Šiuo metu, žmogau, kai skaitai šias eilutes, tu naudojiesi bakterijų darbu. Nuo deguonies, kuriuo įkvepiame, iki maistinių medžiagų, kurias skrandis išskiria iš maisto, turime dėkoti bakterijoms už klestėjimą šioje planetoje. Mūsų kūne yra apie dešimt kartų daugiau mikroorganizmų, įskaitant bakterijas, nei mūsų pačių ląstelėse. Iš esmės mes esame daugiau mikrobų nei žmonės.
Tik neseniai pradėjome šiek tiek suprasti apie mikroskopinius organizmus ir jų poveikį mūsų planetai bei sveikatai, tačiau istorija rodo, kad prieš šimtmečius mūsų protėviai jau naudojo bakterijų galią fermentuoti maistą ir gėrimus (kas girdėjo apie duoną ir gėrimus). alus?).
XVII amžiuje pradėjome tirti bakterijas tiesiogiai savo kūne, artimai su mumis – burnoje. Antoni van Leeuwenhoek smalsumas paskatino atrasti bakterijas, kai jis ištyrė apnašas tarp savo dantų. Van Leeuwenhoekas poetiškai kalbėjo apie bakterijas, apibūdindamas bakterijų koloniją ant jo dantų kaip „mažą baltą medžiagą, panašią į sukietėjusią tešlą“. Padėjęs mėginį po mikroskopu, van Leeuwenhoekas pamatė, kad mikroorganizmai juda. Taigi jie gyvi!
Turėtumėte žinoti, kad bakterijos vaidino svarbų vaidmenį Žemėje, nes jos yra labai svarbios kuriant kvėpuojantį orą ir planetos, kurią vadiname namais, biologinį turtingumą.
Šiame straipsnyje pateiksime jums šių mažyčių, bet labai įtakingų mikroorganizmų apžvalgą. Pažvelgsime į gerus, blogus ir visiškai keistus būdus, kaip bakterijos formuoja žmogaus ir aplinkos istoriją. Pirmiausia pažiūrėkime, kuo bakterijos skiriasi nuo kitų gyvybės rūšių.
Bakterijų pagrindai
Na, o jei bakterijos plika akimi nematomos, kaip galime tiek daug apie jas žinoti?
Mokslininkai sukūrė galingus mikroskopus, skirtus apžiūrėti bakterijas – kurių dydis svyruoja nuo vieno iki kelių mikronų (milijoninių metro) – ir išsiaiškinti, kaip jos susijusios su kitomis gyvybės formomis, augalais, gyvūnais, virusais ir grybais.
Kaip tikriausiai žinote, ląstelės yra gyvybės statybinė medžiaga – nuo mūsų kūno audinių iki medžio, augančio už mūsų lango. Žmonės, gyvūnai ir augalai turi ląstelių su genetine informacija, esančia membranoje, vadinamoje branduoliu. Šios rūšies ląstelės, vadinamos eukariotų ląstelėmis, turi specializuotas organeles, kurių kiekviena atlieka unikalią funkciją padėti ląstelei funkcionuoti.
Tačiau bakterijos neturi branduolio, o jų genetinė medžiaga (DNR) laisvai plūduriuoja ląstelės viduje. Šios mikroskopinės ląstelės neturi organelių ir turi kitus genetinės medžiagos dauginimosi ir perdavimo būdus. Bakterijos laikomos prokariotinėmis ląstelėmis.
Ar bakterijos išgyvena aplinkoje su deguonimi ar be jo?
Jų forma: lazdelės (bacilos), apskritimai (kokai) arba spiralės (spirillum)
Ar bakterijos yra gramneigiamos ar gramteigiamos, tai yra, ar jos turi išorinę apsauginę membraną, kuri neleidžia nudažyti ląstelės vidaus?
Kaip bakterijos juda ir tyrinėja savo aplinką (daugelis bakterijų turi žvynelius, mažytes, panašias į botagas struktūras, leidžiančias joms judėti aplinkoje)
Mikrobiologija – visų tipų mikrobų, įskaitant bakterijas, archėjus, grybus, virusus ir pirmuonius, tyrimas – išskiria bakterijas nuo jų mikrobų pusbrolių.
Į bakterijas panašūs prokariotai, dabar klasifikuojami kaip archėjos, kažkada buvo kartu su bakterijomis, tačiau mokslininkams sužinojus apie jas daugiau, jie suteikė bakterijoms ir archėjoms savo kategorijas.
Mikrobų mityba (ir miazma)
Kaip ir žmonėms, gyvūnams ir augalams, bakterijoms išgyventi reikia maisto.
Kai kurios bakterijos – autotrofai – maistui gaminti naudoja pagrindinius išteklius, tokius kaip saulės šviesa, vanduo ir aplinkos cheminės medžiagos (pagalvokite apie cianobakterijas, kurios saulės šviesą paverčia deguonimi 2,5 milijono metų). Kitas bakterijas mokslininkai vadina heterotrofomis, nes jos energijos gauna iš esamų organinių medžiagų kaip maisto (pavyzdžiui, negyvų lapų miško paklotėse).
Tiesa ta, kad tai, kas gali būti skanu bakterijoms, mums bus šlykštu. Jie išsivystė taip, kad sugertų visų tipų produktus – nuo naftos išsiliejimo ir branduolinių šalutinių produktų iki žmonių atliekų ir skilimo produktų.
Tačiau bakterijų giminingumas tam tikram maisto šaltiniui gali būti naudingas visuomenei. Pavyzdžiui, Italijos meno ekspertai kreipėsi į bakterijas, kurios gali suėsti perteklinius druskos ir klijų sluoksnius, taip sumažindamos neįkainojamų meno kūrinių patvarumą. Bakterijų gebėjimas apdoroti organines medžiagas taip pat labai naudingas Žemei – tiek dirvožemyje, tiek vandenyje.
Iš kasdienės patirties puikiai žinote apie bakterijų sukeliamą kvapą, nes jos sunaudoja jūsų šiukšliadėžės turinį, virškindamos maisto likučius ir išskirdamos savo dujinius šalutinius produktus. Tačiau tai dar ne viskas. Taip pat galite kaltinti bakterijas, kurios sukėlė nepatogias akimirkas, kai patys išleidžiate dujas.
Viena didelė šeima
Bakterijos auga ir sudaro kolonijas, kai yra galimybė. Jei maisto ir aplinkos sąlygos yra palankios, jie dauginasi ir suformuoja lipnius gumulėlius, vadinamus bioplėvelėmis, kad išliktų ant paviršių nuo akmenų iki burnos dantų.
Bioplėvelės turi savo privalumų ir trūkumų. Viena vertus, jie yra abipusiai naudingi gamtos objektams (mutualizmas). Kita vertus, jie gali kelti rimtą grėsmę. Pavyzdžiui, gydytojai, gydantys pacientus medicininiais implantais ir prietaisais, labai nerimauja dėl bioplėvelių, nes jos suteikia nekilnojamojo turto bakterijoms. Kolonizuotos bioplėvelės gali gaminti šalutinius produktus, kurie yra toksiški ir kartais mirtini žmonėms.
Kaip ir žmonės miestuose, ląstelės bioplėvelėje bendrauja tarpusavyje, keisdamosi informacija apie maistą ir galimus pavojus. Tačiau užuot skambinę kaimynams telefonu, bakterijos siunčia užrašus naudodamos chemines medžiagas.
Taip pat bakterijos nebijo gyventi pačios. Kai kurios rūšys sukūrė įdomių būdų išgyventi atšiaurioje aplinkoje. Kai nebelieka maisto, o sąlygos tampa nepakeliamos, bakterijos išsisaugo, sukurdamos kietą apvalkalą – endosporą, kuri ląstelę perkelia į ramybės būseną ir išsaugo bakterijos genetinę medžiagą.
Tokiose laiko kapsulėse mokslininkai randa bakterijų, kurios buvo saugomos 100 ar net 250 milijonų metų. Tai rodo, kad bakterijos gali ilgai kauptis.
Dabar, kai žinome, kokias galimybes kolonijos suteikia bakterijoms, išsiaiškinkime, kaip jos ten patenka – dalijantis ir dauginantis.
Bakterijų dauginimasis
Kaip bakterijos sukuria kolonijas? Kaip ir kitos gyvybės formos Žemėje, bakterijos turi daugintis, kad išliktų. Kiti organizmai tai daro lytiškai daugindamiesi, bet ne bakterijos. Bet pirmiausia aptarkime, kodėl įvairovė yra gera.
Gyvybėje vyksta natūrali atranka arba tam tikros aplinkos selektyvinės jėgos leidžia vienam tipui klestėti ir daugintis labiau nei kitam. Galbūt prisiminsite, kad genai yra mechanizmas, kuris nurodo ląstelei, ką daryti, ir nustato, kokios spalvos bus jūsų plaukai ir akys. Jūs gaunate genus iš savo tėvų. Seksualinis dauginimasis sukelia mutacijas arba atsitiktinius DNR pokyčius, kurie sukuria įvairovę. Kuo didesnė genetinė įvairovė, tuo didesnė tikimybė, kad organizmas sugebės prisitaikyti prie aplinkos apribojimų.
Bakterijų dauginimasis nepriklauso nuo tinkamo mikrobo susitikimo; jie tiesiog nukopijuoja savo DNR ir dalijasi į dvi identiškas ląsteles. Šis procesas, vadinamas dvejetainiu dalijimusi, įvyksta, kai viena bakterija dalijasi į dvi dalis, nukopijuodama DNR ir perduoda ją abiem padalintos ląstelės dalims.
Kadangi gauta ląstelė galiausiai bus identiška tai, iš kurios ji gimė, šis dauginimo būdas nėra geriausias norint sukurti įvairų genų fondą. Kaip bakterijos įgyja naujų genų?
Pasirodo, bakterijos naudoja gudrią gudrybę: horizontalų genų perkėlimą arba genetinės medžiagos mainus nesidauginant. Yra keletas būdų, kuriais bakterijos tai daro. Vienas iš metodų apima genetinės medžiagos rinkimą iš aplinkos už ląstelės ribų – iš kitų mikrobų ir bakterijų (per molekules, vadinamas plazmidėmis). Kitas būdas – virusai, kurie naudoja bakterijas kaip namus. Kai virusai užkrečia naują bakteriją, jie palieka ankstesnės bakterijos genetinę medžiagą naujoje.
Keitimasis genetine medžiaga suteikia bakterijoms lankstumo prisitaikyti, ir jos prisitaiko, jei jaučia stresinius aplinkos pokyčius, pavyzdžiui, maisto trūkumą ar cheminius pokyčius.
Suprasti, kaip bakterijos prisitaiko, yra nepaprastai svarbu kovojant su jomis ir kuriant antibiotikus medicinoje. Bakterijos gali keistis genetine medžiaga taip dažnai, kad kartais gydymas, kuris veikė anksčiau, nebeveikia.
Nei aukštų kalnų, nei didelių gelmių
Jei užduodate klausimą „kur yra bakterijos?“, lengviau paklausti „kur nėra bakterijų?
Bakterijos randamos beveik visur Žemėje. Neįmanoma įsivaizduoti bakterijų skaičiaus planetoje vienu metu, tačiau kai kuriais skaičiavimais jų skaičius (bakterijos ir archėjos kartu) yra 5 oktilijonai – skaičius su 27 nuliais.
Dėl akivaizdžių priežasčių labai sunku klasifikuoti bakterijų rūšis. Šiuo metu yra apie 30 000 oficialiai identifikuotų rūšių, tačiau žinių bazė nuolat auga, ir yra nuomonių, kad esame tik visų rūšių bakterijų ledkalnio viršūnė.
Tiesa ta, kad bakterijos gyvuoja labai seniai. Jie pagamino kai kurias seniausias fosilijas, kurių amžius siekia 3,5 milijardo metų. Moksliniai tyrimai rodo, kad cianobakterijos pradėjo gaminti deguonį maždaug prieš 2,3–2,5 milijardo metų pasaulio vandenynuose, prisotindamos Žemės atmosferą deguonimi, kuriuo kvėpuojame iki šiol.
Bakterijos gali išgyventi ore, vandenyje, dirvožemyje, lede, karštyje, ant augalų, žarnyne, ant odos – visur.
Kai kurios bakterijos yra ekstremofilinės, o tai reiškia, kad jos gali atlaikyti ekstremalias sąlygas, kurios yra labai karštos arba šaltos, arba joms trūksta maistinių medžiagų ir cheminių medžiagų, kurias mes paprastai siejame su gyvybe. Tyrėjai aptiko tokias bakterijas Marianos įduboje – giliausiame Žemės taške Ramiojo vandenyno dugne, netoli hidroterminių vandens ir ledo angų. Taip pat yra bakterijų, kurios mėgsta aukštą temperatūrą, pavyzdžiui, tos, kurios dažo opalinį baseiną Jeloustouno nacionaliniame parke.
Blogai (mums)
Nors bakterijos labai prisideda prie žmonių ir planetos sveikatos, jos turi ir tamsiąją pusę. Kai kurios bakterijos gali būti patogeniškos, tai reiškia, kad jos sukelia ligas ir ligas.
Per visą žmonijos istoriją tam tikros bakterijos (suprantama) susilaukė blogo repo, sukeldamos paniką ir isteriją. Paimkite, pavyzdžiui, marą. Marą sukelianti bakterija Yersinia pestis ne tik nužudė daugiau nei 100 milijonų žmonių, bet ir galėjo prisidėti prie Romos imperijos žlugimo. Prieš atsirandant antibiotikams, vaistams, padedantiems kovoti su bakterinėmis infekcijomis, juos buvo labai sunku sustabdyti.
Net ir šiandien šios patogeninės bakterijos mus rimtai gąsdina. Išsivysčius atsparumui antibiotikams, bakterijos, sukeliančios juodligę, plaučių uždegimą, meningitą, cholerą, salmoneliozę, tonzilitą ir kitas mums vis dar išliekančias ligas, visada kelia pavojų mums.
Tai ypač pasakytina apie Staphylococcus aureus, bakteriją, atsakingą už staph infekcijas. Ši „superbakterija“ sukelia daug problemų klinikose, nes pacientai dažnai užsikrečia šia infekcija implantuodami medicininius implantus ir kateterius.
Jau kalbėjome apie natūralią atranką ir tai, kaip kai kurios bakterijos gamina įvairius genus, padedančius joms susidoroti su aplinkos sąlygomis. Jei sergate infekcija ir kai kurios jūsų organizme esančios bakterijos skiriasi nuo kitų, antibiotikai gali paveikti daugumą bakterijų populiacijos. Tačiau tos bakterijos, kurios išgyvens, sukurs atsparumą vaistui ir išliks laukdamos kitos progos. Todėl gydytojai rekomenduoja baigti antibiotikų kursą iki galo ir apskritai juos vartoti kuo rečiau, tik kraštutiniu atveju.
Biologiniai ginklai yra dar vienas bauginantis šio pokalbio aspektas. Kai kuriais atvejais bakterijos gali būti naudojamos kaip ginklas, ypač vienu metu buvo naudojama juodligė. Be to, nuo bakterijų kenčia ne tik žmonės. Atskira rūšis, Halomonas titanicae, parodė apetitą nuskendusiam vandenyno laineriui Titanikui, ėdančiam istorinio laivo metalą.
Žinoma, bakterijos gali padaryti ne tik žalos.
Heroiškos bakterijos
Panagrinėkime gerąją bakterijų pusę. Galų gale, šie mikrobai davė mums skanų maistą, pavyzdžiui, sūrį, alų, raugą ir kitus fermentuotus elementus. Jie taip pat gerina žmonių sveikatą ir naudojami medicinoje.
Atskiros bakterijos gali būti dėkingos už žmogaus evoliucijos formavimą. Mokslas renka vis daugiau duomenų apie mikroflorą – mikroorganizmus, kurie gyvena mūsų organizme, ypač virškinimo sistemoje ir žarnyne. Tyrimai rodo, kad bakterijos, naujos genetinės medžiagos ir jų į mūsų organizmą atnešama įvairovė leidžia žmonėms prisitaikyti prie naujų maisto šaltinių, kurie anksčiau nebuvo išnaudoti.
Pažvelkime į tai taip: išklodamos skrandžio ir žarnyno paviršių, bakterijos „dirba“ už jus. Kai valgote, bakterijos ir kiti mikrobai padeda suskaidyti ir išskirti iš maisto maistines medžiagas, ypač angliavandenius. Kuo įvairesnių bakterijų suvartojame, tuo įvairesnės įvairovės įgyja mūsų organizmas.
Nors mūsų žinios apie savo mikrobus yra labai ribotos, yra pagrindo manyti, kad tam tikrų mikrobų ir bakterijų nebuvimas organizme gali būti susijęs su žmogaus sveikata, medžiagų apykaita ir jautrumu alergenams. Preliminarūs tyrimai su pelėmis rodo, kad medžiagų apykaitos ligos, tokios kaip nutukimas, yra susijusios su įvairia ir sveika mikrobiota, o ne su mūsų vyraujančiu mentalitetu „kalorijos į, kalorijos išeik“.
Šiuo metu aktyviai tiriama galimybė į žmogaus organizmą patekti tam tikrų mikrobų ir bakterijų, galinčių duoti tam tikros naudos, tačiau šio straipsnio rašymo metu bendros rekomendacijos dėl jų naudojimo dar nėra nustatytos.
Be to, bakterijos vaidino svarbų vaidmenį plėtojant mokslinę mintį ir žmonių mediciną. Bakterijos vaidino pagrindinį vaidmenį kuriant Kocho 1884 m. postulatus, kurie paskatino bendrą supratimą, kad ligą sukelia tam tikros rūšies mikrobai.
Tyrėjai, tiriantys bakterijas, atsitiktinai atrado peniciliną – antibiotiką, kuris išgelbėjo daugybę gyvybių. Be to, visai neseniai buvo atrastas paprastas būdas redaguoti organizmų genomą, galintį pakeisti mediciną.
Tiesą sakant, mes tik pradedame suprasti, kaip gauti naudos iš bendro gyvenimo su šiais mažais draugais. Be to, neaišku, kas yra tikrasis Žemės savininkas: žmonės ar mikrobai.
Teorija pasirengimui biologijos vieningo valstybinio egzamino blokui Nr.4: su organinio pasaulio sistema ir įvairovė.
Bakterijos
Bakterijos priklauso prokariotiniams organizmams, kurie neturi branduolinių membranų, plastidų, mitochondrijų ir kitų membraninių organelių. Jiems būdingas vienos žiedinės DNR buvimas. Bakterijų dydis yra gana mažas, 0,15-10 mikronų. Pagal ląstelių formą jas galima suskirstyti į tris pagrindines grupes: sferinės , arba cocci , strypo formos Ir gofruotas . Bakterijos, nors ir priklauso prokariotams, turi gana sudėtingą struktūrą.
Bakterijų struktūra
Bakterijos ląstelė yra padengta keliais išoriniais sluoksniais. Ląstelės sienelė yra būtina visoms bakterijoms ir yra pagrindinė bakterinės ląstelės sudedamoji dalis. Bakterijų ląstelės sienelė suteikia formą ir standumą, be to, atlieka keletą svarbių funkcijų:
- apsaugo ląstelę nuo pažeidimų
- dalyvauja medžiagų apykaitoje
- toksiškas daugeliui patogeninių bakterijų
- dalyvauja pernešant egzotoksinus
Pagrindinis bakterijų ląstelės sienelės komponentas yra polisacharidas mureinas . Priklausomai nuo ląstelės sienelės struktūros, bakterijos skirstomos į dvi grupes: gramteigiamas (dažyta Gramu ruošiant preparatus mikroskopijai) ir gramneigiamų (šiuo metodu nedažytų) bakterijų.
Bakterijų formos: 1 - mikrokokai; 2 - diplokokai ir tetrakokai; 3 - sarkinai; 4 - streptokokai; 5 - stafilokokai; 6, 7 - lazdelės arba bacilos; 8 - vibrijos; 9 - spirilė; 10 - spirochetos
Bakterinės ląstelės sandara: I - kapsulė; 2 - ląstelės sienelė; 3 - citoplazminė membrana;4 - nukleoidas; 5 - citoplazma; 6 - chromatoforai; 7 - tilakoidai; 8 - mezosoma; 9 - ribosomos; 10 - žvyneliai; II - bazinis kūnas; 12 - gėrė; 13 - lašai riebalų
Gramteigiamų (a) ir gramneigiamų (b) bakterijų ląstelių sienelės: 1 - membrana; 2 - mukopeptidai (mureinas); 3 - lipoproteinai ir baltymai
Bakterijų ląstelės membranos sandaros schema: 1 - citoplazminė membrana; 2 - ląstelės sienelė; 3 - mikrokapsulė; 4 - kapsulė; 5 - gleivinis sluoksnis
Yra trys privalomos bakterijų ląstelių struktūros:
- nukleoidas
- ribosomos
- citoplazminė membrana (CPM)
Bakterijų judėjimo organai yra žvyneliai, kurių gali būti nuo 1 iki 50 ar daugiau. Cocci būdingas tai, kad nėra žvynelių. Bakterijos turi galimybę nukreipti judėjimo formas – taksi.
Taksi yra teigiami, jei judesys nukreiptas į stimulo šaltinį, ir neigiamas, kai judesys nukreiptas nuo jo. Galima išskirti šiuos taksi tipus.
Chemotaksė- judėjimas, pagrįstas cheminių medžiagų koncentracijos aplinkoje skirtumais.
Aerotaksė- apie deguonies koncentracijų skirtumą.
Reaguodami į šviesą ir magnetinį lauką, jie atsiranda atitinkamai fototaksi Ir magnetotaksis.
Svarbus bakterijų struktūros komponentas yra plazminės membranos dariniai - pilis (villi). Pili dalyvauja bakterijų susiliejime į didelius kompleksus, bakterijų prijungime prie substrato, medžiagų transporte.
Bakterijų mityba
Pagal mitybos tipą bakterijos skirstomos į dvi grupes: autotrofines ir heterotrofines. Autotrofinės bakterijos sintetina organines medžiagas iš neorganinių. Priklausomai nuo to, kokią energiją naudoja autotrofai organinėms medžiagoms sintetinti, jie išskiria foto- (žaliąsias ir violetines sieros bakterijas) ir chemosintetines bakterijas (nitrifikuojančias bakterijas, geležies bakterijas, bespalves sieros bakterijas ir kt.). Heterotrofinės bakterijos minta jau paruoštomis organinėmis medžiagomis iš negyvų liekanų (saprotrofų) arba gyvų augalų, gyvūnų ir žmonių (simbiontų).
Saprotrofai apima puvimo ir fermentacijos bakterijas. Pirmieji skaido azoto turinčius junginius, antrieji – anglies turinčius junginius. Abiem atvejais išleidžiama jų gyvenimui reikalinga energija.
Reikėtų pažymėti didžiulę bakterijų reikšmę azoto cikle. Tik bakterijos ir cianobakterijos gali pasisavinti atmosferos azotą. Vėliau bakterijos vykdo amonifikacijos (baltymų skaidymas iš negyvų organinių medžiagų į aminorūgštis, kurios vėliau deaminuojamos į amoniaką ir kitus paprastus azoto turinčius junginius), nitrifikacijos (amoniakas oksiduojasi į nitritus, o nitritai į nitratus) reakcijas. denitrifikacija (nitratai redukuojami į azoto dujas).
Bakterijų kvėpavimas
Pagal kvėpavimo tipą bakterijos gali būti suskirstytos į kelias grupes:
- privalomi aerobai: auga su laisva prieiga prie deguonies
- fakultatyviniai anaerobai: vystosi tiek turint prieigą prie atmosferos deguonies, tiek ir nesant
- privalomi anaerobai: vystosi visiškai nesant deguonies aplinkoje
Bakterijų dauginimasis
Bakterijos dauginasi paprasto dvejetainio dalijimosi būdu. Prieš tai vyksta savaiminis DNR dubliavimasis (replikacija). Išimties tvarka pasitaiko pumpurų atsiradimas.
Kai kuriose bakterijose buvo aptiktos supaprastintos seksualinio proceso formos. Pavyzdžiui, E. coli lytinis procesas panašus į konjugaciją, kai dalis genetinės medžiagos perkeliama iš vienos ląstelės į kitą jų tiesioginio kontakto metu. Po to ląstelės atskiriamos. Asmenų skaičius dėl seksualinio proceso išlieka toks pat, tačiau vyksta paveldimos medžiagos mainai, ty genetinė rekombinacija.
Sporuliacija būdinga tik nedidelei bakterijų grupei, kurioje žinomos dviejų tipų sporos: endogeninės, susidariusios ląstelės viduje, ir mikrocistos, susidariusios iš visos ląstelės. Bakterijos ląstelėje susiformavus sporoms (mikrocistoms), sumažėja laisvo vandens kiekis, mažėja fermentinis aktyvumas, protoplastas susitraukia ir pasidengia labai tankiu apvalkalu. Sporos suteikia galimybę ištverti nepalankias sąlygas. Jie gali atlaikyti ilgalaikį džiovinimą, kaitinimą virš 100°C ir aušinimą beveik iki absoliutaus nulio. Įprastoje būsenoje bakterijos yra nestabilios, kai išdžiūsta, veikiama tiesioginių saulės spindulių, pakeliama iki 65-80°C ir tt Palankiomis sąlygomis sporos išsipučia ir dygsta, suformuodamos naują vegetatyvinę bakterinę ląstelę.
Nepaisant nuolatinės bakterijų žūties (valgydamos jas pirmuonys, veikiant aukštai ir žemai temperatūrai bei kitiems nepalankiems veiksniams), šie primityvūs organizmai išliko nuo seniausių laikų dėl savo gebėjimo greitai daugintis (ląstelės gali dalytis kas 20-30 min.). formuoja sporas, itin stabilias aplinkos veiksniams ir plačiai paplitusioms.
Naudingos bakterijos, kurios gyvena žmogaus organizme, vadinamos mikrobiota. Jų yra gana daug – vienas žmogus jų turi milijonus. Be to, jie visi reguliuoja kiekvieno asmens sveikatą ir normalų funkcionavimą. Mokslininkai teigia: be naudingųjų bakterijų, arba, kaip jie dar vadinami, savitarpininkų, virškinamąjį traktą, odą, kvėpavimo takus akimirksniu užpultų patogeniniai mikrobai ir jie būtų sunaikinami.
Kokia turėtų būti mikrobiotos pusiausvyra organizme ir kaip ją galima koreguoti, kad nesivystytų rimtos ligos, teiravosi AiF.ru. Biomedicinos holdingo generalinis direktorius Sergejus Musienko.
Žarnyno darbuotojai
Viena iš svarbių sričių, kurioje yra naudingų bakterijų, yra žarnynas. Ne be reikalo manoma, kad čia yra visa žmogaus imuninė sistema. O jei sutrinka bakterijų aplinka, organizmo apsauga žymiai sumažėja.
Naudingos žarnyno bakterijos sukuria tiesiogine prasme nepakeliamas sąlygas patogeniniams mikrobams – rūgštinę aplinką. Be to, naudingi mikroorganizmai padeda virškinti augalinį maistą, nes bakterijos minta augalų ląstelėmis, kuriose yra celiuliozės, tačiau žarnyno fermentai vieni su tuo nesusidoroja. Taip pat žarnyno bakterijos prisideda prie B ir K vitaminų gamybos, kurie užtikrina medžiagų apykaitą kauluose ir jungiamuosiuose audiniuose, taip pat išskiria energiją iš angliavandenių ir skatina antikūnų sintezę bei nervų sistemos reguliavimą.
Dažniausiai kalbant apie naudingas žarnyno bakterijas, jie turi galvoje 2 populiariausias rūšis: bifidobakterijas ir laktobacilas. Tuo pačiu metu jie negali būti vadinami pagrindiniais, kaip daugelis galvoja - jų skaičius yra tik 5-15% viso. Tačiau jie yra labai svarbūs, nes įrodytas jų teigiamas poveikis kitoms bakterijoms, kai tokios bakterijos gali būti svarbūs veiksniai visos bendruomenės savijautai: jei jos maitinamos ar į organizmą patenka rauginto pieno produktais – kefyru. ar jogurtus, jie padeda kitoms svarbioms bakterijoms išgyventi ir daugintis. Pavyzdžiui, labai svarbu atkurti jų populiaciją disbakteriozės metu arba po antibiotikų kurso. Priešingu atveju bus sunku padidinti kūno apsaugą.
Biologinis skydas
Žmonių odoje ir kvėpavimo takuose gyvenančios bakterijos iš tikrųjų saugo ir patikimai saugo savo atsakomybės sritį nuo patogeninių organizmų įsiskverbimo. Pagrindiniai yra mikrokokai, streptokokai ir stafilokokai.
Odos mikrobiomas per pastaruosius šimtus metų pasikeitė, nes žmonės nuo natūralaus gyvenimo kontakto su gamta perėjo prie reguliaraus prausimosi specialiais produktais. Manoma, kad žmogaus odoje dabar gyvena visiškai kitos bakterijos, kurios gyveno anksčiau. Kūnas, padedamas imuninės sistemos, gali atskirti pavojingus nuo nepavojingų. Bet, kita vertus, bet koks streptokokas gali tapti patogeniniu žmogui, pavyzdžiui, patekęs į pjūvį ar bet kokią kitą atvirą žaizdą ant odos. Bakterijų perteklius ar patologinis jų aktyvumas odoje ir kvėpavimo takuose gali sukelti įvairių ligų vystymąsi ir nemalonaus kvapo atsiradimą. Šiandien yra plėtra, pagrįsta bakterijomis, kurios oksiduoja amonį. Jų naudojimas leidžia užsėti odos mikrobiomą visiškai naujais organizmais, dėl ko ne tik dingsta kvapas (miesto floros metabolizmo rezultatas), bet ir pakinta odos struktūra – atsiveria poros ir kt.
Išgelbėti mikropasaulį
Kiekvieno žmogaus mikrokosmosas keičiasi gana greitai. Ir tai turi neabejotinų pranašumų, nes bakterijų skaičių galima atnaujinti savarankiškai.
Skirtingos bakterijos minta skirtingomis medžiagomis – kuo įvairesnis žmogaus maistas ir kuo labiau jis atitinka sezoną, tuo naudingi mikroorganizmai turi daugiau pasirinkimo. Tačiau jei maistas yra labai apkrautas antibiotikų ar konservantų, bakterijos neišgyvens, nes šios medžiagos yra būtent sukurtos joms sunaikinti. Be to, visiškai nesvarbu, kad dauguma bakterijų nėra patogeniškos. Dėl to sunaikinama žmogaus vidinio pasaulio įvairovė. O po to prasideda įvairios ligos – problemos su išmatomis, odos bėrimai, medžiagų apykaitos sutrikimai, alerginės reakcijos ir kt.
Tačiau mikrobiotai galima padėti. Be to, šiek tiek pataisyti prireiks vos kelių dienų.
Yra daug probiotikų (su gyvomis bakterijomis) ir prebiotikų (medžiagų, palaikančių bakterijas). Tačiau pagrindinė problema yra ta, kad kiekvienam jie veikia skirtingai. Analizė rodo, kad jų veiksmingumas nuo disbiozės siekia iki 70-80 proc., tai yra, vienas ar kitas vaistas gali veikti arba ne. O čia reikėtų atidžiai stebėti gydymo ir vartojimo eigą – jei priemonės pasiteisins, iškart pastebėsite pagerėjimus. Jei situacija nesikeičia, verta keisti gydymo programą.
Arba galite atlikti specialų tyrimą, kuris tiria bakterijų genomus, nustato jų sudėtį ir santykį. Tai leidžia greitai ir kompetentingai pasirinkti reikiamą mitybos variantą ir papildomą terapiją, kuri atkurs trapią pusiausvyrą. Nors žmogus nejaučia nedidelių bakterijų pusiausvyros sutrikimų, jie vis tiek turi įtakos sveikatai – tokiu atveju galima pastebėti dažnus susirgimus, mieguistumą, alergines apraiškas. Kiekvienas miesto gyventojas vienokiu ar kitokiu laipsniu turi organizmo disbalansą, ir jei jis specialiai nieko nedarys, kad jį atstatytų, greičiausiai nuo tam tikro amžiaus turės sveikatos problemų.
Pasninkas, pasninkas, daugiau daržovių, ryte košė iš natūralių grūdų – tai tik keli valgymo elgesio variantai, kuriuos mėgsta naudingosios bakterijos. Tačiau kiekvieno žmogaus mityba turėtų būti individuali, atsižvelgiant į jo kūno būklę ir gyvenimo būdą – tik tada jis gali išlaikyti optimalią pusiausvyrą ir visada gerai jaustis.
Bakterijos yra mažiausi gyvi organizmai, gyvenantys mūsų planetoje. Kokių mažų bakterijų neturi? Įspūdingas dydis. Be mikroskopo jų neįmanoma pastebėti, tačiau jų noras gyventi išties nuostabus. Vien faktas, kad bakterijos, esant palankioms sąlygoms, šimtus metų gali išbūti „mieguistame miege“, yra garbingas. Kokios struktūrinės savybės padeda šiems kūdikiams taip ilgai gyventi?
Pagrindinės bakterinės ląstelės struktūros ypatybės
Prokariotus mokslininkai identifikuoja kaip atskirą karalystę dėl to, kad jie turi specifinę ląstelių struktūrą. Tai apima:
- bakterijos;
- melsvadumbliai;
- riketsija;
- mikoplazmos.
Aiškiai apibrėžtų branduolinių sienų nebuvimas yra pagrindinis prokariotų karalystės atstovų bruožas. Todėl genetinės informacijos centras yra viena apskrita DNR molekulė, kuri yra prijungta prie ląstelės membranos.
Ko dar trūksta bakterijų ląstelių struktūroje?
- Branduolinis apvalkalas.
- Mitochondrijos.
- Plastidas.
- Ribosominė DNR.
- Endoplazminis tinklas.
- Golgi kompleksas.
Tačiau visų šių komponentų nebuvimas netrukdo visur esantiems mikroorganizmams būti natūralios medžiagų apykaitos centre. Jie fiksuoja azotą, sukelia rūgimą, oksiduoja neorganines medžiagas.
Patikima apsauga
Gamta pasirūpino, kad kūdikiai būtų apsaugoti: išorėje bakterijų ląstelė yra apsupta tankia membrana. Ląstelės sienelė laisvai vykdo medžiagų apykaitą. Tai leidžia maistinėms medžiagoms patekti ir pašalinti atliekas.
Membrana nustato bakterijos kūno formą:
- sferiniai kokosai;
- lenkti vibrionai;
- lazdelės formos bacilos;
- spirilla.
Apsaugai nuo išsausėjimo aplink ląstelės sienelę susidaro kapsulė, kurią sudaro tankus gleivių sluoksnis. Kapsulės sienelių storis gali kelis kartus viršyti bakterinės ląstelės skersmenį. Sienelių tankis skiriasi priklausomai nuo aplinkos sąlygų, su kuriomis susiduria bakterija.
Genetinis fondas yra saugus
Bakterijos neturi aiškiai apibrėžto branduolio, kuriame būtų DNR. Tačiau tai nereiškia, kad mikroorganizmų, neturinčių branduolinės membranos, genetinė informacija yra chaotiška. Į siūlą panaši dviguba DNR spiralė yra išdėstyta tvarkingoje ritėje ląstelės centre.
DNR molekulėse yra paveldima medžiaga, kuri yra mikroorganizmų dauginimosi procesų pradžios centras. Bakterijos taip pat turi specialią apsauginę sistemą, kuri padeda atremti viruso DNR atakas. Antivirusinė sistema pažeidžia svetimą DNR, bet nepažeidžia savo DNR.
Dėl paveldimos informacijos, įrašytos į DNR, bakterijos dauginasi. Mikroorganizmai dauginasi dalijantis. Greitis, kuriuo šie mažyliai sugeba dalytis, yra įspūdingas: kas 20 minučių jų skaičius padvigubėja! Palankiomis sąlygomis jie sugeba suformuoti ištisas kolonijas, tačiau maistinių medžiagų trūkumas neigiamai veikia bakterijų skaičiaus didėjimą.
Kuo užpildyta ląstelė?
Bakterijų citoplazma yra maistinių medžiagų sandėlis. Tai tiršta medžiaga, turinti ribosomų. Per mikroskopą citoplazmoje galima išskirti organinių ir mineralinių medžiagų sankaupas.
Priklausomai nuo bakterijų funkcionalumo, ląstelių ribosomų skaičius gali siekti dešimtis tūkstančių. Ribosomos turi specifinę formą, kurių sienelės neturi simetrijos ir siekia 30 nm skersmenį.
Ribosomos savo pavadinimą gavo iš ribonukleino rūgščių (RNR). Dauginimosi metu būtent ribosomos atkuria DNR įrašytą genetinę informaciją.
Ribosomos tapo centru, kuris vadovauja baltymų biosintezės procesui. Biosintezės dėka neorganinės medžiagos virsta biologiškai aktyviomis. Procesas vyksta 4 etapais:
- Transkripcija. Ribonukleorūgštys susidaro iš dvigubų DNR grandžių.
- Transportas. Sukurtos RNR transportuoja aminorūgštis į ribosomas kaip pradinę baltymų sintezės medžiagą.
- Transliacija. Ribosomos nuskaito informaciją ir sukuria polipeptidines grandines.
- Baltymų susidarymas.
Mokslininkai dar nėra išsamiai ištyrę bakterijų ląstelių ribosomų struktūros ir funkcionalumo. Visa jų struktūra dar nėra žinoma. Tolesnis darbas ribosomų tyrimų srityje suteiks išsamų vaizdą apie tai, kaip veikia molekulinė baltymų sintezės mašina.
Kas neįeina į bakterijų ląstelę?
Skirtingai nuo kitų gyvų organizmų, bakterijų ląstelių struktūra neapima daug ląstelių struktūrų. Tačiau jų citoplazmoje yra organelių, kurios sėkmingai atlieka mitochondrijų ar Golgi komplekso funkcijas.
Daug mitochondrijų randama eukariotuose. Jie sudaro apie 25% viso ląstelių tūrio. Mitochondrijos yra atsakingos už energijos gamybą, saugojimą ir paskirstymą. Mitochondrijų DNR yra ciklinės molekulės ir surenkamos į specialias grupes.
Mitochondrijų sienelės susideda iš dviejų membranų:
- išorinis, turintis lygias sienas;
- vidinė, iš kurios daugybė krislų tęsiasi giliau.
Prokariotai aprūpinti savotiškomis baterijomis, kurios, kaip ir mitochondrijos, aprūpina juos energija. Pavyzdžiui, tokios „mitochondrijos“ labai įdomiai elgiasi mielių ląstelėse. Sėkmingam gyvenimui jiems reikia anglies dioksido. Todėl tokiomis sąlygomis, kai CO2 nepakanka, mitochondrijos išnyksta iš audinių.
Po mikroskopu galite pamatyti Golgi aparatą, kuris būdingas tik eukariotams. Pirmą kartą jį nervų ląstelėse atrado italų mokslininkas Camillo Golgi 1898 m. Ši organelė atlieka valiklio vaidmenį, tai yra, pašalina iš ląstelės visus medžiagų apykaitos produktus.
Golgi aparatas yra disko formos, susidedantis iš tankių membraninių cisternų, sujungtų pūslelėmis.
Golgi aparato funkcijos yra gana įvairios:
- dalyvavimas sekrecijos procesuose;
- lizosomų susidarymas;
- medžiagų apykaitos produktų pristatymas į ląstelės sienelę.
Ankstyviausi Žemės gyventojai įtikinamai įrodė, kad, nepaisant daugelio ląstelių organelių nebuvimo, jie yra gana gyvybingi. Gamta suteikė branduoliniams organizmams branduolį, mitochondrijas ir Golgi aparatą, tačiau tai visiškai nereiškia, kad mažos bakterijos užleis jiems vietą saulėje.
Atliekant ultraplonų pjūvių elektronų mikroskopiją, citoplazminė membrana yra trijų sluoksnių membrana (2 tamsūs 2,5 nm storio sluoksniai yra atskirti šviesiu tarpiniu sluoksniu). Savo struktūra jis yra panašus į gyvūnų ląstelių plazmalemą ir susideda iš dvigubo fosfolipidų sluoksnio su įterptu paviršiumi ir integruotais baltymais, kurie tarsi prasiskverbia per membranos struktūrą.
Esant pernelyg dideliam augimui (palyginti su ląstelės sienelės augimu), citoplazminė membrana formuojasi invaginatai – invaginacijos sudėtingų susuktų membraninių struktūrų, vadinamų mezosomomis, pavidalu. Mažiau sudėtingos susuktos struktūros vadinamos intracitoplazminėmis membranomis.
Citoplazmą sudaro tirpūs baltymai, ribonukleino rūgštys, inkliuzai ir daugybė mažų granulių - ribosomų, atsakingų už baltymų sintezę (vertimą). Bakterijų ribosomų dydis yra apie 20 nm, o sedimentacijos koeficientas – 70S, priešingai nei 80S ribosomos, būdingos eukariotų ląstelėms. Ribosominės RNR (rRNR) yra konservuoti bakterijų elementai (evoliucijos „molekulinis laikrodis“).
16S rRNR yra mažo ribosomų subvieneto dalis, o 23S rRNR yra didelio ribosomų subvieneto dalis. 16S rRNR tyrimas yra genų sistematikos pagrindas, leidžiantis įvertinti organizmų giminingumo laipsnį.
Citoplazmoje yra įvairių intarpų glikogeno granulių, polisacharidų, beta-hidroksisviesto rūgšties ir polifosfatų (volutino) pavidalu. Jie yra rezervinės medžiagos bakterijų mitybos ir energijos poreikiams tenkinti. Volutin turi afinitetą pagrindiniams dažams ir yra lengvai aptinkamas naudojant specialius dažymo metodus (pavyzdžiui, Neisser) metachromatinių granulių pavidalu. Būdingas volutino granulių išsidėstymas difterijos baciloje atsiskleidžia intensyviai dažytų ląstelių polių pavidalu.
Nukleoidas
Nukleoidas yra bakterijos branduolio atitikmuo. Jis yra centrinėje bakterijų zonoje dvigrandės DNR pavidalu, uždarytas žiedu ir sandariai supakuotas kaip rutulys.
Bakterijų branduolys, skirtingai nei eukariotai, neturi branduolio apvalkalo, branduolio ir pagrindinių baltymų (histonų). Paprastai bakterijų ląstelėje yra viena chromosoma, kurią vaizduoja DNR molekulė, uždaryta žiede.
Be nukleoido, kurį vaizduoja viena chromosoma, bakterijų ląstelėje yra ekstrachromosominių paveldimumo faktorių - plazmidžių, kurios yra kovalentiškai uždari DNR žiedai.
Daugelis bakterijų sudaro mikrokapsulę – mažesnio nei 0,2 mikrono storio gleivinę darinį, aptinkamą tik elektroniniu mikroskopu. Reikėtų atskirti nuo kapsulės gleivinius egzopolisacharidus, kurie neturi aiškių ribų. Gleivės tirpsta vandenyje.
Bakteriniai egzopolisacharidai dalyvauja sukibime (prilimpa prie substratų), dar vadinami glikokaliksu. Be sintezės
egzopolisacharidai, kuriuos sukelia bakterijos, yra dar vienas jų susidarymo mechanizmas: tarpląsteliniams bakterijų fermentams veikiant disacharidus. Dėl to susidaro dekstranai ir levanai.
Flagella
Bakterijų žvyneliai lemia bakterinės ląstelės judrumą. Flagella yra plonos gijos, kilusios iš citoplazminės membranos ir yra ilgesnės už pačią ląstelę. Žvynelių storis 12-20 nm, ilgis 3-15 µm. Jie susideda iš 3 dalių: spiralinio siūlelio, kabliuko ir bazinio korpuso, kuriame yra strypas su specialiais diskais (1 pora diskų gramteigiamose bakterijose ir 2 poros diskų gramneigiamose bakterijose). Flagelos yra pritvirtintos prie citoplazminės membranos ir ląstelės sienelės diskais. Taip sukuriamas elektros variklio efektas su variklio strypu, kuris suka žvynelį. Flagella susideda iš baltymo - flagellino (iš flagellum - flagellum);
yra H antigenas. Flagellino subvienetai yra susukti spirale.
Žvynelių skaičius įvairių rūšių bakterijose svyruoja nuo vieno (monotrich) Vibrio cholerae iki dešimčių ir šimtų žiuželių, besitęsiančių palei bakterijos (peritrich) perimetrą Escherichia coli, Proteus ir kt. ląstelės pabaiga. Amphitrichus priešinguose ląstelės galuose turi vieną žvynelį arba žvynelių pluoštą.
Išgėrė
Pili (fimbriae, villi) yra į siūlus panašūs dariniai, plonesni ir trumpesni (3-10 nm x 0,3-10 µm) už žiuželius. Pili tęsiasi nuo ląstelės paviršiaus ir susideda iš baltymo pilino, kuris turi antigeninį aktyvumą. Yra pilių, atsakingų už sukibimą, tai yra už bakterijų prijungimą prie paveiktos ląstelės, taip pat pilių, atsakingų už mitybą, vandens-druskų apykaitą ir seksualinį (F-pili), arba konjugacijos pilis. Pili yra daug - keli šimtai vienoje ląstelėje. Tačiau dažniausiai vienoje ląstelėje yra 1-3 lytiniai piliai: juos sudaro vadinamosios „vyriškos“ donorinės ląstelės, turinčios perduodamų plazmidžių (F-, R-, Col-plazmidės). Išskirtinis lyties pilių bruožas yra sąveika su specialiais „vyriškais“ sferiniais bakteriofagais, kurie intensyviai adsorbuojasi ant lytinių pilių.
Sporos – tai savotiška ramybės būsenos firmicute bakterijų forma, t.y. bakterijos
su gramteigiamo tipo ląstelės sienelės struktūra. Sporos susidaro nepalankiomis bakterijoms egzistuoti sąlygomis (džiūvimas, maistinių medžiagų trūkumas ir kt. Bakterijos ląstelės viduje susidaro viena spora (endospora). Sporų susidarymas prisideda prie rūšies išsaugojimo ir nėra dauginimosi būdas , kaip ir sporas formuojančios Bacillus genties bakterijos, kurios neviršija ląstelės skersmens. lat. Clostridium – verpstė mėlyna spalva.
Sporų forma gali būti ovali, sferinė; vieta ląstelėje yra terminalinė, t.y. lazdos gale (stabligės sukėlėjoje), subterminalinis - arčiau lazdelės galo (botulino, dujų gangrenos sukėlėjų) ir centrinėje (juodligės baciloje). Sporos išlieka ilgą laiką dėl daugiasluoksnio apvalkalo, kalcio dipikolinato, mažo vandens kiekio ir vangų medžiagų apykaitos procesų. Esant palankioms sąlygoms, sporos sudygsta, pereina tris iš eilės stadijas: aktyvacijos, iniciacijos, dygimo.
