бактерий. Первая почва на нашей планете была создана бактериями. Однако и в наше время состояние и качество почвы зависят от функционирования почвенных бактерий. Особенно важны для плодородия почвы так называемые азотфиксирующие клубеньковые бактерии-симбионты бобовых растений. Они насыщают почву ценными азотными соединениями.

Бактерии очищают грязные сточные воды, расщепляя органические вещества и превращая их в безвредные неорганические. Это свойство бактерий широко используется в работе очистных сооружений.

Во многих случаях бактерии могут быть и вредны для человека. Так, сапротрофные бактерии портят пищевые продукты. Чтобы уберечь продукты от порчи, их подвергают специальной обработке (кипячение, стерилизация, замораживание, высушивание, химическая очистка и т. д.). Если этого не делать, могут произойти пищевые отравления.

Среди бактерий имеется много болезнетворных (патогенных) видов, вызывающих заболевания у людей, животных или растений. Тяжелое заболевание брюшной тиф вызывает бактерия сальмонелла, дизентерию – бактерия шигелла. Болезнетворные бактерии разносятся по воздуху с капельками слюны больного человека при чихании, кашле и даже при обычном разговоре (дифтерия, коклюш). Некоторые болезнетворные бактерии очень устойчивы к высыханию и долго сохраняются в пыли (туберкулезная палочка). В пыли и почве живут бактерии рода клостридиум – возбудители газовой гангрены и столбняка. Некоторые бактериальные заболевания передаются при физическом контакте с больным человеком (венерические болезни, проказа). Часто болезнетворные бактерии передаются человеку с помощью так называемых переносчиков. Например, мухи, ползая по нечистотам, собирают на своих лапках тысячи болезнетворных бактерий, а затем оставляют их на продуктах, потребляемых человеком.