Бактерії живуть на планеті Земля більш 3,5 млрд. Років. За цей час вони багато чому навчилися і багато до чого пристосувалися. Як і всьому живому, бактеріям притаманні такі процеси, як харчування, дихання, розмноження і спороутворення.
Вони виробляють ферменти і пігменти, за наявністю яких проводиться ідентифікація мікроорганізмів. Ціла група ферментів широко застосовуються в біотехнології (генетична інженерія, фармацевтична, легка і харчова промисловість).
Роль бактерій в природі носить глобальний характер. виконують дві найважливіші екологічні функції вони фіксують азот і беруть участь в мінералізації органічних залишків. Вони беруть участь в переміщенні, концентрації і розсіюванні хімічних елементів в біосфері землі. Бактерії повністю забезпечують життєдіяльність людини.
Рис. 1. На фото колонії сінної палички.
Рис. 2. На фото колонії бактерій, кожна з яких налічує мільйони особин. Кожна колонія є потомством однієї клітини. Вони виростають за 1 3 діб.
Хімічний склад бактерій і обмін речовин
автотрофні бактерії (автотрофи)
автотрофи живуть в кисневому середовищі і з метою отримання вуглецю і енергії використовують синтез органічні речовини з неорганічних.
Фотосинтез
фотоавтотрофамі для синтезу органічних речовин з неорганічних використовують енергію сонця . До них відносяться зелені водорості, пурпурні і ціанобактерії. Процес носить назву фотосинтезу.
Хемосинтез
Хемосинтезирующие бактерії для синтезу органічних речовин з неорганічних використовують хімічні реакції окислення. Процес носить назву хемосинтезу.
- серобактериями отримують енергію за рахунок окислення сірки.
- Нитрифицирующие бактерії отримують енергію за рахунок окислення амонію і нітриту.
- Залізобактерій отримують енергію за рахунок окислення двовалентного заліза.
- Водневі бактерії отримують енергію за рахунок окислення водню.
- метілотрофов з метою отримання вуглецю і енергії використовують окислені або заміщені похідні метану . Сьогодні вони становлять особливий інтерес, як об'єкти біотехнології. З їх допомогою виробляється білок, ферменти, ліпіди, гормони, антиоксиданти, пігменти, полісахариди, фактори транспорту заліза та ін.
Рис. 5. Зелені серобактерии в колоні Виноградського.
Гетеротрофні бактерії
Гетеротрофні бактерії використовують для побудови свого організму і забезпечення його життєдіяльності готові органічні речовини.
- Сапрофіти харчуються залишками мертвих органічних речовин. Для розщеплення поживних речовин вони виділяють в субстрат травні ферменти (молочнокислі і бактерії гниття ін).
- Бактерії-сімбіоти завжди проживають з іншими організмами. Вони приносять один одному користь (бульбочкові бактерії бобових рослин).
- Паразитичні бактерії споживають поживні речовини клітин господаря менингококки, гонококи і ін.
- Паразитичний і сапрофітний спосіб життя ведуть палички висипного тифу , сибірської виразки, бруцельозу тощо.
Рис. 6. На фото коріння бобових рослин. Засвоювати самостійно азот з повітря бобові рослини не можуть. В їх коріння проникають бульбочкові бактерії. Вони пов'язують азот повітря, утворюючи речовини, доступні рослинам. Самі ж рослини виділяють органічні речовини, які служать харчуванням для бактеріальної клітини.
Рис. 7. Клубеньковиє бактерії зосереджуються навколо ядра рослинної клітини і активно розмножуються, утворюючи інфекційні нитки, по яких переміщаються. Вони створюють сотні кілограмів добрив, що містять азот на один гектар ґрунту.
Транспорт поживних речовин
1. У бактеріальних клітин, які при фарбуванні по Граму набувають фіолетового забарвлення ( грампозитивні ), клітинна стінка товста, багатошарова. Ферменти, завдяки яким відбувається розщеплення поживних речовин, виділяються назовні і розщеплюють великі молекули білків, полісахаридів та інших біополімерів на більш прості фрагменти.
2. У бактерій, які при фарбуванні по Граму набувають червоне забарвлення ( грамнегативні ), клітинна стінка тонка. Живильні речовини, які надходять в клітину, розщеплюються в Периплазма (простір між клітинною стінкою і мембраною цитоплазми) гидролитическими ферментами.
Живильні речовини і іони проникають в бактеріальну клітину трьома шляхами:
- Пасивна дифузія відбувається без використання енергії. При цьому використовується різниця концентрацій речовини (градієнт концентрації). Так надходять малі полярні і неполярні молекули кисню, стероїди, жирні кислоти, вода, вуглекислий газ, азот, етанол і сечовина.
- Про блегченная дифузія необхідних для клітини речовин протікає за допомогою спеціальних білків, які формують в мембрані клітини канали, заповнені водою, що полегшують прохід потрібних молекул.
- Активна транспортування заснована на роботі транспортних білків, що перекачують речовини, розчинені у воді проти їх градієнта. Така робота завжди вимагає витрати енергії.
Дихання бактерій
При окисленні речовин органічної або неорганічної природи вивільняється енергія, так необхідна для бактеріальної клітини. Вона йде на освіту молекул АТФ джерела енергії. Для використання енергії хімічних реакцій більшість бактерій використовує кисень. Цей процес називається диханням.
Аеробні бактерії (аероби)
Аероби розвиваються в середовищах, що містять кисень.
- Облігатні аероби розвиваються тільки при наявності достатньої кількості кисню в навколишньому середовищі. Такий тип дихання характерний для бактерій, що мешкають в грунті, у водному середовищі, в повітрі. Їх дихання здійснюється через окислення сірководню, метану, водню, заліза і азоту (Sulfomonas denitrificans, Вас. Methanicus, Вас. Hydrogenes, Ferri bacterium і Nitrosomonas, Nitrobacter). Бактерії цієї групи беруть активну участь у кругообігу речовин у природі. В наявності кисню потребують з роду Bacillus, Bacterium, Bordetella, Brucella, Corynebacterium, Diplococcus, Pasteurella і ін. У підвищеному вмісті кисню потребують мікобактерії туберкульозу, туляремії та холери.
- Факультативні бактерії здатні розвиватися при наявності в навколишньому середовищі мінімальної кількості кисню Salmonella, Shigella, Escherichia та ін.
Рис. 8. На фото аммоніфіцірующіе бактерії піддають останки загиблих тварин і рослин розкладанню.
Рис. 9. Розкладають клітковину целюлозні бактерії. В результаті їх роботи грунт збагачується гумусом, що значно підвищує її родючість, а вуглекислота повертається в атмосферу. Зеленим кольором пофарбовані внутрішньоклітинні симбіонти, жовтим — маса переробляється деревини.
Анаеробні бактерії (анаероби)
Анаероби розвиваються без доступу кисню, розкладаючи органічні сполуки в безкисневому середовищі. Вільний кисень пригнічує активність ферментів цих бактеріальних клітин. Бактерії цього типу живуть в компостних купах, ранах хворої людини, кишковому тракті людей і тварин.
- Облігатні анаероби не розвиваються при наявності кисню в навколишньому середовищі (бактерії роду Clostridium, бактерії , що викликають молочнокисле і маслянокислое бродіння).
- Факультативні анаероби розвиваються в присутності кисню або без нього (коки).
- При невеликій кількості кисню можуть розвиватися мікроаерофіллов Clostridium histolyticum, Clostridium tertium і ін.
Рис. 10. На фото газова гангрена. Захворювання викликається анаеробними бактеріями роду клостридиум.
Рис. 11. На фото сибірська виразка. Захворювання викликається анаеробними бактеріями роду баціллюс.
Рис. 12. Биоспорин-Біофарма вітчизняний препарат, що містить апатогенние бактерії роду Bacillus. Спори Bacillus виділяють протимікробні речовини, здатні пригнічувати ріст цілого ряду умовно-патогенних бактерій, не впливаючи при цьому на нормальну мікрофлору кишечника.
Ферменти бактерій
Все біохімічні процеси в бактеріальної клітці протікають за допомогою ферментів біологічних каталізаторів хімічних реакцій в живій системі. Їх дія спрямована тільки на одне речовина. Ферменти специфічні для кожного виду бактерій. За наявності певних ферментів проводиться ідентифікація мікроорганізмів.
- Ферменти бактеріальної клітини складаються з 2-х частин білкової і небілкової (простетичної). Білкова частина складається з простих білків. У небілкову частина входять такі мікроелементи, як залізо, мідь, кобальт, цинк, вітаміни та їх похідні.
- У залежності від виду каталізують особливостей ферменти підрозділяються на 6 груп: оксидоредуктаз, трансферази, гідролази, ліази, ізомерази і лігази.
- Лігази і рестріктази широко застосовуються в біотехнології (генетична інженерія, фармацевтична, легка і харчова промисловість).
- Ферменти в бактеріальної клітці розподілені не хаотично, а строго контрольованим.
- Ферменти, що відповідають за енергетичний обмін і транспортування поживних речовин, знаходяться в цитоплазмі клітин.
- Ферменти, які беруть участь в білковому синтезі, мають зв'язок з рибосомами. Ряд ферментів знаходяться в цитоплазмі хаотично.
- Ендоферменти функціонують усередині бактеріальної клітини. Вони прискорюють реакції біосинтезу і катаболізму. Екзоферменти виділяються кліткою назовні, де відбувається розщеплення поживних речовин на більш прості.
- Гидролитические ферменти беруть участь в розщепленні макромолекул. Субстратом для них служать різні цукру.
- Протеолітичні ферменти розщеплюють білки.
- Патогенні бактерії виділяють ферменти, що руйнують тканини організму людини, тварини або рослини. Наприклад, стафілококи виділяють плазмокоагулаза головного чинника патогенності мікроба.
Рис. 13. Здатність оцтових паличок окисляти етиловий спирт до оцтової кислоти використовується сьогодні для отримання оцту, застосовуваного в харчових цілях і при заготівлі кормів для тварин силосовании (консервуванні). На фото процес силосування кормів. Силос соковитий корм, що володіє високою кормовою цінністю.
Рис. 14. На фото колонії бактерій, які ростуть і розмножуються на краплі нафти. Вони виробляють поверхнево-активні речовини, через що нафтова плівка розповзається (тікає). Широко застосовується діяльність ксенобактерій для очищення грунтів і водойм, забруднених нафтопродуктами.
Сяючі і ароматообразующіе мікроорганізми
Деякі бактерії здатні світитися (люминесцировать) в темряві. Світіння пов'язано з виділенням ферменту люціферази , який утворює кванти світла в результаті окисно-відновних реакцій. На багато питань, пов'язаних з цим явищем, вчені сьогодні так і не знайшли відповіді.
колонізуємо на субстратах, бактерії викликають світіння, наприклад рибної луски, грибів, гниючих дерев і харчових продуктів. Багато з них здатні розмножуватися в середовищах з підвищеним вмістом солі (галофільні види).
Рис. 15. На фото світяться бактерії.
Рис. 16. Сяючі бактерії причина світіння моря.
Деякі бактерії в процесі життєдіяльності виробляють ароматичні речовини (оцтово-етилові та оцтово-амілові ефіри), які надають особливого аромату вин, сирів та кисломолочних продуктів.
Рис. 17. На фото кефірний гриб. У ньому живуть і розмножуються разом більше десяти мікроорганізмів (симбіоз). Основні з них молочні дріжджі, оцтовокислі та лактобактерії.
пігменти бактерій
Майже всі бактерії в процесі своєї життєдіяльності виробляють пігменти.
- Пігмент розташовується між клітинами і має вигляд зерняток у Bacterium prodigiosum і Staphylococcus aureus.
- у Bacterium violaceum пігмент розташований в оболонці.
- Bacterium pyocyaneum виділяє пігмент в навколишнє середовище.
Деякі бактерії розчинні у воді і фарбують живильне середовище. Пігменти стафілокока і сарцин (жовті пігменти) розчинні в спирті, але не розчиняються у воді. Чи не розчиняються ні в спирті, ні в воді, пігменти бурого і чорного кольорів дріжджів і цвілі.
Пігменти утворюються в умовах присутності кисню. Вони мають найрізноманітніші кольори. Їх фізіологічна роль вченими до кінця не встановлена.
В даний час широко вивчається хімічний склад і природа пігментів, які синтезують бактерії. Пігменти є біологічно активними речовинами антибіотиками, фітонцидами, стимуляторами росту. Пігменти разом з іншими факторами є інструментом при їх систематики. Російські вчені вперше встановили зв'язок між пігментами бактерій і їх фізіологічними функціями.
Рис. 18. На фото зліва направо: бактерія Моргана, синьогнійна паличка, неінокулірованний контроль, Протеус Мірабіліс і кишкова паличка, вирощені на середовищі Кліглера (містить цитрат заліза).
Рис. 19. На фото колонії микрококков жовтого кольору.
Рис. 20. На фото колонії Bacterium prodigiosum криваво-червоного кольору.
Рис. 21. На фото колонії Bacteroides niger чорного кольору.
Рис . 22. На фото колонії синьогнійної палички синьо-зеленого кольору.
Докладно про бактеріяx читай в статтях:
«»,
«»,
«».
як і всьому живому, бактеріям притаманні такі процеси, як харчування, дихання, розмноження і спороутворення. Вони виробляють ферменти і пігменти, за наявністю яких проводиться їх ідентифікація. За мільйони років бактерії освоїли практично всі відомі біохімічні процеси. Вони беруть участь в переміщенні концентрації і розсіювання хімічних елементів в біосфері землі і повністю забезпечують життєдіяльність людини.
Зростання і розмноження бактерій
Розмноження бактерій шляхом ділення найпоширеніший метод збільшення чисельності мікробної популяції. Після поділу відбувається ріст бактерій до вихідного розміру, для чого необхідні певні речовини (фактори росту).
Способи розмноження бактерій різні, але для більшості їх видів властива форма безстатевого розмноження способом ділення. Способом брунькування бактерії розмножуються виключно рідко. Статеве розмноження бактерій присутня в примітивній формі.
Рис. 1. На фото бактеріальна клітина в стадії поділу.
Генетичний апарат бактерій
Якщо клітинний розподіл випереджає процес поділу, то утворюються багатоклітинні палички і коки.
При синхронному клітинному розподілі утворюються дві повноцінні дочірні клітини.
Якщо нуклеотид ділиться швидше самої клітини, то утворюються многонуклеотідние бактерії.
Способи поділу бактерій
Розподіл за допомогою розламування
Розподіл за допомогою розламування характерно для сибіркових бацил. В результаті такого поділу клітини переламуються в місцях зчленування, розриваючи цитоплазматические містки. Далі відштовхуються одна від одної, утворюючи ланцюжки.
Ковзаюче поділ
При змінному поділі після поділу клітина відокремлюється і як би ковзає по поверхні іншої клітини. Даний спосіб поділу характерний для деяких форм ешерихій.
посічених поділ
При посічених поділі одна з розділилися клітин вільним кінцем описує дугу кола, центром якого є точка її контакту з іншого клітиною, утворюючи римську п'ятірку або клинопис (коринебактерії дифтерії, лістерії).
Рис. 6. На фото бактерії палочковидной форми, що утворюють ланцюжки (сібіреязвенние палички).
Рис. 7. На фото ковзний спосіб поділу кишкових паличок.
Рис. 8. посічених спосіб поділу коринебактерий.
Вид скупчень бактерій після поділу
Скупчення клітин, які діляться мають різноманітну форму, яка залежить від напрямку площини поділу.
Кулясті бактерії розташовуються по одному, по двоє (диплококи), пакетами, ланцюжками або як грона винограду. Паличкоподібні бактерії ланцюжками.
Спіралеподібні бактерії хаотично.
Рис. 9. На фото мікрококи. Вони круглі, гладкі, мають білу, жовту і червону забарвлення. У природі мікрококи поширені повсюдно. Живуть в різних порожнинах людського організму.
Рис. 10. На фото бактерії диплококи Streptococcus pneumoniae.
Рис. 11. На фото бактерії сарціни. Кокковидной бактерії з'єднуються в пакети.
Рис. 12. На фото бактерії стрептококи (від грецького «стрептос» ланцюжок). Розташовуються ланцюжками. Є збудниками цілого ряду захворювань.
Рис. 13. На фото бактерії «золотисті» стафілококи. Розташовуються, як «грона винограду». Скупчення мають золотисте забарвлення. Є збудниками цілого ряду захворювань.
Рис. 14. На фото покручені бактерії лептоспіри збудники багатьох захворювань.
Рис. 15. На фото паличкоподібні бактерії роду Vibrio.
Швидкість поділу бактерій
Швидкість поділу бактерій вкрай висока. В середньому одна бактеріальна клітина ділиться кожні 20 хвилин. Протягом лише однієї доби одна клітина утворює 72 покоління потомства. Мікобактерії туберкульозу поділяються повільно. Весь процес розподілу займає у них близько 14 годин.
Рис. 16. На фото відображений процес поділу клітини стрептокока.
статеве розмноження бактерій
у 1946 році вченими було виявлено статеве розмноження в примітивній формі. При цьому гамети (чоловічі та жіночі статеві клітини) не утворюються, проте деякі клітини обмінюються генетичним матеріалом ( генетична рекомбінація ).
Передача генів здійснюється в результаті кон'югації однонаправленного перенесення частини генетичної інформації у вигляді плазмид при контакті бактеріальних клітин.
Плазміди є молекули ДНК невеликого розміру. Вони не пов'язані з геномом хромосом і здатні подвоюватися автономно. У плазмидах міститися гени, які підвищують стійкість бактеріальних клітин до несприятливих умов зовнішнього середовища. Бактерії часто передають ці гени один одному. Відзначається також передача генної інформації бактеріям іншого виду.
При відсутності справжнього статевого процесу саме кон'югація грає величезну роль при обміні корисними ознаками. Так передається здатність бактерій проявляти лікарську стійкість. Для людства особливо небезпечним є передача стійкості до антибіотиків між хвороботворними популяціями.
Рис. 17. На фото момент кон'югації двох кишкових паличок.
Фази розвитку бактеріальної популяції
При посівах на живильне середовище розвиток бактеріальної популяції проходить кілька фаз.
вихідна фаза
вихідна фаза це період від моменту посіву до їх зростання. В середньому вихідна фаза триває 1 2 години.
Фаза затримки розмноження
Це фаза інтенсивного росту бактерій. Її тривалість становить близько 2-х годин. Вона залежить від віку культури, періоду пристосування, якості поживного середовища та ін.
Логарифмічна фаза
В цю фазу відзначається пік швидкості розмноження і збільшення бактеріальної популяції. Її тривалість становить 5 6 годин.
Фаза негативного прискорення
В цю фазу відзначається спад швидкості розмноження, зменшується кількість діляться і збільшується число загиблих бактерій. Причина негативного прискорення виснаження живильного середовища. Її тривалість становить близько 2-х годин.
Стаціонарна фаза максимуму
В стаціонарну фазу відзначається рівну кількість загиблих і новостворених особин. Її тривалість становить близько 2-х годин.
Фаза прискорення загибелі
В цю фазу прогресивно зростає кількість загиблих клітин. Її тривалість становить близько 3-х годин.
Фаза логарифмічною загибелі
В цю фазу клітини бактерій відмирають з постійною швидкістю. Її тривалість становить близько 5-ї години.
Фаза зменшення швидкості відмирання
В цю фазу залишилися живими клітини бактерій переходять в стан спокою.
Рис. 18. На малюнку відображена крива зростання бактеріальної популяції.
Рис. 19. На фото колонії синьогнійної палички синьо-зеленого кольору, колонії микрококков жовтого кольору, колонії Bacterium prodigiosum криваво-червоного кольору і колонії Bacteroides niger чорного кольору.
Рис. 20. На фото колонії бактерій. Кожна колонія потомство однієї-єдиної клітини. У колонії число клітин обчислюється мільйонами. виростає колонія за 1 3 діб.
Розподіл магніточутливих бактерій
у 1970-х роках були відкриті бактерії, що мешкають в морях, які мали почуття магнетизму. Магнетизм дозволяє цим дивним істотам орієнтуватися по лініях магнітного поля Землі і знаходити сірку, кисень і інші, так необхідні їй речовини. Їх «компас» представлено магнітосомамі, які складаються з магніту. При розподілі магніточутливі бактерії ділять свій компас. При цьому перетяжки при розподілі стає явно недостатньо, тому бактеріальна клітина згинається і робить різкий перелом.
Рис. 21. На фото момент поділу магніточутливого бактерії.
Зростання бактерій
Спочатку поділу бактеріальної клітини дві молекули ДНК розходяться в різні кінці клітини. Далі клітина ділиться на дві рівноцінні частини, які відокремлюються один від одного і збільшуються до вихідного розміру. Швидкість поділу багатьох бактерій становить в середньому 20 30 хвилин. Протягом лише однієї доби одна клітина утворює 72 покоління потомства.
Маса клітин в процесі росту і розвитку швидко поглинає поживні речовини з навколишнього середовища. Цьому сприяють сприятливі фактори зовнішнього середовища температурний режим, достатня кількість поживних речовин, необхідна pH середовища. Для клітин аеробів необхідний кисень. Для анаеробів він становить небезпеку. Однак безмежне розмноження бактерій в природі не відбувається. Сонячне світло, сухе повітря, нестача їжі, висока температура навколишнього середовища та інші фактори згубно діють на бактеріальну клітину.
Рис. 22. На фото момент поділу клітини.
Фактори зростання
Для росту бактерій необхідні певні речовини (фактори росту), частина з яких синтезується самою клітиною, частина надходить з навколишнього середовища. Потреба в факторах зростання у всіх бактерій різна.
Потреба в факторах росту є постійною ознакою, що дозволяє використовувати його для ідентифікації бактерій, підготовці поживних середовищ і використовувати в біотехнології.
Фактори зростання бактерій (бактеріальні вітаміни) хімічні елементи, більшістю з яких є водорозчинні вітаміни групи В. У цю групу входять так само гемін, холін, пуринові і піримідинові підстави і інші амінокислоти. При відсутності факторів росту настає бактеріостаз.
Бактерії використовують фактори росту в мінімальних кількостях і в незмінному вигляді. Ряд хімічних речовин цієї групи входять до складу клітинних ферментів.
Рис. 23. На фото момент поділу палочковидной бактерії.
Найважливіші бактеріальні фактори росту
- Вітамін В1 (тіамін) . Бере участь у вуглеводному обміні.
- Вітамін В2 »(рибофлавін) . Бере участь в окисно-відновних реакціях.
- Пантотеновакислота є складовою частиною коферменту А.
- Вітамін В6 (піридоксин) . Бере участь в обміні амінокислот.
- Вітаміни В12 (кобаламін речовини, що містять кобальт). Беруть активну участь в синтезі нуклеотидів.
- Фолієва кислота . Деякі її похідні входять до складу ферментів, які каталізують процеси синтезу пуринових і піримідинових основ, а також деяких амінокислот.
- Біотин . Бере участь в азотистом обміні, а також каталізує синтез ненасичених жирних кислот.
- Вітамін РР (нікотинова кислота). Бере участь в окисно-відновних реакціях, утворенніферментів і обміні ліпідів і вуглеводів.
- Вітамін Н (параамінобензойна кислота). Є фактором росту багатьох бактерій, в тому числі що населяють кишечник людини. З параамінобензойноїкислоти синтезується фолієва кислота.
- Гемин . Є складовою частиною деяких ферментів, які беруть участь в реакціях окислення.
- Холін . Бере участь в реакціях синтезу ліпідів клітинної стінки. Є постачальником метильної групи при синтезі амінокислот.
- Пуринові і піримідинові підстави (аденін, гуанін, ксантин, гіпоксантин, цитозин, тимін і урацил). Речовини необхідні головним чином в якості компонентів нуклеїнових кислот.
- Амінокислоти . Ці речовини є складовими білків клітини.
Потреба в факторах зростання деяких бактерій
Бактерії сапрофіти живляться органічними речовинами загиблих організмів. Вони споживають мінімум поживних речовин. Бактерії паразити потребують підвищеної кількості амінокислот і інших чинників зростання.
ауксотрофи для забезпечення життєдіяльності потребують надходження хімічних речовин із зовні. Наприклад, клостридії не здатні синтезувати лецитин і тирозин. Стафілококи потребують надходження лецитину і аргініну. Стрептококи потребують надходження жирних кислот компонентів фосфоліпідів. Коринебактерії і шигели потребують надходження нікотинової кислоти. Золотисті стафілококи, пневмококи і бруцелли потребують надходження вітаміну В1. Стрептококи і бацили правця в пантотенової кислоті.
Прототрофи самостійно синтезують необхідні речовини.
Рис. 24. Різні умови навколишнього середовища по-різному впливають на ріст колоній бактерій. Зліва стабільне зростання у вигляді повільно ширшого кола. Справа швидке зростання у вигляді «пагонів».
Вивчення потреби бактерій в факторах росту дозволяє вченим одержувати велику мікробну масу, так необхідну при виготовленні антимікробних препаратів, сироваток і вакцин.
Докладно про бактеріяx читай в статтях:
«»,
« »,
« ».
Розмноження бактерій є механізмом підвищення числа мікробної популяції. Розподіл бактерій основний спосіб розмноження. Після поділу бактерії повинні досягти розмірів дорослих особин. Зростання бактерій відбувається шляхом швидкого поглинання поживних речовин їх навколишнього середовища. Для росту необхідні певні речовини (фактори росту), частина з яких синтезує сама бактеріальна клітина, частина надходить з навколишнього середовища.
Вивчаючи зростання і розмноження бактерій, учені постійно відкривають корисні властивості мікроорганізмів, використання яких в повсякденному житті і на виробництві обмежується тільки їх властивостями.
Спори і спорообразование в життя бактерій
Бактерії в процесі еволюції пристосувалися до виживання в найнесприятливіших умовах навколишнього середовища і зберегли спадкову інформацію шляхом утворення спор. Спори бактерій утворюються всередині клітини. Весь процес проростання (спорообразование) триває 18 20 годин. В ході цього процесу в клітці бактерії змінюється цілий ряд біохімічних процесів. У спорообразном стані бактерії можуть знаходитися тривалий час сотні років. При сприятливих умовах зовнішнього середовища спори проростають. Процес проростання триває 4 5 годин.
Спорообразование відбувається, коли:
- виснажується живильний субстрат,
- спостерігається нестача вуглецю і азоту,
- накопичується у внутрішньому середовищі клітини іони калію і марганцю,
- змінюється рівень кислотності середовища та ін.
Рис. 1. На фото спору всередині бактеріальної клітини (фото зроблено в світлі електронного мікроскопа ЕМ).
Які бактерії здатні до спороутворення
У клітці, яка знаходиться в спорообразном стані, зазначається:
- повна репресія геному,
- майже повна відсутність обміну речовин,
- зниження кількості води в цитоплазмі на 50% (значна втрата води клітиною призводить до її загибелі),
- підвищену кількість катіонів кальцію і магнію в цитоплазмі,
- поява дипиколиновая кислоти і кортекса, що відповідають за термостабільність,
- підвищення кількості білка цистеїну і гідрофобнихамінокислот,
- зберігає життєздатність сотні років.
Стійкість спор
У процесі спороутворення спору покривається оболонками зовнішньою оболонкою і кортексом. Вони захищають спору від несприятливих умов зовнішнього середовища.
Кортекс містить діамінопімеліновую кислоту, яка відповідає за термостабільність. Зовнішня оболонка охороняє спору від передчасного проростання і негативних факторів зовнішнього середовища.
В спорообразном стані бактерія стійка до підвищеної температури навколишнього середовища і висушування. Вона здатна вижити в розчинах, з підвищеним вмістом солей, перенести тривале кип'ятіння і промороження, радіацію і вакуум, ультрафіолетове опромінення. Суперечки проявляє стійкість до цілого ряду токсичних речовин і дезінфікуючих препаратів.
Стійкість спор патогенних бактерій у зовнішньому середовищі сприяє збереженню інфекції і розвитку важких інфекційних захворювань.
Вид, форма і розташування суперечка у бактерій
Спори бактерій мають овальну і кулясту форму. Вони можуть розташовуватися на кінцях клітини (збудники правця), ближче до центру (збудники ботулізму і газової гангрени) або в центральній частині клітини (сибиреязвенная бацила). Рідше спори бактерій розташовуються латерально.
Рис. 10. На фото термінальні ендоспори C. difficile і Clostridium tetani.
Рис. 11. На фото центрально розташовані спори бактерій Bacillus cereus.
Мал. 12. На фото кінцеве розташування суперечки у бактерії Bacillus subtilis.
ковпачки на суперечках
на суперечках роду клостридиум і баціллюс в процесі спороутворення утворюються ковпачки. Вони мають конусоподібну або серповидную форму і пористу будову. Осередки нагадують мішечки, які заповнені газоподібним речовиною. Вони мають форму паличок або овалів. Осередки допомагають суперечці зберігати в воді плавучість. Навіть при центрифугуванні суперечки з ковпачками неможливо осадити. Ковпачки на суперечках утворюються у грунтових бактерій гідроморфних ґрунтів, які сформувалися в умовах застою поверхневих вод або при наявності грунтових вод.
Рис. 13. На фото ковпачки на суперечках конусоподібні (зліва) і серповидні (праворуч).
Рис. 14. На фото будова ковпачка суперечки бактерії. Видно окремі газові осередки (вакуолі, мішечки) овальної форми.
Параспоровие тільця
Такі бактерії, як B.anthracis (збудник сибірки) і B.cereus (збудник токсикоінфекцій) під час утворення утворюють параспоровие тільця. У B.anthracis ці утворення округлої форми, розташовані на поверхні суперечка або ізольовано. У Bacillus thuringiensis параспоровие тільця у вигляді білкових кристалів бипирамидальний форми. Кристали токсичні для гусениць, комах і личинок нематод, мошок і москітів. Ген ендотоксину використовується в біозахисту рослин.
Рис. 15. На фото параспоровие бипирамидальний кристали грунтової бактерії Bacillus thuringiensis morrisoni.
Проростання спор
Потрапляючи в сприятливі умови, спора починає проростати в вегетативну клітину. Процес проростання триває 4 5 годин.
Процес активації
Сприяють проростанню прогрівання, глюкоза, амінокислоти, іони деяких речовин і механічні пошкодження стінки суперечки.
Процес ініціації
Процес ініціації починається з дерепрессии генома. Активуються процеси дихання і ферментні системи. З клітини видаляється дипиколиновая кислота, іони кальцію, руйнується кортекс. У суперечці збільшується кількість води. Всі ці зміни призводять до втрати спорою таких властивостей, як термостабільність, стійкості до радіації і хімічних речовин. Відмінною особливістю даного процесу є зменшення спорою величини заломлення світла.
Процес власне проростання
З суперечки починає проростати Паросткова трубка, руйнує її оболонку. Формується оболонка клітини. Регулюються процеси проростання цілим рядом спеціальних речовин гермінантамі. Після закінчення проростання спори клітина починає ділитися.
Рис. 16. На фото клітина бактерії, яка після проростання спори починає ділитися.
Докладно про бактеріяx читай в статтях:
« »,
« »,
« ».
Спорообразование має на меті збереження виду бактерій. Спори бактерій надзвичайно стійкі в зовнішньому середовищі, що стало приводом до розгортання в багатьох країнах світу інтенсивних досліджень вченими цього процесу.
будова бактерій
Організм бактерії представлений однією єдиною клітиною. Форми бактерій різноманітні. Будова бактерій відрізняється від будови клітин тварин і рослин.
У клітці відсутній ядро, мітохондрії і пластиди. Носій спадкової інформації ДНК, розташована в центрі клітини в згорнутому вигляді. Мікроорганізми, які не мають справжнього ядра, відносяться до прокаріотів. Всі бактерії прокаріоти.
Передбачається, що на землі існує понад мільйон видів цих дивовижних організмів. До теперішнього часу описано близько 10 тис. Видів.
Бактеріальна клітина має стінку, цитоплазматичну мембрану, цитоплазму з включеннями і нуклеотид. З додаткових структур деякі клітини мають джгутики, пили (механізм для злипання і утримання на поверхні) і капсулу. При несприятливих умовах деякі бактеріальні клітини здатні утворювати спори. Середній розмір бактерій 0,5-5 мкм.
Зовнішня будова бактерій
Форма бактеріальної клітини і її розмір має велике значення при їх ідентифікації (розпізнанні) . Найпоширеніші форми куляста, паличкоподібна і звита.
Таблиця 1. Основні форми бактерій .
Кулясті бактерії
Кулясті бактерії називають коками (від грецького coccus зерно). Розташовуються по одному, по двоє (диплококи), пакетами, ланцюжками і як грона винограду. Дане розташування залежить від способу поділу клітини. Найбільш шкідливі мікроби стафілококи і стрептококи.
Рис. 16. На фото мікрококи. Бактерії круглі, гладкі, мають білу, жовту і червону забарвлення. У природі мікрококи поширені повсюдно. Живуть в різних порожнинах людського організму.
Рис. 17. На фото бактерії диплококи Streptococcus pneumoniae.
Рис. 18. На фото бактерії сарціни. Кокковидной бактерії з'єднуються в пакети.
Рис. 19. На фото бактерії стрептококи (від грецького «стрептос» ланцюжок).
Знаходяться ланцюжками. Є збудниками цілого ряду захворювань.
Рис. 20. На фото бактерії «золотисті» стафілококи. Розташовуються, як «грона винограду». Скупчення мають золотисте забарвлення. Є збудниками цілого ряду захворювань.
Паличкоподібні бактерії
Паличкоподібні бактерії мають циліндричну форму. Кінці паличковидних бактерій можуть бути загострені, закруглені, обрубані, розширені і розщеплені. Форма самих паличок може бути правильною і неправильною. Актиноміцети мають розгалужену форму. Палички можуть розташовуватися по одній, по дві або утворювати ланцюжки.
Бацили
Паличкоподібні бактерії, що утворюють спори, називаються бацилами. Найяскравішим представником цієї групи є бацила сибірської виразки. До бацили відносяться чумні і гемофільні палички.
Деякі бацили називають коккобацілламі, так як вони мають округлу форму. Але, все ж, їх довжина перевищує ширину.
діплобацілла здвоєні палички. Сібіреязвенние палички утворюють довгі нитки (ланцюжка).
Освіта суперечка змінює форму бацил. У центрі бацил суперечки утворюються у маслянокисле бактеріях, надаючи їм вигляд веретена. У правцевих паличок на кінцях бацил, надаючи їм вигляду барабанних паличок.
Рис. 21. На фото бактеріальна клітина палочковидной форми. Видно множинні джгутики. Фото зроблено за допомогою електронного мікроскопа. Негатив.
Рис. 22. На фото бактерії палочковидной форми, що утворюють ланцюжки (сібіреязвенние палички).
Рис. 23. На фото клітина бактерії палочковидной форми роду протей.
Рис. 24. У маслянокисле бацил суперечки утворюються в центрі, надаючи їм вигляд веретена. У правцевих паличок на кінцях, надаючи їм вигляду барабанних паличок.
Звиті бактерії
Не більше одного обороту мають вигин клітини . Кілька (два, три і більше) кампілобактерії. Спірохети мають своєрідний вид, який відображений в їх назві «спіра» вигин і «хате» грива. Лептоспіри ( «лептос» вузький і «Спера» звивина) являють собою довгі нитки з тісно розташованими завитками. Бактерії нагадують звиту спіраль.
Рис. 25. На фото холерний вібріон.
Рис. 26. На фото бактерії спірохети. Вони мають своєрідний вид, який відображений в їх назві «спіра» вигин і «хате» грива.
Рис. 27. На фото бактеріальна клітина спіралеподібні форми збудник «хвороби укусу щурів».
Рис. 28. На фото бактерії лептоспіри збудники багатьох захворювань.
Рис . 29. На фото бактерії лептоспіри збудники багатьох захворювань.
булавовидними
булавовидними форму мають коринебактерии збудники дифтерії і лістеріозу. Таку форму бактерії надає розташування метахроматичні зерен на її полюсах.
Рис. 30. На фото коринебактерии.
Докладно про бактеріяx читай в статтях:
«»,
«»,
« ».
Бактерії живуть на планеті Земля більш 3,5 млрд. Років. За цей час вони багато чому навчилися і багато до чого пристосувалися. Сумарна маса бактерій величезна. Вона становить близько 500 мільярдів тонн. Бактерії освоїли практично всі відомі біохімічні процеси. Форми бактерій різноманітні. Будова бактерій за мільйони років досить ускладнилося, але і сьогодні вони вважаються найбільш просто влаштованими одноклітинними організмами.
Що таке стрептокок?
Стрептокок бактерія, що має кулясту форму. Сьогодні відомо 27 видів стрептококів. Одні з них є безпечними для людини. Інші, наприклад, бета гемолітичний стрептокок, здатні викликати безліч небезпечних захворювань у людини.
До групи стрептококів входять пневмококи. Пневмококк є основною причиною бронхітів, позалікарняних пневмоній, плевритів, захворювань середнього вуха (25% всіх отитів) і синуситів. Вони є причиною ендокардиту і артритів, менінгітів і перитонитов.
Стрептокок: загальна характеристика збудника
За здатністю руйнувати еритроцити при зростанні на живильному середовищі «кров'яної агар» стрептококи поділяються на 3 групи (класифікація Брауна . 1919 рік):
- 1-я група альфа гемолитические стрептококи . Вони викликають окислення заліза в молекулах гемоглобіну еритроцитів, що надає зеленувате забарвлення при зростанні бактерій на кров'яному агарі. Стрептококи цієї групи називають «зеленящий».
- 2-я група бета гемолитические стрептококи . Вони викликають повний гемоліз (знищення) еритроцитів. Бактерії цієї групи є причиною безлічі небезпечних захворювань у людини. Існує 20 типів (серогрупи) стрептококів, які позначаються великими латинськими літерами (класифікація Ребекки Ленсфілд. 1933 рік). Найбільш значимі з них бактерії серогрупи A, B, C, D і G.
- 3-тя група гамма гемолитические стрептококи . Вони не здатні викликати видимий гемоліз еритроцитів.
Гемолітичний стрептокок
Бета-гемолітичні стрептококи групи А (Streptococcus pyogenes, БГСА)
Піогенні (гноєродниє) бактерії викликають цілий ряд захворювань: гнійничкові хвороби шкіри та м'яких тканин (абсцеси, флегмони, фурункули, остеомієліт), ангіни і фарингіти, бронхіти, ревматизм, скарлатину і токсичний шок. Особливість викликати аутоімунний відповідь, призводить до виникнення серйозних уражень внутрішніх органів серця, суглобів, нирок.
З'ясування типу мікроба, який викликав захворювання, необхідно для вирішення питання проведення курсу лікування антибіотиками. Захворювання, причиною якого є бета-гемолітичні стрептококи, необхідно лікувати антибіотиками.
Довідка
До 70% випадків викликається вірусами. Решта 30% припадають на бактерії, гриби та інші мікроорганізми. Серед бактерій до 80% складають? -гемолитический Стрептококи групи А (Streptococcus pyogenes, БГСА), діагностика яких здійснюється за допомогою експрес-тесту.
Рис. 10. На фото гемолитические стрептококи pyogenes, БГСА.
Рис . 11. На фото стрептодермія у дитини.
Рис. 12. На фото стрептодермія у дитини.
Рис. 13. На фото стрептококової імпетиго гнійничкові ураження шкіри.
Рис. 14. На фото поєднання флегмонозной і фіброзної ангіни. Єдина білувата плівка захоплює мигдалину і виходить за її межі.
Мал. 15. Паратонзилярний абсцес. На малюнку бачимо шаровидне освіту, яке зміщує піднебінні дужки і м'яке піднебіння в протилежну сторону.
Рис. 16. Фурункул носа.
Рис. 17. На фото кон'юнктивіт.
Рис. 18. Бешиха гомілки.
Бета-гемолітичні стрептококи групи В (Streptococcus agalactiae)
Стрептококи агалактіе мешкають в носоглотці, шлунково-кишковому тракті і в піхві вагітних. Вони є причиною пневмонії, сепсису і менінгітів у половини новонароджених, народжених від інфікованих матерів. Бактерії цієї групи вражають органи сечостатевої системи і серце, є причиною розвитку сепсису і менінгіту, маститів і ендометритів у породіль, вражають шкіру і кістки, викликають перитоніт.
Після респіраторних вірусних інфекцій саме S. agalactiae стають причиною розвитку стрептококових пневмоній. Це відбувається через зниження імунітету і подальшим за цим активацією бактеріальної мікрофлори в носоглотці, пов'язаного з впливом на організм вірусної інфекції.
Рис. 19. На фото стрептококи агалактіе (Streptococcus agalactiae).
Пневмококк (Streptococcus pneumoniae)
Носійство пневмококів відзначається в 5 70% випадків. Максимальний рівень зареєстрований у дітей організованих колективів.
Пневмококки є основною причиною бронхітів, позалікарняних пневмоній (70% всіх пневмоній), плевритів, захворювань середнього вуха (25% всіх отитів) і синуситів. Вони є причиною ендокардиту і артритів, менінгітів і перитонитов.
Низька температура і підвищена вологість є оптимальними для життєдіяльності і розмноження бактерій. Зниження імунітету після перенесених вірусних захворювань і кору сприяє розвитку захворювань.
Рис. 20. На фото стрептококи пневмококи.
стрептокок віріданс
Негемолітична (зеленящий) стрептококи об'єднані загальною назвою Streptococcus viridans. Вони живуть у роті і в кишечнику. Дуже легко проникають в кровотік при хірургічному лікуванні або чищенні зубів, тонзилектомії, інтубації трахеї, викликаючи бактериемию (сепсис).
Бактерії здатні осідати на клапанах серця, що призводить до їх поразки і розвитку важких серцевих вад. Хвороба важко піддається лікуванню. Без медикаментозного лікування майже всі хворі гинуть протягом року. При захворюванні часто утворюються емболи, які з током крові проникають в центральну нервову систему, селезінку, шкіру і очі.
Рис. 21. На фото ревматичний ендокардит. Видно щільні бородавчасті освіти на стулці мітрального клапана.
Стрептококи mutans, anginosus, bovis, mittis і sanguis складають від 30 до 60% всієї мікрофлори порожнини рота. Вони утворюють на поверхні зубів бактеріальні бляшки. Бактерії здатні ферментувати сахарозу, а молочна кислота, яка виходить в результаті таких реакцій, пошкоджує зубну емаль, викликаючи її демінералізації, що призводить до карієсу.
Рис. 22. Стрептококи разом з іншими бактеріями є причиною карієсу.
Негемолітична стрептококи групи Д (ентерококи)
У цю групу входять Enterococcus faecium, faecalis, avium і durans і неентерококкі Streptococcus equinus і bovis. 7
Рис. 23. На фото фекальні стрептококи.
стрептококи групи С
Патогенні бактерії цієї групи викликають захворювання у великої рогатої худоби і коней. Streptococcus dysgalactiae викликають захворювання подібні до тих, які викликають стрептококи групи А.
Про хворобах викликаних стрептококами см. Статтю «span2>
.
Будова і життєдіяльність дріжджів
Відповідно до класифікації дріжджі відносяться до мікроскопічних грибів царства Mycota. Вони являють собою одноклітинні нерухомі мікроорганізми невеликого розміру 10-15 мкм. Незважаючи на зовнішню схожість дріжджів з великими видами бактерій, до грибів їх відносять завдяки своїй ультраструктурі клітин і методам розмноження.
Рис. 1. Вид дріжджів на чашці Петрі.
Місце проживання дріжджів
Дріжджові клітини мають різну форму: еліпсів, овалів, паличок, кульок. Розмірність також буває різна: часто довжина становить 6-12 мкм, а ширина 2-8 мкм. Це залежить від умов їх проживання або культивування, поживних компонентів і факторів зовнішнього середовища. Найбільш стабільні за властивостями молоді дріжджі, тому характеристику і опис видів проводять саме по ним.
Дріжджові організми мають всі стандартні компоненти, властиві еукаріотичних клітин. Однак, крім цього, мають унікальні відмітними властивостями грибів і поєднують в собі ознаки клітинних структур рослин і тварин:
- стінки ригідні, як у рослин,
- немає хлоропластів і є глікоген, як у тварин.
Рис. 4. Різноманітність видів дріжджів: 1 пекарські (Saccharomyces cerevisiae); 2 Мечникова найвродливіша (Metschnikowia pulcherrima); 3 кандида земляна (Candida humicola); 4 родоторула клейка (Rhodotorula glutinis); 5 родоторула червона (R. rubra); 6 родоторула золотиста (R. aurantiaca); 7 дебаріоміцес Кантарелла (Debaryomyces cantarelli); 8 криптококком Лавра (Cryptococcus laurentii); 9 Надсона довгаста (Nadsonia elongata); 10 спороболоміцес рожевий (Sporobolomyces roseus); 11 спороболоміцес хольсатікус (S. holsaticus); 12 родоспорідіум діобоватум (Rhodosporidium diobovatum).
Клітини містять мембрани, цитоплазму, а також такі органели, як:
- ядро;
- Гольджі апарат;
- Мітохондрії клітин;
- рибосомні апарат;
- жирові включення, зерна глікогену, а також валютін.
Окремі види мають в складі пігменти. У молодих дріжджів цитоплазма є гомогенною. В процесі зростання всередині них з'являються вакуолі (містять органічні і мінеральні компоненти). У процесі росту спостерігається утворення зернистості, відбувається збільшення вакуолей.
Як правило, оболонки включають декількох шарів з включеними полісахариди, жирами і азотовмісними компонентами. Деякі з видів мають ослізнелую оболонку, тому часто клітини склеєні між собою і в рідинах утворюють пластівці.
Рис. 5. Будова клітини дріжджових організмів.
Дихальні процеси дріжджів
Для дихальних процесів дріжджовим клітинам потрібен кисень, але багато їх види (факультативно-анаеробні) можуть обходитися тимчасово і без нього і отримувати енергію від процесів бродіння (бескислородное дихання), утворюючи при цьому спирти. У цьому полягає одна з головних їх відмінностей від бактерій:
серед дріжджів немає представників, здатних жити абсолютно без кисню.
Процеси дихання з киснем енергетично вигідніше для дріжджів, тому при його появі клітини завершують бродіння і переходять на кисневе дихання, виділяючи при цьому вуглекислий газ, що сприяє більш швидкому росту клітин. Такий ефект носить назву Пастера. Іноді, при великому вмісті глюкози спостерігається ефект Кребтрі, коли навіть якщо є кисень, клітини дріжджів її зброджують.
Рис. 6. Дихання дріжджових організмів.
Чим харчуються дріжджі
Багато дріжджі-хемоорганогетеротрофни, і для того, щоб отримати енергію для харчування і отримання енергії використовують органічні поживні компоненти.
В безкисневих умовах для свого харчування дріжджі воліють використовувати такі вуглеводи, як гексоза і синтезовані з неї олігосахариди. Деякі види можуть засвоювати також інші види вуглеводів пентозу, крохмаль, інулін. При доступі кисню вони здатні до споживання більш широкого кола речовин, в той числі — жирові, вуглеводневі, спиртові та інші. Такі складні види вуглеводів, як, наприклад, лігніни і целюлози, для засвоєння їм не доступні. Джерелами азоту для них, як правило, служать солі амонію і нітрати.
Рис . 7. Дріжджі під мікроскопом.
Що синтезують дріжджі
Найчастіше дріжджі продукують при обміні речовин різні види спиртів — більшу частину складають етилові, пропилові, ізоаміловий, бутилові , ізобутиловий види. Крім того, виявлено утворення летких жирних кислот, наприклад, виявлено синтез оцтової, пропіонової, масляної, ізомасляной, ізовалеріанової кислот. Крім цього, при життєдіяльності вони в невеликих концентраціях можуть виділяти в навколишнє середовище ряд речовин сивушних масел, ацетоіна, диацетилу, альдегідів, диметилсульфіду і інших. Саме з такими метаболітами часто пов'язують органолептичні властивості одержуваних при їх використанні продуктів.
Процеси розмноження дріжджів
Відмінною особливістю дріжджових клітин є їх можливість вегетативно розмножуватися, при порівнянні з іншими грибами, що відбувається як від почковиваніе суперечка або, наприклад, зигот клітин (як, наприклад, пологів Candida або Pichia). Частина дріжджів можуть реалізовувати процеси статевого розмноження, що містять міцеліальні стадії, коли спостерігається утворення зиготи і подальша її трансформація в «сумку» спорами. Деяких дріжджі, що утворюють міцелій (наприклад, пологів Endomyces або Galactomyces) здатні до розпаду на окремі клітини артроспори.
Рис. 8. Розмноження дріжджів.
Від чого залежить ріст дріжджів
Процеси зростання дріжджових організмів залежать від різноманітних факторів зовнішнього середовища — температури, вологості, кислотності, осмотичного тиску. Більшість дріжджів воліють середню температуру, серед них практично немає видів-екстремофіл, які вважають за краще надто високу або, навпаки, низьку температуру. Відомо існування видів, здатних переносити несприятливі умови навколишнього середовища. Придушити зростання і розвиток деяких дріжджових організмів можна, використовуючи антибіотики.
Рис. 9. Виробництво дріжджів.
чим корисні дріжджі
Часто дріжджі застосовуються в домашньому господарстві або промисловості. Людина вже давно почав їх використання для своєї життєдіяльності, наприклад, при приготуванні хліба і напоїв. Сьогодні їх біологічні здібності застосовуються при синтезі корисних речовин полісахаридів, ферментів, вітамінів, органічних кислот, каротиноїдів.
Рис. 10. Bіно продукт, одержуваний за рахунок діяльності дріжджів.
Застосування дріжджів в медицині
Дріжджі використовують у біотехнологічних процесах при виробництві лікарських речовин інсулін, інтерферон, гетерологічние білки. Медики часто прописують пивні дріжджі ослабленим людям при алергічних захворюваннях. Застосовують їх і в косметологічних цілях для зміцнення волосся, нігтів, поліпшення стану шкіри.
Рис. 11. Дріжджі в косметології.
Крім того, серед дріжджів зустрічаються види (наприклад, Saccharomycesboulardii), здатні підтримувати і відновлювати мікрофлору шлунково-кишкового тракту, а також знімають симптоми і ризик виникнення діареї та знижують скорочення мускулатури у пацієнтів з синдромами роздратованого кишечника.
чи існують шкідливі дріжджі ?
Відомо, що розмноження дріжджів в продуктах харчування здатне викликати їх псування (наприклад, відбуваються процеси спучування, зміни запахів і смаків). Крім того, за даними фахівців-мікологів, серед них бувають патогенні, здатні викликати різні порушення живих організмів, а також ряд серйозних хвороб людей, у яких ослаблений імунітет.
Серед хвороб людини виділяють, наприклад, кандидози, спричинені дріжджами Candida, і криптококозі, збудником якого є Cryptococcusneoformans. Показано, що дані патогенні види дріжджів часто бувають нормальними мешканцями мікрофлори людини і начитають активно розмножуватися саме при ослабленні, при отриманні різних травм, при виникненні опіків, після хірургічних втручань, при тривалому прийомі антибіотиків, іноді у маленьких або, навпаки, літніх людей.
Будова і життєдіяльність актиноміцетів
Актиноміцети (Actinomycetales, від грец. Aktis — промінь, mykes — гриб) — це розгалужені бактерії, що належать типу актинобактерий (Actinobacteria). Вони є частиною нормальної мікрофлори травної системи наземних хребетних і безхребетних тварин, а також у великій кількості присутні в грунті і грають найважливішу роль в екології і кругообігу речовин в грунті.
Ці мікроорганізми є збудниками багатьох опортуністичних патологій — таких, які виникають в результаті зниження функції імунної системи організму. Актиноміцети широко використовуються в біотехнології, так як є джерелом цілого ряду антибактеріальних і протипухлинних речовин.
Рис. 1. стрептоміцетами синтезують величезну кількість антибактеріальних і протипухлинних препаратів.
Будова актиноміцетів: чому все ж бактерії, а не гриби?
Актиноміцети в найбільшій кількості виявляються в грунтах, притому міцеліальних форм значно менше, ніж суперечка. Вони відіграють значну роль в утворенні гумусу, розкладаючи органічні речовини, важкодоступні для утилізації іншими бактеріями. Актиноміцети в зв'язку з цим використовують як санітарно-показових мікроорганізмів в санітарно-епідеміологічному справі: виявлення їх в великим кількості в грунті або воді вказує на наявність компосту в відповідному субстраті.
Рис. 8. Актиноміцети в компості.
Актиноміцети є симбионтами багатьох рослин, допомагаючи їм фіксувати азот. У той же час, багато мікроорганізми цього класу є збудниками захворювань рослин.
Рис . 9. Стрептомікоз картоплі.
Вони також виявляються в складі нормальної мікрофлори травної системи цілого ряду тварин, починаючи від ґрунтових кільчастих хробаків (наприклад, дощових) і закінчуючи великим домашньою худобою.
Ці мікроорганізми допомагають розщеплювати целюлозу, в достатку присутню в рослинній їжі. У людини актиноміцети виявляються в порожнині рота (ясна і зубний наліт), кишечнику (дистальні відділи товстого кишечника), на шкірі (обличчя, крила носа, за вухами, між пальцями) і в органах дихальної системи (переважно у верхніх дихальних шляхах).
Рис. 10. Мікрофлора шкіри людини. Тип актинобактерий позначені відтінками синього, клас Актиноміцети — яскраво-блакитним.
Актиноміцети за умови зниження імунної реактивності організму можуть стати причиною актиномікозів — опортуністичних захворювань, які полягають у формуванні актіномікозного гранулем — скупчень бактеріальних тел , що нагадують зерна жовтої сірки ( «друз»), оточених імунокомпетентними клітинами. Запальна реакція веде до розплавлення гранулем, утворення свищів, що веде до перфорації органів і розносу бактерій кров'ю.
Рис. 11. актіномікозного друза, забарвлення за Грамом.
Рис. 12. Актиномікоз верхньої щелепи у корови.
Рис. 13. максилярні актиномікоз людини.
Актиноміцети — дивовижні організми, до сих пір що вводять в оману безліч вчених своєю схожістю з грибами. Поряд з потенційною небезпекою у вигляді опортуністичних актиномікозів, ці організми дарують людині родючого грунт і зброю для боротьби з інфекційними та онкологічними захворюваннями — антибіотики і цитостатики.
Будова і життєдіяльність грибків
У статті розглянуто будову мікроскопічних грибків, їх харчування, розмноження, а також шкоду і користь для людини.
Грибки з'явилися на Землі 200 мільйонів років тому. Це мікроби з еукаріотичних будовою клітини, позбавлені фотосинтетических процесів і широко поширені в природі. За класифікацією мікроорганізмів, мікроскопічні грибки відносяться до царства Fungi, яке включає 120 тисяч видів з різноманітним будовою і властивостями.
Мікроскопічні грибки грають величезну роль в нашому житті. Вони є причиною псування продуктів харчування, викликають появу темних цвілевих плям у ванній, а також гниття навіть ідеально побудованого дерев'яного будинку.
Рис. 1. Мікроскопічні грибки.
Де живуть грибки?
За способом свого харчування міцеліальні грибки бувають сапрофіти або паразитами. Для харчування грибки використовують готові органічні сполуки, що дозволяє відносити їх до гетеротрофам. Для харчування виділяється ряд травних ферментів, які дозволяють розщеплювати молекули поживних речовин на найбільш прості, доступні для харчування.
Рис. 7. Грибок на ягодах.
умови для життя грибків
для росту і розмноження необхідні наступні умови:
- підвищена вологість вище 95%;
- температура від 20 до 30 ° С.
Грибки найменше розвиваються в чистоті і в приміщеннях з сухим повітрям.
Рис. 8. Грибки в приміщенні.
Розмноження грибків
Методи розмноження грибків бувають вегетативні, а також репродуктивні. У вегетативному розмноженні не потрібні надзвичайні органів, тому що при ньому відбувається розподіл міцелію до окремих клітин різних типів:
- хламідоспор — клітин різної форми, що включають ділянки гіф їх однією або більшої кількості клітин, як правило, діаметром більше початкової довжини;
- оидий — овальних клітин діаметрами, рівним діаметрами з початкових клітинок гіф;
- артроспор — клітин з прямокутною або багатогранної формою, піднятих над повітряної частиною міцелію;
- бластоспор — круглих клітинок, що формуються на поверхні міцелію методомбрунькування.
Перераховані вище різновиди суперечка це видозмінений міцелій, який в сприятливих умовах середовища дозволяє утворити новий міцелій.
Для репродуктивного методу розмноження необхідні особливі органи.
- при безстатевому методі розмноження відбувається з використанням суперечка, ангіоспор або зооспор, а також конідій.
- при статевому методі при злитті ядер з двох клітин і последующеміх розподілі, в результаті чого спостерігається утворення гіф з сумками (органи статевого спороношення).
Корисні властивості мікроскопічних грибків
Людина навчилася використовувати ці мікроорганізми для отримання харчових продуктів, ліків, ферментів. Наприклад, формування кефіру кефірних грибків, пишного хліба — дріжджами, сиру — спеціальними видами цвілевих грибків.
Багато різновидів мікроскопічних грибків (наприклад, пеницилл або аспергилл) в процесі життєдіяльності синтезують антибіотики, які людина використовує для виробництва ліків.
Рис. 9. Сир з пліснявою.
Шкідливі властивості грибків
Багато мікроскопічні грибки здатні викликати псування зерна, фруктів та інших продуктів харчування. Наукові дослідження показали, що якщо відбулося заплесневение здоби та запікання молочних продуктів, що не слід вживати їх в їжу, так як цвіль поширюється в глибину продуктів.
Рис. 10. Грибок на кормових культурах.
Рис. 11. Хліб, зіпсований грибком.
Деякі види грибків можуть викликати захворювання тварин і людини. До них відносяться аспергілли, Пеницилл, мукор, фузариум, кандида та багато інших. Їх потрапляння в організм може спровокувати алергію або отруєння.
Будова і життєдіяльність риккетсий
Риккетсии є особливими мікроорганізмами, які поєднують властивості, притаманні як бактеріям, так і вірусам. З багатьма бактеріями рикетсії подібні завдяки аналогічного клітинному будові, наявності ферментної активності, кисневого подиху і чутливості до антибіотичних речовин, з вірусами — їх здатністю до життя і розмноження лише всередині клітини живого організму.
Рис. 1. Риккетсии.
Поширеність риккетсий
Клітини риккетсий мають типове бактеріальне будова: поверхнева структура представлена оболонкою, вони мають протоплазму, дифузно розташований в їх цитоплазмі ядерний матеріал, в числі якого виявляють присутність нуклеоида, рибосом, РНК, а також ДНК. Крім того, в їх нуклеоиде, схоже з іншими бактеріальними нуклеоиде, немає оболонки та ядерця.
Як велика частина грамнегативнихбактерій, на зовнішній стороні рикетсії містять мікрокапсулярний шар розмірами від 10 до 15 нм, за ним-трехслойную мембрану розмірами від 8 до 12 нм, а також цитоплазму, утвореної грануламірібосом.
Рис. 4. Будова бактеріальної клітини.
На поверхні риккетсий, що викликають висипний тиф і лихоманку цуцугамуши при використанні методу електронної мікроскопії виявлені подібні з бактеріальними, волосоподібні фимбрии, роль яких в життєдіяльності риккетсий сьогодні не встановлена.
Однак в структурі риккетсий є кілька особливостей, які відрізняють їх від інших бактерій.
- На поверхнях їх клітинних стінок виявлено наявність капсулоподібної слизового покриву, а також мікрокапсули, які містять группоспеціфічние антигени. У структурі стенокклеток цих бактерій виявлені пептидоглікани, ліпополісахариди і білки, велика частина яких є видоспецифічними антигенами.
- У складі цитоплазматичної мембрани таких бактерій виявлено наявність значної кількості ненасичених жирних кислот.
- Для їх клітинних стенокхарактерни осмотические властивості і транспортна система по типу АТФ-АДФ.
- У складі їх нуклеоіда- кільцева хромосома.
- Метаболізм даних бактерій незалежний від метаболізму господаря. Головним джерелом енергетичних ресурсів позаклітинних рикетсій є речовина глутамат.
- Бактеріальні клітини рикетсій мають здатність до індукції свого фагоцитозу за допомогою еукаріотні клітини.
- Риккетсии володіють фактором адгезії, що робить можливим їх кріплення і колонізацію в організмі.
Рис. 5. Мікрофотографія рикетсії.
Життєвий цикл рикетсій
Риккетсии розмножуються за допомогою бінарного розподілу. Дослідники вважають, що їх розмноження в чому відбувається завдяки отриманню ними макроергічних (тобто багатих енергією) з'єднань від клітин організму господаря. Життєвий цикл даних видів бактерій включає наявність двох стадій — вегетативної або спочиває. При вегетативної бактерія, як правило, представлена формою палички, ділиться бінарному і є рухомою. При спочиває — це сферична нерухома клітина, зазвичай розташовується в клітині організму господаря.
Відомо, що розмноження рикетсій (за деяким винятком), спостерігається тільки за умови, що вони знаходяться всередині живих клітин. Саме тому рикетсії, як віруси, відносять до таких внутрішньоклітинних паразитів, здатним до процесів зростання, а також розмноження лише всередині клітини організму-господаря . Ці бактерії можуть паразитувати в клітинній цитоплазмі та в ядрі клітини господаря. Rochalimaeaquintana (збудник траншейною лихоманки) є єдиним видом, який здатний до позаклітинного росту. Тому комахи вважаються первинними господарями, а також основними переносниками в життєвому циклі практично всіх видів рикетсій.
Рис. 6. Поділ клітини.
Стійкість риккетсий до зовнішнього середовища
Риккетсии є малостійкими до різних умов навколишнього середовища: при нагріванні до 50 ° С вони гинуть вже через 10 хвилин, а до 80 ° С — через 1 хвилину. До впливу низьких температур вони є більш стійкими, що сприяє збереженню своєї життєздатності і вірулентності при температурах від -20 до -80 ° С цілих кілька місяців.
Клітини риккетсий можуть жити лише в клітинах організму, навіть в висушених комах або фекаліях їх можна виявити через кілька місяців, однак при приміщенні в водний розчин клітини бактерій гинуть вже через 2,5-6 години. Більшість рикетсій є чутливими до антибіотичних речовин широкого дії, особливо до тетрациклінового ряду.
Чим рикетсії можуть бути небезпечні людині?
Багато рикетсії патогенні, тобто викликають захворювання, звані рикетсіозу. Наприклад, Coxiella, Rickettsia і Rochalimaea. Одні з цих видів здатні викликати тиф, інші лихоманки — наприклад, Ку або плямисту, цуцугамуши, а також траншейну.
Заразитися риккетсиозом можна при укусі комахами-переносниками. Існують ще аліментарний (харчовий) і інгаляційний шляхи зараження.
Хвороби, що викликаються рикетсіями у людей, часто протікають у важкій формі і проявляються симптомами лихоманки, яка нерідко супроводжується ураженнями центральної нервової, а також серцево-судинної систем.
Рис. 7. Зараження риккетсиозом через укус кліща.
Діагностика риккетсиозов
Симптоми риккетсиозов на ранніх стадіях хвороби слабо виражені. Тільки через кілька днів можна помітити збільшення температури, виникнення висипу на шкірі і почуття слабкості. Тому в діагностиці рикетсіозів необхідні лабораторні дослідження для виявлення даних мікроорганізмів при проведенні спеціалізованих посівів крові або при аналізі зразків тканини. Ці бактерії можна побачити під мікроскопом при проведенні спеціалізованого фарбування їх клітин. Крім цього, для діагностування можна використовувати метод виявлення антитіл в крові.
Рис. 8. Діагностика риккетсиозов.
способи отримання вакцини
у зв'язку з тим, що зростання практично всіх видів рикетсій поза клітинами організму господаря неможливий, то при створенні вакцин проти захворювань, що викликаються цими бактеріями, в лабораторіях дослідники часто застосовують їх культивування при використанні курячих ембріонів, перевіваемих клітинних культур, мишачих легких. Для цього розроблені також спеціальні методи для зараження комах за допомогою епідермомембран, а також методики годування комах кров'ю крізь плівки епідермісу для підтримування життєздатності клітин риккетсий або можливості стимуляції зараження.
Бактерії і людина
Бактерії і людина тисячоліття співіснують один з одним. Вони приносять колосальну користь людині. складають 99% всієї популяції, які заселяють організм людини і тільки 1% з них має погану репутацію. Через завдають людині, будь-яка згадка про них викликає негативні емоції. Бактерії знаходяться в повітрі, яким ми дихаємо, в грунті, в їжі і воді, в рослинах, в нашому організмі і ін.
Рис. 1. Бактерії і людина.
Перші бактерії на планеті Земля з'явилися мільярди років тому, задовго до появи рослин, тварин і людини. Мільйони років вони, змінюючи середовище проживання в несприятливому кліматі, змінювалися самі, поступово вдосконалюючи способи життєзабезпечення, і з часом заселили всю планету: океани, грунт, скелі, вулкани і арктичні льоди. Забезпечило виживання бактерій наявність «стрибаючих» генів, які вони навчилися передавати один одному разом з набутими досягненнями.
Рис. 2. Мікроби — справжнісінькі невидимі господарі Землі.
Рис . 3. Близько 70% живих істот Землі бактерії.
Бактерії і людина: користь для людського організму
Нормальній роботі організму людина зобов'язана біфідобактеріям, лактобактеріям , ентерококи, кишкової палички та бактеріодам, на частку яких припадає 99% нормальної мікрофлори кишечника. 1% складають представники умовно патогенної флори: клостридії, синьогнійна паличка, стафілококи, протеї та ін.
Бифидобактерии
- завдяки біфідобактеріям виробляються ацетат і молочна кислота. Закислена середовище проживання, вони пригнічують ріст патогенних бактерій, що викликають гниття і бродіння;
- завдяки біфідобактеріям знижується ризик розвитку алергії до харчових продуктів у малюків;
- вони забезпечують антиоксидантний і протипухлинний ефект;
- біфідобактерії беруть участь в синтезі вітаміну С;
- біфідо-і лактобактерії беруть участь в процесах по засвоєнню вітаміну Д, кальцію і заліза.
Рис. 13. Бифидобактерии. Тривимірне зображення.
Кишкова паличка
- Особливе значення приділяється представнику цього роду Escherichia coli M17. Вона здатна виробляти речовину коцілін, яке пригнічує ріст цілого ряду хвороботворних мікробів.
- За участю синтезуються вітаміни К, групи В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 і В12), фолієва і нікотинова кислоти.
Рис. 14. Кишкова паличка. Тривимірне зображення.
Рис. 15. Кишкова паличка під мікроскопом.
Ентеробактерії
Ентеробактерії беруть активну участь у відновленні кишкової мікрофлори після прийому антибіотиків.
Лактобактерии
Лактобактерии пригнічують ріст гнильних і умовно патогенних мікроорганізмів за рахунок утворення цілого ряду речовин антимікробної спрямованості.
Рис. 16. Лактобактерії (тривимірне зображення).
Позитивна роль бактерій в організмі людини
- За участю біфідо-, лакто-і ентеробактерій синтезуються вітаміни К, С, групи В ( В1, В2, В5, В6, В7, В9 і В12), фолієва і нікотинова кислоти.
- Завдяки мікрофлорі кишечника розщеплюються неперетравлені компоненти їжі з верхніх відділів кишечника — крохмаль, целюлоза, білкові і жирові фракції.
- Кишкова мікрофлора підтримує водно-сольовий обмін і іонний гомеостаз.
- Завдяки секреції особливих речовин мікрофлора кишечника пригнічує ріст патогенних бактерій, що викликають гниття і бродіння.
- Біфідо, лакто-і ентеробактерії бере участь в детоксикації речовин, що потрапляють ззовні і утворюються всередині самого організму .
- Кишкова мікрофлора відіграє велику роль у відновленні місцевого імунітету. Завдяки їй збільшується кількість лімфоцитів, активність фагоцитів і вироблення імуноглобуліну А.
- Завдяки кишкової мікрофлори стимулюється розвиток лімфоїдного апарату.
- Підвищує стійкість епітелію кишечника до канцерогенів.
- Мікрофлора захищають слизову стінку кишечника і забезпечує енергією кишковий епітелій.
- Регулює перистальтику кишечника.
- кишкова флора набуває навиків по захопленню і висновку вірусів з організму господаря, з яким довгі роки вона перебувала в симбіозі.
- Підтримує тепловий баланс організму. Харчується мікрофлора за рахунок речовин, неперетравлених ферментативної системою речовин, що надходять з верхніх відділів шлунково-кишкового тракту. В результаті складних біохімічних реакцій виробляється величезна кількість теплової енергії. Тепло з потоком крові розноситься по всьому організму і надходить в усі внутрішні органи. Ось чому при голодуванні людина завжди мерзне.
- Регулює зворотне всмоктування компонентів жовчних кислот (холестерину), гормонів та ін.
Рис. 17. Клітини lactobacillus і Bifidobacterium bifidum.
Рис. 18. Кишкова паличка.
Дисбактеріоз
при захворюваннях, що знижують імунітет організму, хворобах кишечника, тривалому прийомі антибактеріальних препаратів і при відсутності в організмі людини лактози, коли цукор, що міститься в молоці, не перетравлюється і починає бродити кишечнику, змінюючи кислотний баланс кишечника, виникає мікробний дисбаланс дисбактеріоз ( дисбіоз). Дисбактеріоз характеризується загибеллю «хороших» бактерій і посиленим ростом патогенних мікроорганізмів і грибків. У кишечнику починають превалювати процеси гниття і бродіння. Це проявляється проносами і здуттям кишечника, болями, зниженням апетиту, а потім і ваги, діти починають відставати в розвитку, розвивається анемія і гіповітаміноз.
Бактерії і людина завжди будуть співіснувати разом. Здоров'я кожної людини знаходиться в його руках. Якщо людина буде берегти себе, то він залишиться здоровим, а значить щасливим багато років.
Рис. 19. Бактерії і людина. Разом назавжди.