Ali bakterije rastejo? Diagnoza bakterijskih okužb

Pri elektronski mikroskopiji ultratankih rezov je citoplazemska membrana troslojna membrana (2 temni plasti debeline 2,5 nm sta ločeni s svetlo vmesno). Po strukturi je podoben plazmalemi živalskih celic in je sestavljen iz dvojne plasti fosfolipidov z vdelanimi površinskimi in integralnimi beljakovinami, kot da prodirajo skozi strukturo membrane. S prekomerno rastjo (v primerjavi z rastjo celične stene) citoplazemska membrana tvori invaginate - invaginacije v obliki zapletenih zvitih membranskih struktur, imenovanih mezosomi. Manj kompleksno zvite strukture imenujemo intracitoplazmatske membrane.

citoplazma

Citoplazma je sestavljena iz topnih beljakovin, ribonukleinskih kislin, vključkov in številnih majhnih zrnc - ribosomov, odgovornih za sintezo (prevajanje) beljakovin. Bakterijski ribosomi imajo velikost približno 20 nm in sedimentacijski koeficient 70S, v nasprotju z ribosomi 80S, značilnimi za evkariontske celice. Ribosomske RNA (rRNA) so ohranjeni elementi bakterij (»molekularna ura« evolucije). 16S rRNA je del male ribosomske podenote, 23S rRNA pa je del velike ribosomske podenote. Študija 16S rRNA je osnova genske sistematike, ki omogoča oceno stopnje sorodnosti organizmov.
Citoplazma vsebuje različne vključke v obliki glikogenskih granul, polisaharidov, beta-hidroksimaslene kisline in polifosfatov (volutin). So rezervne snovi za prehrano in energijske potrebe bakterij. Volutin ima afiniteto do osnovnih barvil in se zlahka zazna s posebnimi metodami barvanja (na primer Neisser) v obliki metakromatskih zrnc. Značilna razporeditev volutinskih zrnc se pri bacilu davice kaže v obliki intenzivno obarvanih celičnih polov.

Nukleoid

Nukleoid je enakovreden jedru v bakterijah. Nahaja se v osrednjem območju bakterije v obliki dvoverižne DNA, sklenjene v obroč in tesno stisnjene kot žoga. Jedro bakterij za razliko od evkariontov nima jedrne ovojnice, nukleola in bazičnih beljakovin (histonov). Značilno je, da bakterijska celica vsebuje en kromosom, ki ga predstavlja molekula DNA, zaprta v obroč.
Poleg nukleoida, ki ga predstavlja en kromosom, vsebuje bakterijska celica zunajkromosomske dejavnike dednosti - plazmide, ki so kovalentno zaprti obroči DNA.

Kapsula, mikrokapsula, sluz

Kapsula je sluzasta struktura, debela več kot 0,2 mikrona, trdno povezana s celično steno bakterije in ima jasno določene zunanje meje. Kapsula je vidna v brisih odtisov patološkega materiala. V čistih bakterijskih kulturah se kapsula tvori manj pogosto. Odkriva se s posebnimi metodami obarvanja brisa (na primer po Burri-Ginsu), ki ustvarjajo negativni kontrast snovi kapsule: črnilo ustvari temno ozadje okoli kapsule. Kapsula je sestavljena iz polisaharidov (eksopolisaharidov), včasih iz polipeptidov, na primer pri bacilu antraksa je sestavljena iz polimerov D-glutaminske kisline. Kapsula je hidrofilna in preprečuje fagocitozo bakterij. Kapsula je antigenska: protitelesa proti kapsuli povzročijo njeno povečanje (reakcija nabrekanja kapsule).
Številne bakterije tvorijo mikrokapsulo – sluzasto tvorbo debeline manj kot 0,2 mikrona, ki jo je mogoče zaznati le z elektronskim mikroskopom. Od kapsule je treba razlikovati mukoidne eksopolisaharide, ki nimajo jasnih meja. Sluz je topen v vodi.
Bakterijski eksopolisaharidi sodelujejo pri adheziji (lepljenju na podlago), imenujemo jih tudi glikokaliks. Poleg sinteze
eksopolisaharide s strani bakterij, obstaja še en mehanizem za njihov nastanek: z delovanjem zunajceličnih encimov bakterij na disaharide. Posledično nastanejo dekstrani in levani.

Flagella

Bakterijski bički določajo gibljivost bakterijska celica. Flagele so tanke nitke, ki izvirajo iz citoplazemske membrane in so daljše od same celice. Debelina flagele je 12-20 nm, dolžina 3-15 µm. Sestavljeni so iz 3 delov: spiralnega filamenta, kaveljčka in bazalnega telesa, ki vsebuje paličico s posebnimi diski (1 par diskov pri gram-pozitivnih bakterijah in 2 para diskov pri gram-negativnih bakterijah). Flagele so pritrjene na citoplazemsko membrano in celično steno z diski. To ustvarja učinek električnega motorja z motorno palico, ki vrti biček. Bički so sestavljeni iz beljakovine - flagellina (iz flagellum - flagellum); je antigen H. Podenote flagelina so zavite v spiralo.
Število bičkov pri bakterijah različnih vrst se razlikuje od ene (monotrich) pri Vibrio cholerae do desetin in sto bičkov, ki segajo vzdolž oboda bakterije (peritrih) pri Escherichia coli, Proteus itd. Lophotrichs imajo snop bičkov na enem konec celice. Amphitrichy ima en flagellum ali snop bičkov na nasprotnih koncih celice.

Pila

Pili (fimbrije, resice) so nitaste tvorbe, tanjše in krajše (3-10 nm x 0,3-10 µm) kot flagele. Pili segajo od celične površine in so sestavljeni iz beljakovine pilin, ki ima antigensko delovanje. Obstajajo pili, ki so odgovorni za adhezijo, to je za pritrditev bakterij na prizadeto celico, ter pili, ki so odgovorni za prehrano, presnovo vode in soli ter spolne (F-pili) ali konjugacijske pile. Pili so številni - več sto na celico. Vendar pa so običajno 1-3 spolni pili na celico: tvorijo jih tako imenovane "moške" donorske celice, ki vsebujejo transmisivne plazmide (F-, R-, Col-plazmidi). Posebnost genitalnega pila je interakcija s posebnimi »moškimi« sferičnimi bakteriofagi, ki se intenzivno adsorbirajo na genitalnem pilu.

Polemika

Spore so svojevrstna oblika mirujočih trdnih bakterij, tj. bakterije
z grampozitivno strukturo celične stene. Spore nastanejo v neugodnih pogojih za obstoj bakterij (sušenje, pomanjkanje hranil itd.). Ena trosa (endospora) nastane znotraj bakterijske celice. Tvorba spore prispeva k ohranjanju vrste in ni način razmnoževanja. , kot so glive.Spore, ki tvorijo spore, ne presegajo premera celice, se imenujejo klostridije, na primer bakterije iz rodu Clostridium (. lat. Clostridium – vreteno).

Oblika trosov je lahko ovalna, sferična; lokacija v celici je terminalna, tj. na koncu palice (pri povzročitelju tetanusa), subterminalni - bližje koncu palice (pri povzročiteljih botulina, plinske gangrene) in osrednjem (pri bacilu antraksa). Spore trajajo dolgo časa zaradi prisotnosti večplastne lupine, kalcijevega dipikolinata, nizke vsebnosti vode in počasnih presnovnih procesov. V ugodnih pogojih spore kalijo in gredo skozi tri zaporedne stopnje: aktivacija, iniciacija, kalitev.

Življenje na našem planetu se je začelo z bakterijami. Znanstveniki menijo, da se tu vse konča. Obstaja šala, da vesoljci, ko so preučevali Zemljo, niso mogli razumeti, kdo je njen pravi lastnik - oseba ali bacil. Spodaj so izbrana najbolj zanimiva dejstva o bakterijah.

Bakterija je ločen organizem, ki se razmnožuje z delitvijo. Ugodnejše kot je rastišče, prej se deli. Ti mikroorganizmi živijo v vseh živih bitjih, pa tudi v vodi, hrani, gnilih drevesih in rastlinah.

Seznam ni omejen na to. Bacili dobro preživijo na predmetih, ki se jih je dotaknil človek. Na primer na ograji v javnem prevozu, na ročaju hladilnika, na konici svinčnika. Zanimiva dejstva o bakterijah je nedavno odkril Univerza v Arizoni. Po njihovih opažanjih na Marsu živijo "speči" mikroorganizmi. Znanstveniki so prepričani, da je to eden od dokazov o obstoju življenja na drugih planetih, poleg tega pa je po njihovem mnenju tujerodne bakterije mogoče "oživiti" na Zemlji.

Mikroorganizem je z optičnim mikroskopom prvi pregledal nizozemski znanstvenik Antonius van Leeuwenhoek konec 17. stoletja. IN trenutno znane vrste Bacilov je približno dva tisoč. Vse jih lahko razdelimo na:

• škodljivo;
• uporaben;
• nevtralen.

Pri tem se škodljivi navadno borijo s koristnimi in nevtralnimi. To je eden najpogostejših razlogov, zakaj človek zboli.

Najbolj zanimiva dejstva

Na splošno enocelični organizmi sodelujejo v vseh življenjskih procesih.

Bakterije in ljudje

Človek že od rojstva vstopi v svet, poln različnih mikroorganizmov. Nekateri mu pomagajo preživeti, drugi povzročajo okužbe in bolezni.

Najbolj radovedna zanimiva dejstva o bakterijah in ljudeh:

Izkazalo se je, da lahko bacil popolnoma ozdravi človeka ali uniči našo vrsto. Trenutno že obstajajo bakterijski toksini.

Kako so nam bakterije pomagale preživeti?

Tukaj je še nekaj zanimivih dejstev o bakterijah, ki koristijo ljudem:

• nekatere vrste bacilov varujejo ljudi pred alergijami;
• s pomočjo bakterij lahko odstranite nevarne odpadke (na primer naftne derivate);
• Brez mikroorganizmov v črevesju človek ne bi preživel.

Kako otrokom povedati o bacilih?

Otroci so pripravljeni govoriti o bacilih v starosti 3-4 let. Za pravilno posredovanje informacij je vredno povedati zanimiva dejstva o bakterijah. Za otroke je na primer zelo pomembno, da razumejo, da obstajajo zli in dobri mikrobi. Da lahko dobri spremenijo mleko v fermentirano pečeno mleko. In tudi, da trebuščku pomagajo prebaviti hrano.

Pozornost je treba posvetiti zlobnim bakterijam. Povejte jim, da so zelo majhni, zato niso vidni. Da ko pridejo v človeško telo, se hitro nabere veliko mikrobov, ki nas začnejo razjedati od znotraj.

Otrok mora vedeti, da prepreči vstop zlobnega mikroba v telo:

• Po odhodu zunaj in pred jedjo si umijte roke.
• Ne jejte veliko sladkarij.
• Cepite se.

Najboljši način za prikaz bakterij so slike in enciklopedije.

Kaj mora vedeti vsak študent?

S starejšim otrokom je bolje govoriti ne o klicah, ampak o bakterijah. Pomembno je podati razloge za zanimiva dejstva za šolarje. To pomeni, da ko govorimo o pomenu umivanja rok, lahko rečemo, da na straniščnih ročajih živi 340 kolonij škodljivih bacilov.

Skupaj lahko najdete informacije o tem, katere bakterije povzročajo karies. In učencu tudi povejte, da ima čokolada v majhnih količinah antibakterijski učinek.

Tudi osnovnošolec bo lahko razumel, kaj je cepivo. Takrat se v telo vnese majhna količina virusa ali bakterije, ki jo imunski sistem premaga. Zato je tako pomembno, da se cepimo.

Že od otroštva bi moralo priti razumevanje, da je država bakterij cel svet, ki še ni v celoti raziskan. In dokler obstajajo ti mikroorganizmi, obstaja tudi sama človeška vrsta.

Stopnja rasti in rast bakterij in drugih mikroorganizmov je odvisno od okoljskih razmer. Temperatura, svetloba, kisik, vlaga in pH (raven kislosti ali bazičnosti) skupaj s prehrano vplivajo na hitrost rasti bakterij. Od teh je temperatura še posebej zanimiva za tehnike in inženirje. Za vsako vrsto bakterij obstaja minimalna temperatura, pri kateri lahko rastejo. Pod tem pragom bakterije prezimijo in se ne morejo razmnoževati. Za vsakega popolnoma enako vrste bakterij obstaja najvišji temperaturni prag. Pri temperaturah nad to mejo se bakterije uničijo. Med tema mejama je optimalna temperatura, pri kateri se razmnožujejo bakterije največja hitrost. Optimalna temperatura za večino bakterij, ki se hranijo z živalskimi iztrebki in odmrlim tkivom živali in rastlin (saprofiti), od 24 do 30 °C. Optimalna temperatura za večino bakterij, ki povzročajo okužbe in bolezni pri gostitelju (patogene bakterije), je približno 38°C. V večini primerov lahko znatno zmanjšate hitrost rasti bakterij, če okolje. Končno obstaja več vrst bakterij, ki najbolje uspevajo pri temperaturah vode, medtem ko druge uspevajo pri temperaturah ledišča.

Dodatek k zgornjemu

Izvor, evolucija, mesto v razvoju življenja na Zemlji

Evkarionti so nastali kot posledica simbiogeneze iz bakterijskih celic veliko kasneje: pred približno 1,9-1,3 milijarde let. Za razvoj bakterij je značilna izrazita fiziološka in biokemična pristranskost: z relativno revščino življenjskih oblik in primitivno strukturo so obvladali skoraj vse trenutno znane biokemične procese. Prokariontska biosfera je že imela vse trenutno obstoječe načine preoblikovanja snovi. Ko so evkarionti prodrli vanj, so spremenili le kvantitativne vidike svojega delovanja, ne pa tudi kakovostnih, bakterije še vedno ohranjajo monopolni položaj.

Nekatere najstarejše bakterije so cianobakterije. V kamninah, ki so nastale pred 3,5 milijarde let, so bili najdeni produkti njihove vitalne aktivnosti - nesporni dokazi o obstoju cianobakterij segajo v obdobje pred 2,2-2,0 milijarde let. Po njihovi zaslugi se je v ozračju začel kopičiti kisik, ki je pred 2 milijardama let dosegel koncentracije, ki so zadostovale za začetek aerobnega dihanja. Tvorbe, značilne za obvezni aerobni Metallogenij, izvirajo iz tega časa.

Pojav kisika v ozračju je resno udaril anaerobne bakterije. Ali izumrejo ali pa se preselijo v lokalno ohranjena območja brez kisika. Celotna vrstna raznolikost bakterij se v tem času zmanjša.

Domneva se, da zaradi odsotnosti spolnega procesa razvoj bakterij poteka po popolnoma drugačnem mehanizmu kot pri evkariontih. Nenehni horizontalni prenos genov vodi do dvoumnosti v sliki evolucijskih povezav; evolucija poteka izjemno počasi (in morda popolnoma ustavljena s pojavom evkariontov), ​​vendar v spreminjajočih se razmerah prihaja do hitre prerazporeditve genov med celicami s stalno skupno genetiko; bazen.

Struktura

Od obveznih celičnih struktur ločimo tri:

• nukleoid
• ribosomi
• citoplazemska membrana (CPM)

Struktura protoplasta

Ena od glavnih razlik med bakterijsko celico in evkariontsko celico je odsotnost jedrske membrane in, strogo gledano, splošna odsotnost intracitoplazemskih membran, ki niso derivati ​​CPM. vendar različne skupine Prokarionti (predvsem pogosto pri gram-pozitivnih bakterijah) imajo lokalne invaginacije CPM – mezosomov, ki opravljajo različne funkcije v celici in jo delijo na funkcionalno različne dele. Številne fotosintetske bakterije imajo razvito mrežo fotosintetskih membran, ki izhajajo iz CPM. Pri vijoličnih bakterijah so ohranile povezavo s CPM, ki jo je mogoče zlahka zaznati na rezih pod elektronskim mikroskopom; pri cianobakterijah je to povezavo ali težko zaznati ali pa se je v procesu evolucije izgubila. Odvisno od pogojev in starosti pridelka nastanejo fotosintetske membrane različne strukture- vezikli, kromatofori, tilakoidi.

Vse genetske informacije, potrebne za življenje bakterij, so vsebovane v eni DNK (bakterijskem kromosomu), največkrat v obliki kovalentno sklenjenega obroča (linearne kromosome najdemo pri Streptomyces in Borrelia). Na eni točki je pritrjen na CPM in je postavljen v strukturo, ki je ločena od citoplazme, vendar ne ločena z membrano, in se imenuje nukleoid. Razvita DNK je dolga več kot 1 mm. Bakterijski kromosom je običajno predstavljen v eni sami kopiji, kar pomeni, da so skoraj vsi prokarionti haploidni, čeprav v določene pogoje ena celica lahko vsebuje več kopij svojega kromosoma, Burkholderia cepacia pa ima tri različne obročaste kromosome (dolžine 3,6, 3,2 in 1,1 milijona baznih parov). Tudi ribosomi prokariontov se razlikujejo od ribosomov evkariontov in imajo sedimentacijsko konstanto 70 S (pri evkariontih 80 S).

Poleg teh struktur so lahko v citoplazmi prisotni tudi vključki rezervnih snovi.

Celična membrana in površinske strukture

Pri bakterijah obstajata dve glavni vrsti strukture celične stene, značilni za gram-pozitivne in gram-negativne vrste.

Celična stena po Gramu pozitivnih bakterij je homogena plast debeline 20-80 nm, zgrajena pretežno iz peptidoglikana z manjšo količino teihojske kisline in manjšo količino polisaharidov, beljakovin in lipidov (ti lipopolisaharid). Celična stena ima pore s premerom 1-6 nm, zaradi česar je prepustna za številne molekule.

Pri gram-negativnih bakterijah je plast peptidoglikana ohlapno ob CPM in ima debelino le 2-3 nm. Obdaja ga zunanja membrana, ki ima praviloma neenakomerno, ukrivljeno obliko. Med CPM, plastjo peptidoglikana in zunanjo membrano je prostor, imenovan periplazmatski prostor, ki je napolnjen z raztopino, ki vključuje transportne proteine ​​in encime.

Na zunanji strani celične stene je lahko kapsula – amorfna plast, ki ohranja povezavo s steno. Sluznične plasti nimajo povezave s celico in se zlahka ločijo, medtem ko ovoji niso amorfni, ampak imajo fino strukturo. Vendar pa je med temi tremi idealiziranimi primeri veliko prehodnih oblik.

Možne možnosti vključujejo razporeditev enega bička na enem polu (monopolarni monotrihialni), snop bičkov na enem (monopolarni peritrihialni ali lofotrihialni bički) ali dva pola (bipolarni peritrihialni ali amfitrihialni bički), kot tudi številne flagele na celotni površini celice (peritrih). Debelina flagelluma je 10-20 nm, dolžina - 3-15 µm. Njegovo vrtenje se izvaja v nasprotni smeri urinega kazalca s frekvenco 40-60 rps.

Poleg bičkov je med površinskimi strukturami bakterij treba omeniti resice. So tanjši od bičkov (premer 5-10 nm, dolžina do 2 µm) in so potrebni za pritrditev bakterij na substrat, sodelujejo pri metabolitih in posebnih resicah - F-pili - nitastih tvorbah, tanjših in krajših ( 3-10 nm x 0, 3-10 µm) kot bički - potrebni so, da donorska celica med konjugacijo prenese DNK na prejemnika.

Dimenzije

Opisane pa so nanobakterije, ki so manjše od »sprejemljive« velikosti in se zelo razlikujejo od običajnih bakterij. Za razliko od virusov so sposobni samostojne rasti in razmnoževanja (izjemno počasi). Doslej so bili malo raziskani, njihova živa narava se postavlja pod vprašaj.

Z linearnim povečanjem polmera celice se njena površina povečuje sorazmerno s kvadratom polmera, njena prostornina pa sorazmerno s kocko, zato je pri majhnih organizmih razmerje med površino in prostornino večje kot pri večjih, kar za prve pomeni aktivnejšo izmenjavo snovi z okoljem. Presnovna aktivnost, merjena z različnimi indikatorji, je na enoto biomase večja pri majhnih oblikah kot pri velikih. Zato majhne velikosti tudi za mikroorganizme dajejo bakterijam in arhejam prednost pri stopnji rasti in razmnoževanja v primerjavi z bolj zapletenimi evkarionti in določajo njihovo pomembno ekološko vlogo.

Večceličnost pri bakterijah

Večcelični organizem mora izpolnjevati naslednje pogoje:

• njene celice morajo biti združene,
• med celicami mora obstajati delitev funkcij,
• med agregiranimi celicami je treba vzpostaviti stabilne specifične stike.

Razmnoževanje bakterij

Pri delitvi večina gram-pozitivnih bakterij in nitastih cianobakterij sintetizira prečni septum od obrobja do središča s sodelovanjem mezosomov. Gramnegativne bakterije se delijo s konstrikcijo: na mestu delitve se zazna postopoma naraščajoča ukrivljenost CPM in celične stene navznoter. Pri brstenju se na enem od polov matične celice oblikuje in raste brst; matična celica kaže znake staranja in običajno ne more proizvesti več kot 4 hčerinske celice. Brstenje se pojavlja pri različnih skupinah bakterij in se je predvidoma med evolucijo pojavilo večkrat.

Bakterije imajo tudi spolno razmnoževanje, vendar v najbolj primitivni obliki. Spolno razmnoževanje bakterij se razlikuje od spolnega razmnoževanja evkariontov po tem, da bakterije ne tvorijo gamet in se ne zlijejo celic. Vendar pa tudi v tem primeru pride do najpomembnejšega dogodka spolnega razmnoževanja, namreč do izmenjave genskega materiala. Ta proces se imenuje genetska rekombinacija. Nekaj ​​DNK (zelo redko vsa DNK) iz donorske celice se prenese v prejemno celico, katere DNK se genetsko razlikuje od darovalčeve DNK. V tem primeru prenesena DNK nadomesti del DNK prejemnika. Proces zamenjave DNK vključuje encime, ki razcepijo in ponovno združijo verige DNK. Tako nastane DNK, ki vsebuje gene obeh starševskih celic. Ta DNK se imenuje rekombinantna. V potomcih ali rekombinantih so izrazite razlike v lastnostih, ki jih povzroča izpodrivanje genov. Ta raznolikost lastnosti je zelo pomembna za evolucijo in je glavna prednost spolnega razmnoževanja. Znane so 3 metode za pridobivanje rekombinantov. To so – po vrstnem redu odkritja – transformacija, konjugacija in transdukcija.

Mikrobiologija proučuje zgradbo, življenjsko aktivnost, življenjske pogoje in razvoj najmanjših organizmov, imenovanih mikrobi ali mikroorganizmi.

"Nevidni, nenehno spremljajo človeka in vdirajo v njegovo življenje bodisi kot prijatelji bodisi kot sovražniki," je dejal akademik V. L. Omelyansky. Mikrobi so namreč povsod: v zraku, vodi in zemlji, v telesu ljudi in živali. Lahko so uporabni in se uporabljajo v številnih prehrambenih izdelkih. Lahko so škodljivi, povzročajo bolezni pri ljudeh, kvarijo hrano itd.

Mikrobe je odkril Nizozemec A. Leeuwenhoek (1632-1723) konec 17. stoletja, ko je izdelal prve leče, ki so omogočale 200-kratno in več povečavo. Mikrokozmos, ki ga je videl, ga je presenetil; Leeuwenhoek je opisal in skiciral mikroorganizme, ki jih je odkril na različnih predmetih. Postavil je temelje za opisni značaj nova znanost. Odkritja Louisa Pasteurja (1822-1895) so dokazala, da se mikroorganizmi razlikujejo ne le po obliki in zgradbi, temveč tudi po življenjskih funkcijah. Pasteur je ugotovil, da kvasovke povzročajo alkoholno vrenje, nekateri mikrobi pa lahko povzročijo nalezljive bolezni pri ljudeh in živalih. Pasteur se je v zgodovino zapisal kot izumitelj metode cepljenja proti steklini in antraksu. Svetovno znan prispevek k mikrobiologiji je R. Koch (1843-1910) - odkril je povzročitelje tuberkuloze in kolere, I. I. Mečnikova (1845-1916) - razvil fagocitno teorijo imunosti, ustanovitelj virologije D. I. Ivanovski (1864- 1920), N F. Gamaleya (1859-1940) in mnogi drugi znanstveniki.

Klasifikacija in morfologija mikroorganizmov

mikrobi - To so drobni, večinoma enocelični živi organizmi, vidni le skozi mikroskop. Velikost mikroorganizmov se meri v mikrometrih - mikronih (1/1000 mm) in nanometrih - nm (1/1000 mikronov).

Za mikrobe je značilna velika raznolikost vrst, ki se razlikujejo po zgradbi, lastnostih, sposobnosti obstoja različni pogoji okolju. Lahko so enocelični, večcelični in necelični.

Mikrobe delimo na bakterije, viruse in fage, glive in kvasovke. Ločeno obstajajo sorte bakterij - rickettsia, mycoplasma, posebna skupina pa je sestavljena iz praživali (praživali).

Bakterije

Bakterije- pretežno enocelični mikroorganizmi velikosti od desetink mikrometra, na primer mikoplazme, do nekaj mikrometrov in v spirohetah - do 500 mikronov.

Obstajajo tri glavne oblike bakterij: sferične (koki), paličaste (bacil itd.), Zavite (vibriosi, spirohete, spirile) (slika 1).

Globularne bakterije (koki) Običajno so kroglaste oblike, lahko pa rahlo ovalne ali fižolaste oblike. Koki se lahko nahajajo posamezno (mikrokoki); v parih (diplokoki); v obliki verig (streptokoki) ali grozdov (stafilokoki), v paketu (sarcini). Streptokoki lahko povzročijo tonzilitis in erizipele, stafilokoki pa različne vnetne in gnojne procese.

riž. 1. Oblike bakterij: 1 - mikrokoki; 2 - streptokoki; 3 - sardele; 4 - palice brez trosov; 5 - palice s sporami (bacili); 6 - vibrioni; 7- spirohete; 8 - spirila (z flagellami); stafilokoki

Paličaste bakterije najpogostejši. Palice so lahko enojne, povezane v parih (diplobakterije) ali v verigah (streptobakterije). Med paličaste bakterije spadajo Escherichia coli, povzročitelji salmoneloze, dizenterije, tifusa, tuberkuloze itd. Nekatere paličaste bakterije imajo sposobnost tvorbe spori. Imenujejo se palice, ki tvorijo spore bacili. Vretenasti bacili se imenujejo klostridije.

Sporulacija je težak proces. Spore se bistveno razlikujejo od navadne bakterijske celice. Imajo gosto lupino in zelo malo vode, ne potrebujejo hranil in razmnoževanje se popolnoma ustavi. Spore so sposobne dolgo časa vzdržati sušenje, visoke in nizke temperature in lahko ostanejo v sposobnem stanju več deset in sto let (spore antraksa, botulizma, tetanusa itd.). Ko so v ugodnem okolju, spore kalijo, to je, da se spremenijo v običajno vegetativno razmnoževalno obliko.

Zvite bakterije lahko v obliki vejice - vibrioni, z več kodri - spirila, v obliki tanke zvite palice - spirohete. Med vibrije spada povzročitelj kolere, povzročitelj sifilisa pa je spiroheta.

bakterijska celica ima celično steno (ovoj), pogosto prekrito s sluzjo. Pogosto sluz tvori kapsulo. Vsebina celice (citoplazma) se loči od membrane celična membrana. Citoplazma je prozorna beljakovinska masa v koloidnem stanju. Citoplazma vsebuje ribosome, jedrski aparat z molekulami DNA in različne vključke rezervnih hranil (glikogen, maščoba itd.).

mikoplazme - bakterije brez celične stene in za svoj razvoj potrebujejo rastne faktorje, ki jih vsebujejo kvasovke.

Nekatere bakterije se lahko premikajo. Gibanje se izvaja s pomočjo flagella - tankih niti različne dolžine izvajanje rotacijskih gibov. Flagele so lahko v obliki ene same dolge niti ali v obliki snopa in so lahko nameščene po celotni površini bakterije. Veliko paličastih bakterij in skoraj vse ukrivljene bakterije imajo bičke. Sferične bakterije praviloma nimajo flagel in so nepremične.

Bakterije se razmnožujejo z delitvijo na dva dela. Hitrost delitve je lahko zelo visoka (vsakih 15-20 minut), število bakterij pa hitro narašča. To hitro delitev opazimo pri prehrambeni izdelki in drugi substrati bogati hranila.

Virusi

Virusi– posebna skupina mikroorganizmov, ki nimajo celično strukturo. Velikosti virusov se merijo v nanometrih (8-150 nm), zato jih lahko vidimo le z elektronskim mikroskopom. Nekateri virusi so sestavljeni samo iz beljakovine in ene nukleinske kisline (DNA ali RNA).

Virusi povzročajo pogoste bolezni ljudi, kot so gripa, virusni hepatitis, ošpice, pa tudi bolezni živali - slinavko in parkljevko, živalsko kugo in številne druge.

Imenujejo se bakterijski virusi bakteriofagi, glivični virusi - mikofagi itd. Bakteriofage najdemo povsod, kjer so mikroorganizmi. Fagi povzročajo smrt mikrobnih celic in se lahko uporabljajo za zdravljenje in preprečevanje nekaterih nalezljivih bolezni.

Gobe so posebni rastlinski organizmi, ki nimajo klorofila in ne sintetizirajo organska snov, vendar zahtevajo že pripravljene organske snovi. Zato se glive razvijajo na različnih substratih, ki vsebujejo hranila. Nekatere glive lahko povzročijo bolezni rastlin (rak in krompirjev krompir itd.), žuželk, živali in ljudi.

Celice gliv se od bakterijskih celic razlikujejo po prisotnosti jeder in vakuol ter so podobne rastlinskim celicam. Najpogosteje so v obliki dolgih in razvejanih ali prepletajočih se niti – hife. Nastane iz hif micelij, ali micelij. Micelij je lahko sestavljen iz celic z enim ali več jedri ali pa je necelični in predstavlja eno velikansko večjedrno celico. Na miceliju se razvijejo plodovi. Telo nekaterih gliv je lahko sestavljeno iz posameznih celic, brez tvorbe micelija (kvasovke itd.).

Glive se lahko razmnožujejo na različne načine, tudi vegetativno kot posledica delitve hif. Večina gliv se razmnožuje nespolno in spolno s tvorbo posebnih razmnoževalnih celic – spor. Spore so praviloma sposobne dolgo časa vztrajati v zunanjem okolju. Zrele spore se lahko prenašajo na precejšnje razdalje. Ko so spore v hranilnem mediju, se hitro razvijejo v hife.

Veliko skupino gliv predstavljajo plesni (slika 2). Široko razširjeni v naravi, lahko rastejo na prehrambenih izdelkih in tvorijo jasno vidne plošče različnih barv. Kvarjenje živil pogosto povzročijo glive mucor, ki tvorijo puhasto belo ali sivo maso. Gliva mucor Rhizopus povzroča »mehko gnilobo« zelenjave in jagodičevja, gliva botrytis pa prekriva in mehča jabolka, hruške in jagodičevje. Povzročitelji plesni izdelkov so lahko glive iz rodu Peniillium.

Določene vrste gliv lahko povzročijo ne samo kvarjenje hrane, ampak tudi proizvajajo za človeka strupene snovi – mikotoksine. Sem spadajo nekatere vrste gliv iz rodu Aspergillus, rodu Fusarium itd.

Koristne lastnosti nekaterih vrst gob se uporabljajo v živilski in farmacevtski industriji ter drugih panogah. Na primer, gobe iz rodu Peniillium se uporabljajo za pridobivanje antibiotika penicilina in v proizvodnji sirov (Roquefort in Camembert), gobe iz rodu Aspergillus pa se uporabljajo v proizvodnji citronska kislina in številni encimski pripravki.

Aktinomicete- mikroorganizmi, ki imajo lastnosti tako bakterij kot gliv. Po strukturi in biokemičnih lastnostih so aktinomicete podobne bakterijam, po naravi razmnoževanja in sposobnosti tvorbe hif in micelija pa so podobne gobam.

riž. 2. Vrste plesnivih gliv: 1 - peniillij; 2- aspergillus; 3 - mukor.

kvas

kvas- enocelični nepremični mikroorganizmi, katerih velikost ne presega 10-15 mikronov. Oblika celice kvasovke je pogosto okrogla ali ovalna, redkeje paličasta, srpasta ali limonasta. Celice kvasovk so po strukturi podobne gobam; prav tako imajo jedro in vakuole. Kvasovke se razmnožujejo z brstenjem, cepitvijo ali sporami.

Kvasovke so v naravi zelo razširjene, najdemo jih v zemlji in na rastlinah, na prehrambenih izdelkih in raznih industrijskih odpadkih, ki vsebujejo sladkorje. Razvoj kvasovk v živilih lahko povzroči kvarjenje, povzroči fermentacijo ali kisanje. Nekatere vrste kvasa imajo sposobnost pretvarjanja sladkorja v etilni alkohol in ogljikov dioksid. Ta postopek se imenuje alkoholna fermentacija in se pogosto uporablja v Prehrambena industrija in vinarstvo.

Nekatere vrste kvasovk kandide povzročajo človeško bolezen, imenovano kandidoza.

Bakterije so najstarejši organizem na zemlji in tudi najpreprostejši po svoji zgradbi. Sestavljen je iz samo ene celice, ki jo lahko vidimo in preučujemo le pod mikroskopom. Značilna lastnost bakterija je odsotnost jedra, zato bakterije uvrščamo med prokarionte.

Nekatere vrste tvorijo majhne skupine celic; takšne skupine so lahko obdane s kapsulo (ohišje). Velikost, oblika in barva bakterije so zelo odvisne od okolja.

Bakterije delimo glede na obliko na paličaste (bacile), kroglaste (koke) in zavite (spirile). Obstajajo tudi modificirani - kubični, v obliki črke C, v obliki zvezde. Njihova velikost se giblje od 1 do 10 mikronov. Določene vrste bakterij se lahko aktivno premikajo z bički. Slednje so včasih dvakrat večje od same bakterije.

Vrste oblik bakterij

Za premikanje bakterije uporabljajo bičke, katerih število je različno – enega, par ali snop bičkov. Lokacija flagele je lahko tudi drugačna - na eni strani celice, ob straneh ali enakomerno porazdeljena po celotni ravnini. Tudi ena od metod gibanja se šteje za drsenje zahvaljujoč sluzi, s katero je prekrit prokariont. Večina ima vakuole v citoplazmi. Prilagajanje plinske kapacitete vakuol jim pomaga, da se premikajo navzgor ali navzdol v tekočini, pa tudi skozi zračne kanale v tleh.

Znanstveniki so odkrili več kot 10 tisoč vrst bakterij, po mnenju znanstvenih raziskovalcev pa jih je na svetu več kot milijon vrst. splošne značilnosti bakterij omogoča določitev njihove vloge v biosferi, pa tudi preučevanje strukture, vrst in klasifikacije kraljestva bakterij.

Habitati

Enostavnost zgradbe in hitrost prilagajanja okoljskim razmeram sta pripomogla k širjenju bakterij po širokem območju našega planeta. Obstajajo povsod: voda, zemlja, zrak, živi organizmi - vse to je najbolj sprejemljiv habitat za prokarionte.

Na obeh so našli bakterije Južni pol in v gejzirjih. Najdemo jih na oceanskem dnu, pa tudi v zgornjih plasteh zemeljskega zračnega ovoja. Bakterije živijo povsod, vendar je njihovo število odvisno od ugodnih razmer. Na primer, veliko število bakterijskih vrst živi v odprtih vodnih telesih, pa tudi v tleh.

Strukturne značilnosti

Bakterijska celica se ne razlikuje le po tem, da nima jedra, ampak tudi po odsotnosti mitohondrijev in plastid. DNK tega prokarionta se nahaja v posebni jedrski coni in ima videz nukleoida, zaprtega v obroč. Pri bakterijah celično strukturo sestavljajo celična stena, kapsula, kapsuli podobna membrana, bički, pili in citoplazemska membrana. Notranjo strukturo tvorijo citoplazma, granule, mezosomi, ribosomi, plazmidi, vključki in nukleoidi.

Celična stena bakterije opravlja obrambno in oporno funkcijo. Skozenj lahko zaradi prepustnosti snovi prosto tečejo. Ta lupina vsebuje pektin in hemicelulozo. Nekatere bakterije izločajo posebno sluz, ki lahko pomaga zaščititi pred izsušitvijo. Sluz tvori kapsulo – polisaharid kemična sestava. V tej obliki lahko bakterija prenese tudi zelo visoke temperature. Opravlja tudi druge funkcije, kot je oprijem na katero koli površino.

Na površini bakterijske celice so tanka beljakovinska vlakna, imenovana pili. Lahko jih je veliko. Pili pomagajo celici pri prenosu genetskega materiala in zagotavljajo oprijem na druge celice.

Pod ravnino stene je troslojna citoplazemska membrana. Zagotavlja transport snovi in ​​ima tudi pomembno vlogo pri nastajanju spor.

Citoplazma bakterij je v 75 odstotkih sestavljena iz vode. Sestava citoplazme:

• ribice;
• mezosomi;
• amino kisline;
• encimi;
• pigmenti;
• sladkor;
• granule in vključki;
• nukleoid.

Presnova pri prokariontih je možna tako s sodelovanjem kisika kot tudi brez njega. Večina se jih prehranjuje z že pripravljenimi hranili organskega izvora. Zelo malo vrst je sposobnih sintetizirati organske snovi iz anorganskih. To so modrozelene bakterije in cianobakterije, ki so imele pomembno vlogo pri nastajanju ozračja in njegovem nasičenju s kisikom.

Razmnoževanje

V pogojih, ugodnih za razmnoževanje, se izvaja z brstenjem ali vegetativno. Nespolno razmnoževanje poteka v naslednjem zaporedju:

1. Bakterijska celica doseže največjo prostornino in vsebuje potrebno zalogo hranil.
2. Celica se podaljša in na sredini se pojavi pregrada.
3. Delitev nukleotidov poteka znotraj celice.
4. Glavna in ločena DNK se razhajata.
5. Celica se razdeli na pol.
6. Preostala tvorba hčerinskih celic.

Pri tej metodi razmnoževanja ni izmenjave genetskih informacij, zato bodo vse hčerinske celice natančna kopija matere.

Bolj zanimiv je proces razmnoževanja bakterij v neugodnih razmerah. O sposobnosti spolnega razmnoževanja bakterij so znanstveniki izvedeli relativno nedavno - leta 1946. Bakterije nimajo delitve na ženske in reproduktivne celice. Toda njihova DNK je heterogena. Ko se dve takšni celici približata druga drugi, tvorita kanal za prenos DNK in pride do izmenjave mest - rekombinacije. Proces je precej dolg, rezultat tega sta dva popolnoma nova posameznika.

Večino bakterij je zelo težko videti pod mikroskopom, saj nimajo svoje barve. Nekaj ​​sort je vijolične ali zelene barve zaradi vsebnosti bakterioklorofila in bakteriopurpurina. Čeprav, če pogledamo nekatere kolonije bakterij, postane jasno, da sproščajo barvne snovi v svoje okolje in pridobijo svetlo barvo. Da bi podrobneje preučili prokarionte, jih obarvamo.

Razvrstitev

Razvrstitev bakterij lahko temelji na indikatorjih, kot so:

• Oblika
• način potovanja;
• način pridobivanja energije;
• odpadki;
• stopnjo nevarnosti.

Bakterije simbiontiživijo v skupnosti z drugimi organizmi.

Bakterije saprofitiživijo na že odmrlih organizmih, proizvodih in organski odpadki. Prispevajo k procesom gnitja in fermentacije.

Gnitje očisti naravo trupel in drugih organskih odpadkov. Brez procesa razpadanja ne bi bilo kroženja snovi v naravi. Kakšna je torej vloga bakterij v kroženju snovi?

Bakterije gnilobe so pomočnik pri razgradnji beljakovinskih spojin, pa tudi maščob in drugih spojin, ki vsebujejo dušik. Po izvedbi zapletene kemijske reakcije pretrgajo vezi med molekulami organskih organizmov in zajamejo beljakovinske molekule in aminokisline. Pri razgradnji molekule sprostijo amoniak, vodikov sulfid in druge škodljive snovi. So strupene in lahko povzročijo zastrupitve pri ljudeh in živalih.

Bakterije gnilobe se v zanje ugodnih razmerah hitro razmnožujejo. Ker to niso le koristne bakterije, ampak tudi škodljive, so se ljudje naučili predelati, da bi preprečili prezgodnje gnitje izdelkov: sušenje, luženje, soljenje, kajenje. Vse te metode zdravljenja ubijajo bakterije in preprečujejo njihovo razmnoževanje.

Fermentacijske bakterije s pomočjo encimov lahko razgradijo ogljikove hidrate. Ljudje so to sposobnost opazili že v pradavnini in še vedno uporabljajo takšne bakterije za izdelavo mlečnokislinskih izdelkov, kisov in drugih živil.

Bakterije, ki sodelujejo z drugimi organizmi, opravljajo zelo pomembno kemično delo. Zelo pomembno je vedeti, katere vrste bakterij obstajajo in kakšne koristi ali škodo prinašajo naravi.

Pomen v naravi in ​​za človeka

Velik pomen številnih vrst bakterij je bil že omenjen zgoraj (v procesih razpadanja in različne vrste fermentacija), tj. izpolnjujejo sanitarno vlogo na Zemlji.

Bakterije imajo tudi veliko vlogo v kroženju ogljika, kisika, vodika, dušika, fosforja, žvepla, kalcija in drugih elementov. Številne vrste bakterij prispevajo k aktivni fiksaciji atmosferskega dušika in ga pretvarjajo v organsko obliko, kar pomaga povečati rodovitnost tal. Posebej pomembne so tiste bakterije, ki razgrajujejo celulozo, ki je glavni vir ogljika za življenje talnih mikroorganizmov.

Bakterije, ki reducirajo sulfate, sodelujejo pri tvorbi nafte in vodikovega sulfida v zdravilnem blatu, tleh in morjih. Tako je plast vode, nasičena z vodikovim sulfidom v Črnem morju, posledica vitalne aktivnosti bakterij, ki reducirajo sulfat. Dejavnost teh bakterij v tleh povzroči nastanek sode in zasoljevanje tal s sodo. Bakterije, ki reducirajo sulfat, spremenijo hranila v tleh riževih nasadov v obliko, ki postane dostopna koreninam pridelka. Te bakterije lahko povzročijo korozijo kovinskih podzemnih in podvodnih struktur.

Zahvaljujoč vitalni aktivnosti bakterij se tla osvobodijo številnih produktov in škodljivci in je polna dragocenih hranil. Baktericidni pripravki se uspešno uporabljajo za boj proti številnim vrstam škodljivcev žuželk (koruzna vešča itd.).

Uporabljajo se številne vrste bakterij različne industrije industrija za proizvodnjo acetona, etilnega in butilnega alkohola, ocetna kislina, encimi, hormoni, vitamini, antibiotiki, beljakovinsko-vitaminski pripravki itd.

Brez bakterij so nemogoči procesi strojenja usnja, sušenja tobačnih listov, pridobivanja svile, kavčuka, predelave kakava, kave, namakanja konoplje, lanu in drugih vlaknatih rastlin, kislega zelja ter čiščenja. Odpadne vode, izpiranje kovin itd.