bau-enginer.ru → Θέρμανση

Πώς σχηματίζονται τα ονόματα των βακτηρίων; Τύποι βακτηρίων: επιβλαβή και ωφέλιμα. Αναφορά με θέμα «Βακτήρια»

Είναι αλήθεια, βακτήρια), μικροοργανισμοί με προκαρυωτικό τύπο κυτταρικής δομής: η γενετική τους συσκευή δεν περικλείεται σε έναν κυτταρικό πυρήνα που απομονώνεται από μια μεμβράνη.

Μεγέθη και σχήματα κυττάρων.Τα περισσότερα βακτήρια είναι μονοκύτταροι οργανισμοί με μέγεθος 0,2-10,0 μικρά. Μεταξύ των βακτηρίων, υπάρχουν επίσης «νάνοι», τα λεγόμενα νανοβακτήρια (περίπου 0,05 μικρά) και «γίγαντες», για παράδειγμα, βακτήρια του γένους Achromatium και Macromonas (μήκος έως 100 μικρά), κάτοικος των εντέρων του χειρουργού ψαριού Epulopiscium fishelsoni (μήκος έως 600 μικρά) και Thiomargarita namibiensis που απομονώθηκαν από παράκτια θαλάσσια ύδατα της Ναμίμπια και της Χιλής (έως 800 μm). Τις περισσότερες φορές, το βακτηριακό κύτταρο έχει σχήμα ράβδου, σφαιρικό (κόκκοι) ή σπειροειδές (vibrios, spirilla και spirochetes). Έχουν βρεθεί είδη με τριγωνικά, τετράγωνα, αστρικά και επίπεδα (σε σχήμα πλάκας) κύτταρα. Ορισμένα βακτήρια περιέχουν κυτταροπλασματικές προεξοχές που ονομάζονται προστέκες. Τα βακτήρια μπορεί να είναι μονά, να σχηματίζουν ζεύγη, κοντές και μακριές αλυσίδες, συστάδες, να σχηματίζουν πακέτα 4, 8 ή περισσότερων κυττάρων (sarcinae), ρόδακες, δίκτυα και μυκήλια (ακτινομύκητες). Είναι επίσης γνωστές πολυκύτταρες μορφές που σχηματίζουν ευθείες και διακλαδιζόμενες τριχώματα (μικροαποικίες). Βρίσκονται τόσο κινητά όσο και μη κινητικά βακτήρια. Τα πρώτα κινούνται συχνότερα με τη βοήθεια μαστιγίων, μερικές φορές με ολισθαίνοντα κύτταρα (μυξοβακτήρια, κυανοβακτήρια, σπειροχαίτες κ.λπ.). Είναι επίσης γνωστή μια κίνηση «άλματος», η φύση της οποίας δεν είναι ξεκάθαρη. Για κινητές μορφές, περιγράφονται τα φαινόμενα ενεργητικής κίνησης ως απόκριση στη δράση φυσικών ή χημικών παραγόντων.

Χημική σύνθεση και δομή των κυττάρων. Ένα βακτηριακό κύτταρο είναι συνήθως 70-80% νερό. Στο ξηρό υπόλειμμα, η πρωτεΐνη αποτελεί το 50%, τα συστατικά του κυτταρικού τοιχώματος 10-20%, το RNA 10-20%, το DNA 3-4% και τα λιπίδια το 10%. Κατά μέσο όρο, η ποσότητα άνθρακα είναι 50%, οξυγόνο 20%, άζωτο 14%, υδρογόνο 8%, φώσφορος 3%, θείο και κάλιο 1% το καθένα, ασβέστιο και μαγνήσιο 0,5% το καθένα και σίδηρος 0,2%.

Με λίγες εξαιρέσεις (μυκόπλασμα), τα βακτηριακά κύτταρα περιβάλλονται από ένα κυτταρικό τοίχωμα, το οποίο καθορίζει το σχήμα του βακτηρίου και εκτελεί μηχανικές και σημαντικές φυσιολογικές λειτουργίες. Το κύριο συστατικό του είναι το σύμπλοκο βιοπολυμερές μουρεΐνη (πεπτιδογλυκάνη). Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της σύνθεσης και της δομής του κυτταρικού τοιχώματος, τα βακτήρια συμπεριφέρονται διαφορετικά όταν χρωματίζονται σύμφωνα με τη μέθοδο του H. C. Gram (του Δανού επιστήμονα που πρότεινε τη μέθοδο χρώσης), η οποία χρησίμευσε ως βάση για τη διαίρεση των βακτηρίων σε θετικά κατά Gram. Gram-αρνητικά και εκείνα που δεν έχουν κυτταρικό τοίχωμα (για παράδειγμα, μυκόπλασμα). Τα πρώτα διακρίνονται από υψηλή (έως 40 φορές) περιεκτικότητα σε μουρεΐνη και παχύ τοίχωμα. στα gram-αρνητικά είναι σημαντικά πιο λεπτό και καλύπτεται εξωτερικά με μια εξωτερική μεμβράνη που αποτελείται από πρωτεΐνες, φωσφολιπίδια και λιποπολυσακχαρίτες και, προφανώς, εμπλέκεται στη μεταφορά ουσιών. Πολλά βακτήρια έχουν στην επιφάνειά τους λάχνες (κροσίδες, πίλες) και μαστίγια που επιτρέπουν την κίνησή τους. Συχνά τα κυτταρικά τοιχώματα των βακτηρίων περιβάλλονται από βλεννώδεις κάψουλες ποικίλου πάχους, που σχηματίζονται κυρίως από πολυσακχαρίτες (μερικές φορές γλυκοπρωτεΐνες ή πολυπεπτίδια). Σε ορισμένα βακτήρια, βρέθηκαν επίσης τα λεγόμενα S-layers (από την αγγλική επιφάνεια), που καλύπτουν την εξωτερική επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης με ομοιόμορφα συσκευασμένες δομές πρωτεΐνης κανονικού σχήματος.

Η κυτταροπλασματική μεμβράνη, η οποία διαχωρίζει το κυτταρόπλασμα από το κυτταρικό τοίχωμα, χρησιμεύει ως οσμωτικός φραγμός του κυττάρου και ρυθμίζει τη μεταφορά ουσιών. σε αυτό πραγματοποιούνται οι διαδικασίες της αναπνοής, της αζωτοδέσμευσης, της χημειοσύνθεσης κ.λπ.. Συχνά σχηματίζει κολπίες - μεσοσωμάτια. Η βιοσύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος, η σπορίωση κ.λπ. σχετίζονται επίσης με την κυτταροπλασματική μεμβράνη και τα παράγωγά της. Το μαστίγιο και το γονιδιωματικό DNA συνδέονται με αυτό.

Το βακτηριακό κύτταρο οργανώνεται πολύ απλά. Στο κυτταρόπλασμα πολλών βακτηρίων υπάρχουν εγκλείσματα που αντιπροσωπεύονται από διάφορους τύπους φυσαλίδων (κυστιδίων) που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της εισβολής της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Τα φωτοτροφικά, νιτροποιητικά και οξειδωτικά βακτήρια μεθανίου χαρακτηρίζονται από ένα ανεπτυγμένο δίκτυο κυτταροπλασματικών μεμβρανών με τη μορφή αδιαίρετων κυστιδίων, που θυμίζουν τη γκρανά των ευκαρυωτικών χλωροπλαστών. Τα κύτταρα ορισμένων βακτηρίων που κατοικούν στο νερό περιέχουν κενοτόπια αερίων (αεροσώματα) που λειτουργούν ως ρυθμιστές πυκνότητας. Σε πολλά βακτήρια, εντοπίζονται εγκλείσματα εφεδρικών ουσιών - πολυσακχαρίτες, πολυ-β-υδροξυβουτυρικό, πολυφωσφορικά, θείο κ.λπ. Τα ριβοσώματα υπάρχουν επίσης στο κυτταρόπλασμα (από 5 έως 50 χιλιάδες). Ορισμένα βακτήρια (για παράδειγμα, πολλά κυανοβακτήρια) έχουν καρβοξυσώματα - σώματα που περιέχουν ένα ένζυμο που εμπλέκεται στη στερέωση του CO 2. Τα λεγόμενα παρασποριακά σώματα ορισμένων βακτηρίων που σχηματίζουν σπόρους περιέχουν μια τοξίνη που σκοτώνει τις προνύμφες των εντόμων.

Το βακτηριακό γονιδίωμα (νουκλεοειδές) αντιπροσωπεύεται από ένα κυκλικό μόριο DNA, το οποίο συχνά ονομάζεται βακτηριακό χρωμόσωμα. Το βακτηριακό γονιδίωμα χαρακτηρίζεται από το συνδυασμό πολλών λειτουργικά συγγενών γονιδίων σε λεγόμενα οπερόνια. Επιπλέον, το κύτταρο μπορεί να περιέχει εξωχρωμοσωμικά γενετικά στοιχεία - πλασμιδικό DNA, τα οποία φέρουν αρκετά γονίδια χρήσιμα για τα βακτήρια (συμπεριλαμβανομένων των γονιδίων αντίστασης στα αντιβιοτικά). Μπορεί να υπάρχει αυτόνομα ή να περιλαμβάνεται προσωρινά στο χρωμόσωμα. Αλλά μερικές φορές, ως αποτέλεσμα μεταλλάξεων, αυτό το DNA χάνει την ικανότητά του να φεύγει από το χρωμόσωμα και γίνεται μόνιμο συστατικό του γονιδιώματος. Η εμφάνιση νέων γονιδίων μπορεί επίσης να προκληθεί από γενετική μεταφορά ως αποτέλεσμα μονοκατευθυντικής μεταφοράς DNA από ένα κύτταρο δότη σε ένα κύτταρο δέκτη (ένα ανάλογο της σεξουαλικής διαδικασίας). Μια τέτοια μεταφορά μπορεί να συμβεί μέσω άμεσης επαφής δύο κυττάρων (σύζευξη), με τη συμμετοχή βακτηριοφάγων (μετατροπή) ή με την είσοδο γονιδίων στο κύτταρο από το εξωτερικό περιβάλλον χωρίς μεσοκυτταρική επαφή. Όλα αυτά έχουν μεγάλη σημασία για τη μικροεξέλιξη των βακτηρίων και την απόκτηση νέων ιδιοτήτων τους.

Αναπαραγωγή. Τα περισσότερα βακτήρια αναπαράγονται με σχάση στα δύο, λιγότερο συχνά με εκβλάστηση, και μερικά (για παράδειγμα, ακτινομύκητες) - με τη βοήθεια εξωσπορίων ή θραυσμάτων μυκηλίου. Υπάρχει μια γνωστή μέθοδος πολλαπλής διαίρεσης (με σχηματισμό μικρών αναπαραγωγικών κυττάρων-βαιοκυττάρων σε έναν αριθμό κυανοβακτηρίων). Τα πολυκύτταρα προκαρυωτικά μπορούν να αναπαραχθούν αποσπώντας ένα ή περισσότερα κύτταρα από τα τριχώματα. Ορισμένα βακτήρια χαρακτηρίζονται από έναν περίπλοκο κύκλο ανάπτυξης, κατά τον οποίο μπορεί να αλλάξει η μορφολογία των κυττάρων και να σχηματιστούν μορφές ηρεμίας: κύστεις, ενδοσπόρια, ακινέτες. Τα μυξοβακτήρια είναι ικανά να σχηματίζουν καρποφόρα σώματα, συχνά με παράξενες διαμορφώσεις και χρώματα.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των βακτηρίων είναι η ικανότητά τους να αναπαράγονται γρήγορα. Για παράδειγμα, ο χρόνος διπλασιασμού των κυττάρων Escherichia coli είναι 20 λεπτά. Υπολογίζεται ότι οι απόγονοι ενός κυττάρου, σε περίπτωση απεριόριστης ανάπτυξης, σε μόλις 48 ώρες θα ξεπερνούσαν τη μάζα της Γης κατά 150 φορές.

Συνθήκες διαβίωσης. Τα βακτήρια έχουν προσαρμοστεί σε διαφορετικές συνθήκες διαβίωσης. Μπορούν να αναπτυχθούν σε ένα εύρος θερμοκρασιών από -5 (και κάτω) έως 113 °C. Μεταξύ αυτών είναι: ψυχόφιλα, που αναπτύσσονται σε θερμοκρασίες κάτω των 20 ° C (για παράδειγμα, για τον Bacillus psichrophilus, η μέγιστη θερμοκρασία ανάπτυξης είναι -10 ° C), μεσόφιλα (βέλτιστη ανάπτυξη στους 20-40 ° C), θερμόφιλα (50-60 ° C C), ακραία θερμόφιλα (70 °C) και υπερθερμόφιλα (80 °C και άνω). Τα σπόρια ορισμένων τύπων βακτηρίων μπορούν να αντέξουν τη βραχυπρόθεσμη θέρμανση στους 160-180 °C και τη μακροχρόνια ψύξη στους -196 °C και κάτω. Ορισμένα βακτήρια είναι εξαιρετικά ανθεκτικά στην ιονίζουσα ακτινοβολία και ζουν ακόμη και στο νερό ψύξης των πυρηνικών αντιδραστήρων (Deinococcus radiodurans). Ορισμένα βακτήρια (βαρόφιλα ή πιεζόφιλα) ανέχονται υδροστατική πίεση έως και 101 χιλιάδες kPa και ορισμένα είδη δεν αναπτύσσονται σε πιέσεις κάτω από 50 χιλιάδες kPa. Ταυτόχρονα, υπάρχουν βακτήρια που δεν αντέχουν ούτε μια μικρή αύξηση της ατμοσφαιρικής πίεσης. Οι περισσότεροι τύποι βακτηρίων δεν αναπτύσσονται εάν η συγκέντρωση των αλάτων (NaCl) στο μέσο υπερβαίνει τα 0,5 mol/l. Οι βέλτιστες συνθήκες για την ανάπτυξη μέτριων και ακραίων αλόφιλων παρατηρούνται σε περιβάλλοντα με συγκεντρώσεις NaCl 10 και 30%, αντίστοιχα. μπορούν να αναπτυχθούν ακόμη και σε κορεσμένα διαλύματα αλατιού.

Κατά κανόνα, τα βακτήρια προτιμούν ουδέτερες περιβαλλοντικές συνθήκες (pH περίπου 7,0), αν και υπάρχουν και ακραία όξινα φιλικά, ικανά να αναπτυχθούν σε pH 0,1-0,5, και αλκαλόφιλα, που αναπτύσσονται σε pH έως και 13,0.

Η συντριπτική πλειοψηφία των βακτηρίων που μελετήθηκαν είναι αερόβια. Μερικά από αυτά μπορούν να αναπτυχθούν μόνο σε χαμηλές συγκεντρώσεις O 2 - έως 1,0-5,0% (μικροαερόφιλα). Τα προαιρετικά αναερόβια αναπτύσσονται τόσο παρουσία O 2 όσο και απουσία του. είναι σε θέση να αλλάξουν το μεταβολισμό από αερόβια αναπνοή σε ζύμωση ή αναερόβια αναπνοή (εντεροβακτήρια). Η ανάπτυξη των αεροανεκτών αναερόβιων δεν αναστέλλεται παρουσία μικρής ποσότητας O 2, επειδή δεν το χρησιμοποιούν στη διαδικασία της ζωής (για παράδειγμα, βακτήρια γαλακτικού οξέος). Για τα αυστηρά αναερόβια, ακόμη και τα ίχνη O 2 στον βιότοπο είναι καταστροφικά.

Πολλά βακτήρια επιβιώνουν σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες, σχηματίζοντας αδρανείς μορφές.

Τα περισσότερα βακτήρια που χρησιμοποιούν ενώσεις αζώτου, κατά κανόνα, χρησιμοποιούν τις ανηγμένες μορφές του (συχνότερα άλατα αμμωνίου), μερικά απαιτούν έτοιμα αμινοξέα, ενώ άλλα αφομοιώνουν επίσης τις οξειδωμένες μορφές του (κυρίως νιτρικά). Ένας σημαντικός αριθμός ελεύθερων και συμβιωτικών βακτηρίων είναι ικανά να δεσμεύουν μοριακό άζωτο (δείτε το άρθρο Καθήλωση αζώτου). Ο φώσφορος, ο οποίος είναι μέρος των νουκλεϊκών οξέων και άλλων κυτταρικών ενώσεων, λαμβάνεται από βακτήρια κυρίως από φωσφορικά άλατα. Η πηγή θείου που είναι απαραίτητη για τη βιοσύνθεση αμινοξέων και ορισμένων ενζυμικών συμπαραγόντων είναι συνήθως τα θειικά άλατα. Ορισμένοι τύποι βακτηρίων απαιτούν μειωμένες ενώσεις θείου.

Ταξονομία. Δεν υπάρχει επίσημα αποδεκτή ταξινόμηση βακτηρίων. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκε μια τεχνητή ταξινόμηση για τους σκοπούς αυτούς, με βάση την ομοιότητα των μορφολογικών και φυσιολογικών χαρακτηριστικών τους. Μια πιο προηγμένη φυλογενετική (φυσική) ταξινόμηση ενώνει σχετικές μορφές με βάση την κοινή τους προέλευση. Αυτή η προσέγγιση κατέστη δυνατή μετά την επιλογή του γονιδίου 16S rRNA ως καθολικού δείκτη και την εμφάνιση μεθόδων για τον προσδιορισμό και τη σύγκριση αλληλουχιών νουκλεοτιδίων. Το γονίδιο που κωδικοποιεί το 16S rRNA (μέρος της μικρής υπομονάδας του προκαρυωτικού ριβοσώματος) υπάρχει σε όλα τα προκαρυωτικά και χαρακτηρίζεται από υψηλό βαθμό διατήρησης της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας και λειτουργική σταθερότητα.

Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη είναι η ταξινόμηση που δημοσιεύεται στο περιοδικό της ορίζουσας Bergi (Bergi). δείτε επίσης τον ιστότοπο στο Διαδίκτυο - http://141. 150.157.117:8080/prokPUB/index.htm. Σύμφωνα με ένα από τα υπάρχοντα συστήματα οργανισμών, τα βακτήρια, μαζί με τα αρχαία, αποτελούν το βασίλειο των προκαρυωτών. Πολλοί ερευνητές τα θεωρούν ως τομέα (ή υπερβασίλειο), μαζί με τους τομείς (ή υπερβασίλεια) των αρχαίων και των ευκαρυωτών. Εντός του τομέα, τα μεγαλύτερα είδη βακτηρίων είναι τα phyla: Proteobacteria, συμπεριλαμβανομένων 5 τάξεων και 28 τάξεων. Actinobacteria (5 κατηγορίες και 14 τάξεις) και Firmicutes (3 κατηγορίες και 9 τάξεις). Επιπλέον, διακρίνονται ταξινομικές κατηγορίες κατώτερης κατάταξης: οικογένειες, γένη, είδη και υποείδη.

Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, τα βακτηριακά στελέχη στα οποία οι αλληλουχίες νουκλεοτιδίων στα γονίδια που κωδικοποιούν το 16S rRNA συμπίπτουν κατά περισσότερο από 97%, και το επίπεδο ομολογίας των αλληλουχιών νουκλεοτιδίων στο γονιδίωμα ξεπερνά το 70%, ταξινομούνται ως ένα είδος. Δεν έχουν περιγραφεί περισσότερα από 5.000 είδη βακτηρίων, τα οποία αντιπροσωπεύουν μόνο ένα μικρό μέρος αυτών που κατοικούν στον πλανήτη μας.

Τα βακτήρια συμμετέχουν ενεργά στους βιογεωχημικούς κύκλους στον πλανήτη μας (συμπεριλαμβανομένου του κύκλου των περισσότερων χημικών στοιχείων). Η σύγχρονη γεωχημική δραστηριότητα των βακτηρίων είναι επίσης παγκόσμια. Για παράδειγμα, από τους 4,3 10 10 τόνους (γιγατόνους) οργανικού άνθρακα που μονιμοποιούνται κατά τη φωτοσύνθεση στον Παγκόσμιο Ωκεανό, περίπου 4,0 10 10 τόνοι μεταλλοποιούνται στη στήλη του νερού και το 70-75% από αυτούς είναι βακτήρια και ορισμένοι άλλοι μικροοργανισμοί , και η συνολική παραγωγή μειωμένου θείου στα ιζήματα των ωκεανών φτάνει τους 4,92·10 8 τόνους ετησίως, που είναι σχεδόν τρεις φορές η συνολική ετήσια παραγωγή όλων των τύπων πρώτων υλών που περιέχουν θείο που χρησιμοποιούνται από την ανθρωπότητα. Ο κύριος όγκος του αερίου του θερμοκηπίου μεθανίου που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα παράγεται από βακτήρια (μεθανογόνα). Τα βακτήρια είναι βασικός παράγοντας στο σχηματισμό του εδάφους, οι ζώνες οξείδωσης των θειούχων και θειούχων κοιτασμάτων, ο σχηματισμός ιζηματογενών πετρωμάτων σιδήρου και μαγγανίου κ.λπ.

Ορισμένα βακτήρια προκαλούν σοβαρές ασθένειες σε ανθρώπους, ζώα και φυτά. Συχνά προκαλούν ζημιές σε αγροτικά προϊόντα, καταστροφή υπόγειων τμημάτων κτιρίων, αγωγών, μεταλλικών κατασκευών ορυχείων, υποθαλάσσιων κατασκευών κ.λπ. Η μελέτη των χαρακτηριστικών της δραστηριότητας ζωής αυτών των βακτηρίων καθιστά δυνατή την ανάπτυξη αποτελεσματικών τρόπων προστασίας από τις ζημιές που αιτία. Ταυτόχρονα, ο θετικός ρόλος των βακτηρίων για τον άνθρωπο δεν μπορεί να υπερεκτιμηθεί. Με τη βοήθεια βακτηρίων, κρασιού, γαλακτοκομικών προϊόντων, καλλιέργειες εκκίνησης και άλλων προϊόντων, παράγονται ακετόνη και βουτανόλη, οξικό και κιτρικό οξύ, ορισμένες βιταμίνες, μια σειρά από ένζυμα, αντιβιοτικά και καροτενοειδή. βακτήρια εμπλέκονται στο μετασχηματισμό των στεροειδών ορμονών και άλλων ενώσεων. Χρησιμοποιούνται για την παραγωγή πρωτεϊνών (συμπεριλαμβανομένων των ενζύμων) και ορισμένων αμινοξέων. Η χρήση βακτηρίων για την επεξεργασία των γεωργικών αποβλήτων σε βιοαέριο ή αιθανόλη καθιστά δυνατή τη δημιουργία θεμελιωδώς νέων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Τα βακτήρια χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή μετάλλων (συμπεριλαμβανομένου του χρυσού), για την αύξηση της ανάκτησης λαδιού (βλ. άρθρα Βακτηριακή έκπλυση, Βιογεωτεχνολογία). Χάρη στα βακτήρια και τα πλασμίδια, έγινε δυνατή η ανάπτυξη της γενετικής μηχανικής. Η μελέτη των βακτηρίων έπαιξε τεράστιο ρόλο στην ανάπτυξη πολλών τομέων της βιολογίας, της ιατρικής, της γεωπονίας κ.λπ. Η σημασία τους στην ανάπτυξη της γενετικής είναι μεγάλη, γιατί έχουν γίνει ένα κλασικό αντικείμενο μελέτης της φύσης των γονιδίων και των μηχανισμών δράσης τους. Η δημιουργία μεταβολικών οδών για διάφορες ενώσεις κ.λπ., σχετίζεται με βακτήρια.

Οι δυνατότητες των βακτηρίων είναι πρακτικά ανεξάντλητες. Η εμβάθυνση της γνώσης σχετικά με τις δραστηριότητες της ζωής τους ανοίγει νέες κατευθύνσεις για την αποτελεσματική χρήση των βακτηρίων στη βιοτεχνολογία και σε άλλες βιομηχανίες.

Λιτ.: Schlegel G. Γενική μικροβιολογία. Μ., 1987; The Prokaryotes: Electronic release 3.0-3.17-. Ν. Υ., 1999-2004-; Zavarzin G. A., Kolotilova N. N. Εισαγωγή στη μικροβιολογία της φυσικής ιστορίας. Μ., 2001; Madigan M. T., Martinko J., Parker J. Brock biology of microorganisms. 10η έκδ. Upper Saddle River, 2003; Οικολογία μικροοργανισμών. Μ., 2004.

Βακτήρια- ένας από τους αρχαιότερους οργανισμούς στη Γη. Παρά την απλότητα της δομής τους, ζουν σε όλους τους πιθανούς οικοτόπους. Τα περισσότερα από αυτά βρίσκονται στο έδαφος (έως αρκετά δισεκατομμύρια βακτηριακά κύτταρα ανά 1 γραμμάριο εδάφους). Υπάρχουν πολλά βακτήρια στον αέρα, στο νερό, στα τρόφιμα, στο εσωτερικό και στα σώματα των ζωντανών οργανισμών. Βακτήρια έχουν βρεθεί σε μέρη όπου άλλοι οργανισμοί δεν μπορούν να ζήσουν (σε παγετώνες, σε ηφαίστεια).

Τυπικά ένα βακτήριο είναι μονοκύτταρο (αν και υπάρχουν αποικιακές μορφές). Επιπλέον, αυτό το κύτταρο είναι πολύ μικρό (από κλάσματα του μικρού έως αρκετές δεκάδες μικρά). Αλλά το κύριο χαρακτηριστικό ενός βακτηριακού κυττάρου είναι η απουσία κυτταρικού πυρήνα. Με άλλα λόγια, τα βακτήρια ανήκουν προκαρυώτες.

Τα βακτήρια είναι είτε κινητά είτε ακίνητα. Στην περίπτωση των μη κινητικών μορφών, η κίνηση πραγματοποιείται με τη χρήση μαστιγίων. Μπορεί να υπάρχουν πολλά από αυτά ή μπορεί να είναι μόνο ένα.

Τα κύτταρα διαφορετικών τύπων βακτηρίων μπορεί να διαφέρουν πολύ ως προς το σχήμα. Υπάρχουν σφαιρικά βακτήρια ( κόκκοι), σε σχήμα ράβδου ( βάκιλλοι), παρόμοιο με κόμμα ( δονήσεις), πτυχωτό ( σπειροχαίτες, σπιρίλια) και τα λοιπά.

Δομή ενός βακτηριακού κυττάρου

Πολλά βακτηριακά κύτταρα έχουν βλεννώδη κάψουλα. Εκτελεί προστατευτική λειτουργία. Συγκεκριμένα, προστατεύει το κύτταρο από την ξήρανση.

Όπως τα φυτικά κύτταρα, τα βακτηριακά κύτταρα έχουν κυτταρικό τοίχωμα. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα φυτά, η δομή και η χημική του σύσταση είναι κάπως διαφορετικές. Το κυτταρικό τοίχωμα αποτελείται από στρώματα σύνθετων υδατανθράκων. Η δομή του είναι τέτοια που επιτρέπει σε διάφορες ουσίες να διεισδύσουν στο κύτταρο.

Κάτω από το κυτταρικό τοίχωμα είναι κυτταροπλασματική μεμβράνηnΕΝΑ.

Τα βακτήρια ταξινομούνται ως προκαρυωτικά επειδή τα κύτταρά τους δεν έχουν σχηματισμένο πυρήνα. Δεν έχουν τα χρωμοσώματα που είναι χαρακτηριστικά των ευκαρυωτικών κυττάρων. Το χρωμόσωμα δεν περιέχει μόνο DNA, αλλά και πρωτεΐνη. Στα βακτήρια, το χρωμόσωμα τους αποτελείται μόνο από DNA και είναι ένα κυκλικό μόριο. Αυτή η γενετική συσκευή βακτηρίων ονομάζεται νουκλεοειδές. Το νουκλεοειδές βρίσκεται απευθείας στο κυτταρόπλασμα, συνήθως στο κέντρο του κυττάρου.

Τα βακτήρια δεν έχουν αληθινά μιτοχόνδρια και μια σειρά από άλλα κυτταρικά οργανίδια (σύμπλεγμα Golgi, ενδοπλασματικό δίκτυο). Οι λειτουργίες τους εκτελούνται με εισβολές της κυτταροπλασματικής μεμβράνης του κυττάρου. Τέτοιες εγκολπώσεις λέγονται μεσοσώματα.

Στο κυτταρόπλασμα υπάρχει ριβοσώματα, καθώς και διάφορα βιολογικά συμπερίληψη: πρωτεΐνες, υδατάνθρακες (γλυκογόνο), λίπη. Τα βακτηριακά κύτταρα μπορεί επίσης να περιέχουν διάφορα χρωστικές. Ανάλογα με την παρουσία ή την απουσία ορισμένων χρωστικών, τα βακτήρια μπορεί να είναι άχρωμα, πράσινα ή μοβ.

Διατροφή βακτηρίων

Τα βακτήρια εμφανίστηκαν στην αυγή της ζωής στη Γη. Ήταν αυτοί που «ανακάλυψαν» διαφορετικούς τρόπους διατροφής. Μόνο αργότερα, με την επιπλοκή των οργανισμών, εμφανίστηκαν ξεκάθαρα δύο μεγάλα βασίλεια: τα φυτά και τα ζώα. Διαφέρουν μεταξύ τους κυρίως στον τρόπο που τρέφονται. Τα φυτά είναι αυτότροφα και τα ζώα είναι ετερότροφα. Τα βακτήρια έχουν και τα δύο είδη διατροφής.

Διατροφή είναι ο τρόπος με τον οποίο ένα κύτταρο ή σώμα αποκτά τις απαραίτητες οργανικές ουσίες. Μπορούν να ληφθούν από το εξωτερικό ή να συντεθούν ανεξάρτητα από ανόργανες ουσίες.

Αυτοτροφικά βακτήρια

Τα αυτότροφα βακτήρια συνθέτουν οργανικές ουσίες από ανόργανες. Η διαδικασία σύνθεσης απαιτεί ενέργεια. Ανάλογα με το από πού λαμβάνουν αυτή την ενέργεια τα αυτότροφα βακτήρια, χωρίζονται σε φωτοσυνθετικά και χημειοσυνθετικά.

Φωτοσυνθετικά βακτήρια χρησιμοποιούν την ενέργεια του Ήλιου, συλλαμβάνοντας την ακτινοβολία του. Σε αυτό είναι παρόμοια με τα φυτά. Ωστόσο, ενώ τα φυτά απελευθερώνουν οξυγόνο κατά τη φωτοσύνθεση, τα περισσότερα φωτοσυνθετικά βακτήρια δεν το απελευθερώνουν. Δηλαδή, η βακτηριακή φωτοσύνθεση είναι αναερόβια. Επίσης, η πράσινη χρωστική ουσία των βακτηρίων διαφέρει από την παρόμοια χρωστική των φυτών και ονομάζεται βακτηριοχλωροφύλλη. Τα βακτήρια δεν έχουν χλωροπλάστες. Κυρίως φωτοσυνθετικά βακτήρια ζουν σε υδάτινα σώματα (φρέσκα και αλμυρά).

Χημειοσυνθετικά βακτήριαΓια τη σύνθεση οργανικών ουσιών από ανόργανες, χρησιμοποιείται η ενέργεια διαφόρων χημικών αντιδράσεων. Ενέργεια δεν απελευθερώνεται σε όλες τις αντιδράσεις, αλλά μόνο σε εξώθερμες. Μερικές από αυτές τις αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα σε βακτηριακά κύτταρα. Έτσι μέσα νιτροποιητικά βακτήριασυμβαίνει η οξείδωση της αμμωνίας σε νιτρώδη και νιτρικά άλατα. Βακτήρια σιδήρουοξειδώνουν το σίδηρο σε οξείδιο του σιδήρου. Βακτήρια υδρογόνουοξειδώνουν μόρια υδρογόνου.

Ετεροτροφικά βακτήρια

Τα ετερότροφα βακτήρια δεν είναι ικανά να συνθέσουν οργανικές ουσίες από ανόργανες. Ως εκ τούτου, αναγκαζόμαστε να τα αποκτήσουμε από το περιβάλλον.

Τα βακτήρια που τρέφονται με τα οργανικά υπολείμματα άλλων οργανισμών (συμπεριλαμβανομένων των νεκρών) ονομάζονται σαπροφυτικά βακτήρια. Ονομάζονται αλλιώς σήψη βακτήρια. Υπάρχουν πολλά τέτοια βακτήρια στο έδαφος, όπου αποσυνθέτουν το χούμο σε ανόργανες ουσίες, οι οποίες στη συνέχεια χρησιμοποιούνται από τα φυτά. Τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος τρέφονται με σάκχαρα, μετατρέποντάς τα σε γαλακτικό οξύ. Τα βακτήρια βουτυρικού οξέος αποσυνθέτουν οργανικά οξέα, υδατάνθρακες και αλκοόλες σε βουτυρικό οξύ.

Τα βακτήρια των όζων ζουν στις ρίζες των φυτών και τρέφονται με την οργανική ουσία του ζωντανού φυτού. Ωστόσο, δεσμεύουν το άζωτο από τον αέρα και το παρέχουν στο φυτό. Δηλαδή σε αυτή την περίπτωση υπάρχει συμβίωση. Άλλα ετερότροφα βακτήρια συμβίωσηςζουν στο πεπτικό σύστημα των ζώων, βοηθώντας στην πέψη της τροφής.

Κατά τη διαδικασία της αναπνοής, οι οργανικές ουσίες καταστρέφονται και απελευθερώνεται ενέργεια. Αυτή η ενέργεια δαπανάται στη συνέχεια σε διάφορες ζωτικές διαδικασίες (για παράδειγμα, κίνηση).

Ένας αποτελεσματικός τρόπος απόκτησης ενέργειας είναι η αναπνοή οξυγόνου. Ωστόσο, ορισμένα βακτήρια μπορούν να αποκτήσουν ενέργεια χωρίς οξυγόνο. Έτσι, υπάρχουν αερόβια και αναερόβια βακτήρια.

Αερόβια βακτήριαΤο οξυγόνο είναι απαραίτητο, επομένως ζουν σε μέρη όπου είναι διαθέσιμο. Το οξυγόνο εμπλέκεται στην αντίδραση οξείδωσης των οργανικών ουσιών σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Κατά τη διαδικασία μιας τέτοιας αναπνοής, τα βακτήρια λαμβάνουν μια σχετικά μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Αυτή η μέθοδος αναπνοής είναι χαρακτηριστική για τη συντριπτική πλειοψηφία των οργανισμών.

Αναερόβια βακτήριαΔεν χρειάζονται οξυγόνο για να αναπνεύσουν, έτσι μπορούν να ζουν σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο. Λαμβάνουν ενέργεια από αντιδράσεις ζύμωσης. Αυτή η μέθοδος οξείδωσης είναι αναποτελεσματική.

Αναπαραγωγή βακτηρίων

Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα βακτήρια αναπαράγονται διαιρώντας τα κύτταρά τους στα δύο. Πριν από αυτό, το κυκλικό μόριο DNA διπλασιάζεται. Κάθε θυγατρικό κύτταρο λαμβάνει ένα από αυτά τα μόρια και επομένως είναι ένα γενετικό αντίγραφο του μητρικού κυττάρου (κλώνος). Έτσι, είναι χαρακτηριστικό για τα βακτήρια ασεξουαλική αναπαραγωγή.

Κάτω από ευνοϊκές συνθήκες (με επαρκή θρεπτικά συστατικά και ευνοϊκές περιβαλλοντικές συνθήκες), τα βακτηριακά κύτταρα διαιρούνται πολύ γρήγορα. Έτσι από ένα βακτήριο μπορούν να σχηματιστούν εκατοντάδες εκατομμύρια κύτταρα την ημέρα.

Αν και τα βακτήρια αναπαράγονται ασεξουαλικά, σε ορισμένες περιπτώσεις εμφανίζουν τα λεγόμενα σεξουαλική διαδικασία, που ρέει στη μορφή σύζευξη. Κατά τη σύζευξη, δύο διαφορετικά βακτηριακά κύτταρα έρχονται πιο κοντά και δημιουργείται μια σύνδεση μεταξύ των κυτοπλασμάτων τους. Μέρη του DNA ενός κυττάρου μεταφέρονται στο δεύτερο και μέρη του DNA του δεύτερου κυττάρου στο πρώτο. Έτσι, κατά τη διάρκεια της σεξουαλικής διαδικασίας, τα βακτήρια ανταλλάσσουν γενετικές πληροφορίες. Μερικές φορές τα βακτήρια ανταλλάσσουν όχι τμήματα DNA, αλλά ολόκληρα μόρια DNA.

Βακτηριακά σπόρια

Η συντριπτική πλειοψηφία των βακτηρίων σχηματίζει σπόρια κάτω από δυσμενείς συνθήκες. Τα βακτηριακά σπόρια είναι κυρίως ένας τρόπος επιβίωσης σε δυσμενείς συνθήκες και μια μέθοδος διασποράς, παρά μια μέθοδος αναπαραγωγής.

Όταν σχηματίζεται ένα σπόρος, το κυτταρόπλασμα του βακτηριακού κυττάρου συστέλλεται και το ίδιο το κύτταρο καλύπτεται με μια πυκνή, παχιά προστατευτική μεμβράνη.

Τα βακτηριακά σπόρια παραμένουν βιώσιμα για μεγάλο χρονικό διάστημα και είναι σε θέση να επιβιώσουν σε πολύ δυσμενείς συνθήκες (εξαιρετικά υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες, ξήρανση).

Όταν ένα σπόριο βρίσκεται σε ευνοϊκές συνθήκες, διογκώνεται. Μετά από αυτό, το προστατευτικό κέλυφος απορρίπτεται και εμφανίζεται ένα συνηθισμένο βακτηριακό κύτταρο. Συμβαίνει να συμβαίνει κυτταρική διαίρεση και να σχηματίζονται πολλά βακτήρια. Δηλαδή η σπορίωση συνδυάζεται με την αναπαραγωγή.

Η σημασία των βακτηρίων

Ο ρόλος των βακτηρίων στον κύκλο των ουσιών στη φύση είναι τεράστιος. Αυτό ισχύει κυρίως για τα σάπια βακτήρια (σαπρόφυτα). Καλούνται τακτικούς της φύσης. Με την αποσύνθεση των υπολειμμάτων φυτών και ζώων, τα βακτήρια μετατρέπουν σύνθετες οργανικές ουσίες σε απλές ανόργανες ουσίες (διοξείδιο του άνθρακα, νερό, αμμωνία, υδρόθειο).

Τα βακτήρια αυξάνουν τη γονιμότητα του εδάφους εμπλουτίζοντας το με άζωτο. Τα νιτροποιητικά βακτήρια υφίστανται αντιδράσεις κατά τις οποίες σχηματίζονται νιτρώδη από την αμμωνία και νιτρικά από νιτρώδη. Τα βακτήρια των όζων είναι σε θέση να αφομοιώσουν το ατμοσφαιρικό άζωτο, συνθέτοντας ενώσεις αζώτου. Ζουν στις ρίζες των φυτών, σχηματίζοντας οζίδια. Χάρη σε αυτά τα βακτήρια, τα φυτά λαμβάνουν τις ενώσεις αζώτου που χρειάζονται. Βασικά, τα ψυχανθή φυτά εισέρχονται σε συμβίωση με βακτήρια όζων. Αφού πεθάνουν, το έδαφος εμπλουτίζεται με άζωτο. Αυτό χρησιμοποιείται συχνά στη γεωργία.

Στο στομάχι των μηρυκαστικών, τα βακτήρια διασπούν την κυτταρίνη, η οποία προάγει την πιο αποτελεσματική πέψη.

Ο θετικός ρόλος των βακτηρίων στη βιομηχανία τροφίμων είναι μεγάλος. Πολλοί τύποι βακτηρίων χρησιμοποιούνται για την παραγωγή προϊόντων γαλακτικού οξέος, βουτύρου και τυριού, για το τουρσί λαχανικών, καθώς και για την οινοποίηση.

Στη χημική βιομηχανία, τα βακτήρια χρησιμοποιούνται για την παραγωγή αλκοολών, ακετόνης και οξικού οξέος.

Στην ιατρική, τα βακτήρια χρησιμοποιούνται για την παραγωγή πολλών αντιβιοτικών, ενζύμων, ορμονών και βιταμινών.

Ωστόσο, τα βακτήρια μπορούν επίσης να προκαλέσουν βλάβη. Όχι μόνο χαλάνε το φαγητό, αλλά με τις εκκρίσεις τους το κάνουν δηλητηριώδες.

Το περιεχόμενο του άρθρου

μια μεγάλη ομάδα μονοκύτταρων μικροοργανισμών που χαρακτηρίζεται από την απουσία ενός κυτταρικού πυρήνα που περιβάλλεται από μια μεμβράνη. Ταυτόχρονα, το γενετικό υλικό του βακτηρίου (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ, ή DNA) καταλαμβάνει μια πολύ συγκεκριμένη θέση στο κύτταρο - μια ζώνη που ονομάζεται νουκλεοειδές. Οι οργανισμοί με μια τέτοια κυτταρική δομή ονομάζονται προκαρυώτες ("προ-πυρηνικοί"), σε αντίθεση με όλους τους άλλους - ευκαρυώτες ("πραγματικά πυρηνικοί"), των οποίων το DNA βρίσκεται σε έναν πυρήνα που περιβάλλεται από ένα κέλυφος.

Τα βακτήρια, που παλαιότερα θεωρούνταν μικροσκοπικά φυτά, ταξινομούνται τώρα στο ανεξάρτητο βασίλειο Monera - ένα από τα πέντε στο τρέχον σύστημα ταξινόμησης, μαζί με φυτά, ζώα, μύκητες και πρωτίστες.

Απολιθώματα.

Τα βακτήρια είναι πιθανώς η παλαιότερη γνωστή ομάδα οργανισμών. Πολυεπίπεδες λιθοδομές - στρωματόλιθοι - χρονολογούνται σε ορισμένες περιπτώσεις στις αρχές του Αρχαιοζωικού (Αρχείου), δηλ. προέκυψε πριν από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, είναι το αποτέλεσμα της ζωτικής δραστηριότητας των βακτηρίων, που συνήθως φωτοσυνθέτουν, τα λεγόμενα. γαλαζοπράσινα φύκια. Παρόμοιες δομές (βακτηριακές μεμβράνες εμποτισμένες με ανθρακικά) σχηματίζονται ακόμη και σήμερα, κυρίως στα ανοικτά των ακτών της Αυστραλίας, των Μπαχάμες, στην Καλιφόρνια και στον Περσικό Κόλπο, αλλά είναι σχετικά σπάνιες και δεν φτάνουν σε μεγάλα μεγέθη, επειδή οι φυτοφάγοι οργανισμοί τρέφονται με αυτές. όπως τα γαστερόποδα. Σήμερα, οι στρωματόλιθοι αναπτύσσονται κυρίως όπου αυτά τα ζώα απουσιάζουν λόγω της υψηλής αλατότητας του νερού ή για άλλους λόγους, αλλά πριν από την εμφάνιση φυτοφάγων μορφών κατά την εξέλιξη, μπορούσαν να φτάσουν σε τεράστια μεγέθη, αποτελώντας ουσιαστικό στοιχείο των ρηχών ωκεανών, συγκρίσιμο με το σύγχρονο οι κοραλλιογενείς ύφαλοι. Σε ορισμένους αρχαίους βράχους, έχουν βρεθεί μικροσκοπικές απανθρακωμένες σφαίρες, οι οποίες πιστεύεται επίσης ότι είναι υπολείμματα βακτηρίων. Τα πρώτα πυρηνικά, δηλ. ευκαρυωτικά, κύτταρα εξελίχθηκαν από βακτήρια περίπου πριν από 1,4 δισεκατομμύρια χρόνια.

Οικολογία.

Τα βακτήρια είναι άφθονα στο έδαφος, στον πυθμένα των λιμνών και των ωκεανών - οπουδήποτε συσσωρεύεται οργανική ύλη. Ζουν στο κρύο, όταν το θερμόμετρο είναι ακριβώς πάνω από το μηδέν, και σε θερμές όξινες πηγές με θερμοκρασίες πάνω από 90 ° C. Ορισμένα βακτήρια ανέχονται πολύ υψηλή αλατότητα. συγκεκριμένα, είναι οι μόνοι οργανισμοί που βρέθηκαν στη Νεκρά Θάλασσα. Στην ατμόσφαιρα, υπάρχουν σε σταγονίδια νερού και η αφθονία τους εκεί συνήθως συσχετίζεται με τη σκόνη του αέρα. Έτσι, στις πόλεις, το νερό της βροχής περιέχει πολύ περισσότερα βακτήρια από ό,τι στις αγροτικές περιοχές. Υπάρχουν λίγα από αυτά στον κρύο αέρα των ψηλών βουνών και των πολικών περιοχών, ωστόσο, βρίσκονται ακόμη και στο κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας σε υψόμετρο 8 km.

Το πεπτικό σύστημα των ζώων είναι πυκνοκατοικημένο με βακτήρια (συνήθως αβλαβή). Πειράματα έδειξαν ότι δεν είναι απαραίτητα για τη ζωή των περισσότερων ειδών, αν και μπορούν να συνθέσουν κάποιες βιταμίνες. Ωστόσο, στα μηρυκαστικά (αγελάδες, αντιλόπες, πρόβατα) και σε πολλούς τερμίτες, συμμετέχουν στην πέψη της φυτικής τροφής. Επιπλέον, το ανοσοποιητικό σύστημα ενός ζώου που εκτρέφεται υπό στείρες συνθήκες δεν αναπτύσσεται κανονικά λόγω έλλειψης βακτηριακής διέγερσης. Η φυσιολογική βακτηριακή «χλωρίδα» των εντέρων είναι επίσης σημαντική για την καταστολή των επιβλαβών μικροοργανισμών που εισέρχονται εκεί.

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΖΩΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ ΒΑΚΤΗΡΙΩΝ

Τα βακτήρια είναι πολύ μικρότερα από τα κύτταρα των πολυκύτταρων φυτών και ζώων. Το πάχος τους είναι συνήθως 0,5–2,0 μm και το μήκος τους είναι 1,0–8,0 μm. Ορισμένες μορφές είναι ελάχιστα ορατές στην ανάλυση τυπικών μικροσκοπίων φωτός (περίπου 0,3 μικρά), αλλά είναι επίσης γνωστά είδη με μήκος μεγαλύτερο από 10 μικρά και πλάτος που υπερβαίνει επίσης τα καθορισμένα όρια, ενώ ένας αριθμός πολύ λεπτών βακτηρίων μπορεί να υπερβαίνει τα 50 μικρά σε μήκος. Στην επιφάνεια που αντιστοιχεί στο σημείο που σημειώνεται με μολύβι, θα χωρέσουν ένα τέταρτο του εκατομμυρίου μεσαίου μεγέθους εκπρόσωποι αυτού του βασιλείου.

Δομή.

Με βάση τα μορφολογικά τους χαρακτηριστικά, διακρίνονται οι ακόλουθες ομάδες βακτηρίων: κόκκοι (λιγότερο ή περισσότερο σφαιρικοί), βάκιλλοι (ράβδοι ή κύλινδροι με στρογγυλεμένες άκρες), σπιρίλιες (άκαμπτες σπείρες) και σπειροχαίτες (λεπτές και εύκαμπτες μορφές που μοιάζουν με τρίχες). Μερικοί συγγραφείς τείνουν να συνδυάζουν τις δύο τελευταίες ομάδες σε μία - σπιρίλα.

Οι προκαρυώτες διαφέρουν από τους ευκαρυώτες κυρίως λόγω της απουσίας σχηματισμένου πυρήνα και της τυπικής παρουσίας ενός μόνο χρωμοσώματος - ενός πολύ μεγάλου κυκλικού μορίου DNA που συνδέεται σε ένα σημείο στην κυτταρική μεμβράνη. Οι προκαρυώτες επίσης δεν έχουν ενδοκυτταρικά οργανίδια που καλύπτονται από τη μεμβράνη που ονομάζονται μιτοχόνδρια και χλωροπλάστες. Στους ευκαρυώτες, τα μιτοχόνδρια παράγουν ενέργεια κατά την αναπνοή και η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα στους χλωροπλάστες. Στους προκαρυώτες, ολόκληρο το κύτταρο (και κυρίως η κυτταρική μεμβράνη) αναλαμβάνει τη λειτουργία μιτοχονδρίου και σε φωτοσυνθετικές μορφές αναλαμβάνει επίσης τη λειτουργία ενός χλωροπλάστη. Όπως και οι ευκαρυώτες, μέσα στα βακτήρια υπάρχουν μικρές δομές νουκλεοπρωτεϊνών - ριβοσώματα, απαραίτητες για τη σύνθεση πρωτεϊνών, αλλά δεν συνδέονται με καμία μεμβράνη. Με ελάχιστες εξαιρέσεις, τα βακτήρια δεν είναι σε θέση να συνθέσουν στερόλες, σημαντικά συστατικά των μεμβρανών των ευκαρυωτικών κυττάρων.

Έξω από την κυτταρική μεμβράνη, τα περισσότερα βακτήρια καλύπτονται με ένα κυτταρικό τοίχωμα, που θυμίζει κάπως το τοίχωμα κυτταρίνης των φυτικών κυττάρων, αλλά αποτελείται από άλλα πολυμερή (περιλαμβάνουν όχι μόνο υδατάνθρακες, αλλά και αμινοξέα και ειδικές για βακτήρια ουσίες). Αυτή η μεμβράνη εμποδίζει το βακτηριακό κύτταρο να σκάσει όταν το νερό εισέρχεται σε αυτό μέσω όσμωσης. Στην κορυφή του κυτταρικού τοιχώματος βρίσκεται συχνά μια προστατευτική βλεννώδης κάψουλα. Πολλά βακτήρια είναι εξοπλισμένα με μαστίγια, με τα οποία κολυμπούν ενεργά. Τα βακτηριακά μαστίγια είναι δομημένα πιο απλά και κάπως διαφορετικά από παρόμοιες δομές ευκαρυωτών.

Αισθητηριακές λειτουργίες και συμπεριφορά.

Πολλά βακτήρια έχουν χημικούς υποδοχείς που ανιχνεύουν αλλαγές στην οξύτητα του περιβάλλοντος και τη συγκέντρωση διαφόρων ουσιών, όπως σάκχαρα, αμινοξέα, οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα. Κάθε ουσία έχει τον δικό της τύπο τέτοιων υποδοχέων «γεύσης» και η απώλεια ενός από αυτούς ως αποτέλεσμα μετάλλαξης οδηγεί σε μερική «γευστική τύφλωση». Πολλά κινητικά βακτήρια ανταποκρίνονται επίσης στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και τα φωτοσυνθετικά είδη ανταποκρίνονται σε αλλαγές στην ένταση του φωτός. Μερικά βακτήρια αντιλαμβάνονται την κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου, συμπεριλαμβανομένου του μαγνητικού πεδίου της Γης, με τη βοήθεια σωματιδίων μαγνητίτη (μαγνητικό σιδηρομετάλλευμα - Fe 3 O 4) που υπάρχουν στα κύτταρά τους. Στο νερό, τα βακτήρια χρησιμοποιούν αυτή την ικανότητα για να κολυμπήσουν κατά μήκος των γραμμών δύναμης αναζητώντας ένα ευνοϊκό περιβάλλον.

ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ

Εν μέρει λόγω του μικρού μεγέθους των βακτηρίων, ο μεταβολικός ρυθμός τους είναι πολύ υψηλότερος από αυτόν των ευκαρυωτών. Κάτω από τις πιο ευνοϊκές συνθήκες, ορισμένα βακτήρια μπορούν να διπλασιάσουν τη συνολική μάζα και τον αριθμό τους περίπου κάθε 20 λεπτά. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι ορισμένα από τα πιο σημαντικά ενζυμικά τους συστήματα λειτουργούν με πολύ υψηλή ταχύτητα. Έτσι, ένα κουνέλι χρειάζεται λίγα λεπτά για να συνθέσει ένα μόριο πρωτεΐνης, ενώ τα βακτήρια χρειάζονται δευτερόλεπτα. Ωστόσο, σε ένα φυσικό περιβάλλον, για παράδειγμα στο έδαφος, τα περισσότερα βακτήρια είναι «σε δίαιτα λιμοκτονίας», οπότε αν τα κύτταρά τους διαιρούνται, δεν είναι κάθε 20 λεπτά, αλλά μία φορά κάθε λίγες μέρες.

Θρέψη.

Τα βακτήρια είναι αυτότροφα και ετερότροφα. Τα αυτότροφα («αυτοτρέφονται») δεν χρειάζονται ουσίες που παράγονται από άλλους οργανισμούς. Χρησιμοποιούν το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2) ως κύρια ή μοναδική πηγή άνθρακα. Ενσωματώνοντας CO 2 και άλλες ανόργανες ουσίες, ιδίως αμμωνία (NH 3), νιτρικά (NO – 3) και διάφορες ενώσεις θείου, σε πολύπλοκες χημικές αντιδράσεις, συνθέτουν όλα τα βιοχημικά προϊόντα που χρειάζονται.

Τα ετερότροφα («τρέφονται με άλλους») χρησιμοποιούν οργανικές (που περιέχουν άνθρακα) ουσίες που συντίθενται από άλλους οργανισμούς, ιδίως σάκχαρα, ως κύρια πηγή άνθρακα (ορισμένα είδη χρειάζονται επίσης CO 2). Όταν οξειδώνονται, αυτές οι ενώσεις παρέχουν ενέργεια και μόρια απαραίτητα για την ανάπτυξη και τη λειτουργία των κυττάρων. Υπό αυτή την έννοια, τα ετερότροφα βακτήρια, που περιλαμβάνουν τη συντριπτική πλειοψηφία των προκαρυωτικών, είναι παρόμοια με τους ανθρώπους.

Κύριες πηγές ενέργειας.

Εάν χρησιμοποιείται κυρίως φωτεινή ενέργεια (φωτόνια) για το σχηματισμό (σύνθεση) κυτταρικών συστατικών, τότε η διαδικασία ονομάζεται φωτοσύνθεση και τα είδη που είναι ικανά για αυτήν ονομάζονται φωτότροφα. Τα φωτοτροφικά βακτήρια χωρίζονται σε φωτοετερότροφα και φωτοαυτοτροφικά ανάλογα με το ποιες ενώσεις - οργανικές ή ανόργανες - χρησιμεύουν ως κύρια πηγή άνθρακα.

Τα φωτοαυτοτροφικά κυανοβακτήρια (γαλαζοπράσινα φύκια), όπως τα πράσινα φυτά, διασπούν τα μόρια του νερού (H 2 O) χρησιμοποιώντας φωτεινή ενέργεια. Αυτό απελευθερώνει ελεύθερο οξυγόνο (1/2 O 2) και παράγει υδρογόνο (2H +), το οποίο μπορούμε να πούμε ότι μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2) σε υδατάνθρακες. Τα πράσινα και μοβ βακτήρια θείου χρησιμοποιούν φωτεινή ενέργεια για να διασπάσουν άλλα ανόργανα μόρια, όπως το υδρόθειο (H2S), αντί του νερού. Το αποτέλεσμα παράγει επίσης υδρογόνο, το οποίο μειώνει το διοξείδιο του άνθρακα, αλλά δεν απελευθερώνεται οξυγόνο. Αυτός ο τύπος φωτοσύνθεσης ονομάζεται ανοξυγονικός.

Τα φωτοετερότροφα βακτήρια, όπως τα μωβ μη θειούχα βακτήρια, χρησιμοποιούν φωτεινή ενέργεια για να παράγουν υδρογόνο από οργανικές ουσίες, ιδίως ισοπροπανόλη, αλλά η πηγή τους μπορεί επίσης να είναι αέριο Η2.

Εάν η κύρια πηγή ενέργειας στο κύτταρο είναι η οξείδωση των χημικών ουσιών, τα βακτήρια ονομάζονται χημειοετερότροφα ή χημειοαυτοτροφικά, ανάλογα με το αν τα μόρια χρησιμεύουν ως η κύρια πηγή άνθρακα - οργανικός ή ανόργανος. Για τους πρώτους, η οργανική ύλη παρέχει τόσο ενέργεια όσο και άνθρακα. Τα χημειοαυτοτροφικά λαμβάνουν ενέργεια από την οξείδωση ανόργανων ουσιών, όπως το υδρογόνο (στο νερό: 2H 4 + O 2 ® 2H 2 O), ο σίδηρος (Fe 2+ ® Fe 3+) ή το θείο (2S + 3O 2 + 2H 2 O ® 2SO 4 2 – + 4H +), και ο άνθρακας προέρχεται από CO 2. Αυτοί οι οργανισμοί ονομάζονται επίσης χημειολιθότροφοι, τονίζοντας έτσι ότι «τρέφονται» με βράχους.

Αναπνοή.

Η κυτταρική αναπνοή είναι η διαδικασία απελευθέρωσης χημικής ενέργειας που αποθηκεύεται σε μόρια «τροφής» για περαιτέρω χρήση σε ζωτικές αντιδράσεις. Η αναπνοή μπορεί να είναι αερόβια και αναερόβια. Στην πρώτη περίπτωση, απαιτεί οξυγόνο. Χρειάζεται για το έργο του λεγόμενου. Σύστημα μεταφοράς ηλεκτρονίων: τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από το ένα μόριο στο άλλο (απελευθερώνεται ενέργεια) και τελικά ενώνουν το οξυγόνο μαζί με τα ιόντα υδρογόνου - σχηματίζεται νερό.

Οι αναερόβιοι οργανισμοί δεν χρειάζονται οξυγόνο και για ορισμένα είδη αυτής της ομάδας είναι ακόμη και δηλητηριώδες. Τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται κατά την αναπνοή συνδέονται με άλλους ανόργανους δέκτες, όπως νιτρικά, θειικά ή ανθρακικά, ή (σε μια μορφή τέτοιας αναπνοής - ζύμωσης) σε ένα συγκεκριμένο οργανικό μόριο, ιδιαίτερα τη γλυκόζη.

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ

Στους περισσότερους οργανισμούς, ένα είδος θεωρείται μια αναπαραγωγικά απομονωμένη ομάδα ατόμων. Με την ευρεία έννοια, αυτό σημαίνει ότι οι εκπρόσωποι ενός συγκεκριμένου είδους μπορούν να παράγουν γόνιμους απογόνους ζευγαρώνοντας μόνο με το δικό τους είδος, αλλά όχι με άτομα άλλων ειδών. Έτσι, τα γονίδια ενός συγκεκριμένου είδους, κατά κανόνα, δεν εκτείνονται πέρα από τα όριά του. Ωστόσο, στα βακτήρια, η ανταλλαγή γονιδίων μπορεί να συμβεί μεταξύ ατόμων όχι μόνο διαφορετικών ειδών, αλλά και διαφορετικών γενών, επομένως δεν είναι απολύτως σαφές εάν είναι θεμιτό να εφαρμόζονται εδώ οι συνήθεις έννοιες της εξελικτικής προέλευσης και της συγγένειας. Λόγω αυτής και άλλων δυσκολιών, δεν υπάρχει ακόμη γενικά αποδεκτή ταξινόμηση των βακτηρίων. Παρακάτω είναι μια από τις ευρέως χρησιμοποιούμενες παραλλαγές.

ΒΑΣΙΛΕΙΟ ΤΗΣ ΜΟΝΕΡΑ

Τύπος Ι. Gracilicutes (λεπτό τοίχωμα αρνητικά κατά Gram βακτήρια)

Κατηγορία 1. Scotobacteria (μη φωτοσυνθετικές μορφές, π.χ. μυξοβακτήρια)

Κλάση 2. Ανοξυφωτοβακτήρια (φωτοσυνθετικές μορφές που δεν παράγουν οξυγόνο, π.χ. μωβ βακτήρια θείου)

Κλάση 3. Οξυφωτοβακτήρια (φωτοσυνθετικές μορφές που παράγουν οξυγόνο, όπως τα κυανοβακτήρια)

Τύπος II. Firmicutes (παχύ τοιχώματα θετικά κατά Gram βακτήρια)

Κατηγορία 1. Φιρμιβακτήρια (σκληρόκυτταρικές μορφές, όπως κλωστρίδια)

Κατηγορία 2. Θαλλοβακτήρια (διακλαδισμένες μορφές, π.χ. ακτινομύκητες)

Τύπος III. Tenericutes (Gram-αρνητικά βακτήρια χωρίς κυτταρικό τοίχωμα)

Κλάση 1. Mollicutes (μορφές μαλακών κυττάρων, όπως μυκόπλασμα)

Τύπος IV. Mendosicutes (βακτήρια με ελαττωματικά κυτταρικά τοιχώματα)

Κατηγορία 1. Αρχαιοβακτήρια (αρχαίες μορφές, π.χ. που σχηματίζουν μεθάνιο)

Τομείς.

Πρόσφατες βιοχημικές μελέτες έχουν δείξει ότι όλοι οι προκαρυώτες χωρίζονται ξεκάθαρα σε δύο κατηγορίες: μια μικρή ομάδα αρχαιβακτηρίων (Archaebacteria - «αρχαία βακτήρια») και όλα τα υπόλοιπα, που ονομάζονται ευβακτήρια (Eubacteria - «αληθινά βακτήρια»). Πιστεύεται ότι τα αρχαιοβακτήρια, σε σύγκριση με τα ευβακτήρια, είναι πιο πρωτόγονα και πιο κοντά στον κοινό πρόγονο των προκαρυωτών και των ευκαρυωτών. Διαφέρουν από άλλα βακτήρια σε πολλά σημαντικά χαρακτηριστικά, συμπεριλαμβανομένης της σύνθεσης μορίων ριβοσωμικού RNA (rRNA) που εμπλέκονται στη σύνθεση πρωτεϊνών, τη χημική δομή των λιπιδίων (ουσιών που μοιάζουν με λίπος) και την παρουσία στο κυτταρικό τοίχωμα ορισμένων άλλων ουσιών αντί του πρωτεΐνη-υδατάνθρακα πολυμερές μουρεΐνη.

Στο παραπάνω σύστημα ταξινόμησης, τα αρχαιβακτήρια θεωρούνται μόνο ένας από τους τύπους του ίδιου βασιλείου, που ενώνει όλα τα ευβακτήρια. Ωστόσο, σύμφωνα με ορισμένους βιολόγους, οι διαφορές μεταξύ των αρχαιβακτηρίων και των ευβακτηρίων είναι τόσο βαθιές που είναι πιο σωστό να θεωρήσουμε τα αρχαιοβακτήρια εντός του Monera ως ένα ειδικό υποβασίλειο. Πρόσφατα εμφανίστηκε μια ακόμη πιο ριζοσπαστική πρόταση. Η μοριακή ανάλυση έχει αποκαλύψει τόσο σημαντικές διαφορές στη δομή των γονιδίων μεταξύ αυτών των δύο ομάδων προκαρυωτικών που ορισμένοι θεωρούν την παρουσία τους στο ίδιο βασίλειο οργανισμών παράλογη. Από αυτή την άποψη, προτείνεται να δημιουργηθεί μια ταξινομική κατηγορία (ταξόνιο) ακόμη υψηλότερης βαθμίδας, αποκαλώντας την περιοχή, και να διαιρεθούν όλα τα έμβια όντα σε τρεις τομείς - Eucarya (ευκαρυώτες), Archaea (αρχαιβακτήρια) και βακτήρια (σημερινά ευβακτήρια). .

ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ

Οι δύο πιο σημαντικές οικολογικές λειτουργίες των βακτηρίων είναι η δέσμευση του αζώτου και η ανοργανοποίηση των οργανικών υπολειμμάτων.

Στερέωση αζώτου.

Η δέσμευση του μοριακού αζώτου (N 2) με το σχηματισμό αμμωνίας (NH 3) ονομάζεται αζωτοδέσμευση και η οξείδωση του τελευταίου σε νιτρώδη (NO - 2) και νιτρικά (NO - 3) ονομάζεται νιτροποίηση. Αυτές είναι ζωτικές διαδικασίες για τη βιόσφαιρα, καθώς τα φυτά χρειάζονται άζωτο, αλλά μπορούν να απορροφήσουν μόνο τις δεσμευμένες μορφές του. Επί του παρόντος, περίπου το 90% (περίπου 90 εκατομμύρια τόνοι) της ετήσιας ποσότητας αυτού του «σταθερού» αζώτου παρέχεται από βακτήρια. Το υπόλοιπο παράγεται από χημικά εργοστάσια ή εμφανίζεται κατά τη διάρκεια κεραυνών. Άζωτο στον αέρα, το οποίο είναι περίπου. Το 80% της ατμόσφαιρας δεσμεύεται κυρίως από το αρνητικό κατά gram γένος Rhizobium ( Ριζόβιο) και κυανοβακτήρια. Τα είδη Rhizobium εισέρχονται σε συμβίωση με περίπου 14.000 είδη ψυχανθών (οικογένεια Leguminosae), τα οποία περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, τριφύλλι, μηδική, σόγια και μπιζέλια. Αυτά τα βακτήρια ζουν στο λεγόμενο. οζίδια - πρηξίματα που σχηματίζονται στις ρίζες παρουσία τους. Τα βακτήρια λαμβάνουν οργανικές ουσίες (θρέψη) από το φυτό και σε αντάλλαγμα παρέχουν στον ξενιστή σταθερό άζωτο. Κατά τη διάρκεια ενός έτους, καθορίζονται με αυτόν τον τρόπο έως και 225 kg αζώτου ανά εκτάριο. Τα μη οσπριανά φυτά, όπως η σκλήθρα, εισέρχονται επίσης σε συμβίωση με άλλα βακτήρια που δεσμεύουν το άζωτο.

Τα κυανοβακτήρια φωτοσυνθέτουν, όπως τα πράσινα φυτά, απελευθερώνοντας οξυγόνο. Πολλά από αυτά είναι επίσης ικανά να δεσμεύουν το ατμοσφαιρικό άζωτο, το οποίο στη συνέχεια καταναλώνεται από τα φυτά και τελικά τα ζώα. Αυτοί οι προκαρυώτες χρησιμεύουν ως σημαντική πηγή σταθερού αζώτου στο έδαφος γενικά και στους ορυζώνες στην Ανατολή ειδικότερα, καθώς και ως κύριος προμηθευτής του για τα ωκεάνια οικοσυστήματα.

Ορυκτοποίηση.

Αυτό είναι το όνομα που δίνεται στην αποσύνθεση των οργανικών υπολειμμάτων σε διοξείδιο του άνθρακα (CO 2), νερό (H 2 O) και μεταλλικά άλατα. Από χημική άποψη, αυτή η διαδικασία είναι ισοδύναμη με την καύση, επομένως απαιτεί μεγάλες ποσότητες οξυγόνου. Το ανώτερο στρώμα του εδάφους περιέχει από 100.000 έως 1 δισεκατομμύριο βακτήρια ανά 1 g, δηλ. περίπου 2 τόνοι ανά εκτάριο. Τυπικά, όλα τα οργανικά υπολείμματα, όταν βρίσκονται στο έδαφος, οξειδώνονται γρήγορα από βακτήρια και μύκητες. Πιο ανθεκτική στην αποσύνθεση είναι μια καφετιά οργανική ουσία που ονομάζεται χουμικό οξύ, η οποία σχηματίζεται κυρίως από τη λιγνίνη που περιέχεται στο ξύλο. Συσσωρεύεται στο έδαφος και βελτιώνει τις ιδιότητές του.

ΒΑΚΤΗΡΙΑ ΚΑΙ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ

Δεδομένης της ποικιλίας των χημικών αντιδράσεων που καταλύουν τα βακτήρια, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην κατασκευή, σε ορισμένες περιπτώσεις από την αρχαιότητα. Οι προκαρυώτες μοιράζονται τη δόξα τέτοιων μικροσκοπικών ανθρώπινων βοηθών με μύκητες, κυρίως μαγιά, που παρέχουν τις περισσότερες από τις διαδικασίες αλκοολικής ζύμωσης, για παράδειγμα, στην παραγωγή κρασιού και μπύρας. Τώρα που κατέστη δυνατή η εισαγωγή χρήσιμων γονιδίων στα βακτήρια, προκαλώντας τη σύνθεση πολύτιμων ουσιών όπως η ινσουλίνη, η βιομηχανική εφαρμογή αυτών των ζωντανών εργαστηρίων έχει λάβει ένα νέο ισχυρό κίνητρο.

Βιομηχανία τροφίμων.

Επί του παρόντος, τα βακτήρια χρησιμοποιούνται από αυτή τη βιομηχανία κυρίως για την παραγωγή τυριών, άλλων γαλακτοκομικών προϊόντων που έχουν υποστεί ζύμωση και ξιδιού. Οι κύριες χημικές αντιδράσεις εδώ είναι ο σχηματισμός οξέων. Έτσι, κατά την προετοιμασία του ξιδιού, βακτήρια του γένους Acetobacterοξειδώνουν την αιθυλική αλκοόλη που περιέχεται στον μηλίτη ή άλλα υγρά σε οξικό οξύ. Παρόμοιες διαδικασίες συμβαίνουν όταν το ξινολάχανο είναι ξινολάχανο: τα αναερόβια βακτήρια ζυμώνουν τα σάκχαρα που περιέχονται στα φύλλα αυτού του φυτού σε γαλακτικό οξύ, καθώς και οξικό οξύ και διάφορες αλκοόλες.

Έκπλυση μεταλλεύματος.

Τα βακτήρια χρησιμοποιούνται για την έκπλυση μεταλλευμάτων χαμηλής ποιότητας, δηλ. μετατρέποντάς τα σε διάλυμα αλάτων πολύτιμων μετάλλων, κυρίως χαλκού (Cu) και ουρανίου (U). Ένα παράδειγμα είναι η επεξεργασία του χαλκοπυρίτη ή χαλκοπυρίτη (CuFeS 2). Οι σωροί αυτού του μεταλλεύματος ποτίζονται περιοδικά με νερό, στο οποίο χημειολιθοτροφικά βακτήρια του γένους Θειοβάκιλλος. Κατά τη διάρκεια της ζωής τους, οξειδώνουν το θείο (S), σχηματίζοντας διαλυτά θειικά άλατα χαλκού και σιδήρου: CuFeS 2 + 4O 2 ® CuSO 4 + FeSO 4. Τέτοιες τεχνολογίες απλοποιούν σε μεγάλο βαθμό την εξόρυξη πολύτιμων μετάλλων από μεταλλεύματα. κατ 'αρχήν, είναι ισοδύναμες με τις διεργασίες που συμβαίνουν στη φύση κατά τη διάβρωση των πετρωμάτων.

Ανακύκλωση.

Τα βακτήρια χρησιμεύουν επίσης για τη μετατροπή των απορριμμάτων, όπως τα λύματα, σε λιγότερο επικίνδυνα ή ακόμη και χρήσιμα προϊόντα. Τα λύματα είναι ένα από τα πιο πιεστικά προβλήματα της σύγχρονης ανθρωπότητας. Η πλήρης ανοργανοποίησή τους απαιτεί τεράστιες ποσότητες οξυγόνου και σε συνηθισμένες δεξαμενές όπου συνηθίζεται να απορρίπτονται αυτά τα απόβλητα, δεν υπάρχει πλέον αρκετό οξυγόνο για να τα «εξουδετερώσει». Η λύση βρίσκεται στον πρόσθετο αερισμό των λυμάτων σε ειδικές δεξαμενές (δεξαμενές αερισμού): ως αποτέλεσμα, τα βακτήρια ανοργανοποίησης έχουν αρκετό οξυγόνο για να αποσυνθέσουν πλήρως την οργανική ύλη και στις πιο ευνοϊκές περιπτώσεις, το πόσιμο νερό γίνεται ένα από τα τελικά προϊόντα της διαδικασίας. Το αδιάλυτο ίζημα που παραμένει στην πορεία μπορεί να υποβληθεί σε αναερόβια ζύμωση. Για να διασφαλιστεί ότι τέτοιες μονάδες επεξεργασίας νερού καταλαμβάνουν όσο το δυνατόν λιγότερο χώρο και χρήματα, είναι απαραίτητη η καλή γνώση της βακτηριολογίας.

Άλλες χρήσεις.

Άλλοι σημαντικοί τομείς βιομηχανικής εφαρμογής βακτηρίων περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, τον λοβό λίνου, δηλ. ο διαχωρισμός των κλωστικών ινών του από άλλα μέρη του φυτού, καθώς και η παραγωγή αντιβιοτικών, ιδίως στρεπτομυκίνης (βακτήρια του γένους Στρεπτομύκητες).

ΚΑΤΑΠΟΛΕΜΗΣΗ ΒΑΚΤΗΡΙΩΝ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ

Τα βακτήρια δεν είναι μόνο ωφέλιμα. Η καταπολέμηση της μαζικής αναπαραγωγής τους, για παράδειγμα σε προϊόντα διατροφής ή στα συστήματα νερού των εργοστασίων χαρτοπολτού και χαρτιού, έχει γίνει ένας ολόκληρος τομέας δραστηριότητας.

Η τροφή χαλάει λόγω της δράσης βακτηρίων, μυκήτων και των δικών της αυτολυτικών («αυτοχωνεύσιμων») ενζύμων, εκτός εάν αδρανοποιηθεί με θερμότητα ή άλλα μέσα. Δεδομένου ότι τα βακτήρια είναι η κύρια αιτία αλλοίωσης, η ανάπτυξη αποτελεσματικών συστημάτων αποθήκευσης τροφίμων απαιτεί γνώση των ορίων ανοχής αυτών των μικροοργανισμών.

Μία από τις πιο κοινές τεχνολογίες είναι η παστερίωση του γάλακτος, η οποία σκοτώνει τα βακτήρια που προκαλούν, για παράδειγμα, φυματίωση και βρουκέλλωση. Το γάλα διατηρείται στους 61–63°C για 30 λεπτά ή στους 72–73°C μόνο για 15 δευτερόλεπτα. Αυτό δεν αλλοιώνει τη γεύση του προϊόντος, αλλά απενεργοποιεί τα παθογόνα βακτήρια. Κρασί, μπύρα και χυμοί φρούτων μπορούν επίσης να παστεριωθούν.

Τα οφέλη της αποθήκευσης τροφίμων στο κρύο είναι γνωστά εδώ και καιρό. Οι χαμηλές θερμοκρασίες δεν σκοτώνουν τα βακτήρια, αλλά τα εμποδίζουν να αναπτυχθούν και να αναπαραχθούν. Είναι αλήθεια ότι όταν καταψύχονται, για παράδειγμα, στους -25° C, ο αριθμός των βακτηρίων μειώνεται μετά από μερικούς μήνες, αλλά ένας μεγάλος αριθμός από αυτούς τους μικροοργανισμούς εξακολουθεί να επιβιώνει. Σε θερμοκρασίες λίγο κάτω από το μηδέν, τα βακτήρια συνεχίζουν να πολλαπλασιάζονται, αλλά πολύ αργά. Οι βιώσιμες καλλιέργειές τους μπορούν να αποθηκευτούν σχεδόν επ' αόριστον μετά από λυοφιλοποίηση (λυοφιλοποίηση) σε μέσο που περιέχει πρωτεΐνη, όπως ορός αίματος.

Άλλες γνωστές μέθοδοι αποθήκευσης τροφίμων περιλαμβάνουν το στέγνωμα (ξήρανση και κάπνισμα), την προσθήκη μεγάλων ποσοτήτων αλατιού ή ζάχαρης, που είναι φυσιολογικά ισοδύναμο με αφυδάτωση, και το πάστωμα, δηλ. τοποθετώντας σε πυκνό διάλυμα οξέος. Όταν η οξύτητα του περιβάλλοντος αντιστοιχεί σε pH 4 και κάτω, η ζωτική δραστηριότητα των βακτηρίων συνήθως αναστέλλεται πολύ ή διακόπτεται.

ΒΑΚΤΗΡΙΑ ΚΑΙ ΑΣΘΕΝΕΙΕΣ

Τα βακτήρια ανακαλύφθηκαν από τον A. Leeuwenhoek στα τέλη του 17ου αιώνα και για μεγάλο χρονικό διάστημα πίστευαν ότι ήταν ικανά να γεννηθούν αυθόρμητα σε σάπια υπολείμματα. Αυτό εμπόδισε την κατανόηση της σύνδεσης μεταξύ των προκαρυωτών και της εμφάνισης και εξάπλωσης ασθενειών, εμποδίζοντας ταυτόχρονα την ανάπτυξη κατάλληλων θεραπευτικών και προληπτικών μέτρων. Ο Λ. Παστέρ ήταν ο πρώτος που διαπίστωσε ότι τα βακτήρια προέρχονται μόνο από άλλα ζωντανά βακτήρια και μπορούν να προκαλέσουν ορισμένες ασθένειες. Στα τέλη του 19ου αιώνα. Ο R. Koch και άλλοι επιστήμονες έχουν βελτιώσει σημαντικά τις μεθόδους για τον εντοπισμό αυτών των παθογόνων και περιέγραψαν πολλά από τα είδη τους. Για να διαπιστωθεί ότι η παρατηρούμενη ασθένεια προκαλείται από ένα πολύ συγκεκριμένο βακτήριο, εξακολουθούν να χρησιμοποιούν (με μικρές τροποποιήσεις) τα «αξίες του Koch»: 1) αυτό το παθογόνο πρέπει να υπάρχει σε όλους τους ασθενείς. 2) είναι δυνατό να αποκτήσετε την καθαρή του καλλιέργεια. 3) όταν ενοφθαλμίζεται, πρέπει να προκαλεί την ίδια ασθένεια σε ένα υγιές άτομο. 4) μπορεί να ανιχνευθεί σε ένα πρόσφατα άρρωστο άτομο. Περαιτέρω πρόοδος σε αυτόν τον τομέα συνδέεται με την ανάπτυξη της ανοσολογίας, τα θεμέλια της οποίας τέθηκαν από τον Παστέρ (στην αρχή οι Γάλλοι επιστήμονες έκαναν πολλά εδώ) και με την ανακάλυψη της πενικιλίνης το 1928 από τον A. Fleming.

Χρώση σε γραμμάρια.

Για τον εντοπισμό παθογόνων βακτηρίων, η μέθοδος των παρασκευασμάτων χρώσης, που αναπτύχθηκε το 1884 από τον Δανό βακτηριολόγο H. Gram, αποδείχθηκε εξαιρετικά χρήσιμη. Βασίζεται στην αντοχή του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος στον αποχρωματισμό μετά από επεξεργασία με ειδικές βαφές. Εάν δεν αποχρωματιστεί, το βακτήριο ονομάζεται gram-θετικό, διαφορετικά ονομάζεται gram-αρνητικό. Αυτή η διαφορά σχετίζεται με τα δομικά χαρακτηριστικά του κυτταρικού τοιχώματος και ορισμένα μεταβολικά χαρακτηριστικά των μικροοργανισμών. Η ανάθεση ενός παθογόνου βακτηρίου σε μία από αυτές τις δύο ομάδες βοηθά τους γιατρούς να συνταγογραφήσουν το σωστό αντιβιοτικό ή άλλο φάρμακο. Έτσι, τα βακτήρια που προκαλούν βρασμούς είναι πάντα θετικά κατά Gram και οι αιτιολογικοί παράγοντες της βακτηριακής δυσεντερίας είναι αρνητικοί κατά Gram.

Τύποι παθογόνων.

Τα βακτήρια δεν μπορούν να ξεπεράσουν το φράγμα που δημιουργείται από το άθικτο δέρμα. διεισδύουν στο σώμα μέσω πληγών και λεπτών βλεννογόνων που καλύπτουν το εσωτερικό της στοματικής κοιλότητας, του πεπτικού συστήματος, του αναπνευστικού και του ουρογεννητικού συστήματος κ.λπ. Ως εκ τούτου, μεταδίδονται από άτομο σε άτομο με μολυσμένα τρόφιμα ή πόσιμο νερό (τύφος, βρουκέλλωση, χολέρα, δυσεντερία), με εισπνεόμενα σταγονίδια υγρασίας που απελευθερώνονται στον αέρα όταν ο ασθενής φτερνίζεται, βήχει ή απλά μιλάει (διφθερίτιδα, πνευμονική πανώλη, φυματίωση, στρεπτοκοκκικές λοιμώξεις, πνευμονία) ή μέσω άμεσης επαφής με τους βλεννογόνους δύο ατόμων (γονόρροια, σύφιλη, βρουκέλλωση). Μόλις βρεθεί στη βλεννογόνο μεμβράνη, τα παθογόνα μπορούν να την επηρεάσουν μόνο (για παράδειγμα, παθογόνα διφθερίτιδας στην αναπνευστική οδό) ή να διεισδύσουν βαθύτερα, όπως, ας πούμε, το τρεπόνεμα στη σύφιλη.

Τα συμπτώματα της βακτηριακής μόλυνσης αποδίδονται συχνά σε τοξικές ουσίες που παράγονται από αυτούς τους μικροοργανισμούς. Συνήθως χωρίζονται σε δύο ομάδες. Οι εξωτοξίνες απελευθερώνονται από το βακτηριακό κύτταρο, για παράδειγμα, σε διφθερίτιδα, τέτανο, οστρακιά (η αιτία ενός κόκκινου εξανθήματος). Είναι ενδιαφέρον ότι σε πολλές περιπτώσεις, οι εξωτοξίνες παράγονται μόνο από βακτήρια που είναι μολυσμένα τα ίδια με ιούς που περιέχουν τα αντίστοιχα γονίδια. Οι ενδοτοξίνες αποτελούν μέρος του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος και απελευθερώνονται μόνο μετά το θάνατο και την καταστροφή του παθογόνου.

Τροφική δηλητηρίαση.

Αναερόβιο βακτήριο Clostridium botulinum, που συνήθως ζει σε χώμα και λάσπη, είναι η αιτία της αλλαντίασης. Παράγει σπόρια υψηλής αντοχής στη θερμότητα που μπορούν να βλαστήσουν μετά την παστερίωση και το κάπνισμα των τροφίμων. Κατά τη διάρκεια της ζωής του, το βακτήριο παράγει αρκετές τοξίνες που έχουν παρόμοια δομή και είναι από τα ισχυρότερα γνωστά δηλητήρια. Λιγότερο από 1/10.000 mg μιας τέτοιας ουσίας μπορεί να σκοτώσει ένα άτομο. Αυτό το βακτήριο μολύνει περιστασιακά τα εργοστασιακά κονσερβοποιημένα τρόφιμα και κάπως πιο συχνά - τα σπιτικά. Συνήθως είναι αδύνατο να ανιχνευθεί η παρουσία του σε λαχανικά ή προϊόντα κρέατος με το μάτι. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, πολλές δεκάδες περιπτώσεις αλλαντίασης αναφέρονται ετησίως, με ποσοστό θνησιμότητας 30-40%. Ευτυχώς, η βοτουλινική τοξίνη είναι πρωτεΐνη, επομένως μπορεί να αδρανοποιηθεί με σύντομο βράσιμο.

Πολύ πιο συχνή τροφική δηλητηρίαση προκαλείται από μια τοξίνη που παράγεται από ορισμένα στελέχη Staphylococcus aureus ( Η ασθένεια του σταφυλοκοκου). Συμπτώματα: διάρροια και απώλεια δύναμης. οι θάνατοι είναι σπάνιοι. Αυτή η τοξίνη είναι επίσης μια πρωτεΐνη, αλλά, δυστυχώς, είναι πολύ ανθεκτική στη θερμότητα, επομένως είναι δύσκολο να την απενεργοποιήσετε με το βράσιμο των τροφίμων. Εάν τα προϊόντα δεν είναι σοβαρά δηλητηριασμένα από αυτό, τότε, για να αποφευχθεί ο πολλαπλασιασμός του σταφυλόκοκκου, συνιστάται η αποθήκευση τους έως ότου καταναλωθούν σε θερμοκρασία είτε κάτω από 4 ° C ή πάνω από 60 ° C.

Γένος βακτηρίων ΣαλμονέλαΕίναι επίσης ικανά να προκαλέσουν βλάβη στην υγεία μολύνοντας τα τρόφιμα. Αυστηρά μιλώντας, δεν πρόκειται για τροφική δηλητηρίαση, αλλά για εντερική λοίμωξη (σαλμονέλωση), τα συμπτώματα της οποίας εμφανίζονται συνήθως 12-24 ώρες μετά την είσοδο του παθογόνου στο σώμα. Το ποσοστό θνησιμότητας από αυτό είναι αρκετά υψηλό.

Η δηλητηρίαση από σταφυλόκοκκο και η σαλμονέλωση συνδέονται κυρίως με την κατανάλωση προϊόντων κρέατος και σαλάτας που έχουν σταθεί σε θερμοκρασία δωματίου, ειδικά σε πικνίκ και γιορτές.

Φυσική άμυνα του οργανισμού.

Στο σώμα του ζώου υπάρχουν αρκετές «γραμμές άμυνας» έναντι παθογόνων μικροοργανισμών. Ένα από αυτά σχηματίζεται από λευκά αιμοσφαίρια που φαγοκυτταρώνουν, δηλ. απορροφώντας βακτήρια και γενικά ξένα σωματίδια, το άλλο είναι το ανοσοποιητικό σύστημα. Και οι δύο δρουν αλληλένδετα.

Το ανοσοποιητικό σύστημα είναι πολύ περίπλοκο και υπάρχει μόνο στα σπονδυλωτά. Εάν μια ξένη πρωτεΐνη ή ένας υψηλού μοριακούς υδατάνθρακας διεισδύσει στο αίμα ενός ζώου, γίνεται αντιγόνο εδώ, δηλ. μια ουσία που διεγείρει την παραγωγή από το σώμα μιας «ανταγωνιστικής» ουσίας - ενός αντισώματος. Ένα αντίσωμα είναι μια πρωτεΐνη που δεσμεύεται, δηλ. αδρανοποιεί ένα αντιγόνο ειδικό για αυτό, προκαλώντας συχνά την καθίζηση (κατακρήμνιση) και την απομάκρυνσή του από την κυκλοφορία του αίματος. Κάθε αντιγόνο αντιστοιχεί σε ένα αυστηρά καθορισμένο αντίσωμα.

Τα βακτήρια, κατά κανόνα, προκαλούν επίσης το σχηματισμό αντισωμάτων, τα οποία διεγείρουν τη λύση, δηλ. καταστροφή των κυττάρων τους και να τα κάνουν πιο προσιτά στη φαγοκυττάρωση. Είναι συχνά δυνατό να ανοσοποιηθεί ένα άτομο εκ των προτέρων, αυξάνοντας τη φυσική του αντίσταση στη βακτηριακή μόλυνση.

Εκτός από τη «χυμική ανοσία» που παρέχεται από τα αντισώματα που κυκλοφορούν στο αίμα, υπάρχει «κυτταρική» ανοσία που σχετίζεται με εξειδικευμένα λευκά αιμοσφαίρια, τα λεγόμενα. Τ κύτταρα που σκοτώνουν τα βακτήρια μέσω άμεσης επαφής και με τη βοήθεια τοξικών ουσιών. Τα Τ κύτταρα χρειάζονται επίσης για την ενεργοποίηση των μακροφάγων, ενός άλλου τύπου λευκών αιμοσφαιρίων που επίσης καταστρέφει τα βακτήρια.

Χημειοθεραπεία και αντιβιοτικά.

Στην αρχή, πολύ λίγα φάρμακα (χημειοθεραπευτικά φάρμακα) χρησιμοποιήθηκαν για την καταπολέμηση των βακτηρίων. Η δυσκολία ήταν ότι αν και αυτά τα φάρμακα σκοτώνουν εύκολα μικρόβια, μια τέτοια θεραπεία είναι συχνά επιβλαβής για τον ίδιο τον ασθενή. Ευτυχώς, η βιοχημική ομοιότητα μεταξύ ανθρώπου και μικροβίων, όπως είναι πλέον γνωστό, είναι ακόμη ελλιπής. Για παράδειγμα, τα αντιβιοτικά της ομάδας της πενικιλίνης, που συντίθενται από ορισμένους μύκητες και χρησιμοποιούνται από αυτούς για την καταπολέμηση ανταγωνιστικών βακτηρίων, διαταράσσουν το σχηματισμό του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος. Δεδομένου ότι τα ανθρώπινα κύτταρα δεν έχουν τέτοιο τοίχωμα, αυτές οι ουσίες είναι επιβλαβείς μόνο για τα βακτήρια, αν και μερικές φορές προκαλούν αλλεργική αντίδραση σε εμάς. Επιπλέον, τα προκαρυωτικά ριβοσώματα, κάπως διαφορετικά από τα δικά μας (ευκαρυωτικά), απενεργοποιούνται ειδικά από αντιβιοτικά όπως η στρεπτομυκίνη και η χλωρομυκετίνη. Επιπλέον, ορισμένα βακτήρια πρέπει να εφοδιαστούν με μία από τις βιταμίνες - το φολικό οξύ, και η σύνθεσή του στα κύτταρά τους καταστέλλεται από συνθετικά φάρμακα σουλφα. Εμείς οι ίδιοι παίρνουμε αυτή τη βιταμίνη από τα τρόφιμα, επομένως δεν υποφέρουμε με αυτή τη θεραπεία. Φυσικά ή συνθετικά φάρμακα υπάρχουν πλέον ενάντια σε όλα σχεδόν τα βακτηριακά παθογόνα.

Φροντίδα υγείας.

Η καταπολέμηση των παθογόνων σε επίπεδο μεμονωμένου ασθενούς είναι μόνο μία πτυχή της εφαρμογής της ιατρικής βακτηριολογίας. Δεν είναι λιγότερο σημαντική η μελέτη της ανάπτυξης βακτηριακών πληθυσμών έξω από το σώμα του ασθενούς, η οικολογία, η βιολογία και η επιδημιολογία τους, δηλ. κατανομή και δυναμική του πληθυσμού. Είναι γνωστό, για παράδειγμα, ότι ο αιτιολογικός παράγοντας της πανώλης Yersinia pestisζει στο σώμα των τρωκτικών, τα οποία χρησιμεύουν ως «φυσική δεξαμενή» αυτής της μόλυνσης και οι ψύλλοι είναι οι φορείς της μεταξύ των ζώων. ορισμένο χρονικό διάστημα, ανάλογα με διάφορες συνθήκες. Έτσι, οι αλκαλικές δεξαμενές της Ινδίας, όπου το pH του περιβάλλοντος ποικίλλει ανάλογα με την εποχή του χρόνου, είναι ένα πολύ ευνοϊκό περιβάλλον για την επιβίωση του Vibrio cholerae ( Vibrio cholerae) ().

Αυτός ο τύπος πληροφοριών είναι εξαιρετικά σημαντικός για τους εργαζόμενους στον τομέα της υγείας που εμπλέκονται στον εντοπισμό εστιών ασθενειών, τη διακοπή της μετάδοσης ασθενειών, την εφαρμογή προγραμμάτων ανοσοποίησης και άλλα προληπτικά μέτρα.

ΜΕΛΕΤΗΣ ΒΑΚΤΗΡΙΩΝ

Πολλά βακτήρια είναι εύκολο να αναπτυχθούν στα λεγόμενα. μέσο καλλιέργειας, το οποίο μπορεί να περιλαμβάνει ζωμό κρέατος, μερικώς χωνεμένη πρωτεΐνη, άλατα, δεξτρόζη, πλήρες αίμα, τον ορό του και άλλα συστατικά. Η συγκέντρωση των βακτηρίων σε τέτοιες συνθήκες συνήθως φτάνει περίπου το ένα δισεκατομμύριο ανά κυβικό εκατοστό, με αποτέλεσμα το περιβάλλον να γίνεται θολό.

Για τη μελέτη των βακτηρίων, είναι απαραίτητο να μπορέσουμε να αποκτήσουμε τις καθαρές καλλιέργειές τους, ή τους κλώνους τους, που είναι απόγονοι ενός μόνο κυττάρου. Αυτό είναι απαραίτητο, για παράδειγμα, για να προσδιοριστεί ποιος τύπος βακτηρίων μόλυνε τον ασθενή και σε ποιο αντιβιοτικό είναι ευαίσθητος αυτός ο τύπος. Μικροβιολογικά δείγματα, όπως επιχρίσματα λαιμού ή πληγών, αίμα, νερό ή άλλα υλικά, αραιώνονται σε μεγάλο βαθμό και εφαρμόζονται στην επιφάνεια ενός ημι-στερεού μέσου, όπου αναπτύσσονται στρογγυλές αποικίες από μεμονωμένα κύτταρα. Ο σκληρυντικός παράγοντας για το μέσο καλλιέργειας είναι συνήθως το άγαρ, ένας πολυσακχαρίτης που λαμβάνεται από ορισμένα φύκια και δεν είναι εύπεπτος από σχεδόν κανένα είδος βακτηρίων. Τα μέσα άγαρ χρησιμοποιούνται με τη μορφή «κοπαδιών», δηλ. κεκλιμένες επιφάνειες που σχηματίζονται σε δοκιμαστικούς σωλήνες που στέκονται σε μεγάλη γωνία όταν στερεοποιείται το τηγμένο μέσο καλλιέργειας ή με τη μορφή λεπτών στρωμάτων σε γυάλινα τρυβλία Petri - επίπεδα στρογγυλά δοχεία, κλειστά με καπάκι του ίδιου σχήματος, αλλά ελαφρώς μεγαλύτερης διαμέτρου. Συνήθως, μέσα σε μια μέρα, το βακτηριακό κύτταρο καταφέρνει να πολλαπλασιαστεί τόσο πολύ ώστε να σχηματίσει μια αποικία που είναι εύκολα ορατή με γυμνό μάτι. Μπορεί να μεταφερθεί σε άλλο περιβάλλον για περαιτέρω μελέτη. Όλα τα μέσα καλλιέργειας πρέπει να είναι αποστειρωμένα πριν αρχίσουν να αναπτύσσονται βακτήρια και στο μέλλον θα πρέπει να λαμβάνονται μέτρα για την αποφυγή της εναπόθεσης ανεπιθύμητων μικροοργανισμών σε αυτά.

Για να εξετάσετε τα βακτήρια που αναπτύσσονται με αυτόν τον τρόπο, θερμάνετε ένα λεπτό συρμάτινο βρόχο σε φλόγα, αγγίξτε το πρώτα σε μια αποικία ή κηλίδα και μετά σε μια σταγόνα νερού που εφαρμόστηκε σε μια γυάλινη πλάκα. Έχοντας κατανείμει ομοιόμορφα το ληφθέν υλικό σε αυτό το νερό, το ποτήρι στεγνώνει και περνά γρήγορα πάνω από τη φλόγα του καυστήρα δύο ή τρεις φορές (η πλευρά με τα βακτήρια πρέπει να είναι στραμμένη προς τα επάνω): ως αποτέλεσμα, οι μικροοργανισμοί, χωρίς να καταστραφούν, είναι σταθεροί. προσαρτάται στο υπόστρωμα. Η βαφή στάζει στην επιφάνεια του παρασκευάσματος, στη συνέχεια το ποτήρι πλένεται σε νερό και στεγνώνει ξανά. Τώρα μπορείτε να εξετάσετε το δείγμα κάτω από ένα μικροσκόπιο.

Οι καθαρές καλλιέργειες βακτηρίων αναγνωρίζονται κυρίως από τα βιοχημικά τους χαρακτηριστικά, δηλ. προσδιορίστε εάν σχηματίζουν αέριο ή οξέα από ορισμένα σάκχαρα, εάν είναι σε θέση να αφομοιώσουν την πρωτεΐνη (ρευστοποιούν τη ζελατίνη), εάν χρειάζονται οξυγόνο για την ανάπτυξη κ.λπ. Ελέγχουν επίσης αν έχουν λερωθεί με συγκεκριμένες βαφές. Η ευαισθησία σε ορισμένα φάρμακα, όπως τα αντιβιοτικά, μπορεί να προσδιοριστεί τοποθετώντας μικρούς δίσκους διηθητικού χαρτιού εμποτισμένους με αυτές τις ουσίες σε μια επιφάνεια μολυσμένη από βακτήρια. Εάν κάποια χημική ένωση σκοτώνει βακτήρια, σχηματίζεται μια ζώνη απαλλαγμένη από βακτήρια γύρω από τον αντίστοιχο δίσκο.

Ο αρχαιότερος ζωντανός οργανισμός στον πλανήτη μας. Όχι μόνο τα μέλη του επιβίωσαν για δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά είναι επίσης αρκετά ισχυρά ώστε να εξαφανίσουν κάθε άλλο είδος στη Γη. Σε αυτό το άρθρο θα δούμε τι είδους βακτήρια υπάρχουν.

Ας μιλήσουμε για τη δομή, τις λειτουργίες τους και ας αναφέρουμε επίσης μερικούς χρήσιμους και επιβλαβείς τύπους.

Ανακάλυψη βακτηρίων

Ας ξεκινήσουμε την εκδρομή μας στο βασίλειο των μικροοργανισμών με έναν ορισμό. Τι σημαίνει «βακτήρια»;

Ο όρος προέρχεται από την αρχαία ελληνική λέξη για το «ραβδί». Ο Christian Ehrenberg το εισήγαγε στο ακαδημαϊκό λεξικό. Πρόκειται για μικροοργανισμούς απαλλαγμένους από πυρήνες που δεν έχουν πυρήνα. Προηγουμένως, ονομάζονταν επίσης «προκαρυώτες» (χωρίς πυρηνικά). Αλλά το 1970 υπήρξε μια διαίρεση σε αρχαία και ευβακτήρια. Ωστόσο, αυτή η έννοια εξακολουθεί να χρησιμοποιείται συχνότερα για να σημαίνει όλους τους προκαρυώτες.

Η επιστήμη της βακτηριολογίας μελετά ποια είδη βακτηρίων υπάρχουν. Οι επιστήμονες λένε ότι αυτή τη στιγμή έχουν ανακαλυφθεί περίπου δέκα χιλιάδες διαφορετικοί τύποι αυτών των ζωντανών πλασμάτων. Ωστόσο, πιστεύεται ότι υπάρχουν περισσότερες από ένα εκατομμύριο ποικιλίες.

Ο Anton Leeuwenhoek, Ολλανδός φυσιοδίφης, μικροβιολόγος και συνεργάτης της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου, σε μια επιστολή προς τη Μεγάλη Βρετανία το 1676, περιγράφει έναν αριθμό από τους απλούστερους μικροοργανισμούς που ανακάλυψε. Το μήνυμά του συγκλόνισε το κοινό και στάλθηκε επιτροπή από το Λονδίνο για να ελέγξει διπλά αυτά τα δεδομένα.

Αφού ο Nehemiah Grew επιβεβαίωσε τις πληροφορίες, ο Leeuwenhoek έγινε παγκοσμίου φήμης επιστήμονας, ανακάλυψε, αλλά στις σημειώσεις του τους αποκαλούσε «ζώα».

Ο Έρενμπεργκ συνέχισε το έργο του. Ήταν αυτός ο ερευνητής που επινόησε τον σύγχρονο όρο «βακτήρια» το 1828.

Οι μικροοργανισμοί χρησιμοποιούνται και για στρατιωτικούς σκοπούς. Με τη βοήθεια διαφόρων ειδών δημιουργείται μια θανατηφόρα ουσία.Για αυτό δεν χρησιμοποιούνται μόνο τα ίδια τα βακτήρια αλλά και οι τοξίνες που απελευθερώνονται από αυτά.

Ειρηνικά, η επιστήμη χρησιμοποιεί μονοκύτταρους οργανισμούς για έρευνα στη γενετική, τη βιοχημεία, τη γενετική μηχανική και τη μοριακή βιολογία. Με τη βοήθεια επιτυχημένων πειραμάτων, δημιουργήθηκαν αλγόριθμοι για τη σύνθεση βιταμινών, πρωτεϊνών και άλλων ουσιών απαραίτητων για τον άνθρωπο.

Τα βακτήρια χρησιμοποιούνται και σε άλλους τομείς. Με τη βοήθεια μικροοργανισμών εμπλουτίζονται τα μεταλλεύματα και καθαρίζονται υδάτινα σώματα και εδάφη.

Οι επιστήμονες λένε επίσης ότι τα βακτήρια που συνθέτουν τη μικροχλωρίδα στο ανθρώπινο έντερο μπορούν να ονομαστούν ξεχωριστό όργανο με τα δικά του καθήκοντα και ανεξάρτητες λειτουργίες. Σύμφωνα με ερευνητές, υπάρχει περίπου ένα κιλό από αυτούς τους μικροοργανισμούς μέσα στο σώμα!

Στην καθημερινή ζωή συναντάμε παντού παθογόνα βακτήρια. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, ο μεγαλύτερος αριθμός αποικιών βρίσκεται στα χερούλια των καροτσιών των σούπερ μάρκετ, ακολουθούν τα ποντίκια υπολογιστών στα καφέ στο Διαδίκτυο και μόνο στην τρίτη θέση βρίσκονται τα χερούλια των δημόσιων τουαλετών.

Ωφέλιμα βακτήρια

Ακόμη και στο σχολείο διδάσκουν τι είναι τα βακτήρια. Ο βαθμός 3 γνωρίζει όλα τα είδη κυανοβακτηρίων και άλλων μονοκύτταρων οργανισμών, τη δομή και την αναπαραγωγή τους. Τώρα θα μιλήσουμε για την πρακτική πλευρά του θέματος.

Πριν από μισό αιώνα, κανείς δεν σκέφτηκε καν ένα τέτοιο θέμα όπως η κατάσταση της μικροχλωρίδας στα έντερα. Όλα ήταν εντάξει. Τρώγοντας πιο φυσικό και πιο υγιεινό, λιγότερες ορμόνες και αντιβιοτικά, λιγότερες εκπομπές χημικών στο περιβάλλον.

Σήμερα, σε συνθήκες κακής διατροφής, στρες και υπεραφθονίας αντιβιοτικών, η δυσβίωση και τα σχετικά προβλήματα καταλαμβάνουν ηγετικές θέσεις. Πώς προτείνουν οι γιατροί να το αντιμετωπίσουν αυτό;

Μία από τις κύριες απαντήσεις είναι η χρήση προβιοτικών. Πρόκειται για ένα ειδικό σύμπλεγμα που επανεποικίζει τα ανθρώπινα έντερα με ωφέλιμα βακτήρια.

Μια τέτοια παρέμβαση μπορεί να βοηθήσει σε τέτοια δυσάρεστα ζητήματα όπως τροφικές αλλεργίες, δυσανεξία στη λακτόζη, γαστρεντερικές διαταραχές και άλλες παθήσεις.

Ας αγγίξουμε τώρα ποια ωφέλιμα βακτήρια υπάρχουν και ας μάθουμε επίσης για την επίδρασή τους στην υγεία.

Τρεις τύποι μικροοργανισμών έχουν μελετηθεί με τη μεγαλύτερη λεπτομέρεια και χρησιμοποιούνται ευρέως για να έχουν θετική επίδραση στο ανθρώπινο σώμα - ο οξύφιλος, ο βουλγαρικός βάκιλλος και τα bifidobacteria.

Τα δύο πρώτα έχουν σχεδιαστεί για να τονώνουν το ανοσοποιητικό σύστημα, καθώς και να μειώνουν την ανάπτυξη ορισμένων επιβλαβών μικροοργανισμών όπως η μαγιά, το E. coli κ.λπ. Τα Bifidobacteria είναι υπεύθυνα για την πέψη της λακτόζης, την παραγωγή ορισμένων βιταμινών και τη μείωση της χοληστερόλης.

Επιβλαβή βακτήρια

Προηγουμένως μιλήσαμε για το τι είδη βακτηρίων υπάρχουν. Οι τύποι και τα ονόματα των πιο κοινών ωφέλιμων μικροοργανισμών ανακοινώθηκαν παραπάνω. Στη συνέχεια θα μιλήσουμε για τους «μονοκύτταρους εχθρούς» των ανθρώπων.

Υπάρχουν μερικά που είναι επιβλαβή μόνο για τον άνθρωπο, ενώ άλλα είναι θανατηφόρα για τα ζώα ή τα φυτά. Οι άνθρωποι έχουν μάθει να χρησιμοποιούν το τελευταίο, ειδικότερα, για να καταστρέφουν τα ζιζάνια και τα ενοχλητικά έντομα.

Πριν εμβαθύνουμε σε ποιους τύπους υπάρχουν, αξίζει να αποφασίσουμε για τους τρόπους διανομής τους. Και είναι πολλά από αυτά. Υπάρχουν μικροοργανισμοί που μεταδίδονται μέσω μολυσμένων και άπλυτων τροφίμων, με αερομεταφερόμενα σταγονίδια και επαφή, μέσω του νερού, του χώματος ή μέσω τσιμπήματος εντόμων.

Το χειρότερο είναι ότι μόνο ένα κύτταρο, αφού βρεθεί στο ευνοϊκό περιβάλλον του ανθρώπινου σώματος, είναι ικανό να πολλαπλασιαστεί σε πολλά εκατομμύρια βακτήρια μέσα σε λίγες μόνο ώρες.

Αν μιλάμε για ποιους τύπους βακτηρίων υπάρχουν, τα ονόματα των παθογόνων και των ωφέλιμων είναι δύσκολο για έναν λαϊκό να διακρίνει. Στην επιστήμη, οι λατινικοί όροι χρησιμοποιούνται για να αναφέρονται σε μικροοργανισμούς. Στην κοινή γλώσσα, οι περίεργες λέξεις αντικαθίστανται από έννοιες - "Escherichia coli", "παθογόνα" της χολέρας, κοκκύτης, φυματίωση και άλλα.

Τα προληπτικά μέτρα για την πρόληψη της νόσου είναι τριών τύπων. Πρόκειται για εμβολιασμούς και εμβολιασμούς, διακοπή οδών μετάδοσης (γάζες επίδεσμοι, γάντια) και καραντίνα.

Από πού προέρχονται τα βακτήρια στα ούρα;

Μερικοί άνθρωποι προσπαθούν να παρακολουθούν την υγεία τους και να κάνουν εξετάσεις στην κλινική. Πολύ συχνά η αιτία των κακών αποτελεσμάτων είναι η παρουσία μικροοργανισμών στα δείγματα.

Θα μιλήσουμε για το ποια βακτήρια βρίσκονται στα ούρα λίγο αργότερα. Τώρα αξίζει να σταθούμε ξεχωριστά στο πού εμφανίζονται, στην πραγματικότητα, μονοκύτταρα πλάσματα.

Στην ιδανική περίπτωση, τα ούρα ενός ατόμου είναι αποστειρωμένα. Δεν μπορεί να υπάρχουν ξένοι οργανισμοί εκεί. Ο μόνος τρόπος με τον οποίο τα βακτήρια μπορούν να εισέλθουν στα απόβλητα είναι στο σημείο όπου απομακρύνονται τα απόβλητα από το σώμα. Συγκεκριμένα, σε αυτή την περίπτωση θα είναι η ουρήθρα.

Εάν η ανάλυση δείχνει μικρό αριθμό εγκλεισμάτων μικροοργανισμών στα ούρα, τότε όλα είναι φυσιολογικά προς το παρόν. Αλλά όταν ο δείκτης αυξάνεται πάνω από τα επιτρεπόμενα όρια, τέτοια δεδομένα υποδεικνύουν την ανάπτυξη φλεγμονωδών διεργασιών στο ουρογεννητικό σύστημα. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει πυελονεφρίτιδα, προστατίτιδα, ουρηθρίτιδα και άλλες δυσάρεστες παθήσεις.

Έτσι, το ερώτημα για το τι είδη βακτηρίων υπάρχουν στην ουροδόχο κύστη είναι εντελώς λανθασμένο. Οι μικροοργανισμοί δεν εισέρχονται στην εκκένωση από αυτό το όργανο. Οι επιστήμονες σήμερα έχουν εντοπίσει διάφορους λόγους που οδηγούν στην παρουσία μονοκύτταρων πλασμάτων στα ούρα.

Πρώτον, αυτή είναι η άτακτη σεξουαλική ζωή.
Δεύτερον, ασθένειες του ουρογεννητικού συστήματος.
Τρίτον, παραμέληση κανόνων προσωπικής υγιεινής.
Τέταρτον, μειωμένη ανοσία, διαβήτης και μια σειρά από άλλες διαταραχές.

Τύποι βακτηρίων στα ούρα

Νωρίτερα στο άρθρο ειπώθηκε ότι μικροοργανισμοί στα απόβλητα βρίσκονται μόνο σε περιπτώσεις ασθενειών. Υποσχεθήκαμε να σας πούμε τι είναι τα βακτήρια. Τα ονόματα θα δοθούν μόνο εκείνων των ειδών που βρίσκονται συχνότερα στα αποτελέσματα της ανάλυσης.

Λοιπόν, ας ξεκινήσουμε. Ο γαλακτοβάκιλλος είναι αντιπρόσωπος αναερόβιων οργανισμών, ένα gram-θετικό βακτήριο. Πρέπει να βρίσκεται στο ανθρώπινο πεπτικό σύστημα. Η παρουσία του στα ούρα υποδηλώνει κάποιες δυσλειτουργίες. Ένα τέτοιο γεγονός δεν είναι κρίσιμο, αλλά είναι μια δυσάρεστη αφύπνιση ότι θα πρέπει να φροντίσετε σοβαρά τον εαυτό σας.

Ο Πρωτέας είναι επίσης φυσικός κάτοικος του γαστρεντερικού σωλήνα. Όμως η παρουσία του στα ούρα υποδηλώνει αποτυχία στην απέκκριση των κοπράνων. Αυτός ο μικροοργανισμός περνά από τα τρόφιμα στα ούρα μόνο με αυτόν τον τρόπο. Σημάδι της παρουσίας μεγάλης ποσότητας πρωτεού στα απόβλητα είναι η αίσθηση καψίματος στο κάτω μέρος της κοιλιάς και επώδυνη ούρηση όταν το υγρό έχει σκούρο χρώμα.

Ο Enterococcus fecalis μοιάζει πολύ με το προηγούμενο βακτήριο. Εισέρχεται στα ούρα με τον ίδιο τρόπο, πολλαπλασιάζεται γρήγορα και είναι δύσκολο να αντιμετωπιστεί. Επιπλέον, οι μικροοργανισμοί του εντερόκοκκου είναι ανθεκτικοί στα περισσότερα αντιβιοτικά.

Έτσι, σε αυτό το άρθρο καταλάβαμε τι είναι τα βακτήρια. Μιλήσαμε για τη δομή και την αναπαραγωγή τους. Έχετε μάθει τα ονόματα ορισμένων επιβλαβών και ωφέλιμων ειδών.

Καλή τύχη, αγαπητοί αναγνώστες! Να θυμάστε ότι η τήρηση των κανόνων προσωπικής υγιεινής είναι η καλύτερη πρόληψη.

Τα βακτήρια είναι πολύ μικροί, απίστευτα αρχαίοι και σε κάποιο βαθμό αρκετά απλοί μικροοργανισμοί. Σύμφωνα με τη σύγχρονη ταξινόμηση, ταξινομούνται ως ξεχωριστός τομέας οργανισμών, γεγονός που υποδηλώνει σημαντική διαφορά μεταξύ των βακτηρίων και άλλων μορφών ζωής.

Τα βακτήρια είναι οι πιο συνηθισμένοι και, κατά συνέπεια, οι πιο πολυάριθμοι ζωντανοί οργανισμοί· είναι, χωρίς υπερβολή, πανταχού παρόντα και ευδοκιμούν σε οποιοδήποτε περιβάλλον: νερό, αέρας, γη, καθώς και μέσα σε άλλους οργανισμούς. Έτσι σε μια σταγόνα νερού ο αριθμός τους μπορεί να φτάσει πολλά εκατομμύρια και στο ανθρώπινο σώμα υπάρχουν περίπου δέκα περισσότερα από όλα τα κύτταρά μας.

Τι είναι τα βακτήρια;

Πρόκειται για μικροσκοπικούς, κυρίως μονοκύτταρους οργανισμούς, η κύρια διαφορά των οποίων είναι η απουσία κυτταρικού πυρήνα. Η βάση του κυττάρου, το κυτταρόπλασμα περιέχει ριβοσώματα και ένα νουκλεοειδές, το οποίο χρησιμεύει ως γενετικό υλικό των βακτηρίων. Όλα αυτά χωρίζονται από τον έξω κόσμο με μια κυτταροπλασματική μεμβράνη ή πλάσμα, το οποίο με τη σειρά του καλύπτεται με ένα κυτταρικό τοίχωμα και μια πιο πυκνή κάψουλα. Μερικοί τύποι βακτηρίων έχουν εξωτερικά μαστίγια· ο αριθμός και το μέγεθός τους μπορεί να ποικίλλουν πολύ, αλλά ο σκοπός τους είναι πάντα ο ίδιος - βοηθούν τα βακτήρια να κινούνται.

Δομή και περιεχόμενο ενός βακτηριακού κυττάρου

Τι είναι τα βακτήρια;

Σχήματα και μεγέθη

Τα σχήματα των διαφορετικών τύπων βακτηρίων ποικίλλουν πολύ: μπορεί να είναι στρογγυλά, σε σχήμα ράβδου, έλικα, αστρικά, τετραεδρικά, κυβικά, σε σχήμα C ή O ή ακανόνιστα.

Τα βακτήρια ποικίλλουν ακόμη περισσότερο σε μέγεθος. Έτσι, το Mycoplasma mycoides - το μικρότερο είδος σε ολόκληρο το βασίλειο - έχει μήκος 0,1 - 0,25 μικρόμετρα και το μεγαλύτερο βακτήριο Thiomargarita namibiensis φτάνει τα 0,75 mm - μπορεί να το δει κανείς ακόμη και με γυμνό μάτι. Κατά μέσο όρο, τα μεγέθη κυμαίνονται από 0,5 έως 5 μικρά.

Μεταβολισμός ή μεταβολισμός

Όταν πρόκειται για την απόκτηση ενέργειας και θρεπτικών συστατικών, τα βακτήρια παρουσιάζουν εξαιρετική ποικιλομορφία. Ταυτόχρονα όμως είναι αρκετά εύκολο να τα γενικεύσουμε χωρίζοντάς τα σε πολλές ομάδες.

Σύμφωνα με τη μέθοδο λήψης θρεπτικών ουσιών (άνθρακες), τα βακτήρια χωρίζονται σε:

αυτότροφοι- οργανισμοί που είναι σε θέση να συνθέτουν ανεξάρτητα όλες τις οργανικές ουσίες που χρειάζονται για τη ζωή.
ετερότροφα- οργανισμοί που είναι ικανοί να μετασχηματίσουν μόνο έτοιμες οργανικές ενώσεις και επομένως απαιτούν τη βοήθεια άλλων οργανισμών για να παράγουν αυτές τις ουσίες για αυτούς.

Σύμφωνα με τη μέθοδο λήψης ενέργειας:

φωτότροφα- οργανισμοί που παράγουν την απαραίτητη ενέργεια ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης
χημειοτροφικά- οργανισμοί που παράγουν ενέργεια πραγματοποιώντας διάφορες χημικές αντιδράσεις.

Πώς αναπαράγονται τα βακτήρια;

Η ανάπτυξη και η αναπαραγωγή στα βακτήρια συνδέονται στενά. Έχοντας φτάσει σε ένα ορισμένο μέγεθος, αρχίζουν να αναπαράγονται. Στους περισσότερους τύπους βακτηρίων, αυτή η διαδικασία μπορεί να συμβεί εξαιρετικά γρήγορα. Η κυτταρική διαίρεση, για παράδειγμα, μπορεί να συμβεί σε λιγότερο από 10 λεπτά και ο αριθμός των νέων βακτηρίων θα αυξηθεί εκθετικά καθώς κάθε νέος οργανισμός χωρίζεται στα δύο.

Υπάρχουν 3 διαφορετικοί τύποι αναπαραγωγής:

διαίρεση- ένα βακτήριο χωρίζεται σε δύο απολύτως γενετικά πανομοιότυπα.
εκκολαπτόμενος- ένας ή περισσότεροι οφθαλμοί (έως 4) σχηματίζονται στους πόλους του μητρικού βακτηρίου, ενώ το μητρικό κύτταρο γερνά και πεθαίνει.
πρωτόγονος σεξουαλική διαδικασία- μέρος του DNA των μητρικών κυττάρων μεταφέρεται στα θυγατρικά κύτταρα και εμφανίζεται ένα βακτήριο με ένα θεμελιωδώς νέο σύνολο γονιδίων.

Ο πρώτος τύπος είναι ο πιο συνηθισμένος και ταχύτερος, ο δεύτερος είναι απίστευτα σημαντικός, όχι μόνο για τα βακτήρια, αλλά για όλη τη ζωή γενικότερα.