Кратка информация за бактериите. Царство бактерии - обща характеристика

Съвкупността от бактерии, обитаващи човешкото тяло, има общо наименование - микробиота. В нормалната, здрава човешка микрофлора има няколко милиона бактерии. Всеки от тях играе важна роля за нормалното функциониране човешкото тяло.

При липса на какъвто и да е вид полезни бактерии, човек започва да се разболява, функционирането на стомашно-чревния тракт и дихателните пътища се нарушава. Полезните за човека бактерии са концентрирани върху кожата, в червата и върху лигавиците на тялото. Броят на микроорганизмите се регулира от имунната система.

Обикновено човешкото тяло съдържа както полезна, така и патогенна микрофлора. Бактериите могат да бъдат полезни или патогенни.

Има много повече полезни бактерии. Те съставляват 99% от общ броймикроорганизми.

В тази ситуация се поддържа необходимият баланс.

Между различни видовебактериите, живеещи в човешкото тяло, могат да бъдат разграничени:

• бифидобактерии;
• лактобацили;
• ентерококи;
• коли.

бифидобактерии

Този тип микроорганизми са най-често срещаните и участват в производството на млечна киселина и ацетат. Създава кисела среда, като по този начин неутрализира повечето патогенни микроби. Патогенната флора престава да се развива и да предизвиква процеси на гниене и ферментация.

Бифидобактериите играят важна роля в живота на детето, тъй като те са отговорни за наличието на алергична реакция към всеки хранителни продукти. Освен това имат антиоксидантен ефект и предотвратяват развитието на тумори.

Синтезът на витамин С не е пълен без участието на бифидобактерии. Освен това има информация, че бифидобактериите помагат за усвояването на витамини D и B, които са необходими на човек, за да функционира нормално. Ако има дефицит на бифидобактерии, дори приемането на синтетични витамини от тази група няма да доведе до никакви резултати.

Лактобацили

Тази група микроорганизми също е важна за човешкото здраве. Благодарение на взаимодействието им с други обитатели на червата се блокира растежа и развитието на патогенни микроорганизми и се потискат патогените на чревни инфекции.

Лактобацилите участват в образуването на млечна киселина, лизоцин и бактериоцини. Това е голяма помощ за имунната система. Ако има дефицит на тези бактерии в червата, тогава дисбиозата се развива много бързо.

Лактобацилите населяват не само червата, но и лигавиците. Така че тези микроорганизми са важни за женско здраве. Поддържат киселинността на влагалищната среда и предотвратяват развитието на бактериална вагиноза.

Ешерихия коли

Не всички видове E. coli са патогенни. Повечето от тях, напротив, изпълняват защитна функция. Полезността на рода Е. coli се състои в синтеза на коцилин, който активно се противопоставя на основната част от патогенната микрофлора.

Тези бактерии са полезни за синтеза различни групивитамини, фолиева и никотинова киселина. Тяхната роля за здравето не бива да се подценява. Например, фолиевата киселина е от съществено значение за производството на червени кръвни клетки и поддържането на нормални нива на хемоглобина.

Ентерококи

Този вид микроорганизми колонизират червата на човека веднага след раждането.

Те помагат за усвояването на захарозата. Живеейки предимно в тънките черва, те, подобно на други полезни непатогенни бактерии, осигуряват защита срещу прекомерно размножаване на вредни елементи. В същото време ентерококите се считат за относително безопасни бактерии.

Ако започнат да надвишават приемливи стандарти, се развиват различни бактериални заболявания. Списъкът с болести е много дълъг. Започвайки от чревни инфекции, завършвайки с менингококова.

Положителни ефекти на бактериите върху тялото

Полезни свойстванепатогенните бактерии са много разнообразни. Докато има баланс между обитателите на червата и лигавиците, човешкият организъм функционира нормално.

Повечето бактерии участват в синтеза и разграждането на витамините. Без тяхното присъствие витамините от група В не се усвояват от червата, което води до нарушения нервна система, кожни заболявания, понижен хемоглобин.

По-голямата част от несмляните компоненти на храната, които достигат до дебелото черво, се разграждат именно от бактерии. В допълнение, микроорганизмите осигуряват постоянството на водно-солевия метаболизъм. Повече от половината от цялата микрофлора участва в регулирането на усвояването на мастни киселини и хормони.

Чревната микрофлора формира локален имунитет. Именно тук се унищожава по-голямата част от патогенните организми и се блокира вредният микроб.

Съответно хората не усещат подуване и газове. Увеличаването на лимфоцитите провокира активните фагоцити да се борят с врага и да стимулират производството на имуноглобулин А.

Полезните непатогенни микроорганизми имат положителен ефект върху стените на тънките и дебелите черва. Те подкрепят там постоянно нивокиселинност, стимулират лимфоидния апарат, епителът става устойчив на различни канцерогени.

Чревната перисталтика също до голяма степен зависи от това какви микроорганизми има в него. Потискането на процесите на гниене и ферментация е една от основните задачи на бифидобактериите. Много микроорганизми дълги годиниразвиват се в симбиоза с патогенни бактерии, като по този начин ги контролират.

Биохимичните реакции, които постоянно се случват с бактериите, отделят много топлинна енергия, поддържайки общия топлинен баланс на тялото. Микроорганизмите се хранят с несмлени остатъци.

Дисбактериоза

Дисбактериозае изменение на количествените и качествен съставбактерии в човешкото тяло . При което полезни организмиумират, а вредните се размножават активно.

Дисбактериозата засяга не само червата, но и лигавиците (може да има дисбиоза на устната кухина, вагината). Имената, които ще преобладават в анализите са: стрептококи, стафилококи, микрококи.

В нормални условия полезните бактерии регулират развитието на патогенната микрофлора. Кожата и дихателните органи обикновено са под надеждна защита. Когато балансът е нарушен, човек изпитва следните симптоми: метеоризъм в червата, подуване на корема, болки в корема, чувство на неудовлетвореност.

По-късно може да започне загуба на тегло, анемия и недостиг на витамини. От репродуктивната система има обилно течение, често придружено от неприятна миризма. По кожата се появяват дразнене, грапавост и пукнатини. Дисбактериозата е страничен ефект след прием на антибиотици.

Ако забележите такива симптоми, определено трябва да се консултирате с лекар, който ще предпише набор от мерки за възстановяване на нормалната микрофлора. Това често налага прием на пробиотици.

Вярно, бактерии), микроорганизми с прокариотичен тип клетъчна структура: техният генетичен апарат не е затворен в клетъчно ядро, изолирано от мембрана.

Размери и форми на клетките.Повечето бактерии са едноклетъчни организми с размер 0,2-10,0 микрона. Сред бактериите има и „джуджета“, така наречените нанобактерии (около 0,05 микрона), и „гиганти“, например бактерии от родовете Achromatium и Macromonas (дължина до 100 микрона), обитатели на червата на рибата хирург Epulopiscium fishelsoni (дължина до 600 микрона) и Thiomargarita namibiensis, изолирани от крайбрежните морски води на Намибия и Чили (до 800 µm). Най-често бактериалната клетка има пръчковидна, сферична (коки) или извита (вибриони, спирили и спирохети) форма. Открити са видове с триъгълни, квадратни, звездовидни и плоски (плочевидни) клетки. Някои бактерии съдържат цитоплазмени издатини, наречени prosteks. Бактериите могат да бъдат единични, да образуват двойки, къси и дълги вериги, гроздове, да образуват пакети от 4, 8 или повече клетки (sarcinae), розетки, мрежи и мицел (actinomycetes). Известни са и многоклетъчни форми, образуващи прави и разклонени трихоми (микроколонии). Откриват се както подвижни, така и неподвижни бактерии. Първите най-често се движат с помощта на флагели, понякога чрез плъзгащи се клетки (миксобактерии, цианобактерии, спирохети и др.). Известно е и „скачащо“ движение, чиято природа не е ясна. За подвижните форми са описани явленията на активно движение в отговор на действието на физични или химични фактори.

Химичен състав и структура на клетките. Една бактериална клетка обикновено е 70-80% вода. В сухия остатък протеинът представлява 50%, компонентите на клетъчната стена 10-20%, РНК 10-20%, ДНК 3-4% и липидите 10%. Средно количеството въглерод е 50%, кислород 20%, азот 14%, водород 8%, фосфор 3%, сяра и калий по 1%, калций и магнезий по 0,5% и желязо 0,2%.

С малки изключения (микоплазми), бактериалните клетки са заобиколени от клетъчна стена, която определя формата на бактерията и изпълнява механични и важни физиологични функции. Основният му компонент е сложният биополимер муреин (пептидогликан). В зависимост от характеристиките на състава и структурата на клетъчната стена, бактериите се държат различно, когато се оцветяват по метода на H. C. Gram (датският учен, предложил метода на оцветяване), който служи като основа за разделянето на бактериите на грам-положителни, грам-отрицателни и такива без клетъчна стена (например микоплазма). Първите се отличават с високо (до 40 пъти) съдържание на муреин и дебела стена; при грам-отрицателните е значително по-тънък и покрит отвън с външна мембрана, състояща се от протеини, фосфолипиди и липополизахариди и, очевидно, участващи в транспорта на вещества. Много бактерии имат власинки (фимбрии, пили) и флагели на повърхността си, които позволяват тяхното движение. Често клетъчните стени на бактериите са заобиколени от мукозни капсули с различна дебелина, образувани главно от полизахариди (понякога гликопротеини или полипептиди). В редица бактерии са открити и така наречените S-слоеве (от англ. повърхност), облицоващи външната повърхност на клетъчната мембрана с равномерно опаковани протеинови структури с правилна форма.

Цитоплазмената мембрана, която отделя цитоплазмата от клетъчната стена, служи като осмотична бариера на клетката и регулира транспорта на веществата; в него се извършват процесите на дишане, азотфиксация, хемосинтеза и др.. Често образува инвагинации - мезозоми. Биосинтезата на клетъчната стена, спорулацията и др. също са свързани с цитоплазмената мембрана и нейните производни. Към него са прикрепени флагели и геномна ДНК.

Бактериалната клетка е организирана доста просто. В цитоплазмата на много бактерии има включвания, представени от различни видове мехурчета (везикули), образувани в резултат на инвагинация на цитоплазмената мембрана. Фототрофните, нитрифициращите и метанокисляващите бактерии се характеризират с развита мрежа от цитоплазмени мембрани под формата на неразделени везикули, напомнящи граната на еукариотните хлоропласти. Клетките на някои обитаващи вода бактерии съдържат газови вакуоли (аерозоми), които действат като регулатори на плътността; В много бактерии се откриват включвания на резервни вещества - полизахариди, поли-β-хидроксибутират, полифосфати, сяра и др. Рибозомите също присъстват в цитоплазмата (от 5 до 50 хиляди). Някои бактерии (например много цианобактерии) имат карбоксизоми - тела, които съдържат ензим, участващ във фиксирането на CO 2 . Така наречените параспорални тела на някои спорообразуващи бактерии съдържат токсин, който убива ларвите на насекомите.

Бактериалният геном (нуклеоид) е представен от кръгова ДНК молекула, която често се нарича бактериална хромозома. Бактериалният геном се характеризира с комбинацията от много функционално свързани гени в така наречените оперони. В допълнение, клетката може да съдържа екстрахромозомни генетични елементи - плазмидна ДНК, която носи няколко гена, полезни за бактериите (включително гени за резистентност към антибиотици). Тя може да съществува автономно или временно да бъде включена в хромозомата. Но понякога, в резултат на мутации, тази ДНК губи способността си да напуска хромозомата и се превръща в постоянен компонент на генома. Появата на нови гени може да бъде причинена и от генетичен трансфер в резултат на еднопосочен трансфер на ДНК от клетка донор към клетка реципиент (аналог на половия процес). Такъв трансфер може да стане чрез директен контакт на две клетки (конюгация), с участието на бактериофаги (трансдукция) или чрез навлизане на гени в клетката от външната среда без междуклетъчен контакт. Всичко това е от голямо значение за микроеволюцията на бактериите и придобиването на нови свойства.

Възпроизвеждане. Повечето бактерии се възпроизвеждат чрез делене на две, по-рядко чрез пъпкуване, а някои (например актиномицети) - с помощта на екзоспори или фрагменти от мицел. Известен е метод на многократно делене (с образуването на малки репродуктивни клетки-баеоцити в редица цианобактерии). Многоклетъчните прокариоти могат да се възпроизвеждат чрез отделяне на една или повече клетки от трихомите. Някои бактерии се характеризират със сложен цикъл на развитие, по време на който морфологията на клетките може да се промени и да се образуват покойни форми: цисти, ендоспори, акинети. Миксобактериите са способни да образуват плодни тела, често с причудливи конфигурации и цветове.

Отличителна черта на бактериите е способността им да се възпроизвеждат бързо. Например, времето за удвояване на клетките на Ешерихия коли е 20 минути. Изчислено е, че потомството на една клетка, в случай на неограничен растеж, само за 48 часа би надвишило масата на Земята 150 пъти.

Условия на живот. Бактериите са се приспособили към различни условия на живот. Те могат да се развиват в температурен диапазон от -5 (и по-ниски) до 113 °C. Сред тях са: психрофили, растящи при температури под 20 ° C (за Bacillus psichrophilus, например, максималната температура на растеж е -10 ° C), мезофили (оптимален растеж при 20-40 ° C), термофили (50-60 ° C), екстремни термофили (70 °C) и хипертермофили (80 °C и повече). Спорите на някои видове бактерии могат да издържат на краткотрайно нагряване до 160-180 °C и продължително охлаждане до -196 °C и по-ниски. Някои бактерии са изключително устойчиви на йонизиращо лъчение и дори живеят в охлаждащата вода на ядрени реактори (Deinococcus radiodurans). Редица бактерии (барофили или пиезофили) понасят хидростатично налягане до 101 хиляди kPa, а някои видове не растат при налягане под 50 хиляди kPa. В същото време има бактерии, които не могат да издържат дори на леко повишаване на атмосферното налягане. Повечето видове бактерии не се развиват, ако концентрацията на соли (NaCl) в средата надвишава 0,5 mol/l. Оптимални условия за развитие на умерени и екстремни халофили се наблюдават в среди с концентрации на NaCl съответно 10 и 30%; те могат да растат дори в наситени солеви разтвори.

По правило бактериите предпочитат неутрални условия на околната среда (рН около 7,0), въпреки че има както екстремни ацидифили, способни да растат при рН 0,1-0,5, така и алкалофили, развиващи се при рН до 13,0.

По-голямата част от изследваните бактерии са аероби. Някои от тях могат да растат само при ниски концентрации на O 2 - до 1,0-5,0% (микроаерофили). Факултативните анаероби растат както в присъствието на O 2, така и в негово отсъствие; те са в състояние да превключат метаболизма от аеробно дишане към ферментация или анаеробно дишане (ентеробактерии). Растежът на аеротолерантните анаероби не се инхибира в присъствието на малко количество О2, т.к. те не го използват в процеса на живот (например, млечнокисели бактерии). За строгите анаероби дори следите от O 2 в местообитанието са разрушителни.

Много бактерии оцеляват при неблагоприятни условия на околната среда, образувайки пасивни форми.

Повечето бактерии, които използват азотни съединения, като правило използват неговите редуцирани форми (най-често амониеви соли), някои се нуждаят от готови аминокиселини, докато други също асимилират неговите окислени форми (главно нитрати). Значителен брой свободно живеещи и симбиотични бактерии са способни да фиксират молекулярен азот (вижте статията Фиксиране на азот). Фосфорът, който е част от нуклеиновите киселини и други клетъчни съединения, се получава от бактериите главно от фосфати. Източникът на сяра, необходима за биосинтеза на аминокиселини и някои ензимни кофактори, най-често е сулфатите; Някои видове бактерии изискват намалени серни съединения.

Таксономия. Няма официално приета класификация на бактериите. Първоначално за тези цели е използвана изкуствена класификация, основана на сходството на техните морфологични и физиологични характеристики. Една по-напреднала филогенетична (естествена) класификация обединява сродни форми въз основа на техния общ произход. Този подход стана възможен след избора на гена 16S rRNA като универсален маркер и появата на методи за определяне и сравняване на нуклеотидни последователности. Генът, кодиращ 16S rRNA (част от малката субединица на прокариотната рибозома) присъства във всички прокариоти и се характеризира с висока степен на запазване на нуклеотидната последователност и функционална стабилност.

Най-често използваната е класификацията, публикувана в периодичното издание на определителя Bergi (Bergi); вижте и сайта в интернет - http://141. 150.157.117:8080/prokPUB/index.htm. Според един от съществуващи системиорганизми, бактериите заедно с археите съставляват царството на прокариотите. Много изследователи ги разглеждат като домейн (или суперцарство), заедно с домейните (или суперцарства) на археи и еукариоти. В рамките на домейна най-големите таксони бактерии са филата: Proteobacteria, включително 5 класа и 28 разреда; Actinobacteria (5 класа и 14 разреда) и Firmicutes (3 класа и 9 разреда). Освен това се разграничават таксономични категории от по-нисък ранг: семейства, родове, видове и подвидове.

Според съвременните концепции бактериалните щамове, в които нуклеотидните последователности в гените, кодиращи 16S rRNA, съвпадат с повече от 97%, а нивото на хомоложност на нуклеотидните последователности в генома надвишава 70%, се класифицират като един вид. Описани са не повече от 5000 вида бактерии, които представляват само малка част от обитаващите нашата планета.

Бактериите активно участват в биогеохимичните цикли на нашата планета (включително цикъла на повечето химически елементи). Съвременната геохимична активност на бактериите също има глобален характер. Например, от 4,3 10 10 тона (гигатона) органичен въглерод, фиксиран по време на фотосинтезата в Световния океан, около 4,0 10 10 тона са минерализирани във водния стълб и 70-75% от тях са бактерии и някои други микроорганизми, и общото производство на редуцирана сяра в океанските седименти достига 4,92·10 8 тона годишно, което е почти три пъти повече от общото годишно производство на всички видове суровини, съдържащи сяра, използвани от човечеството. По-голямата част от парниковия газ метан, навлизащ в атмосферата, се произвежда от бактерии (метаногени). Бактериите са ключов фактор в почвообразуването, окислителните зони на сулфидни и серни отлагания, образуването на железни и манганови седиментни скали и др.

Някои бактерии причиняват сериозни заболявания при хора, животни и растения. Те често причиняват щети на селскостопански продукти, разрушаване на подземни части на сгради, тръбопроводи, метални конструкциимини, подводни структури и др. Изследването на характеристиките на жизнената активност на тези бактерии дава възможност за развитие ефективни начинизащита от щетите, които причиняват. В същото време положителната роля на бактериите за хората не може да бъде надценена. С помощта на бактерии, вино, млечни продукти, закваски и други продукти, ацетон и бутанол, оцетна и лимонена киселина, някои витамини, редица ензими, антибиотици и каротеноиди; бактериите участват в трансформацията на стероидни хормони и други съединения. Те се използват за производството на протеин (включително ензими) и редица аминокиселини. Използването на бактерии за преработка на селскостопански отпадъци в биогаз или етанол прави възможно създаването на фундаментално нови възобновяеми енергийни ресурси. Бактериите се използват за извличане на метали (включително злато), увеличаване на добива на нефт (виж статии Бактериално излужване, Биогеотехнология). Благодарение на бактериите и плазмидите стана възможно развитието на генното инженерство. Изследването на бактериите изигра огромна роля в развитието на много области на биологията, медицината, агрономията и др. Значението им в развитието на генетиката е голямо, т.к. те се превърнаха в класически обект за изучаване природата на гените и механизмите на тяхното действие. Установяването на метаболитни пътища за различни съединения и т.н. е свързано с бактериите.

Потенциалът на бактериите е практически неизчерпаем. Задълбочаването на знанията за техните жизнени дейности отваря нови насоки за ефективно използване на бактериите в биотехнологиите и други индустрии.

Лит.: Schlegel G. Обща микробиология. М., 1987; Прокариотите: Електронно издание 3.0-3.17-. N. Y., 1999-2004-; Заварзин Г. А., Колотилова Н. Н. Въведение в естествената историческа микробиология. М., 2001; Мадиган М. Т., Мартинко Дж., Паркър Дж. Брок биология на микроорганизмите. 10-то изд. Горна седлова река, 2003 г.; Екология на микроорганизмите. М., 2004.

Темп на растеж и бактериален растежи други микроорганизми зависи от условията на околната среда. Температурата, светлината, кислородът, влажността и pH (нивото на киселинност или алкалност), заедно с храненето, влияят върху скоростта на растеж на бактериите. От тях температурата е от особен интерес за техници и инженери. За всеки вид бактерии има минимална температура, при която могат да се развиват. Под този праг бактериите спят зимен сън и не могат да се възпроизвеждат. Абсолютно същото за всеки видове бактерииима максимален температурен праг. При температури над тази граница бактериите се унищожават. Между тези граници е оптималната температура, при която бактериите се размножават с максимална скорост. Оптимална температураза повечето бактерии, които се хранят с животински изпражнения и мъртви тъкани на животни и растения (сапрофити), от 24 до 30 ° C. Оптималната температура за повечето бактерии, които причиняват инфекции и заболявания в гостоприемника (патогенни бактерии), е около 38°C. В повечето случаи можете значително да намалите скорост на бактериален растеж, ако околната среда. И накрая, има няколко вида бактерии, които се развиват най-добре при температура на водата, докато други виреят при температури на замръзване.

Допълнение към горното

Произход, еволюция, място в развитието на живота на Земята

Еукариотите са възникнали в резултат на симбиогенеза от бактериални клетки много по-късно: преди около 1,9-1,3 милиарда години. Еволюцията на бактериите се характеризира с подчертано физиологично и биохимично пристрастие: с относителната бедност на формите на живот и примитивната структура те са усвоили почти всички известни в момента биохимични процеси. Прокариотната биосфера вече е имала всички съществуващи в момента начини за трансформиране на материята. Еукариотите, прониквайки в него, променят само количествените аспекти на тяхното функциониране, но не и качествените, на много етапи от елементите бактериите все още запазват монополна позиция.

Някои от най-старите бактерии са цианобактериите. В скалите, образувани преди 3,5 милиарда години, са открити продукти от тяхната жизнена дейност - строматолити; безспорни доказателства за съществуването на цианобактерии датират отпреди 2,2-2,0 милиарда години. Благодарение на тях в атмосферата започва да се натрупва кислород, който преди 2 милиарда години достига концентрации, достатъчни за започване на аеробно дишане. Образуванията, характерни за облигатния аеробен Metallogenium, датират от това време.

Появата на кислород в атмосферата нанесе сериозен удар на анаеробните бактерии. Те или измират, или се преместват в локално запазени зони без кислород. Общото видово разнообразие на бактериите намалява по това време.

Предполага се, че поради липсата на полов процес, еволюцията на бактериите следва напълно различен механизъм от този на еукариотите. Постоянният хоризонтален трансфер на гени води до неясноти в картината на еволюционните връзки; еволюцията протича изключително бавно (и може би е спряла напълно с появата на еукариотите), но при променящи се условия има бързо преразпределение на гени между клетки с постоянен общ генетичен басейн.

Структура

От задължителните клетъчни структури се разграничават три:

• нуклеоид
• рибозоми
• цитоплазмена мембрана (CPM)

Структура на протопласта

Една от основните разлики между бактериална клетка и еукариотна клетка е липсата на ядрена мембрана и, строго погледнато, общата липса на интрацитоплазмени мембрани, които не са производни на CPM. Въпреки това, различни групи прокариоти (особено често грам-положителни бактерии) имат локални инвагинации на CPM - мезозоми, които изпълняват различни функции в клетката и я разделят на функционално различни части. Много фотосинтезиращи бактерии имат развита мрежа от фотосинтетични мембрани, получени от CPM. При лилавите бактерии те са запазили връзка с CPM, която лесно се открива в срезове под електронен микроскоп; при цианобактериите тази връзка е или трудна за откриване, или е изгубена в процеса на еволюцията. В зависимост от условията и възрастта на културата, фотосинтетичните мембрани образуват различни структури - везикули, хроматофори, тилакоиди.

Цялата генетична информация, необходима за живота на бактериите, се съдържа в една ДНК (бактериална хромозома), най-често под формата на ковалентно затворен пръстен (линейни хромозоми се срещат в Streptomyces и Borrelia). Той е прикрепен към CPM в една точка и е поставен в структура, която е отделна, но не е отделена с мембрана от цитоплазмата, и се нарича нуклеоид. Разгънатата ДНК е с дължина повече от 1 мм. Бактериалната хромозома обикновено се представя в едно копие, т.е. почти всички прокариоти са хаплоидни, въпреки че в определени условияедна клетка може да съдържа няколко копия на своята хромозома, а Burkholderia cepacia има три различни пръстеновидни хромозоми (с дължина 3,6, 3,2 и 1,1 милиона базови двойки). Рибозомите на прокариотите също са различни от тези на еукариотите и имат седиментационна константа 70 S (80 S при еукариотите).

В допълнение към тези структури в цитоплазмата могат да присъстват и включвания на резервни вещества.

Клетъчна мембрана и повърхностни структури

При бактериите има два основни типа структура на клетъчната стена, характерна за грам-положителните и грам-отрицателните видове.

Клетъчната стена на Грам-положителните бактерии е хомогенен слой с дебелина 20-80 nm, изграден основно от пептидогликан с по-малко количество тейхоеви киселини и малко количество полизахариди, протеини и липиди (т.нар. липополизахарид). Клетъчната стена има пори с диаметър 1-6 nm, които я правят пропусклива за редица молекули.

При грам-отрицателните бактерии пептидогликановият слой е хлабаво съседен на CPM и има дебелина само 2-3 nm. Той е обкръжен външна мембрана, който като правило има неравна, извита форма. Между CPM, пептидогликановия слой и външната мембрана има пространство, наречено периплазмено пространство, което е изпълнено с разтвор, който включва транспортни протеини и ензими.

От външната страна на клетъчната стена може да има капсула - аморфен слой, който поддържа връзката със стената. Слизестите слоеве нямат връзка с клетката и се отделят лесно, докато обвивките не са аморфни, а имат фина структура. Между тези три идеализирани случая обаче има много преходни форми.

Може да има от 0 до 1000 бактериални камшичета.Възможните варианти включват подреждане на един флагел на един полюс (монополярен монотрихус), сноп от флагели на един (монополярен перитрихус или лофотрихиален камшик) или два полюса (биполярни перитрихус или амфитрихиален флагела), както и множество флагели по цялата повърхност на клетката (перитрих). Дебелината на флагела е 10-20 nm, дължината - 3-15 µm. Въртенето му се извършва обратно на часовниковата стрелка с честота 40-60 rps.

В допълнение към флагелите, сред повърхностните структури на бактериите е необходимо да се споменат власинките. Те са по-тънки от камшичетата (диаметър 5-10 nm, дължина до 2 µm) и са необходими за прикрепване на бактерии към субстрата, участват в метаболити и специални власинки - F-пили - нишковидни образувания, по-тънки и по-къси ( 3-10 nm x 0, 3-10 µm), отколкото флагели - те са необходими на донорната клетка, за да прехвърли ДНК на реципиента по време на конюгиране.

Размери

Описани са обаче нанобактерии, които са по-малки от „приемливия“ размер и са много различни от обикновените бактерии. Те, за разлика от вирусите, са способни на независим растеж и възпроизвеждане (изключително бавно). Досега те са малко проучени, живата им природа се поставя под въпрос.

При линейно увеличаване на радиуса на клетката, нейната повърхност се увеличава пропорционално на квадрата на радиуса, а нейният обем - пропорционално на куба, следователно при малките организми съотношението повърхност към обем е по-високо, отколкото при по-големите, което за първите означава по-активен обмен на вещества с околната среда. Метаболитната активност, измерена с различни показатели, на единица биомаса е по-висока в малките форми, отколкото в големите. Следователно малките размери дори на микроорганизмите дават на бактериите и археите предимства в скоростта на растеж и възпроизводство в сравнение с по-сложните еукариоти и определят тяхната важна екологична роля.

Многоклетъчност при бактериите

Многоклетъчният организъм трябва да отговаря на следните условия:

• неговите клетки трябва да бъдат агрегирани,
• трябва да има разделение на функциите между клетките,
• трябва да се установят стабилни специфични контакти между агрегираните клетки.

Размножаване на бактерии

Когато се делят, повечето грам-положителни бактерии и нишковидни цианобактерии синтезират напречна преграда от периферията към центъра с участието на мезозоми. Грам-отрицателните бактерии се делят чрез стесняване: на мястото на делене се открива постепенно нарастваща навътре кривина на CPM и клетъчната стена. При пъпкуването се образува пъпка и расте на един от полюсите на майчината клетка; майчината клетка показва признаци на стареене и обикновено не може да произведе повече от 4 дъщерни клетки. Пъпкуването се случва в различни групи бактерии и вероятно е възникнало няколко пъти в хода на еволюцията.

Бактериите също проявяват полово размножаване, но в най-примитивна форма. Сексуалното размножаване на бактериите се различава от половото размножаване на еукариотите по това, че бактериите не образуват гамети и не претърпяват клетъчно сливане. Но най-важното събитие на половото размножаване, а именно обмяната на генетичен материал, също се случва в този случай. Този процес се нарича генетична рекомбинация. Част от ДНК (много рядко цялата ДНК) от донорната клетка се прехвърля в реципиентна клетка, чиято ДНК е генетично различна от тази на донора. В този случай прехвърлената ДНК замества част от ДНК на реципиента. Процесът на заместване на ДНК включва ензими, които разделят и съединяват повторно ДНК вериги. Това произвежда ДНК, която съдържа гените и на двете родителски клетки. Тази ДНК се нарича рекомбинантна. В потомството или рекомбинантите има подчертана вариация в чертите, причинена от изместване на ген. Това разнообразие от черти е много важно за еволюцията и е основното предимство на сексуалното размножаване. Известни са 3 метода за получаване на рекомбинанти. Това са - по реда на тяхното откриване - трансформация, конюгация и трансдукция.

Бактериите са най-малките древни микроорганизми, невидими с просто око. Само под микроскоп може да се изследва тяхната структура, вид и взаимодействие помежду си. Първите микроорганизми имаха примитивна структура, те се развиваха, мутират, създават колонии и се адаптират към променящата се среда. Бактериите от различни видове обменят помежду си аминокиселини, които са необходими за растежа и развитието.

Видове бактерии

IN училищни учебницибиология има изображения на различни видове бактерии, различни по форма:

1. Коките са сферични организми, които се различават по относителна позиция. Под микроскоп се забелязва, че стрептококите образуват верига от топки, диплококите живеят по двойки, а стафилококите живеят в клъстери с произволна форма. Редица коки причиняват различни възпалителни процеси, когато навлизат в човешкото тяло (гонококи, стафилококи, стрептококи). Не всички коки, живеещи в човешкото тяло, са патогенни. Условно патогенните видове участват във формирането на защитните сили на организма срещу външни влияния и са безопасни при поддържане на баланса на флората.
2. Пръчковидните се различават по форма, размер и способност да образуват спори. Спорообразуващите видове се наричат ​​бацили. Бацилите включват: тетаничен бацил, антраксен бацил. Спорите са образувания вътре в микроорганизма. Спорите са нечувствителни към химическо третиране и са устойчиви на външни влияния- ключът към запазването на вида. Известно е, че спорите се унищожават, когато висока температура(над 120ºС).

Форми на пръчковидни микроби:

• със заострени полюси, като fusobacterium, който е част от нормалната микрофлора на горните дихателни пътища;
• с удебелени полюси, наподобяващи клуб, като коринебактерия - причинителят на дифтерия;
• със заоблени краища, като тези на E. coli, които са необходими за процеса на храносмилане;
• с прави краища, като антраксния бацил.

Повечето пръчковидни бацили и бактерии са разположени хаотично една спрямо друга. Можем да различим стрептобактерии (стрептобацили), които са подредени във верига, и диплобактерии (diplobacillus), които съществуват по двойки.

3. Спирилата и спирохетите са свити микроорганизми. Те не образуват спори и са много подвижни. Под микроскоп можете да видите бързите им движения. Повечето спирили са безопасни за хора и животни. Те са сапрофити и се хранят с неживи субстрати. Изключение правят видовете, които причиняват содоку. Спирохетите са по-опасни за хората и животните, те могат да причинят заболявания на кожата, дихателните пътища и стомашно-чревния тракт. Спирилите се различават от спирохетите по това, че имат по-малко завъртания и наличието на флагели в полюсите.

4. Вибрионите са вибриращи микроби. Когато се гледа под микроскоп, можете да видите техните вибриращи движения. Микроорганизмът се променя в зависимост от условията на околната среда. Вибрионите се предлагат в спираловидна, пръчковидна, нишковидна и сферична форма. Най-опасна за хората е холерният вибрион.

грам(+) и грам(-)

Датският микробиолог Ханс Грам провежда експеримент преди повече от 100 години, след който всички бактерии започват да се класифицират като грам-положителни и грам-отрицателни. Грам-положителните организми създават дълготрайна стабилна връзка с оцветяващото вещество, което се засилва при излагане на йод. Грам-отрицателните, напротив, не са податливи на багрилото, черупката им е здраво защитена.

Грам-отрицателните микроби включват хламидия, рикетсия, а грам-положителните микроби включват стафилококи, стрептококи и коринебактерии.

Днес в медицината широко се използва тестът за грам(+) и грам(-) бактерии. Оцветяването по Грам е един от методите за изследване на лигавиците за определяне на състава на микрофлората.

Аеробни и анаеробни

Най-примитивните бактерии живеят дълбоко под водата. Те не се нуждаят от достъп до кислород, за да се развият. По-развитите колонии са достигнали сушата и живеят на повърхности. За да се възпроизвеждат и развиват колония, тези микроорганизми се нуждаят от кислород. Като се има предвид тяхната зависимост от кислорода, групите микроорганизми се наричат ​​аеробни и анаеробни.

Аеробните микроорганизми се нуждаят от кислород за развитие и дишане:

Облигатни аероби - тези бактерии живеят свободно във външната среда. Такъв пример е туберкулозният бацил, който е устойчив на околната среда, във вода издържа до 5 месеца, а във влажно, топло и тъмно помещение до 7 години.

Микроаерофили - тези микроби се нуждаят от 2% кислород за нормален живот и развитие. Те са стрептококи, които причиняват фарингит, скарлатина и живеят в респираторен тракт. Когато микробите се отглеждат в течна среда, тези организми се натрупват близо до повърхността, където съдържанието на кислород е ниско.

Анаеробните микроорганизми могат да растат и да се възпроизвеждат без кислород:

• задължителните анаероби избягват молекулярния кислород (например фузобактерии);
• факултативните са способни на растеж и развитие в присъствието на кислород и без него, това могат да бъдат стрептококи, гонококи;
• аеротолерантните микроорганизми не използват кислород за развитие, въпреки че растат в присъствието на молекулярен кислород, като бактериите на млечнокисела ферментация.

Как живеят бактериите

Биолозите определят бактериите като отделно царство; те се различават от другите живи същества. Това е едноклетъчен организъм без ядро ​​вътре. Тяхната форма може да бъде под формата на топка, конус, пръчка или спирала. Прокариотите използват флагели, за да се движат.

Биофилмът е град за микроорганизми и преминава през няколко етапа на формиране:

• Адхезията или сорбцията е прикрепването на микроорганизъм към повърхност. По правило филмите се образуват на границата на две среди: течност и въздух, течност и течност. Началният етап е обратим и образуването на филм може да бъде предотвратено.
• Фиксация - бактериите отделят полимери, осигуряващи тяхната здрава фиксация, образувайки матрица за здравина и защита.
• Съзряване - микробите се сливат, обменят хранителни вещества и се развиват микроколонии.
• Етап на растеж - бактериите се натрупват, сливат се и се изместват. Броят на микроорганизмите варира от 5 до 35%, останалата част от пространството е заета от междуклетъчния матрикс.
• Дисперсия - микроорганизмите периодично се отделят от филма, прикрепят се към други повърхности и образуват биофилм.

Процесите, които се случват в биофилма, са различни от това, което се случва с микроб, който не е част от колонията. Колониите са стабилни, микробите се организират единна системаповеденчески реакции, определящи взаимодействието на членовете вътре в матрицата и извън филма. Човешките лигавици са обитавани от голям брой микроорганизми, които произвеждат гел за защита и осигуряват стабилността на функционирането на органите. Пример за това е стомашната лигавица. Известно е, че Helicobacter pylori, която се счита за причина за стомашни язви, присъства при повече от 80% от изследваните хора, но не всеки развива пептична язва. Предполага се, че Helicobacter pylori, като членове на колонията, участва в храносмилането. Тяхната способност да причиняват вреда се проявява само след създаване на определени условия.

Взаимодействието на бактериите в биофилмите все още е слабо разбрано. Но днес някои микроби са станали човешки помощници при извършване на реставрационни работи и увеличаване на здравината на покритията. В Европа производителите на дезинфектанти предлагат обработка на повърхности с бактериални разтвори, съдържащи безопасни микроорганизми, които предотвратяват развитието на патогенна флора. Бактериите се използват за създаване на полимерни съединения и в крайна сметка ще генерират електричество.

Структура

Бактериите са много малки живи организми. Те могат да се видят само под микроскоп с много голямо увеличение. Всички бактерии са едноклетъчни. Вътрешна структураБактериалните клетки не са като растителните и животинските клетки. Те нямат нито ядро, нито пластиди. Ядрена материя и пигменти присъстват, но в „напръскано“ състояние. Формата е разнообразна.

Бактериалната клетка е покрита със специална плътна обвивка - клетъчна стена, която изпълнява защитни и поддържащи функции, а също така придава на бактерията постоянна, характерна форма. Клетъчната стена на бактерията прилича на стената на растителна клетка. Той е пропусклив: през него хранителни веществапреминават свободно в клетката, а метаболитните продукти се отделят в околната среда. Често бактериите произвеждат допълнителен защитен слой от слуз върху клетъчната стена - капсула. Дебелината на капсулата може да бъде многократно по-голяма от диаметъра на самата клетка, но може да бъде и много малка. Капсулата не е съществена част от клетката, тя се образува в зависимост от условията, в които се намират бактериите. Предпазва бактериите от изсъхване.

На повърхността на някои бактерии има дълги флагели (един, два или много) или къси тънки власинки. Дължината на камшичетата може да бъде многократно по-голяма от размера на тялото на бактерията. Бактериите се движат с помощта на флагели и власинки.

Вътре в бактериалната клетка има плътна, неподвижна цитоплазма. Има слоеста структура, няма вакуоли, поради което различни протеини (ензими) и резервни хранителни вещества се намират в субстанцията на самата цитоплазма. Бактериалните клетки нямат ядро. В централната част на клетката им е концентрирано вещество, носещо наследствена информация. Бактерии - нуклеинова киселина - ДНК. Но това вещество не се образува в ядро.

Вътрешната организация на бактериалната клетка е сложна и има свои специфични характеристики. Цитоплазмата е отделена от клетъчната стена от цитоплазмената мембрана. В цитоплазмата има основно вещество или матрица, рибозоми и малък брой мембранни структури, които изпълняват различни функции (аналози на митохондриите, ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи). Цитоплазмата на бактериалните клетки често съдържа гранули с различни форми и размери. Гранулите могат да бъдат съставени от съединения, които служат като източник на енергия и въглерод. Капчици мазнина също се намират в бактериалната клетка.

Спор за образование

Вътре в бактериалната клетка се образуват спори. По време на процеса на спорулация бактериалната клетка претърпява редица биохимични процеси. Количеството свободна вода в него намалява и ензимната активност намалява. Това осигурява устойчивостта на спорите към неблагоприятни условия на околната среда (висока температура, висока концентрация на сол, изсушаване и др.). Спорообразуването е характерно само за малка група бактерии. Спорите са незадължителен етап от жизнения цикъл на бактериите. Спорулацията започва само при липса на хранителни вещества или натрупване на метаболитни продукти. Бактериите под формата на спори могат да останат латентни за дълго време. Бактериалните спори могат да издържат на продължително кипене и много дълго замразяване. При благоприятни условия спората покълва и става жизнеспособна. Бактериалните спори са адаптация за оцеляване при неблагоприятни условия. Бактериалните спори служат за оцеляване при неблагоприятни условия. Те се образуват от вътрешността на клетъчното съдържание. В същото време около спората се образува нова, по-плътна обвивка. Спорите могат да понасят много ниски температури (до - 273 ° C) и много високи. Спорите не се убиват от вряща вода.

Хранене

Много бактерии имат хлорофил и други пигменти. Те извършват фотосинтеза, подобно на растенията (цианобактерии, лилави бактерии). Други бактерии получават енергия от неорганични вещества - сяра, железни съединения и други, но източникът на въглерод, както при фотосинтезата, е въглеродният диоксид.

Възпроизвеждане

Бактериите се размножават чрез разделяне на една клетка на две. След като достигне определен размер, бактерията се разделя на две еднакви бактерии. След това всеки от тях започва да се храни, расте, дели се и т.н. След удължаване на клетката постепенно се образува напречна преграда и след това дъщерните клетки се отделят; При много бактерии при определени условия след делене клетките остават свързани в характерни групи. В този случай, в зависимост от посоката на равнината на разделяне и броя на деленията, различни форми. Размножаването чрез пъпкуване се среща по изключение при бактериите.

При благоприятни условия клетъчното делене в много бактерии става на всеки 20-30 минути. При такова бързо размножаване потомството на една бактерия за 5 дни е в състояние да образува маса, която може да изпълни всички морета и океани. Едно просто изчисление показва, че на ден могат да се образуват 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клетки). Ако се преобразува в тегло - 4720 тона. Това обаче не се случва в природата, тъй като повечето бактерии бързо умират, когато са изложени на слънчева светлина, по време на сушене, липса на храна, нагряване до 65-100ºС, в резултат на борба между видовете и др.

Ролята на бактериите в природата. Разпространение и екология

Бактериите се разпространяват навсякъде: във водоеми, въздух, почва. Има по-малко от тях във въздуха (но не и на многолюдни места). В речните води може да има до 400 000 на 1 cm 3, а в почвата - до 1 000 000 000 на 1 g. Бактериите имат различно отношение към кислорода: за някои е необходимо, за други е разрушително. За повечето бактерии най-благоприятни са температури между +4 и +40 °C. Пряката слънчева светлина убива много бактерии.

Намерени в огромни количества (броят на видовете им достига 2500), бактериите играят изключително важна роля в много природни процеси. Заедно с гъбите и почвените безгръбначни участват в процесите на разграждане на растителни остатъци (падащи листа, клони и др.) до хумус. Активността на сапрофитните бактерии води до образуването на минерални соли, които се абсорбират от корените на растенията. Нодулните бактерии, живеещи в тъканите на корените на молци, както и някои свободно живеещи бактерии, имат забележителна способност да асимилират атмосферния азот, който е недостъпен за растенията. Така бактериите участват в кръговрата на веществата в природата.

Почвена микрофлора.Броят на бактериите в почвата е изключително голям – стотици милиони и милиарди индивиди на грам. В почвата ги има много повече, отколкото във водата и въздуха. Общият брой на бактериите в почвата се променя. Броят на бактериите зависи от вида на почвата, тяхното състояние и дълбочината на слоевете. На повърхността на почвените частици микроорганизмите са разположени в малки микроколонии (20-100 клетки всяка). Те често се развиват в дебелината на съсиреци от органична материя, върху живи и умиращи корени на растения, в тънки капиляри и вътрешни бучки. Почвената микрофлора е много разнообразна. Тук има различни физиологични групи бактерии: гнилостни бактерии, нитрифициращи бактерии, азотфиксиращи бактерии, серни бактерии и др. Сред тях има аероби и анаероби, спорови и неспорови. спорови форми. Микрофлората е един от факторите за образуване на почвата. Областта на развитие на микроорганизми в почвата е зоната, съседна на корените на живите растения. Нарича се ризосфера, а съвкупността от съдържащите се в нея микроорганизми се нарича ризосферна микрофлора.

Микрофлора на водни тела.Водата е естествена среда, в която микроорганизмите се развиват в големи количества. По-голямата част от тях навлизат във водата от почвата. Фактор, който определя броя на бактериите във водата и наличието на хранителни вещества в нея. Най-чисти са водите от артезиански кладенци и извори. Откритите водоеми и реки са много богати на бактерии. Най-голям брой бактерии се намират в повърхностните слоеве на водата, по-близо до брега. С отдалечаване от брега и увеличаване на дълбочината броят на бактериите намалява. Чиста водасъдържа 100-200 бактерии в 1 ml, а замърсеният - 100-300 хиляди или повече. В дънната утайка има много бактерии, особено в повърхностния слой, където бактериите образуват филм. Този филм съдържа много серни и железни бактерии, които окисляват сероводорода до сярна киселина и по този начин предотвратяват смъртта на рибата. В тинята има повече спорови форми, докато във водата преобладават неспоровите форми. По видов състав микрофлората на водата е сходна с микрофлората на почвата, но има и специфични форми. Унищожавайки различни отпадъци, които попадат във водата, микроорганизмите постепенно извършват така нареченото биологично пречистване на водата.

Микрофлора на въздуха.Микрофлората на въздуха е по-малко на брой от микрофлората на почвата и водата. Бактериите се издигат във въздуха с прах, могат да останат там известно време и след това да се установят на повърхността на земята и да умрат от липса на хранене или под въздействието на ултравиолетови лъчи. Броят на микроорганизмите във въздуха зависи от географската зона, терена, времето на годината, замърсяването с прах и др. Всяка прашинка е носител на микроорганизми. Най-много бактерии има във въздуха над промишлени предприятия. Въздух селски районичистач. Повечето свеж въздухнад гори, планини, снежни райони. Горните слоеве на въздуха съдържат по-малко микроби. Микрофлората на въздуха съдържа много пигментни и спороносни бактерии, които са по-устойчиви от останалите на ултравиолетовите лъчи.

Микрофлора на човешкото тяло.Човешкото тяло, дори напълно здраво, винаги е носител на микрофлора. Когато човешкото тяло влезе в контакт с въздуха и почвата, върху дрехите и кожата се установяват различни микроорганизми, включително патогенни (бацили на тетанус, газова гангрена и др.). Замърсени са най-често изложените части на човешкото тяло. Е. коли и стафилококи се откриват по ръцете. В устната кухина има над 100 вида микроби. Устата със своята температура, влажност и остатъци от хранителни вещества е отлична среда за развитие на микроорганизми. Стомахът има кисела реакция, така че по-голямата част от микроорганизмите в него умират. Започвайки от тънките черва, реакцията става алкална, т.е. благоприятен за микробите. Микрофлората в дебелото черво е много разнообразна. Всеки възрастен отделя около 18 милиарда бактерии дневно с екскременти, т.е. повече индивиди, отколкото хора на земното кълбо. Вътрешни органи, които не са свързани с външната среда (мозък, сърце, черен дроб, пикочен мехури т.н.) обикновено не съдържат микроби. Микробите навлизат в тези органи само по време на заболяване.

Значението на бактериите в живота на човека

Процесите на ферментация са от голямо значение; Това е, което обикновено се нарича разграждане на въглехидратите. Така че в резултат на ферментацията млякото се превръща в кефир и други продукти; Силажирането на фуража също е ферментация. Ферментацията протича и в червата на човека. Без подходящи бактерии (например E. coli) червата не могат да функционират нормално. Гниенето, което е полезно в природата, е изключително нежелателно в ежедневието (например разваляне на месни продукти). Ферментацията (например вкисване на мляко) не винаги е полезна. За да не се развалят храните, те се осоляват, сушат, консервират и съхраняват в хладилници. Това намалява активността на бактериите.

Патогенни бактерии