Бактерии

ЦЕЛЬ  РАБОТЫ

          В природе бактерии распространены чрезвычайно широко. Они населяют почву, выполняя роль разрушителей органического вещества – остатков погибших животных и растений. Преобразуя органические молекулы в неорганические, бактерии тем самым очищают поверхность планеты от гниющих остатков и возвращают химические элементы и биологический круговорот.

    И в жизни человека роль бактерий огромна. Так, получение многих пищевых и  технических продуктов невозможно без участия различных бродильных бактерий. В результате жизнедеятельности  бактерий получают простоквашу, кефир, сыр, кумыс, а также ферменты, спирты, лимонную кислоту. Процессы квашения пищевых  продуктов тоже связаны с бактериальной  активностью.

    Встречаются бактерии – симбионты (от лат. «сим» - вместе, «биос» - жизнь), которые живут  в организмах растений и животных и приносят им определенную пользу. Например, клубеньковые бактерии, поселяющиеся в корешках некоторых растений, способны усваивать газообразный азот из почвенного воздуха и таким образом снабжают эти растения азотом, необходимым  для жизнедеятельности. Отмирая, растения обогащают почву соединениями азота, что было бы невозможно без участия  таких бактерий.

    Известны  хищные бактерии, поедающие представителей других видов прокариот.

    Велика  и отрицательная роль бактерий. Различные  виды бактерий вызывают порчу пищевых  продуктов, выделяя в них продукты своего обмена, ядовитые для человека. Наиболее опасны патогенные (от греч. «патос» - болезнь и «генезис» - происхождение) бактерии – источник различных заболеваний человека и животных, таких, как воспаление легких, туберкулез, аппендицит, сальмонеллезы, чума, холера и др. Поражают бактерии и растения.

    Разносторонность  бактерий удивила меня и сподвигла  к их дальнейшему изучению. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

Впервые бактерии наблюдал Антон Левенгук в 1674 году, используя микроскоп, сконструированный  им самым. Название «бактерия» появилась  позднее, она была предложена Кристианом Эрнбергом в 1828, выведенное с греческого слова, которое означало «маленькая палочка».

Луи Пастер продемонстрировал в 1859 году, что  процесс брожения вызывается ростом микроорганизмов, и что этот рост не может быть зарожденным непроизвольно (хотя нужно отметить, что дрожжи, которые по обыкновению связаны  с брожением — не бактерии, а  грибы). Вместе с его современником, Робертом Кохом, Пастер был одним  из авторов и первых защитников бактериальной  теории возникновения болезней. Роберт Кох был пионером медицинской  микробиологии, работая с такими болезнями, как холера, сибирская  язва и туберкулез. В своем исследовании туберкулеза Кох окончательно довел  бактериологическую теорию, за что  и был награжденный Нобелевской  премией 1905 года. В своих «Постулатах  Коха» он установил критерии проверки, или болезнь вызывается микроорганизмом; эти постулаты все еще используются сегодня.

Хотя в 19 столетии уже было известно, что  бактерии — причина многих болезней, не существовало никаких эффективных  средств антибактериального лечения. В 1910 году Рафаэль Эрлих создал первый антибиотик, модифицировав фарбник, который выборочно красил бактерию Treponema pallidum — спирохету, которая  вызывает сифилис — в вещество, которое выборочно убивает патоген. Эрлих был также награжденный Нобелевской премией за свою работу по иммунологии и открытию использования  красок для выявления и идентификации  бактерий, его работа стала основой  для создания крашения за Граммом  и крашение за Зелий-Нельсеном. В  конце 19 — в начале 20 столетие благодаря  работам Мартинуса Бейеринка  и Сергея Николаевича Виноградского  были заложены основы общей и экологической  микробиологии.

Важный шаг  вперед в изучении бактерий был сделан в 1977 году Карлом Воузом, который установил, что археи — отдельная от бактерий линия эволюционного развития. Эта  новая филогенетическая таксономия была основана на установлении последовательности 16S рибосомной РНК и поделила прокариоты на два отдельных домена, как часть  системы трех доменов. 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

     В царство прокариот, или доядерных, объединяют самых древних обитателей нашей планеты – бактерии, которых  в обиходе часто называют микробами. Это очень древние организмы, появившиеся, по-видимому, около 3 млрд. лет назад. Эти организмы имеют  клеточное строение, но их наследственный материал не отделен от плазматической оболочки, другими словами они лишены оформленного ядра. По размерам большинство из них значительно крупнее вирусов. Царство прокариот на основе важных особенностей жизнедеятельности, и прежде всего, обмена веществ ученые подразделяют на три подцарства: архибактерии, настоящие бактерии,  оксифото бактерии.

     Изучение  строения и жизнедеятельности микроорганизмов  занимается наука – микробиология.

     Трудно  найти место на земном шаре, где  не было бы мельчайших живых существ  – бактерий. Их находили в струях гейзеров с температурой около 105 , сверхсоленых озерах, например в знаменитом Мертвом море. Живые бактерии были обнаружены в вечной мерзлоте Арктики, где они пробыли 2-3 млн. лет. В океане, на глубине 11км; на высоте 41км в атмосфере; в недрах земной коры на глубине нескольких километров – везде находили бактерии.

     Бактерии  прекрасно себя чувствуют в воде, охлаждающей ядерные реакторы; остаются жизнеспособными, получив дозу радиации в 10 тыс. раз превышающую смертельную  для человека. Они выдерживали  двухнедельное пребывание в глубоком вакууме; не погибали и в открытом космосе, помещенные туда на 18 часов, под  смертоносным воздействием солнечной  радиации.

     Способы питания бактерий столь же разнообразны, как и условия их жизни. Пожалуй, нет такого органического вещества, которое не подошло бы в пищу тем  или иным бактериям. Некоторые бактерии, как и зеленые растения, сами производят органические вещества с помощью  солнечных лучей. Только кислород в  отличие от растений они при этом процессе (фотосинтезе) не выделяют.

     Среди бактерий есть паразиты, которые, поселяясь  в чужих организмах, могут стать  причиной болезни. Есть и бактерии-хищники, которые из множества своих тел  «плетут» приспособления, чем-то напоминающие паутину, и ловят туда свою добычу (например, простейших).

     Некоторые бактерии питаются такими «малосъедобными» веществами, как аммиак, соединения железа, серы, сурьмы.

     Размножаются  бактерии простым делением надвое. Каждые 20 минут в благоприятных  условиях количество некоторых бактерий может удваиваться. Если, например, в организм человека попала всего  одна такая бактерия, то через 12 часов  их может стать уже несколько  миллиардов.

     Долгое  время люди жили, так сказать, «бок о бок» с бактериями, не подозревая об их существовании. Первым человеком, наблюдавшим бактерии в микроскоп, был Антонии Ван Левенгук, и  было это в 1676 году.

     А можно ли увидеть бактерии невооруженным  глазом? Есть среди бактерий и настоящие  гиганты, например, пурпурная серобактерия – длиной до 1/20мм. Пару таких бактерий вполне можно увидеть невооруженным  глазом.

     Большинство бактерий в десятки раз меньше. Но даже самые мелкие бактерии, когда  они образуют большие скопления, увидеть ничего не стоит. На месте  одной-единственной бактерии, попавшей на поверхность питательной среды, уже через несколько часов образуется видимая невооруженным глазом колония-бугорок. Взглянув на цвет и форму колонии, опытный специалист сразу определит, с бактериями какого вида он имеет дело.

     Бывают  желтые, красные, сини бактерии. Выдающийся английский биолог Александр Флеминг  любил в свободное время делать цветные рисунки, причем в качестве красок он использовал … бактерии. Он наносил на контуры рисунка  питательный бульон с соответствующими бактериями, помещал рисунок в  тепло и получал цветное изображение. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Места обитания бактерий

    Бактерии  обитают в почве, воде, организме  человека и животных. Разнообразные  группы бактерий могут развиваться  в условиях, не доступных, для других организмов. Качественный и количественный состав бактерий, обитающих во внешней  среде, зависит от многих условий: pH среды, температуры, наличие питательных веществ, влажности, аэрации, присутствия других микроорганизмов. Чем больше в среде содержится разнообразных органических соединений, тем большее количество бактерий можно в ней обнаружить. В незагрязненных почвах и водах встречается сравнительно небольшое количество сапрофитных форм бактерий, микробактерии, кокковые формы. В воде встречаются различные спорообразующие и неспорообразующие бактерии и специфические водные бактерии – водные виброны, нитчатые бактерии и др. В иле, на дне водоемов, обитают различные анаэробные бактерии. Среди бактерий обитающих в воде и почве, имеются азотфиксирующие, нитрифицирующие, денитрифицирующие целлюлозу бактерии и др. В морях и океанах обитают бактерии, растущие при высоких концентрациях солей и повышенном давлении, встречаются светящиеся виды. В загрязненных водах и почве, кроме почвенных и водных сапрофитов, в большом количестве встречаются бактерии, обитающие в организме человека и животных – энтеробактерии, клостридии и др. Показателем фекального загрязнения обычно является наличие кишечной палочки. В связи с широким распространением бактерий и своеобразием метаболической активности многих их видов они имеют исключительно большое значение в круговороте веществ в природе (в круговороте азота участвуют многие виды бактерий – от видов расщепляющих белковые продукты растительного и животного происхождения, до видов образующих нитраты, которые устанавливаются высшими растениями).

Строение  бактерий

Размеры и форма бактерий

Существуют  три основные формы бактерий –  шаровидная, палочковидная и спиралевидная, большая группа нитчатых бактерий объединяет преимущественно водные бактерии и  не содержит патогенных видов.

    Шаровидные  бактерии – кокки, подразделяются в  зависимости от положения клеток после деления на несколько групп: 1) диплококки (делятся в одной  плоскости и располагаются парами); 2) стрептококки (делятся в одной  плоскости, но при делении не отделяются друг от друга и образуют цепочки); 3) тетракокки (делятся в двух взаимно  перпендикулярных плоскостях, образуя  группы по четыре особи); 4) саруины (делятся  в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, образуя группы кубической формы); 5) стафилококки (делятся в  нескольких плоскостях без определенной системы, образуя скопления, напоминающие виноградные грозди). Средний размер кокков 1,5-1мкм.

    Палочковидные бактерии имеют строго цилиндрическую или овоидную форму, концы палочек  могут быть ровными, закругленными, заостренными. Палочки могут располагаться  попарно в виде цепочек, но большинство  видов располагается без определенной системы. Длина палочек варьирует  от 1 до 8 мкм.

    Спиралевидные формы бактерий подразделяют на виброны  и спириллы. Изогнутость тел вибронов не превышает одной четверти оборота  спирали. Спириллы образуют изгибы из одного или нескольких оборотов.

    Некоторые бактерии обладают подвижность, что  отчетливо видно при наблюдении методом висячей капли или  другими методами. Подвижные бактерии активно передвигаются с помощью особых органелл – жгутиков либо за счет скользящих движений.

    Капсула имеется у ряда бактерий  и  является их внешним структурным  компонентом. У ряда бактерий аналогом капсуле имеется образование  в виде тонкого слизистого слоя на поверхности клетки. У некоторых  бактерий капсула формируется в  зависимости от условий их существования. Одни бактерии образуют капсулы только в микроорганизме, другие как в  организме, так и вне его, в  частности на питательных средах, содержащих повышенные концентрации углеводов. Некоторые бактерии образуют капсулы  независимо от условий существования. В состав капсулы большинства  бактерий входят: полимиризованные полисахариды, состоящие из пентоз и аминосахаров, урановые кислоты, полипептиды и  белки. У некоторых белков, например, пневмококков, определяет их вирулентность, а также некоторые антигенные свойства бактериальной клетки.

         Строение бактериальной клетки

    Клеточная стенка бактерий определяет их форму  и обеспечивает сохранение внутреннего  содержимого клетки. По особенностям химического состава и структуры  клеточной стенки бактерии дифференцируют с помощью окрашивания по грамму.

    Строение  у клеточной стенки различно у  грамположительных и грамотрицательных  бактерий. Основным слоем клеточной  стенки.

    Цитоплазматическая  мембрана бактерии прилипает к внутренней поверхности клеточной стенки, отделяет ее от цитоплазмы и я является очень  важным в функциональном отношении  компонентом клетки. В мембране локализованы окислительно-восстановительные ферменты, с системой мембран связаны такие  важнейшие функции клетки, как  деление клетки, биосинтез ряда компонентов, хемо и фотосинтез и др. Толщина мембраны у большинства клеток составляет 7-10нм. Электрономикороскопическим методом обнаружено, что она состоит из трех слоев: двух электронно-плотных и промежуточнно-электронно-прозрачного. В состав мембраны входят белки, фосфолипиды, микропротеины, небольшое количество углеводов и некоторых других соединений. Многие белки мембраны клетки являются ферментами, участвующие в процессах дыхания, а также в биосинтезе компонентов клетчатой стенки и капсулы. В составе мембраны также определяются пермеазы, обеспечивающие перенос в клетку растворимых веществ. Мембрана служит астрономическим барьером, она обладает избирательной полупроницаемостью и ответственна за поступление внутрь клетки питательных веществ и отходов из нее продуктов обмена.