Строение бактерий. Бактерии в природе вредные и полезные для человека

Бактерии живут на планете Земля более 3,5 млрд. лет. За это время они многому научились и ко многому приспособились. Теперь они помогают человеку. Бактерии и человек стали неразлучны. Суммарная масса бактерий огромна. Она составляет около 500 миллиардов тонн.

Полезные бактерии выполняют две самые важные экологические функции — они фиксируют азот и участвуют в минерализации органических остатков. Роль бактерий в природе носит глобальный характер. Они участвуют в перемещении, концентрации и рассеивании химических элементов в биосфере земли.

Велико значение бактерий, полезных для человека. Они составляют 99% всей популяции, которые заселяют его организм. Благодаря им человек живет, дышит и питается.

Важна . Они полностью обеспечивают его жизнедеятельность.

Бактерии довольно просто устроены. Ученые предполагают, что они первыми появились на планете Земля.

Полезные бактерии в организме человека

Человеческий организм населяют и полезные и . Существующий баланс между организмом человека и бактериями отшлифовывался веками.

Как подсчитали ученые, в организме человека содержится от 500 до 1000 всевозможных видов бактерий или триллионы этих удивительных жильцов, что составляет до 4-х кг совокупного веса. До 3-х килограмм микробных тел находится только в кишечнике. Остальная их часть находится в мочеполовых путях, на коже и других полостях человеческого тела. Микробы заполняют организм новорожденного уже с первых минут его жизни и окончательно формируют состав кишечной микрофлоры к 10-13 годам.

В кишечнике обитают стрептококки, лактобактерии, бифидобактерии, энтеробактерии, грибы, кишечные вирусы, непатогенные простейшие. Лактобактерии и бифидобактерии составляют 60% кишечной флоры. Состав этой группы всегда постоянный, они самые многочисленные и осуществляющие основные функции.

Бифидобактерии

Значение бактерий этого вида огромно.

Благодаря им вырабатываются ацетат и молочная кислота. Закисляя среду обитания, они подавляют рост , вызывающих гниение и брожение.
Благодаря бифидобактериям снижается риск развития аллергии к пищевым продуктам у малышей.
Они обеспечивают антиоксидантный и противоопухолевый эффект.
Бифидобактерии принимают участие в синтезе витамина С.
Бифидо- и лактобактерии принимают участие в процессах по усвоению витамина Д, кальция и железа.

Рис. 1. На фото бифидобактерии. Компьютерная визуализация.

Кишечная палочка

Значение бактерий этого вида для человека большое.

Особое значение уделяется представителю этого рода Escherichia coli M17. Она способна вырабатывать вещество коцилин, которое угнетает рост целого ряда болезнетворных микробов.
При участии синтезируются витамины К, группы В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 и В12), фолиевая и никотиновая кислоты.

Рис. 2. На фото кишечная палочка (трехмерное компьютерное изображение).

Положительная роль бактерий в жизни человека

При участии бифидо-, лакто-, и энтеробактерий синтезируются витамины К, С, группы В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 и В12), фолиевая и никотиновая кислоты.
Благодаря расщепляются непереваренные компоненты пищи из верхних отделов кишечника – крахмал, целлюлоза, белковые и жировые фракции.
Кишечная микрофлора поддерживает водно-солевой обмен и ионный гомеостаз.
Благодаря секреции особых веществ микрофлора кишечника подавляет рост патогенных бактерий, вызывающих гниение и брожение.
Бифидо-, лакто-, и энтеробактерии принимает участие в детоксикации веществ, попадающих извне и образующихся внутри самого организма.
Кишечная микрофлора играет большую роль в восстановлении местного иммунитета. Благодаря ей увеличивается количество лимфоцитов, активность фагоцитов и выработка иммуноглобулина А.
Благодаря кишечной микрофлоре стимулируется развитие лимфоидного аппарата.
Повышается устойчивость эпителия кишечника к канцерогенам.
Микрофлора защищают слизистую стенку кишечника и обеспечивает энергией кишечный эпителий.
Они регулируют перистальтику кишечника.
Кишечная флора приобретает навыки по захвату и выводу вирусов из организма хозяина, с которым долгие годы она находилась в симбиозе.
Велико значение бактерий в поддержке теплового баланса организма. Кишечная микрофлора питается за счет веществ, непереваренных ферментативной системой, которые поступают из верхних отделов желудочно-кишечного тракта. В результате сложных биохимических реакций вырабатывается огромное количество тепловой энергии. Тепло с током крови разносится по всему организму и поступает во все внутренние органы. Вот почему при голодании человек всегда мерзнет.
Кишечная микрофлора регулирует обратное всасывание компонентов желчных кислот (холестерина), гормонов и др.

Рис. 3. На фото полезные бактерии — лактобактерии (трехмерное компьютерное изображение).

Роль бактерий в производстве азота

Аммонифицирующие микробы (вызывающие гниение) с помощью ряда имеющихся у них ферментов способны разлагать останки погибших животных и растений. При разложении белков выделяются азот и аммиак.

Уробактерии разлагают мочевину, которую человек и все животные планеты выделяют ежесуточно. Ее количество огромно и достигает 50 млн. тонн в год.

Определенный вид бактерий участвует в окислении аммиака. Этот процесс называется нитрофикацией.

Денитрифицирующие микробы возвращают молекулярный кислород из почвы в атмосферу.

Рис. 4. На фото полезные бактерии — аммонифицирующие микробы. Они подвергают останки погибших животных и растений разложению.

Роль бактерий в природе: фиксация азота

Значение бактерий в жизнедеятельности человека, животных, растений, грибов и бактерий огромно. Как известно, для нормального их существования необходим азот. Но усваивать азот в газообразном состоянии бактерии не могут. Оказывается, связывать азот и образовывать аммиак умеют сине-зеленые водоросли (Цианобактерии ), свободноживущие азотофиксаторы и особые . Все эти полезные бактерии производят до 90% связанного азота и вовлекают до 180 млн. т. азота в азотный фонд почвы.

Клубеньковые бактерии прекрасно сожительствуют с бобовыми растениями и облепихой.

Такие растения, как люцерна, горох, люпин и другие бобовые имеют на своих корнях так называемые «квартиры» для клубеньковых бактерий. Эти растения высаживаются на истощенные почвы для обогащения их азотом.

Рис. 5. На фото клубеньковые бактерии на поверхности корневого волоска бобового растения.

Рис. 6. Фото корня бобового растения.

Рис. 7. На фото полезные бактерии — цианобактерии.

Роль бактерий в природе: круговорот углерода

Углерод является важнейшим клеточным веществом животного и растительного мира, а так же мира растений. Он составляет 50% сухого остатка вещества клетки.

Много углерода содержится в клетчатке, которой питаются животные. В их желудке клетчатка под действием микробов разлагается и далее, в виде навоза, попадает наружу.

Разлагают клетчатку целлюлозные бактерии . В результате их работы почва обогащается гумусом, что значительно повышает ее плодородие, а углекислота возвращается в атмосферу.

Рис. 8. Зеленым цветом окрашены внутриклеточные симбионты, желтым – масса перерабатываемой древесины.

Роль бактерий в превращении фосфора, железа и серы

В белках и липидах содержится большое количество фосфора, минерализация которого осуществляется Вас. megatherium (из рода гнилостных бактерий).

Железобактерии участвуют в процессах минерализации органических соединений, содержащих железо. В результате их деятельности в болотах и озерах образуется большое количество железной руды и железомарганцевых отложений.

Серобактерии живут в воде и почве. Их много в навозе. Они участвуют в процессе минерализации серосодержащих веществ органического происхождения. В процессе разложения органических серосодержащих веществ выделяется газ сероводород, который крайне ядовит для окружающей среды, в том числе для всего живого. Серобактерии в результате своей жизнедеятельности превращают этот газ в неактивное безвредное соединение.

Рис. 9. Несмотря на кажущуюся безжизненность, в реке Рио Тинто жизнь всё-таки есть. Это различные, окисляющие железо, бактерии и множество других их видов, которые можно встретить только в этом месте.

Рис. 10. Зелёные серобактерии в колонне Виноградского.

Роль бактерий в природе: минерализация органических остатков

Бактерии, принимающие активное участие в минерализации органических соединений, считаются чистильщиками (санитарами) планеты Земля. С их помощью органические вещества погибших растений и животных превращаются в перегной, который почвенные микроорганизмы превращают в минеральные соли, так необходимые для построения корневой, стеблевой и листовой систем растений.

Рис. 11. Минерализация органических веществ, поступающих в водоем, происходит в результате биохимического окисления.

Роль бактерий в природе: брожение пектиновых веществ

Клетки растительных организмов связываются друг с другом (цементируются) специальным веществом, которое называется пектин. Некоторые виды маслянокислых бактерий обладают способностью сбраживать это вещество, которое при нагревании превращая в студенистую массу (пектис). Эта особенность используется при замачивании растений, содержащих много волокон (лен, конопля).

Рис. 12. Существует несколько способов получения тресты. Самым распространённым является биологический способ, при котором связь волокнистой части с окружающими тканями разрушается под влиянием микроорганизмов. Процесс брожения пектиновых веществ лубяных растений называется мочкой, а вымоченная солома — трестой.

Роль бактерий в очистке воды

Бактерии, очищающие воду , стабилизируют уровень ее кислотности. С их помощью сокращаются донные отложения, улучшается здоровье рыб и растений, живущих в воде.

Недавно группой ученых из разных стран были обнаружены бактерии, которые разрушают детергенты, входящие в состав синтетических моющих средств и некоторые лекарственные препараты.

Рис. 13. Широко применяется деятельность ксенобактерий для очистки почв и водоемов, загрязненных нефтепродуктами.

Рис. 14. Пластиковые купола, очищающие воду. В них содержатся гетеротрофные бактерии, питаюшиеся углеродосодержащими материалами, и автотрофные бактерии, питаюшиеся аммиак- и азотсодержащие материалами. Система трубок поддерживает их жизнеобеспечение.

Использование бактерий при обогащении руд

Способность тионовых сероокисляющих бактерий используется для обогащения медных и урановых руд.

Рис. 15. На фото полезные бактерии — Тиобациллы и Acidithiobacillus ferrooxidans (электронная микрофотография). Они способны извлекать ионы меди для выщелачивания отходов, которые образуются при флотационном обогащении сульфидных руд.

Роль бактерий в маслянокислом брожении

Маслянокислые микробы находятся повсюду. Насчитывается более 25-и видов этих микробов. Они принимают участие в процессе разложения белков, жиров и углеводов.

Маслянокислое брожение вызывают анаэробные спорообразующие бактерии, относящиеся к роду клостридиум. Они способны сбраживать различные сахара, спирты, органические кислоты, крахмал, клетчатку.

Рис. 16. На фото маслянокислые микроорганизмы (компьютерная визуализация).

Роль бактерий в жизни животных

Множество видов животного мира питается растениями, основу которых составляет клетчатка. Переваривать клетчатку (целлюлозу) животным помогают особые микробы, местом пребывания которых являются определенные отделы желудочно-кишечного тракта.

Значение бактерий в животноводстве

Жизнедеятельность животных сопровождается выделением огромного количества навоза. Из него некоторые микроорганизмы могут производить метан («болотный газ»), который используется, как топливо и сырье в органическом синтезе.

Рис. 17. Газ метан как топливо для автомобилей.

Использование бактерий в пищевой промышленности

Роль бактерий в жизни человека огромна. Широко применяются в пищевой промышленности молочнокислые бактерии:

при производстве простокваши, сыров, сметаны и кефира;
при сквашивании капусты и засолке огурцов, принимают участие в мочении яблок и мариновании овощей;
они придают особый аромат винам;
вырабатывают молочную кислоту, сквашивающую молоко. Это свойство используется для производства простокваши и сметаны;
при приготовлении сыров и йогуртов в промышленных масштабах;
в процессе засаливания молочная кислота служит консервантом.

К молочнокислым бактериям относятся молочные стрептококки, сливочные стрептококки, палочки болгарская, ацидофильная, зерновая термофильная и огуречная . Бактерии рода стрептококков и лактобацилл придают продуктам более густую консистенцию. В результате их жизнедеятельности улучшается качество сыров. Именно они придают сыру определенный сырный аромат.

Рис. 18. На фото полезные бактерии — лактобактерии (розовый цвет), болгарская палочка и термофильный стрептококк.

Рис. 19. На фото полезные бактерии — кефирный (тибетский или молочный) гриб и молочнокислые палочки перед непосредственным внесением в молоко.

Рис. 20. Кисломолочная продукция.

Рис. 21. Термофильные стрептококки (Streptococcus thermophilus) применяются при приготовлении сыра моцарелла.

Рис. 22. Вариантов плесневого пенициллина множество. Бархатистая корочка, зеленоватые прожилки, неповторимый вкус и лекарственно-аммиачный аромат сыров уникален. Грибной вкус сыров зависит от места и длительности созревания.

Рис. 23. Бифилиз – биопрепарат для приема внутрь, содержащий массу живых бифидобактерий и лизоцим.

Использование дрожжей и грибов в пищевой промышленности

В пищевой промышленности используются преимущественно вид дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Они осуществляют спиртовое брожение, из-за чего широко применяются в хлебопекарном деле. Спирт при выпечке испаряется, а пузырьки углекислого газа формируют хлебный мякиш.

С 1910 года дрожжи стали добавлять в колбасы. Дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae применяются для производства вин, пива и кваса.

Рис. 24. Чайный гриб – это дружеский симбиоз уксусной палочки и дрожжевых грибков. Он появился в наших краях еще в прошлом веке.

Рис. 25. Дрожжи сухие и мокрые широко используются в хлебопекарной промышленности.

Рис. 26. Вид клеток дрожжей Saccharomyces cerevisiae под микроскопом и Saccharomyces cerevisiae — «настоящие» винные дрожжи.

Роль бактерий в жизни человека: уксуснокислое окисление

Еще Пастер доказал, что в уксуснокислом окислении принимают участие особые микроорганизмы — уксусные палочки , которые широко встречаются в природе. Они поселяются на растения, проникают в созревшие овощи и фрукты. Их много в квашеных овощах и фруктах, вине, пиве и квасе.

Способность уксусных палочек окислять этиловый спирт до уксусной кислоты используется сегодня для получения уксуса, применяемого в пищевых целях и при заготовке кормов для животных — силосовании (консервировании).

Рис. 27. Процесс силосования кормов. Силос — сочный корм, обладающий высокой кормовой ценностью.

Роль бактерий в жизни человека: производство лекарственных препаратов

Изучение жизнедеятельности микробов позволило ученым применять некоторые бактерии для синтеза антибактериальных препаратов, витаминов, гормонов и ферментов.

Они помогают бороться со многими инфекционными и вирусными заболеваниями. Чаще всего антибиотики продуцируют актиномицеты , реже – немицеллярные бактерии . Пенициллин, полученный из плесневых грибов, разрушает клеточную оболочку бактерий. Стрептомицеты продуцируют стрептомицин, который инактивирует рибосомы микробных клеток. Сенные палочки или Bacillus subtilis закисляют среду обитания. Они угнетают рост гнилостных и условно патогенных микроорганизмов за счет образования целого ряда веществ антимикробной направленности. Сенная палочка продуцирует ферменты, разрушающие вещества, которые образуются в результате гнилостного распада тканей. Они участвуют в синтезе аминокислот, витаминов и иммуноактивных соединений.

Используя технологию генной инженерии, сегодня ученые научились использовать для производства инсулина и интерферона.

Ряд бактерий предполагается использовать для получения специального белка, который можно будет добавлять в корм скоту и в пищу человеку.

Рис. 28. На фото споры сенной палочки или Bacillus subtilis (окрашены в синий цвет).

Рис. 29. Биоспорин-Биофарма — отечественный препарат, содержащий апатогенные бактерии рода Bacillus.

Использование бактерий для производства безопасных гербицидов

Сегодня широко используется методика применения фитобактерий для производства безопасных гербицидов. Токсины Bacillus thuringiensis выделяют опасные для насекомых Cry-токсины, что позволяет использовать эту особенность микроорганизмов в борьбе с вредителями растений.

Использование бактерий в производстве моющих средств

Протеазы или расщепляют пептидные связи между аминокислотами, из которых состоят белки. Амилаза расщепляет крахмал. Сенная палочка (B. subtilis ) продуцирует протеазы и амилазы. Бактериальные амилазы используются при производстве стирального порошка.

Рис. 30. Изучение жизнедеятельности микробов позволяет ученым применять некоторые их свойства для блага человека.

Значение бактерий в жизни человека огромно. Полезные бактерии являются постоянными спутниками человека много тысячелетий. Задача человечества — не нарушить это тонкое равновесие, которое сложилось между микроорганизмами, живущими внутри нас и в окружающей среде. Роль бактерий в жизни человека огромна. Ученые постоянно открывают полезные свойства микроорганизмов, использование которых в повседневной жизни и на производстве ограничивается только их свойствами.

Статьи раздела "Что мы знаем о микробах" Самое популярное

Эти микроорганизмы, или по крайней мере некоторые из них, заслуживают хорошего к себе отношения, ведь многие бактерии являются дружественными для наших организмов – по сути они являются полезными бактериями и обитают в наших телах постоянно, принося лишь пользу. За последние несколько лет ученые обнаружили, что из всех бактерий, обитающих в нашем организме, приносят вред нашему здоровью меньшинство. На самом деле, большинство обнаруженных бактерий, обитающих в наших организмах полезны для нас.

Благодаря проекту «Микробиом человека» был составлен и обнародован список из пяти полезных бактерий, обитающих в нашем организме. Хотя и существуют болезнетворные штаммы некоторых из бактерий, эти типы встречаются достаточно редко. Также следует отметить, что даже полезные штаммы этих бактерий, если они присутствуют у людей с сильно ослабленной иммунной системой и/или попадают в часть тела, где их не должно быть - могут вызвать заболевание. Однако это происходит не так часто. Вот список из пяти полезных бактерий, обитающих в наших организмах:

1. Бифидобактерии лонгум (Bifidobacterium longum)

Этот микроорганизм содержится в больших количествах в кишечнике младенцев. Они производят несколько кислот, которые делают микрофлору кишечника токсичной для многих болезнетворных бактерий. Таким образом, полезные бактерии Bifidobacterium longum служат для защиты людей от различных заболеваний.

Люди не могут самостоятельно переварить много молекул растительной пищи. Присутствуя в желудочно-кишечном тракте, бактерии Bacteroides thetaiotamicron расщепляют такие молекулы. Это позволяет людям переварить компоненты, присутствующие в растительной пище. Без этих полезных бактерий вегетарианцы были бы в беде.

3. Лактобацилла Джонсона (Lactobacillus Johnsonii)

Эта бактерия имеет жизненно важное значение для людей и в особенности для детей. Она находится в кишечнике и значительно облегчает процесс усвоения молока.

4. Кишечная палочка (Escherichia Coli)

Бактерии кишечной палочки синтезируют жизненно важный витамин К в желудочно-кишечном тракте человека. Обилие этого витамина позволяет механизму свертывания крови людей нормально функционировать. Этот витамин также необходим для нормальной работы печени, почек и желчного пузыря, обмена веществ и нормального усвоения кальция.

5. Стрептококк вириданс (Viridans Streptococci)

Эти полезные бактерии бурно размножаются в горле. Хотя люди и не рождаются с ними, со временем, после того, как человек родился, эти бактерии находят способ попасть в организм. Они размножаются там так хорошо, что оставляют совсем мало места для колонизации других, более вредных бактерий, тем самым защищая организм человека от болезней.

Как уберечь от гибели полезные бактерии

Нам необходимо использовать антибиотики только в крайних случаях, так как антибактериальные препараты помимо патогенных микроорганизмов уничтожают также полезную микрофлору, в результате чего в наших организмах возникает дисбаланс, и развиваются болезни. Помимо этого, вы также можете начать регулярно употреблять ферментированные продукты, богатые полезными штаммами микроорганизмов (полезными бактериями), такие как квашеная капуста и другие овощи, кисломолочные продукты (йогурт , кефир), комбуча , мисо, темпе и пр.

Мыть руки необходимо, но не стоит сильно налегать на мытье рук антибактериальным мылом, так как этот тоже вносит свой вклад в развитие бактериального дисбаланса в организме.

В организме человека обитает множество видов бактерий, среди которых выделяются полезные, патогенные и условно-патогенные формы. Рассмотрим особенности развития микробов, заболевания которые они провоцируют и способы заражения патогенами.

Существует мнение, что количество бактерий в организме человека превышает объем его собственных клеток в 10 раз. Однако последние исследования поставили под сомнение данный показатель. Согласно новым материалам, он варьирует в интервале от 1,5 до 2. Всего существует около 10 тыс. видов бактерий, которые приспособились к обитанию в различных условиях.

В организм человека они попадают из окружающей среды, в которой могут сохраняться длительное время. Патогенные формы являются возбудителями заболеваний, проявляющихся различной степенью интенсивности и опасности. Это может быть как легкая кожная сыпь, так и серьезное инфекционное проявление, представляющее угрозу для жизни пациента.

Бактерии появились на Земле примерно 3,5 миллиарда лет назад. Их строение незначительно отличается от современных видов. Все бактерии относятся к прокариотам, это значит, что в их клетке отсутствует оформленное ядро. Снаружи они окружены клеточной стенкой, которая сохраняет форму микроорганизма. Некоторые виды способны вырабатывать слизь, похожую на капсулу и защищающую микроб от высыхания. Существуют формы, которые могут активно перемещаться при помощи специальных жгутиков.

Внутреннее строение бактерий довольно простое. Клетка содержит основные включения:

цитоплазму, которая на 75% состоит из воды, а остальные 25% составляют минеральные вещества;
гранулы, являющиеся источником энергии для организма;
мезосомы, необходимые для деления клетки и спорообразования;
нуклеоид, содержащий генетическую информацию и выступающий в роли ядра;
рибосомы, участвующие в синтезе белка;
плазмиды.

Форма клеток бактерий может быть шарообразной, палочковидной, извитой или булавовидной. Они могут располагаться поодиночке или группами. В этом случае выделяют диплококки (попарное расположение), стрептококки (в виде цепочек), стафилококки (в форме виноградной лозы) и сарцины (размещение пакетом). Некоторые палочковидные бактерии при воздействии неблагоприятных условий образуют споры. Такие виды называются бациллы.

Все микроорганизмы размножаются делением клетки надвое. Причем скорость увеличения популяции может составлять всего 20 мин. Такая высокая интенсивность размножения наблюдается на пищевых продуктах и других питательных субстратах.

Полезные бактерии, обитающие в организме человека

К главным представителям полезной микрофлоры относятся:

Бифидобактерии. Они обитают преимущественно в толстом кишечнике, где участвуют в активации пристеночного пищеварения. В процессе жизнедеятельности образуют естественный биологический барьер, который препятствует проникновению болезнетворных микроорганизмов и токсинов. Кроме того, они вырабатывают особые кислоты, подавляющие размножение патогенных и условно-патогенных форм. Без участия бифидобактерий не происходит синтез витаминов группы В и К, а также всасывание железа и кальция.
Лактобактерии в процессе жизнедеятельности образуют лактазу, которая расщепляет молочный сахар. За счет выработки молочной кислоты они поддерживают необходимый уровень кислотности в кишечнике, а также ускоряют заживление пораженных участков ЖКТ. По аналогии с бифидобактериями они стимулируют иммунитет, активируя процесс фагоцитоза.

Эти микробы стоят на страже пищеварительного тракта, охраняя его от бесполезных микроорганизмов, которые могут поселиться в желудке и ухудшить состояние человека.

Нормальная микрофлора человека должна содержать оба вида микроорганизмов. Причем количество бифидобактерий может составлять до 95% от всего биоценоза организма, а лактобацилл – всего 5%. При этом последние обитают преимущественно во влагалище и полости рта.

Бифидо- и лактобактерии входят в состав препаратов, использующихся для нормализации микрофлоры человека. Они называются пробиотики, и помимо указанных микроорганизмов содержат пропионовокислые виды, термофильных стрептококков и лактококков. Комбинированные лекарства часто назначают при дисбактериозе, лечении антибиотиками, а также любых глистных инвазиях.

Для поддержания оптимального уровня полезных бактерий необходимо употреблять в пищу определенные продукты. Они должны состоять из компонентов, которые не перевариваются в верхних отделах кишечника, тем самым стимулируя размножение полезных микробов. К таким продуктам относятся сырые овощи, молочная продукция, отруби, крупы, ягоды, сухофрукты.

Патогенные формы коринебактерий

Микроорганизмы рода Corynebacterium относятся к грамположительным бактериям с формой тела в виде палочек. Большинство представителей обитают в природе и не представляют угрозы для здоровья человека. Однако несколько видов являются возбудителями серьезных заболеваний, требующих стационарного лечения.

Corynebacterium diphtheriae – немного изогнутые палочки с утолщением с одной стороны клетки. Их размер колеблется от 0,1 до 8 мкм. Как следует из названия, бактерия является причиной развития дифтерии. Симптомы заболевания зависят от места локализации патогена. Это может быть ротовая полость, нос, гортань, трахеи, бронхи, половые органы, кожа. Отравление организма человека происходит за счет выделения бактериями особого вещества, называемого экзотоксин. Его накапливание приводит к повышению температуры, лихорадке, головной боли, тошноте, дискомфорту в горле, увеличению лимфоузлов.

Другой вид Corynebacterium minutissimum провоцирует развитие дерматологических заболеваний. К одним из них относится эритразма, которая встречается только у взрослых людей. Проявляется в виде высыпаний на поверхности кожных складок: пахово-мошоночной, между ягодицами, иногда в межпальцевых зонах. Очаги поражения имеют вид коричневых пятен невоспаленной структуры, которые могут быть причиной невыраженного зуда. Бактерия хорошо сохраняется на бытовых предметах, в том числе на телефонах и планшетах.

Коринебактерии также являются частью нормальной микрофлоры толстого кишечника человека. Непатогенные формы активно применяются в промышленности для производства аминокислот, ферментов, а также сыров. Corynebacterium glutamicum используется при производстве глутаминовой кислоты, которая известна в качестве пищевой добавки Е620.

Стрептомицеты, их значение для человека

Род Streptomyces включает спорообразующие виды, которые обитают преимущественно в почве. Они образуют цепочки из клеток и напоминают по форме мицелий грибов. В процессе жизнедеятельности выделяют особые летучие вещества, которые придают земле характерный сырой запах. Необходимым условием существования стрептомицет является наличие молекулярного кислорода.

Многие виды способны производить ценные лекарственные вещества, относящиеся к группе антибиотиков (стрептомицин, эритромицин). В более ранние периоды стрептомицеты использовались для производства:

Физостигмина, применяемого как болеутоляющее средство при повышении глазного давления;
Такролимуса, необходимого для профилактики при пересадке почек, печени и костного мозга;
Аллозамидина, проявляющего активность против насекомых и грибов.

Streptomyces bikiniensis является патогенной формой, провоцирующей развитие бактериемии. При данном заболевании бактерии попадают в кровь и могут распространяться по всему организму.

Helicobacter pylori как вредоносная бактерия

Хеликобактер пилори имеет спиралевидную форму клетки размером до 3 мкм. Она способна активно перемещаться даже в густой слизи при помощи жгутиков. Бактерия поражает различные участки желудка и двенадцатиперстной кишки, вызывая заболевание хеликобактериоз. Причиной появления язв и гастрита очень часто становится данный вид микроба.

Хеликобактер закрепляется на поверхности слизистой оболочки желудка, повреждая ее и провоцируя развитие воспалительного процесса. Заражение бактерией проявляется в виде повторяющихся сильных болей в области желудка, которые затихают после приема пищи. Изжога, тошнота, рвота, плохая перевариваемость мясных блюд также относятся к симптомам заболевания.

Существует мнение, что Helicobacter pylori является частью нормальной микрофлоры человека, а патологическое состояние наступает при увеличении ее численности. При этом в желудке людей обитает около 50 штаммов данной бактерии, из которых только 5 представляют опасность для здоровья. В случае назначения антибиотиков уничтожаются все особи микроорганизма, в том числе и безвредные.

Escherichia coli как представитель естественной микрофлоры человека

Кишечная палочка относится к палочковидным бактериям, играющим важную роль в функционировании ЖКТ. Они могут длительное время существовать в окружающей среде, в том числе почве, воде и фекалиях. Микроорганизмы быстро погибают при кипячении и воздействии хлорных растворов. Бактерии активно размножаются на пищевых продуктах, особенно в молоке.

Escherichia coli способна поглощать кислород из просвета кишечника, тем самым защищая от уничтожения полезные лакто- и бифидобактерии. Кроме того, она участвует в выработке витаминов группы В, жирных кислот, а также влияет на усвоение железа и кальция кишечником. В норме содержание бактерий в фекалиях человека должно составлять не более 108 КОЕ/г. Превышение данного показателя указывает на развитие дисбактериоза на фоне воспалительного процесса в организме.

Патогенные формы могут быть причиной инфекционных заболеваний желудочно-кишечного тракта, сопровождающихся интоксикацией и лихорадкой. Энтеропатогенные штаммы кишечной палочки развиваются в тонком кишечнике у новорожденных детей и вызывают появление сильного поноса. У женщин при несоблюдении интимной гигиены бактерии могут попадать в мочеполовые органы, провоцируя развитие бактериурии.

Опасная бактерия Staphylococcus aureus

Золотистый стафилококк относится к неподвижным шарообразным микробам рода Staphylococcus. Клетки могут располагаться одиночно, парами или гроздьями. За счет содержания пигментов группы каротиноидов бактерия имеет золотистую окраску, которая заметна при изучении под микроскопом. Staphylococcus aureus отличается повышенной выносливостью к воздействию высоких температур, света и химических веществ.

Микроорганизм является причиной появления гнойно-воспалительных очагов заражения у человека. К основным зонам локализации патогена относятся носовые ходы и подмышечные области. Однако нередки случаи поражения гортани и желудочно-кишечного тракта. Бактерия широко распространена в медицинских учреждениях. Около 30% пациентов после госпитализации являются носителями золотистого стафилококка.

К основным симптомам заражения патогеном относятся повышение температуры тела, вялость, тошнота, отсутствие аппетита. При поражении кожи образуются небольшие пузыри, напоминающие ожоги, которые со временем превращаются в открытые ранки. Ринит, ангина, фарингит, пневмония могут развиваться при распространении патогена в дыхательных путях. Учащенное и болезненное мочеиспускание и боли в пояснице указывают на локализацию стафилококка в уретре.

Синегнойная палочка как один из патогенных видов бактерий

Бактерия относится к подвижным жгутиковым микроорганизмам, ее основное место обитания – почва и вода. В процессе жизнедеятельности она окрашивает среду питания в сине-зеленый цвет, с чем и связано ее название. Отличается высокой устойчивостью к воздействию препаратов из группы антибиотиков.

Pseudomonas aeruginosa опасна для людей со сниженным иммунитетом и, как правило, является внутрибольничной инфекцией. Заражение возможно через бытовые предметы, полотенца, необработанный медицинский инструмент. Повышенное скопление микроорганизма наблюдается на раневой поверхности и в глубине гнойных участков кожи.

Синегнойная инфекция может развиваться в:

лор-органах и сопровождаться отитом, гайморитом;
мочевыводящих путях с появлением уретрита, цистита;
мягких тканях;
кишечнике, вызывая дисбактериоз, энтерит, колит.

Бактерии наряду с вирусами являются возбудителями многочисленных заболеваний, которые не всегда поддаются лечению. Многообразие видов и их быстрое приспособление к воздействию медицинских препаратов делают микробы серьезной угрозой для здоровья человека. Однако в большинстве случаев заражения можно избежать, если соблюдать правила личной гигиены и укреплять иммунитет.

Вся совокупность бактерий, которые живут в организме человека, получила название микробиоты. Здоровая микрофлора кишечника состоит из множества бактерий. Их насчитывается более миллиона. Каждый микроорганизм играет огромную роль в нормализации функционирования всего организма. Если нарушается баланс и происходит нехватка какой-либо бактерии, это приводит к нарушениям в работе ЖКТ. Болезнетворный процесс начинает стремительно развиваться. Все полезные микроорганизмы находятся по большей части в кишечнике, а также на поверхности кожи и слизистых. Иммунная система способна регулировать необходимое количество полезных бактерий.

Микрофлора организма человека населена как полезными, так и патогенными организмами. В определенной концентрации это считается нормой. Существуют полезные и патогенные бактерии. Конечно же, в кишечнике намного больше полезных микроорганизмов. Баланс соблюдается только в том случае, когда хорошая микрофлора составляет более 95 процентов всех микроорганизмов. Выделяют такие виды бактерий, которые живут в человеческом организме:

лактобактерии;
бифидобактерии;
энтерококки;
кишечные палочки.

Бифидобактерии

Являются самым распространенным видом бактерий. Принимают непосредственно участие в образовании молочной кислоты и ацетата. Бифидобактерии способствуют созданию кислой среды, что помогает нейтрализовать практически все болезнетворные бактерии. В этом случае патогенная флора уже не может дальше развиваться. В организме прекращаются процессы гниения и брожения.

Бифидобактерии очень важны для детского организма. Они отвечают за аллергические реакции на различные продукты питания. Также оказывают хорошее антиоксидантное действие, препятствуют развитию опухолей.

Данный вид бактерий принимает участие в синтезе витамина С. Они помогают быстрому усвоению витаминов В и Д, которые принимают участие в формировании детского организма. Если бифидобактерий в организме мало, то даже синтетические витамины не смогут в полной мере восполнить их необходимое количество.

Лактобактерии

Данные микроорганизмы также играют довольно важную роль в нормальном функционировании организма. Они способны взаимодействовать с другими хорошими бактериями, населяющими кишечник. При этом блокируют развитие патогенной микрофлоры и подавляют жизнедеятельность бактерий, вызывающих болезни кишечника.

Лактобактерии принимают участие в образовании лизоцима, молочной кислоты и некоторых витаминов. Они являются отличными помощниками для иммунной системы. Дефицит данных бактерий практически всегда приводит к развитию дисбактериоза.

Часто лактобактерии можно обнаружить не только в кишечнике, но и на слизистых. Это является очень важным фактором, особенно для женского здоровья. С их помощью поддерживается необходимая кислотность во влагалище. Это помогает предотвратить развитие такого заболевания, как бактериальный вагиноз.

Энтерококки

Появляются в организме человека в первые дни после рождения. Способствуют хорошему усвоению сахарозы. Чаще всего энтерококки обнаруживаются в тонком кишечнике. Взаимодействуя с другими хорошими бактериями, они защищают организм от развития патогенной микрофлоры. Однако данный вид микроорганизмов принято относить к условно безопасным. В случае превышения их концентрации развиваются болезни кишечника.

Кишечная палочка

Многие виды таких микроорганизмов не способствуют развитию каких-либо заболеваний. В некоторых случаях они выполняют и защитную функцию. Их полезность заключается в синтезе коцилина, который создает препятствие для размножения патогенной микрофлоры. Кишечная палочка принимает участие в синтезе многих витаминов, а также никотиновой и фолиевой кислоты. Это очень важно, поскольку фолиевая кислота отвечает за образование красных кровяных телец в организме, что способствует поддержанию уровня гемоглобина.

Положительное воздействие бактерий на человеческий организм

Хорошие бактерии имеют массу полезных и нужных свойств. Организм способен функционировать нормально пока в нем поддерживается нужный баланс между бактериями, населяющими кишечник и слизистые. Очень много их участвует в важнейшем процессе синтеза витаминов. Витамины группы В не могут нормально усваиваться без воздействия на них полезных бактерий. Из-за этого может понижаться уровень гемоглобина в крови, страдают кожные покровы, наблюдаются нарушения нервной системы.

Бактерии способны расщеплять непереваренные компоненты пищи, которые достигают толстого кишечника. Полезные микроорганизмы способствуют поддержанию водно-солевого баланса в организме.

Микрофлора кишечника принимает участие в формировании местного иммунитета. Помогает блокировать размножение патогенных микроорганизмов. Поэтому люди не ощущают вздутия живота и развития метеоризма. Рост числа лимфоцитов провоцирует работу фагоцитов, которая заключается в борьбе с вредоносными микробами. При этом некоторые бактерии активно участвуют в синтезе иммуноглобулина А.

Полезные микроорганизмы положительно влияют на работу толстого и тонкого кишечника. С их помощью возможно поддержание необходимой кислотности, вследствие чего эпителий становится более устойчивым к воздействию вредоносных факторов. От микроорганизмов зависит и перистальтика кишечника. Бифидобактерии принимают участие в блокировании процессов гниения и брожения в организме. Множество бактерий постоянно находятся в симбиозе с болезнетворными микроорганизмами, контролируя их влияние на организм.

Общий баланс организма поддерживается биохимическими реакциями, происходящими в организме при участии бактерий. При этом выделяется тепловая энергия. Основу питания полезных бактерий составляют остатки непереваренной пищи.

Дисбактериоз

Дисбактериозом принято называть изменения в количестве и качестве бактерий. В этом случае большое количество хороших бактерий просто погибает, а плохие начинают быстро размножаться. Дисбактериоз во многих случаях охватывает не только кишечник. Он может проявляться в полости рта или на слизистых. В анализах могут быть обнаружены стрепто- и стафилококки.

При нормальном состоянии организма полезные бактерии способны полностью регулировать размножение болезнетворных микроорганизмов. Обычно дыхательные пути и кожа находятся под защитой. Но в случае нарушения баланса человек начинает ощущать некоторые симптомы развивающегося заболевания. Появляется боль в животе, вздутие, возможно развитие метеоризма и диареи. Позже начинаются авитаминоз, анемия. Из-за отсутствия аппетита стремительно снижается вес. У женщин могут развиваться нарушения в половой сфере. Появляются обильные выделения из влагалища. Часто они имеют неприятный запах. Кожа становится сухой. На ней можно обнаружить шероховатости и трещинки. Практически во всех случаях дисбактериоз является одним из проявлений длительного приема антибиотиков.

При первых признаках заболевания желательно сразу обращаться к врачу. Доктор назначит все необходимые обследования, на основании которых будет определено максимально эффективное лечение дисбактериоза. Наиболее часто в лечебных целях применяют различные пробиотики.

БАКТЕРИИ
обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра. Вместе с тем генетический материал бактерии (дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК) занимает в клетке вполне определенное место - зону, называемую нуклеоидом. Организмы с таким строением клеток называются прокариотами ("доядерными") в отличие от всех остальных - эукариот ("истинно ядерных"), ДНК которых находится в окруженном оболочкой ядре. Бактерии, ранее считавшиеся микроскопическими растениями, сейчас выделены в самостоятельное царство Monera - одно из пяти в нынешней системе классификации наряду с растениями, животными, грибами и протистами.

Ископаемые свидетельства. Вероятно, бактерии - древнейшая известная группа организмов. Слоистые каменные структуры - строматолиты, - датируемые в ряде случаев началом археозоя (архея), т.е. возникшие 3,5 млрд. лет назад, - результат жизнедеятельности бактерий, обычно фотосинтезирующих, т.н. сине-зеленых водорослей. Подобные структуры (пропитанные карбонатами бактериальные пленки) образуются и сейчас, главным образом у побережья Австралии, Багамских островов, в Калифорнийском и Персидском заливах, однако они относительно редки и не достигают крупных размеров, потому что ими питаются растительноядные организмы, например брюхоногие моллюски. В наши дни строматолиты растут в основном там, где эти животные отсутствуют из-за высокой солености воды или по другим причинам, однако до появления в ходе эволюции растительноядных форм они могли достигать огромных размеров, составляя существенный элемент океанического мелководья, сравнимый с современными коралловыми рифами. В некоторых древних горных породах обнаружены крохотные обугленные сферы, которые также считаются остатками бактерий. Первые ядерные, т.е. эукариотические, клетки произошли от бактерий примерно 1,4 млрд. лет назад.
Экология. Бактерий много в почве, на дне озер и океанов - повсюду, где накапливается органическое вещество. Они живут в холоде, когда столбик термометра чуть превышает нулевую отметку, и в горячих кислотных источниках с температурой выше 90° С. Некоторые бактерии переносят очень высокую соленость среды; в частности, это единственные организмы, обнаруженные в Мертвом море. В атмосфере они присутствуют в каплях воды, и их обилие там обычно коррелирует с запыленностью воздуха. Так, в городах дождевая вода содержит гораздо больше бактерий, чем в сельской местности. В холодном воздухе высокогорий и полярных областей их мало, тем не менее они встречаются даже в нижнем слое стратосферы на высоте 8 км. Густо заселен бактериями (обычно безвредными) пищеварительный тракт животных. Эксперименты показали, что для жизнедеятельности большинства видов они не обязательны, хотя и могут синтезировать некоторые витамины. Однако у жвачных (коров, антилоп, овец) и многих термитов они участвуют в переваривании растительной пищи. Кроме того, иммунная система животного, выращенного в стерильных условиях, не развивается нормально из-за отсутствия стимуляции бактериями. Нормальная бактериальная "флора" кишечника важна также для подавления попадающих туда вредных микроорганизмов.

СТРОЕНИЕ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ БАКТЕРИЙ

Бактерии гораздо мельче клеток многоклеточных растений и животных. Толщина их обычно составляет 0,5-2,0 мкм, а длина - 1,0-8,0 мкм. Разглядеть некоторые формы едва позволяет разрешающая способность стандартных световых микроскопов (примерно 0,3 мкм), но известны и виды длиной более 10 мкм и шириной, также выходящей за указанные рамки, а ряд очень тонких бактерий может превышать в длину 50 мкм. На поверхности, соответствующей поставленной карандашом точке, уместится четверть миллиона средних по величине представителей этого царства.
Строение. По особенностям морфологии выделяют следующие группы бактерий: кокки (более или менее сферические), бациллы (палочки или цилиндры с закругленными концами), спириллы (жесткие спирали) и спирохеты (тонкие и гибкие волосовидные формы). Некоторые авторы склонны объединять две последние группы в одну - спириллы. Прокариоты отличаются от эукариот главным образом отсутствием оформленного ядра и наличием в типичном случае всего одной хромосомы - очень длинной кольцевой молекулы ДНК, прикрепленной в одной точке к клеточной мембране. У прокариот нет и окруженных мембранами внутриклеточных органелл, называемых митохондриями и хлоропластами. У эукариот митохондрии вырабатывают энергию в процессе дыхания, а в хлоропластах идет фотосинтез (см. также КЛЕТКА). У прокариот вся клетка целиком (и в первую очередь - клеточная мембрана) берет на себя функцию митохондрии, а у фотосинтезирующих форм - заодно и хлоропласта. Как и у эукариот, внутри бактерии находятся мелкие нуклеопротеиновые структуры - рибосомы, необходимые для синтеза белка, но они не связаны с какими-либо мембранами. За очень немногими исключениями, бактерии не способны синтезировать стеролы - важные компоненты мембран эукариотической клетки. Снаружи от клеточной мембраны большинство бактерий одето клеточной стенкой, несколько напоминающей целлюлозную стенку растительных клеток, но состоящей из других полимеров (в их состав входят не только углеводы, но и аминокислоты и специфические для бактерий вещества). Эта оболочка не дает бактериальной клетке лопнуть, когда в нее за счет осмоса поступает вода. Поверх клеточной стенки часто находится защитная слизистая капсула. Многие бактерии снабжены жгутиками, с помощью которых они активно плавают. Жгутики бактерий устроены проще и несколько иначе, чем аналогичные структуры эукариот.

"ТИПИЧНАЯ" БАКТЕРИАЛЬНАЯ КЛЕТКА и ее основные структуры.

Сенсорные функции и поведение. Многие бактерии обладают химическими рецепторами, которые регистрируют изменения кислотности среды и концентрацию различных веществ, например сахаров, аминокислот, кислорода и диоксида углерода. Для каждого вещества существует свой тип таких "вкусовых" рецепторов, и утрата какого-то из них в результате мутации приводит к частичной "вкусовой слепоте". Многие подвижные бактерии реагируют также на колебания температуры, а фотосинтезирующие виды - на изменения освещенности. Некоторые бактерии воспринимают направление силовых линий магнитного поля, в том числе магнитного поля Земли, с помощью присутствующих в их клетках частичек магнетита (магнитного железняка - Fe3O4). В воде бактерии используют эту свою способность для того, чтобы плыть вдоль силовых линий в поисках благоприятной среды. Условные рефлексы у бактерий неизвестны, но определенного рода примитивная память у них есть. Плавая, они сравнивают воспринимаемую интенсивность стимула с ее прежним значением, т.е. определяют, стала она больше или меньше, и, исходя из этого, сохраняют направление движения или изменяют его.
Размножение и генетика. Бактерии размножаются бесполым путем: ДНК в их клетке реплицируется (удваивается), клетка делится надвое, и каждая дочерняя клетка получает по одной копии родительской ДНК. Бактериальная ДНК может передаваться и между неделящимися клетками. При этом их слияния (как у эукариот) не происходит, число особей не увеличивается, и обычно в другую клетку переносится лишь небольшая часть генома (полного набора генов), в отличие от "настоящего" полового процесса, при котором потомок получает по полному комплекту генов от каждого родителя. Такой перенос ДНК может осуществляться тремя путями. При трансформации бактерия поглощает из окружающей среды "голую" ДНК, попавшую туда при разрушении других бактерий или сознательно "подсунутую" экспериментатором. Процесс называется трансформацией, поскольку на ранних стадиях его изучения основное внимание уделялось превращению (трансформации) таким путем безвредных организмов в вирулентные. Фрагменты ДНК могут также переноситься от бактерии к бактерии особыми вирусами - бактериофагами. Это называется трансдукцией. Известен также процесс, напоминающий оплодотворение и называемый конъюгацией: бактерии соединяются друг с другом временными трубчатыми выростами (копуляционными фимбриями), через которые ДНК переходит из "мужской" клетки в "женскую". Иногда в бактерии присутствуют очень мелкие добавочные хромосомы - плазмиды, которые также могут переноситься от особи к особи. Если при этом плазмиды содержат гены, обусловливающие резистентность к антибиотикам, говорят об инфекционной резистентности. Она важна с медицинской точки зрения, поскольку может распространяться между различными видами и даже родами бактерий, в результате чего вся бактериальная флора, скажем кишечника, становится устойчивой к действию определенных лекарственных препаратов.

МЕТАБОЛИЗМ

Отчасти в силу мелких размеров бактерий интенсивность их метаболизма гораздо выше, чем у эукариот. При самых благоприятных условиях некоторые бактерии могут удваивать свою общую массу и численность примерно каждые 20 мин. Это объясняется тем, что ряд их важнейших ферментных систем функционирует с очень высокой скоростью. Так, кролику для синтеза белковой молекулы требуются считанные минуты, а бактерии - секунды. Однако в естественной среде, например в почве, большинство бактерий находится "на голодном пайке", поэтому если их клетки и делятся, то не каждые 20 мин, а раз в несколько дней.
Питание. Бактерии бывают автотрофами и гетеротрофами. Автотрофы ("сами себя питающие") не нуждаются в веществах, произведенных другими организмами. В качестве главного или единственного источника углерода они используют его диоксид (CO2). Включая CO2 и другие неорганические вещества, в частности аммиак (NH3), нитраты (NO-3) и различные соединения серы, в сложные химические реакции, они синтезируют все необходимые им биохимические продукты. Гетеротрофы ("питающиеся другим") используют в качестве основного источника углерода (некоторым видам нужен и CO2) органические (углеродсодержащие) вещества, синтезированные другими организмами, в частности сахара. Окисляясь, эти соединения поставляют энергию и молекулы, необходимые для роста и жизнедеятельности клеток. В этом смысле гетеротрофные бактерии, к которым относится подавляющее большинство прокариот, сходны с человеком.
Главные источники энергии. Если для образования (синтеза) клеточных компонентов используется в основном световая энергия (фотоны), то процесс называется фотосинтезом, а способные к нему виды - фототрофами. Фототрофные бактерии делятся на фотогетеротрофов и фотоавтотрофов в зависимости от того, какие соединения - органические или неорганические - служат для них главным источником углерода. Фотоавтотрофные цианобактерии (сине-зеленые водоросли), как и зеленые растения, за счет световой энергии расщепляют молекулы воды (H2O). При этом выделяется свободный кислород (1/2O2) и образуется водород (2H+), который, можно сказать, превращает диоксид углерода (CO2) в углеводы. У зеленых и пурпурных серных бактерий световая энергия используется для расщепления не воды, а других неорганических молекул, например сероводорода (H2S). В результате также образуется водород, восстанавливающий диоксид углерода, но кислород не выделяется. Такой фотосинтез называется аноксигенным. Фотогетеротрофные бактерии, например пурпурные несерные, используют световую энергию для получения водорода из органических веществ, в частности изопропанола, но его источником у них может служить и газообразный H2. Если основной источник энергии в клетке - окисление химических веществ, бактерии называются хемогетеротрофами или хемоавтотрофами в зависимости от того, какие молекулы служат главным источником углерода - органические или неорганические. У первых органика дает как энергию, так и углерод. Хемоавтотрофы получают энергию при окислении неорганических веществ, например водорода (до воды: 2H4 + O2 в 2H2O), железа (Fe2+ в Fe3+) или серы (2S + 3O2 + 2H2O в 2SO42- + 4H+), а углерод - из СO2. Эти организмы называют также хемолитотрофами, подчеркивая тем самым, что они "питаются" горными породами.
Дыхание. Клеточное дыхание - процесс высвобождения химической энергии, запасенной в "пищевых" молекулах, для ее дальнейшего использования в жизненно необходимых реакциях. Дыхание может быть аэробным и анаэробным. В первом случае для него необходим кислород. Он нужен для работы т.н. электронотранспортной системы: электроны переходят от одной молекулы к другой (при этом выделяется энергия) и в конечном итоге присоединяются к кислороду вместе с ионами водорода - образуется вода. Анаэробным организмам кислород не нужен, а для некоторых видов этой группы он даже ядовит. Высвобождающиеся в ходе дыхания электроны присоединяются к другим неорганическим акцепторам, например нитрату, сульфату или карбонату, или (при одной из форм такого дыхания - брожении) к определенной органической молекуле, в частности к глюкозе. См. также МЕТАБОЛИЗМ.

КЛАССИФИКАЦИЯ

У большинства организмов видом принято считать репродуктивно изолированную группу особей. В широком смысле это означает, что представители данного вида могут давать плодовитое потомство, спариваясь только с себе подобными, но не с особями других видов. Таким образом, гены конкретного вида, как правило, не выходят за его пределы. Однако у бактерий может происходить обмен генами между особями не только разных видов, но и разных родов, поэтому правомерно ли применять здесь привычные концепции эволюционного происхождения и родства, не вполне ясно. В связи с этой и другими трудностями общепринятой классификации бактерий пока не существует. Ниже приведен один из широко используемых ее вариантов.
ЦАРСТВО MONERA

Тип Gracilicutes (тонкостенные грамотрицательные бактерии)

Класс Scotobacteria (нефотосинтезирующие формы, например миксобактерии) Класс Anoxyphotobacteria (не выделяющие кислорода фотосинтезирующие формы, например пурпурные серные бактерии) Класс Oxyphotobacteria (выделяющие кислород фотосинтезирующие формы, например цианобактерии)

Тип Firmicutes (толстостенные грамположительные бактерии)

Класс Firmibacteria (формы с жесткой клеткой, например клостридии)
Класс Thallobacteria (разветвленные формы, например актиномицеты)

Тип Tenericutes (грамотрицательные бактерии без клеточной стенки)

Класс Mollicutes (формы с мягкой клеткой, например микоплазмы)

Тип Mendosicutes (бактерии с неполноценной клеточной стенкой)

Класс Archaebacteria (древние формы, например метанобразующие)

Домены. Недавние биохимические исследования показали, что все прокариоты четко разделяются на две категории: маленькую группу архебактерий (Archaebacteria - "древние бактерии") и всех остальных, называемых эубактериями (Eubacteria - "истинные бактерии"). Считается, что архебактерии по сравнению с эубактериями примитивнее и ближе к общему предку прокариот и эукариот. От прочих бактерий они отличаются несколькими существенными признаками, включая состав молекул рибосомной РНК (pРНК), участвующей в синтезе белка, химическую структуру липидов (жироподобных веществ) и присутствие в клеточной стенке вместо белково-углеводного полимера муреина некоторых других веществ. В приведенной выше системе классификации архебактерии считаются лишь одним из типов того же царства, которое объединяет и всех эубактерий. Однако, по мнению некоторых биологов, различия между архебактериями и эубактериями настолько глубоки, что правильнее рассматривать архебактерии в составе Monera как особое подцарство. В последнее время появилось еще более радикальное предложение. Молекулярный анализ выявил между двумя этими группами прокариот столь существенные различия в структуре генов, что присутствие их в рамках одного царства организмов некоторые считают нелогичным. В связи с этим предложено создать таксономическую категорию (таксон) еще более высокого ранга, назвав ее доменом, и разделить все живое на три домена - Eucarya (эукариоты), Archaea (архебактерии) и Bacteria (нынешние эубактерии).

ЭКОЛОГИЯ

Две важнейшие экологические функции бактерий - фиксация азота и минерализация органических остатков.
Азотфиксация. Связывание молекулярного азота (N2) с образованием аммиака (NH3) называется азотфиксацией, а окисление последнего до нитрита (NO-2) и нитрата (NO-3) - нитрификацией. Это жизненно важные для биосферы процессы, поскольку растениям необходим азот, но усваивать они могут лишь его связанные формы. В настоящее время примерно 90% (ок. 90 млн. т) годового количества такого "фиксированного" азота дают бактерии. Остальное количество производится химическими комбинатами или возникает при разрядах молний. Азот воздуха, составляющий ок. 80% атмосферы, связывается в основном грамотрицательным родом ризобиум (Rhizobium) и цианобактериями. Виды ризобиума вступают в симбиоз примерно с 14 000 видов бобовых растений (семейство Leguminosae), к которым относятся, например, клевер, люцерна, соя и горох. Эти бактерии живут в т.н. клубеньках - вздутиях, образующихся на корнях в их присутствии. Из растения бактерии получают органические вещества (питание), а взамен снабжают хозяина связанным азотом. За год таким способом фиксируется до 225 кг азота на гектар. В симбиоз с другими азотфиксирующими бактериями вступают и небобовые растения, например ольха. Цианобактерии фотосинтезируют, как зеленые растения, с выделением кислорода. Многие из них способны также фиксировать атмосферный азот, потребляемый затем растениями и в конечном итоге животными. Эти прокариоты служат важным источником связанного азота почвы в целом и рисовых чеков на Востоке в частности, а также главным его поставщиком для океанских экосистем.
Минерализация. Так называется разложение органических остатков до диоксида углерода (CO2), воды (H2O) и минеральных солей. С химической точки зрения, этот процесс эквивалентен горению, поэтому он требует большого количества кислорода. В верхнем слое почвы содержится от 100 000 до 1 млрд. бактерий на 1 г, т.е. примерно 2 т на гектар. Обычно все органические остатки, попав в землю, быстро окисляются бактериями и грибами. Более устойчиво к разложению буроватое органическое вещество, называемое гуминовой кислотой и образующееся в основном из содержащегося в древесине лигнина. Оно накапливается в почве и улучшает ее свойства.

БАКТЕРИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Учитывая разнообразие катализируемых бактериями химических реакций, неудивительно, что они широко используются в производстве, в ряде случаев с глубокой древности. Славу таких микроскопических помощников человека прокариоты делят с грибами, в первую очередь - дрожжами, которые обеспечивают большую часть процессов спиртового брожения, например при изготовлении вина и пива. Сейчас, когда стало возможным вводить в бактерии полезные гены, заставляя их синтезировать ценные вещества, например инсулин, промышленное применение этих живых лабораторий получило новый мощный стимул. См. также ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.
Пищевая промышленность. В настоящее время бактерии применяются этой отраслью в основном для производства сыров, других кисломолочных продуктов и уксуса. Главные химические реакции здесь - образование кислот. Так, при получении уксуса бактерии рода Acetobacter окисляют этиловый спирт, содержащийся в сидре или других жидкостях, до уксусной кислоты. Аналогичные процессы происходят при квашении капусты: анаэробные бактерии сбраживают содержащиеся в листьях этого растения сахара до молочной кислоты, а также уксусной кислоты и различных спиртов.
Выщелачивание руд. Бактерии применяются для выщелачивания бедных руд, т.е. переведения из них в раствор солей ценных металлов, в первую очередь меди (Cu) и урана (U). Пример - переработка халькопирита, или медного колчедана (CuFeS2). Кучи этой руды периодически поливают водой, в которой присутствуют хемолитотрофные бактерии рода Thiobacillus. В процессе своей жизнедеятельности они окисляют серу (S), образуя растворимые сульфаты меди и железа: CuFeS2 + 4O2 в CuSO4 + FeSO4. Такие технологии значительно упрощают получение из руд ценных металлов; в принципе, они эквивалентны процессам, протекающим в природе при выветривании горных пород.
Переработка отходов. Бактерии служат также для превращения отходов, например сточных вод, в менее опасные или даже полезные продукты. Сточные воды - одна из острых проблем современного человечества. Их полная минерализация требует огромных количеств кислорода, и в обычных водоемах, куда принято сбрасывать эти отходы, его для их "обезвреживания" уже не хватает. Решение заключается в дополнительной аэрации стоков в специальных бассейнах (аэротенках): в результате бактериям-минерализаторам хватает кислорода для полного разложения органики, и одним из конечных продуктов процесса в наиболее благоприятных случаях становится питьевая вода. Остающийся по ходу дела нерастворимый осадок можно подвергнуть анаэробному брожению. Чтобы такие водоочистные установки отнимали как можно меньше места и денег, необходимо хорошее знание бактериологии.
Другие пути использования. К другим важным областям промышленного применения бактерий относится, например, мочка льна, т.е. отделение его прядильных волокон от других частей растения, а также производство антибиотиков, в частности стрептомицина (бактериями рода Streptomyces).

БОРЬБА С БАКТЕРИЯМИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Бактерии приносят не только пользу; борьба с их массовым размножением, например в пищевых продуктах или в водных системах целлюлозно-бумажных предприятий, превратилась в целое направление деятельности. Пища портится под действием бактерий, грибов и собственных вызывающих автолиз ("самопереваривание") ферментов, если не инактивировать их нагреванием или другими способами. Поскольку главная причина порчи все-таки бактерии, разработка систем эффективного хранения продовольствия требует знания пределов выносливости этих микроорганизмов. Одна из наиболее распространенных технологий - пастеризация молока, убивающая бактерии, которые вызывают, например, туберкулез и бруцеллез. Молоко выдерживают при 61-63° С в течение 30 мин или при 72-73° С всего 15 с. Это не ухудшает вкуса продукта, но инактивирует болезнетворные бактерии. Пастеризовать можно также вино, пиво и фруктовые соки. Давно известна польза хранения пищевых продуктов на холоде. Низкие температуры не убивают бактерий, но не дают им расти и размножаться. Правда, при замораживании, например, до -25° С численность бактерий через несколько месяцев снижается, однако большое количество этих микроорганизмов все же выживает. При температуре чуть ниже нуля бактерии продолжают размножаться, но очень медленно. Их жизнеспособные культуры можно хранить почти бесконечно долго после лиофилизации (замораживания - высушивания) в среде, содержащей белок, например в сыворотке крови. К другим известным методам хранения пищевых продуктов относятся высушивание (вяление и копчение), добавка больших количеств соли или сахара, что физиологически эквивалентно обезвоживанию, и маринование, т.е. помещение в концентрированный раствор кислоты. При кислотности среды, соответствующей pH 4 и ниже, жизнедеятельность бактерий обычно сильно тормозится или прекращается.

БАКТЕРИИ И БОЛЕЗНИ

ИЗУЧЕНИЕ БАКТЕРИЙ

Многие бактерии нетрудно выращивать в т.н. культуральной среде, в состав которой могут входить мясной бульон, частично переваренный белок, соли, декстроза, цельная кровь, ее сыворотка и другие компоненты. Концентрация бактерий в таких условиях обычно достигает примерно миллиарда на кубический сантиметр, в результате чего среда становится мутной. Для изучения бактерий необходимо уметь получать их чистые культуры, или клоны, представляющие собой потомство одной-единственной клетки. Это нужно, например, для определения того, какой вид бактерии инфицировал больного и к какому антибиотику данный вид чувствителен. Микробиологические образцы, например, взятые из горла или ран мазки, пробы крови, воды или других материалов, сильно разводят и наносят на поверхность полутвердой среды: на ней из отдельных клеток развиваются округлые колонии. Отверждающим культуральную среду агентом обычно служит агар - полисахарид, получаемый из некоторых морских водорослей и почти ни одним видом бактерий не перевариваемый. Агаровые среды используют в виде "косячков", т.е. наклонных поверхностей, образующихся в стоящих под большим углом пробирках при застывании расплавленной культуральной среды, или в виде тонких слоев в стеклянных чашках Петри - плоских круглых сосудах, закрываемых такой же по форме, но чуть большей по диаметру крышкой. Обычно через сутки бактериальная клетка успевает размножиться настолько, что образует легко заметную невооруженным глазом колонию. Ее можно перенести на другую среду для дальнейшего изучения. Все культуральные среды должны быть перед началом выращивания бактерий стерильными, а в дальнейшем следует принимать меры против поселения на них нежелательных микроорганизмов. Чтобы рассмотреть выращенные таким способом бактерии, прокаливают на пламени тонкую проволочную петлю, прикасаются ею сначала к колонии или мазку, а затем - к капле воды, нанесенной на предметное стекло. Равномерно распределив взятый материал в этой воде, стекло высушивают и два-три раза быстро проводят над пламенем горелки (сторона с бактериями должна быть обращена вверх): в результате микроорганизмы, не повреждаясь, прочно прикрепляются к субстрату. На поверхность препарата капают краситель, затем стекло промывают в воде и вновь сушат. Теперь можно рассматривать образец под микроскопом. Чистые культуры бактерий идентифицируют главным образом по их биохимическим признакам, т.е. определяют, образуют ли они из определенных сахаров газ или кислоты, способны ли переваривать белок (разжижать желатину), нуждаются ли для роста в кислороде и т.д. Проверяют также, окрашиваются ли они специфическими красителями. Чувствительность к тем или иным лекарственным препаратам, например антибиотикам, можно выяснить, поместив на засеянную бактериями поверхность маленькие диски из фильтровальной бумаги, пропитанные данными веществами. Если какое-либо химическое соединение убивает бактерии, вокруг соответствующего диска образуется свободная от них зона.

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .