Bakterije - Koje bolesti uzrokuju bakterije, imena i vrste. Bakterije – opća karakteristika. Podjela, građa, prehrana i uloga bakterija u prirodi

Bakterije su najmanji, najstariji mikroorganizmi nevidljivi golim okom. Tek pod mikroskopom može se vidjeti njihova struktura, izgled i međusobna interakcija. Prvi mikroorganizmi imali su primitivnu strukturu, razvijali su se, mutirali, stvarali kolonije, prilagođavali se promjenjivom okruženju. međusobno izmjenjuju aminokiseline koje su neophodne za rast i razvoj.

Vrste bakterija

Slike u školskim udžbenicima biologije različiti tipovi bakterije koje se razlikuju po obliku:

1. Koke su kuglasti organizmi koji se razlikuju po relativni položaj. Pod mikroskopom je vidljivo da streptokoki predstavljaju lanac kuglica, diplokoki žive u parovima, stafilokoki su nakupine proizvoljnog oblika. Određeni broj koka ulaskom u ljudsko tijelo izaziva različite upalne procese (gonokok, stafilokok, streptokok). Nisu svi koki koji žive u ljudskom tijelu patogeni. Uvjetno patogene vrste sudjeluju u formiranju obrane tijela od vanjskih utjecaja i sigurne su ako se poštuje ravnoteža flore.
2. Šipkasti se razlikuju po obliku, veličini i sposobnosti stvaranja spora. Vrste koje stvaraju spore nazivaju se bacili. U bacile spadaju: bacil tetanusa, bacil antraksa. Spore su tvorevine unutar mikroorganizma. Spore su neosjetljive na kemijski tretman, njihova otpornost na vanjske utjecaje ključna je za očuvanje vrste. Poznato je da se spore uništavaju kada visoka temperatura(iznad 120ºS).

Oblici štapićastih mikroba:

• sa šiljastim polovima, kao u Fusobacterium, koji je dio normalne mikroflore gornjeg dišnog trakta;
• sa zadebljanim polovima, nalik na buzdovan, kao kod Corynebacterium - uzročnika difterije;
• sa zaobljenim krajevima, kao što je Escherichia coli, koja je neophodna za proces probave;
• s ravnim krajevima, poput antraksa.

Gram(+) i Gram(-)

Danski mikrobiolog Hans Gram proveo je eksperiment prije više od 100 godina, nakon kojeg su se sve bakterije počele klasificirati kao gram-pozitivne i gram-negativne. Gram-pozitivni organizmi stvaraju dugotrajnu stabilnu vezu s tvari za bojenje, koja se pojačava izlaganjem jodu. Gram-negativne, naprotiv, nisu osjetljive na boju, njihova je ljuska čvrsto zaštićena.

Gram-negativni mikrobi uključuju klamidiju, rikeciju, gram-pozitivne - stafilokoke, streptokoke, korinebakterije.

Danas se u medicini široko koristi test na gram (+) i gram (-) bakterije. je jedna od metoda za proučavanje sluznice za određivanje sastava mikroflore.

Aerobni i anaerobni

Kako žive bakterije

Biolozi definiraju bakterije u zasebno kraljevstvo, one se razlikuju od ostalih živih bića. To je jednostanični organizam bez jezgre unutra. Njihov oblik može biti u obliku lopte, stošca, štapića, spirale. Prokarioti za kretanje koriste flagele.

Biofilm je grad za mikroorganizme, prolazi kroz nekoliko faza formiranja:

• Adhezija ili sorpcija je pričvršćivanje mikroorganizma na površinu. Filmovi se u pravilu formiraju na granici između dva medija: tekućine i zraka, tekućine i tekućine. Početni korak je reverzibilan i može se spriječiti stvaranje filma.
• Fiksacija - Bakterije izlučuju polimere, osiguravajući njihovu snažnu fiksaciju, tvore matricu za snagu i zaštitu.
• Sazrijevanje - mikrobi se spajaju, izmjenjuju hranjive tvari, razvijaju mikrokolonije.
• Faza rasta - postoji nakupljanje bakterija, njihova fuzija, pomicanje. Broj mikroorganizama je od 5 do 35%, ostatak prostora zauzima izvanstanični matriks.
• Disperzija - mikroorganizmi se povremeno odvajaju od filma, koji se pričvršćuju na druge površine i tvore biofilm.

Procesi koji se odvijaju u biofilmu razlikuju se od onoga što se događa mikrobu, koji nije sastavni dio kolonije. Kolonije su stabilne, mikrobi organiziraju jedan sustav reakcija ponašanja, određujući interakciju članova unutar matrice i izvan filma. Ljudske sluznice nastanjene su velikim brojem mikroorganizama koji proizvode gel za zaštitu i osiguravaju stabilnost funkcioniranja organa. Primjer je sluznica želuca. Poznato je da je Helicobacter pylori, koji se smatra uzročnikom čira na želucu, prisutan kod više od 80% pregledanih osoba, ali u isto vrijeme peptički ulkus ne razvija se za svakoga. Pretpostavlja se da Helicobacter pylori, kao članovi kolonije, sudjeluje u probavi. Njihova sposobnost nanošenja štete očituje se tek nakon stvaranja određenih uvjeta.

Interakcija bakterija u biofilmovima još uvijek je nedovoljno poznata. Ali već danas, neki mikrobi su postali ljudski pomoćnici u izvođenju restauratorskih radova, povećavajući čvrstoću premaza. U Europi proizvođači dezinficijensa nude tretiranje površina bakterijskim otopinama koje sadrže sigurne mikroorganizme koji sprječavaju razvoj patogene flore. Bakterije se koriste za stvaranje polimernih spojeva, au budućnosti će proizvoditi i električnu energiju.

Znanost i život // Ilustracije

Staphylococcus aureus.

Spirilla.

Tripanosoma.

Rotavirusi.

rikecije.

Jersinija.

Lišmanija.

Salmonela.

Legionela.

Još prije 3000 godina veliki Grk Hipokrat pogodio je da zarazne bolesti uzrokuju i prenose živa bića. Nazvao ih je mijazmom. Ali ljudsko ih oko nije moglo razlikovati. Krajem 17. stoljeća Nizozemac A. Leeuwenhoek stvorio je prilično moćan mikroskop i tek tada je bilo moguće opisati i skicirati najviše različite forme bakterije su jednostanični organizmi od kojih su mnogi uzročnici raznih zaraznih bolesti čovjeka. Bakterija je jedna od vrsta mikroba ("mikrob" - od grčkog "micros" - mali i "bios" - život), međutim, najbrojnija.

Nakon otkrića mikroba i proučavanja njihove uloge u ljudskom životu, pokazalo se da je svijet ovih najmanjih organizama vrlo raznolik i zahtijeva određenu sistematizaciju i klasifikaciju. I danas stručnjaci koriste sustav prema kojem prva riječ u nazivu mikroorganizma označava rod, a druga - ime vrste mikroba. Ova imena (obično latinska ili grčka) su "govorna". Dakle, naziv nekih mikroorganizama odražava neke od njih svijetle osobine njihove strukture, posebno njihove forme. Ova grupa prvenstveno uključuje bakterije. Po obliku se sve bakterije dijele na kuglaste - koke, štapićaste - zapravo bakterije i zavijene - spirile i vibrije.

globularne bakterije- patogeni koki (od grčkog "coccus" - zrno, bobica), mikroorganizmi koji se međusobno razlikuju po položaju stanica nakon njihove diobe.

Najčešći od njih su:

- stafilokoki(od grčkog "stafile" - grozd grožđa i "kokkus" - zrno, bobica), koji je dobio takav naziv zbog karakterističnog oblika - grozda koji podsjeća na grozd. Vrsta ovih bakterija ima najveći patogeni učinak. staphylococcus aureus("Staphylococcus aureus", jer formira nakupine zlatne boje), uzrokujući razne gnojne bolesti i intoksikacije hranom;

- streptokoki(od grčkog "streptos" - lanac), čije se stanice nakon diobe ne razilaze, već tvore lanac. Ove bakterije su uzročnici raznih upalne bolesti(tonzilitis, bronhopneumonija, otitis media, endokarditis i drugi).

štapićaste bakterije ili štapići,- to su mikroorganizmi cilindričnog oblika (od grčkog "bacterion" - štapić). Iz njihova imena proizašlo je ime svih takvih mikroorganizama. Ali one bakterije koje tvore spore (zaštitni sloj koji štiti od štetnih učinaka okoliš), se zovu bacili(od latinskog "bacillum" - štap). Štapići koji stvaraju spore uključuju bacil antraksa, strašnu bolest poznatu od davnina.

Uvijeni oblici bakterija su spirale. Na primjer, spirila(od latinskog "spira" - zavoj) su bakterije koje imaju oblik spiralno zakrivljenih štapića s dva ili tri kovrča. To su bezopasni mikrobi, s izuzetkom uzročnika "bolesti ugriza štakora" (Sudoku) kod ljudi.

Osebujan oblik također se odražava u nazivu mikroorganizama koji pripadaju obitelji spiroheta(od latinskog "spira" - zavoj i "mržnja" - griva). Na primjer, članovi obitelji leptospira odlikuju se neobičnim oblikom u obliku tanke niti s malim, blisko raspoređenim kovrčama, što ih čini poput tanke upletene spirale. I sam naziv "leptospira" prevodi se kao takav - "uska spirala" ili "uski uvojak" (od grčkog "leptos" - usko i "spera" - gyrus, uvojak).

korinebakterije(uzročnici difterije i listerioze) imaju karakteristična batinasta zadebljanja na krajevima, što govori i naziv ovih mikroorganizama: od lat. "korine" - buzdovan.

Danas sve poznato virusi također grupirani u rodove i obitelji, uključujući i na temelju njihove strukture. Virusi su toliko mali da mikroskop, da bi ih se moglo vidjeti, mora biti mnogo jači od konvencionalnog optičkog. Elektronski mikroskop povećava stotine tisuća puta. Rotavirusi dobio je ime od latinske riječi "rota" - kotač, budući da čestice virusa pod elektronskim mikroskopom izgledaju kao mali kotači s debelim rukavcem, kratkim žbicama i tankim rubom.

I ime obitelji koronavirusi zbog prisutnosti resica, koje su pričvršćene na virion kroz usku stabljiku i šire se prema udaljenom kraju, nalikujući sunčevoj koroni tijekom pomrčine.

Naziv nekih mikroorganizama povezan je s nazivom organa koji inficiraju ili bolesti koju uzrokuju. Na primjer, naslov "meningokok" Nastaje od dvije grčke riječi: "meningos" - moždana opna, budući da ovi mikrobi uglavnom utječu na nju, i "coccus" - zrno, što ukazuje da pripadaju sfernim bakterijama - kokama. Naziv potječe od grčke riječi "pneumon" (pluća). "pneumokok" Ove bakterije uzrokuju bolesti pluća. Rinovirusi- uzročnici zaraznog rinitisa, otuda i naziv (od grčkog "rhinos" - nos).

Podrijetlo imena niza mikroorganizama također je zbog njihovih drugih najkarakterističnijih svojstava. Tako, Posebnost vibrio - bakterija u obliku kratke zakrivljene šipke - sposobnost brzih oscilatornih pokreta. Ime im je izvedeno od francuske riječi vibrator- vibrirati, vibrirati, vibrirati. Među vibrionima najpoznatiji je uzročnik kolere koji se naziva "kolera vibrio".

Bakterije roda proteus(Proteus) se odnose na tzv. mikrobe koji su za jedne opasni, a za druge nisu. S tim u vezi, dobili su ime po božanstvu mora iz starogrčke mitologije- Proteus, kojemu se pripisivala sposobnost samovoljnog mijenjanja izgleda.

Velikim znanstvenicima podižu se spomenici. Ali ponekad imena mikroorganizama koje su otkrili također postaju spomenici. Na primjer, imenovani su mikroorganizmi koji zauzimaju srednji položaj između virusa i bakterija "rikecija" u čast američkog istraživača Howarda Taylora Rickettsa (1871.-1910.), koji je preminuo od tifusa proučavajući uzročnika ove bolesti.

Uzročnike dizenterije temeljito je proučavao japanski znanstvenik K. Shiga 1898. godine, u njegovu čast kasnije su dobili svoje generičko ime - "šigela".

Brucela(uzročnici bruceloze) nazvani su po engleskom vojnom liječniku D. Bruceu, koji je 1886. godine prvi put uspio izolirati ove bakterije.

Bakterije grupirane u rod "jersinija", nazvan po poznatom švicarskom znanstveniku A. Yersinu, koji je otkrio, posebice, uzročnika kuge - Yersinia pestis.

Po imenu engleskog liječnika V. Leishmana nazvani su najjednostavniji jednostanični organizmi (uzročnici lišmanioze). lišmanija, detaljno opisan 1903.

Generičko ime povezano je s imenom američkog patologa D. Salmona "salmonela", štapićasta crijevna bakterija koja uzrokuje bolesti kao što su salmoneloza i trbušni tifus.

I njemačkom znanstveniku T. Escherichu duguju svoje ime Escherichia- Escherichia coli koju je prvi izolirao i opisao 1886.

U podrijetlu imena nekih mikroorganizama određenu su ulogu imale okolnosti pod kojima su otkriveni. Na primjer, generičko ime "legionela" pojavile su se nakon izbijanja 1976. godine u Philadelphiji među delegatima konvencije Američke legije (organizacija koja okuplja građane SAD-a – sudionike međunarodnih ratova) teške respiratorne bolesti uzrokovane ovim bakterijama – prenosile su se putem klima uređaja. ALI coxsackie virusi su prvi put izolirani od djece oboljele od dječje paralize 1948. u selu Coxsackie (SAD), otuda i naziv.

Bakterije su mikroorganizmi koji se sastoje od samo jedne stanice. Značajka bakterije - odsutnost jasno definirane jezgre. Zbog toga se nazivaju "prokarioti", što znači - bez jedra.

Danas je znanosti poznato oko deset tisuća vrsta bakterija, ali postoji pretpostavka da na zemlji postoji više od milijun vrsta bakterija. Vjeruje se da su bakterije najstariji organizmi na Zemlji. Žive gotovo posvuda - u vodi, tlu, atmosferi i unutar drugih organizama.

Izgled

Bakterije su vrlo male i mogu se vidjeti samo mikroskopom. Oblik bakterija je vrlo raznolik. Najčešći oblici su u obliku štapića, kuglica i spirala.

Štapićaste bakterije nazivaju se "bacili".

Bakterije u obliku kuglica su koke.

Bakterije u obliku spirala su spirile.

Oblik bakterije određuje njezinu pokretljivost i sposobnost pričvršćivanja na određenu površinu.

Građa bakterija

Bakterije imaju prilično jednostavnu strukturu. Ovi organizmi imaju nekoliko osnovnih struktura - nukleoid, citoplazmu, membranu i staničnu stijenku, osim toga, mnoge bakterije imaju flagele na površini.

Nukleoid- Ovo je neka vrsta jezgre, u njoj se nalazi genetski materijal bakterije. Sastoji se od samo jednog kromosoma, koji izgleda kao prsten.

Citoplazma okružuje nukleoid. Citoplazma sadrži važne strukture - ribosome, neophodne bakterijama za sintezu proteina.

Membrana, pokrivajući citoplazmu izvana, igra važnu ulogu u životu bakterije. On odvaja unutarnji sadržaj bakterije od vanjskog okoliša i osigurava procese stanične izmjene s okolinom.

Izvana je opna okružena stanične stijenke.

Broj flagella može biti različit. Ovisno o vrsti, jedna bakterija ima od jednog do tisuću flagela, ali ima i bakterija bez njih. Bakterije trebaju flagele za kretanje u prostoru.

Ishrana bakterija

Bakterije imaju dvije vrste prehrane. Neke od bakterija su autotrofne, a druge heterotrofne.

Autotrofi sami stvaraju hranjive tvari kemijskim reakcijama, dok se heterotrofi hrane organskim tvarima koje su stvorili drugi organizmi.

Razmnožavanje bakterija

Bakterije se razmnožavaju diobom. Prije procesa diobe, kromosom koji se nalazi unutar bakterije se udvostruči. Zatim se stanica podijeli na dva dijela. Rezultat su dvije identične stanice kćeri, od kojih svaka dobiva kopiju majčinog kromosoma.

Važnost bakterija

Bakterije imaju važnu ulogu u kruženju tvari u prirodi – pretvaraju organske ostatke u anorganske tvari. Da nema bakterija, cijela bi zemlja bila prekrivena oborenim drvećem, opalim lišćem i mrtvim životinjama.

Bakterije imaju dvostruku ulogu u ljudskom životu. Neke bakterije donose velika korist dok drugi uzrokuju značajnu štetu.

Mnoge bakterije su patogene i uzrokuju razne bolesti, kao što su difterija, tifus, kuga, tuberkuloza, kolera i druge.

Međutim, postoje bakterije koje koriste ljudima. Dakle, u ljudskom probavnom sustavu žive bakterije koje doprinose normalnoj probavi. A bakterije mliječne kiseline ljudi već dugo koriste za proizvodnju proizvoda mliječne kiseline - sireva, jogurta, kefira itd. Bakterije također imaju važnu ulogu u fermentaciji povrća i proizvodnji octa.

Sažetak bakterija.

Bakterije su vrlo mali, nevjerojatno stari i donekle prilično jednostavni mikroorganizmi. Prema moderna klasifikacija izolirane su u zasebnu domenu organizama, što ukazuje na značajnu razliku između bakterija i drugih oblika života.

Bakterije su najčešći i, prema tome, najbrojniji živi organizmi, bez pretjerivanja, sveprisutne su i osjećaju se sjajno u bilo kojem okruženju: vodi, zraku, zemlji, kao i unutar drugih organizama. Tako u jednoj kapi vode njihov broj može doseći nekoliko milijuna, au ljudskom tijelu ih ima desetak više od svih naših stanica.

Tko su bakterije?

To su mikroskopski, pretežno jednostanični organizmi, čija je glavna razlika odsutnost stanične jezgre. Osnova stanice, citoplazma, sadrži ribosome i nukleoid, koji je genetski materijal bakterija. Iz vanjski svijet sve je to odvojeno citoplazmatskom membranom ili plazmalemom, koja je pak prekrivena staničnom stijenkom i gušćom čahurom. Neke vrste bakterija imaju vanjske bičeve, njihov broj i veličina mogu jako varirati, ali svrha je uvijek ista - uz njihovu pomoć bakterije se kreću.

Građa i sadržaj bakterijske stanice

Što su bakterije?

Oblici i veličine

Oblici različitih vrsta bakterija vrlo su različiti: mogu biti okrugli, štapićasti, zavijeni, zvjezdasti, tetraedarski, kubični, u obliku slova C ili O, a također i nepravilni.

Bakterije se jako razlikuju po veličini. Dakle, Mycoplasma mycoides - najmanja vrsta u cijelom kraljevstvu ima duljinu od 0,1 - 0,25 mikrometara, a najveća bakterija Thiomargarita namibiensis doseže 0,75 mm - čak se može vidjeti golim okom. U prosjeku, veličine se kreću od 0,5 do 5 mikrona.

Metabolizam ili metabolizam

U pitanjima energije i hranjivim tvarima Bakterije su izuzetno raznolike. Ali u isto vrijeme, prilično ih je lako generalizirati, dijeleći ih u nekoliko skupina.

Prema načinu dobivanja hranjivih tvari (ugljika) bakterije se dijele na:

• autotrofi- organizmi sposobni samostalno sintetizirati sve organske tvari koje su im potrebne za život;
• heterotrofi- organizmi koji su sposobni transformirati samo gotove organske spojeve, pa im je potrebna pomoć drugih organizama koji bi za njih proizveli te tvari.

Po načinu dobivanja energije:

• fototrofi organizmi koji proizvode energiju fotosintezom
• kemotrofi- Organizmi koji proizvode energiju raznim kemijskim reakcijama.

Kako se bakterije razmnožavaju?

Rast i razmnožavanje kod bakterija usko su povezani. Nakon što dostignu određenu veličinu, počinju se razmnožavati. Kod većine vrsta bakterija ovaj se proces može odvijati iznimno brzo. Dioba stanica, primjerice, može se odvijati za manje od 10 minuta, dok će broj novih bakterija eksponencijalno rasti, jer će se svaki novi organizam podijeliti na dva.

Istaknite 3 različite vrste rasplod:

• podjela- jedna bakterija se dijeli na dvije apsolutno genetski identične.
• pupljenje- na polovima matične bakterije stvara se jedan ili više pupova (do 4), dok matična stanica stari i umire.
• primitivna seksualni proces- dio DNK roditeljskih stanica prenosi se na kćer, a pojavljuje se bakterija s potpuno novim skupom gena.

Prva vrsta je najčešća i najbrža, posljednja je nevjerojatno važna, ne samo za bakterije, već i za cijeli život općenito.

BAKTERIJE
opsežna skupina jednostaničnih mikroorganizama karakterizirana nepostojanjem stanične jezgre okružene membranom. U isto vrijeme, genetski materijal bakterije (dezoksiribonukleinska kiselina ili DNK) zauzima vrlo specifično mjesto u stanici - zonu koja se naziva nukleoid. Organizmi s takvom strukturom stanice nazivaju se prokarioti („prednuklearni“), za razliku od svih ostalih – eukarioti („pravi nuklearni“), čija se DNK nalazi u jezgri okruženoj ovojnicom. Bakterije, koje su se nekoć smatrale mikroskopskim biljkama, sada su klasificirane kao zasebno kraljevstvo, Monera, jedno od pet u trenutnom sustavu klasifikacije, zajedno s biljkama, životinjama, gljivama i protistima.

fosilni dokazi. Vjerojatno su bakterije najstarije poznata grupa organizmi. Slojevite kamene strukture - stromatoliti - datirani u nekim slučajevima na početak arheozoika (Arhaja), tj. koja je nastala prije 3,5 milijardi godina - rezultat vitalne aktivnosti bakterija, obično fotosintetskih, tzv. modrozelene alge. Slične strukture (bakterijski filmovi impregnirani karbonatima) formiraju se sada, uglavnom uz obale Australije, Bahama, u Kalifornijskom i Perzijskom zaljevu, ali su relativno rijetke i ne dosežu velike veličine, jer biljojedi organizmi, poput puževa, hraniti se njima. Danas stromatoliti rastu uglavnom tamo gdje tih životinja nema zbog visoke slanosti vode ili iz drugih razloga, ali prije pojave biljojeda tijekom evolucije mogli su doseći goleme veličine, čineći bitan element oceanske plitke vode , usporediv s modernim koraljnim grebenima. U nekim prastarim stijene pronađene su sitne pougljenjene kuglice koje se također smatraju ostacima bakterija. Prvi nuklearni, t.j. eukariotske, stanice su se razvile iz bakterija prije otprilike 1,4 milijarde godina.
Ekologija. Brojne su bakterije u tlu, na dnu jezera i oceana – posvuda gdje se nakupljaju organske tvari. Žive na hladnoći, kada je termometar malo iznad nule, iu vrućim kiselim izvorima s temperaturama iznad 90 °C. Neke bakterije toleriraju vrlo visoku slanost okoliša; konkretno, oni su jedini organizmi pronađeni u Mrtvom moru. U atmosferi su prisutni u kapljicama vode, a njihova brojnost tamo obično korelira s prašnjavošću zraka. Da, u gradovima kišnica sadrži mnogo više bakterija nego u ruralnim područjima. Malo ih je u hladnom zraku gorja i polarnih područja, ali ih ima čak iu donjem sloju stratosfere na nadmorskoj visini od 8 km. Probavni trakt životinja je gusto naseljen bakterijama (obično bezopasnim). Eksperimenti su pokazali da većini vrsta nisu nužni za život, iako mogu sintetizirati neke vitamine. Međutim, kod preživača (krave, antilope, ovce) i mnogih termita uključeni su u probavu biljne hrane. Osim, imunološki sustavživotinja uzgojena u sterilnim uvjetima ne razvija se normalno zbog nedostatka bakterijske stimulacije. Normalna bakterijska "flora" crijeva važna je i za suzbijanje štetnih mikroorganizama koji tamo ulaze.

GRAĐA I ŽIVOT BAKTERIJA

Bakterije su puno manje od stanica višestaničnih biljaka i životinja. Debljina im je obično 0,5-2,0 mikrona, a duljina 1,0-8,0 mikrona. Neki se oblici jedva mogu vidjeti s razlučivošću standardnih svjetlosnih mikroskopa (oko 0,3 mikrona), no postoje i vrste duže od 10 mikrona i širine koja također prelazi te granice, a niz vrlo tankih bakterija može premašiti 50 mikrona u duljina. Četvrt milijuna srednje velikih predstavnika ovog kraljevstva stat će na površinu koja odgovara točki postavljenoj olovkom.
Struktura. Prema značajkama morfologije razlikuju se sljedeće skupine bakterija: koke (više ili manje sferične), bacile (štapići ili cilindri sa zaobljenim krajevima), spirile (krute spirale) i spirohete (tanke i savitljive dlačice). Neki autori su skloni spojiti posljednje dvije skupine u jednu – spirilu. Prokarioti se razlikuju od eukariota uglavnom po odsutnosti dobro oblikovane jezgre i prisutnosti, u tipičnom slučaju, samo jednog kromosoma - vrlo dugačke kružne molekule DNA pričvršćene u jednoj točki na staničnu membranu. Prokarioti također nemaju membranski vezane unutarstanične organele zvane mitohondriji i kloroplasti. Kod eukariota, mitohondriji proizvode energiju tijekom disanja, a fotosinteza se odvija u kloroplastima (vidi također STANICE). Kod prokariota cijela stanica (a prije svega stanična membrana) preuzima funkciju mitohondrija, a kod fotosintetskih oblika ujedno i kloroplasta. Kao i kod eukariota, unutar bakterije nalaze se male nukleoproteinske strukture - ribosomi potrebni za sintezu proteina, ali nisu povezani s nikakvim membranama. Uz vrlo malo izuzetaka, bakterije ne mogu sintetizirati sterole - važne komponente membrane eukariotskih stanica. Izvan stanične membrane, većina bakterija obložena je staničnom stijenkom koja donekle nalikuje celuloznoj stijenci. biljne stanice, ali se sastoji od drugih polimera (oni uključuju ne samo ugljikohidrate, već i aminokiseline i tvari specifične za bakterije). Ova ljuska sprječava pucanje bakterijske stanice kada voda uđe u nju zbog osmoze. Na vrhu stanične stijenke često je zaštitna mukozna kapsula. Mnoge bakterije opremljene su flagelama s kojima aktivno plivaju. Bakterijske flagele su jednostavnije i nešto drugačije od sličnih eukariotskih struktura.

"TIPIČNA" BAKTERIJSKA STANICA i njegove glavne strukture.

Senzorne funkcije i ponašanje. Mnoge bakterije imaju kemijske receptore koji detektiraju promjene u kiselosti okoliša i koncentraciju raznih tvari, poput šećera, aminokiselina, kisika i ugljičnog dioksida. Svaka tvar ima svoju vrstu takvih "okusnih" receptora, a gubitak jednog od njih kao rezultat mutacije dovodi do djelomičnog "okusnog sljepila". Mnoge pokretne bakterije također reagiraju na temperaturne fluktuacije, a fotosintetske vrste na promjene svjetla. Neke bakterije osjećaju smjer linija polja magnetsko polje, uključujući magnetsko polje Zemlje, uz pomoć čestica magnetita (magnetna željezna ruda - Fe3O4) prisutnih u njihovim stanicama. U vodi bakterije koriste ovu sposobnost da plivaju duž linija sile u potrazi za povoljnim okruženjem. Uvjetni refleksi kod bakterija su nepoznati, ali one imaju određenu vrstu primitivnog pamćenja. Dok plivaju, uspoređuju opaženi intenzitet podražaja s njegovom prethodnom vrijednošću, tj. utvrditi je li se povećao ili smanjio i na temelju toga zadržati smjer kretanja ili ga promijeniti.
Reprodukcija i genetika. Bakterije se razmnožavaju nespolno: DNK u njihovoj stanici se replicira (udvostručuje), stanica se dijeli na dva dijela, a svaka stanica kćer dobiva jednu kopiju DNK roditelja. Bakterijska DNA također se može prenositi između stanica koje se ne dijele. Istodobno, ne dolazi do njihove fuzije (kao u eukariota), broj jedinki se ne povećava, a obično se samo mali dio genoma (cijeli skup gena) prenosi u drugu stanicu, za razliku od "pravi" spolni proces, u kojem potomak prima kompletan set gena od svakog roditelja. Takav prijenos DNK može se izvesti na tri načina. Tijekom transformacije, bakterija apsorbira "golu" DNA iz okoline, koja je tamo dospjela tijekom uništavanja drugih bakterija ili namjerno "skliznula" od strane eksperimentatora. Proces se naziva transformacija, jer je u ranim fazama njegovog proučavanja glavna pozornost posvećena transformaciji (transformaciji) na ovaj način bezopasnih organizama u virulentne. Fragmente DNA mogu prenositi s bakterije na bakteriju i posebni virusi – bakteriofagi. To se zove transdukcija. Postoji i proces koji nalikuje oplodnji i naziva se konjugacija: bakterije su međusobno povezane privremenim cjevastim izraštajima (kopulatornim fimbrijama), kroz koje DNA prelazi iz "muške" stanice u "žensku". Ponekad bakterije sadrže vrlo male dodatne kromosome - plazmide, koji se također mogu prenositi s jedinke na jedinku. Ako istovremeno plazmidi sadrže gene koji uzrokuju rezistenciju na antibiotike, govore o infektivnoj rezistenciji. Medicinski je važno jer se može širiti između različite vrste pa čak i rodova bakterija, uslijed čega cjelokupna bakterijska flora, recimo crijeva, postaje otporna na djelovanje pojedinih lijekova.

METABOLIZAM

Djelomično zbog male veličine bakterija, intenzitet njihovog metabolizma mnogo je veći nego kod eukariota. Pod najpovoljnijim uvjetima, neke bakterije mogu udvostručiti svoju ukupnu masu i brojnost otprilike svakih 20 minuta. To je zbog činjenice da niz njihovih najvažnijih enzimskih sustava funkcionira vrlo velikom brzinom. Dakle, zecu treba nekoliko minuta da sintetizira molekulu proteina, a bakterijama - sekunde. Međutim, u prirodnom okruženju, primjerice u tlu, većina bakterija je "na izgladnjivanju", pa ako se njihove stanice dijele, onda ne svakih 20 minuta, već svakih nekoliko dana.
Hrana. Bakterije su autotrofi i heterotrofi. Autotrofi ("samohraneći se") ne trebaju tvari koje proizvode drugi organizmi. Kao glavni ili jedini izvor ugljika koriste ugljikov dioksid (CO2). Uključujući CO2 i druge anorganske tvari, posebno amonijak (NH3), nitrate (NO-3) i razne spojeve sumpora, u kompleksu kemijske reakcije, sintetiziraju sve potrebne biokemijske proizvode. Heterotrofi ("hrane se drugima") kao glavni izvor ugljika (neke vrste trebaju i CO2) koriste organske tvari (koje sadrže ugljik) koje sintetiziraju drugi organizmi, posebice šećere. Oksidirani, ti spojevi opskrbljuju energijom i molekulama potrebnim za rast i vitalnu aktivnost stanica. U tom su smislu heterotrofne bakterije, koje uključuju veliku većinu prokariota, slične ljudima.
glavni izvori energije. Ako se za stvaranje (sintezu) staničnih komponenti uglavnom koristi svjetlosna energija (fotoni), tada se proces naziva fotosinteza, a vrste koje su za to sposobne nazivaju se fototrofi. Fototrofne bakterije dijele se na fotoheterotrofe i fotoautotrofe, ovisno o tome koji spojevi - organski ili anorganski - služe kao glavni izvor ugljika. Fotoautotrofne cijanobakterije (modrozelene alge), poput zelenih biljaka, cijepaju molekule vode (H2O) pomoću svjetlosne energije. Time se oslobađa slobodni kisik (1/2O2) i proizvodi vodik (2H+), za koji se može reći da pretvara ugljični dioksid (CO2) u ugljikohidrate. Kod zelenih i ljubičastih sumpornih bakterija svjetlosna energija se ne koristi za razgradnju vode, već drugih anorganskih molekula, poput sumporovodika (H2S). Kao rezultat, također se proizvodi vodik, smanjujući ugljični dioksid, ali se kisik ne oslobađa. Takva se fotosinteza naziva anoksigenom. Fotoheterotrofne bakterije, kao što su ljubičaste nesumporne bakterije, koriste svjetlosnu energiju za proizvodnju vodika iz organskih tvari, posebice izopropanola, ali kao njegov izvor može poslužiti i plinoviti H2. Ako je glavni izvor energije u stanici oksidacija kemikalija, bakterije se nazivaju kemoheterotrofi ili kemoautotrofi, ovisno o tome koje molekule služe kao glavni izvor ugljika - organski ili anorganski. U prvom, organske tvari osiguravaju i energiju i ugljik. Kemoautotrofi dobivaju energiju oksidacijom anorganskih tvari, poput vodika (u vodu: 2H4 + O2 do 2H2O), željeza (Fe2+ do Fe3+) ili sumpora (2S + 3O2 + 2H2O do 2SO42- + 4H+), te ugljika iz CO2. Ovi organizmi se nazivaju i kemolitotrofi, čime se naglašava da se "hrane" kamenjem.
Dah. Stanično disanje je proces oslobađanja kemijske energije pohranjene u molekulama "hrane" za njezino daljnje korištenje u vitalnim reakcijama. Disanje može biti aerobno i anaerobno. U prvom slučaju treba kisik. Potreban je za rad tzv. sustav prijenosa elektrona: elektroni se kreću od jedne molekule do druge (oslobađa se energija) i na kraju se vežu za kisik zajedno s vodikovim ionima – nastaje voda. Anaerobni organizmi ne trebaju kisik, a za neke vrste iz ove skupine on je čak i otrovan. Elektroni koji se oslobađaju tijekom disanja vežu se na druge anorganske akceptore, poput nitrata, sulfata ili karbonata, ili (u jednom od oblika takvog disanja - fermentacije) na određenu organsku molekulu, posebice na glukozu. Vidi također METABOLIZAM.

KLASIFIKACIJA

U većini organizama vrsta se smatra reproduktivno izoliranom skupinom jedinki. U širem smislu, to znači da predstavnici određene vrste mogu proizvesti plodno potomstvo, pareći se samo sa svojom vrstom, ali ne i s pojedincima drugih vrsta. Dakle, geni određene vrste, u pravilu, ne prelaze njezine granice. Međutim, kod bakterija se geni mogu razmjenjivati ​​između jedinki ne samo različitih vrsta, već i različitih rodova, pa nije sasvim jasno je li legitimno ovdje primijeniti uobičajene koncepte evolucijskog podrijetla i srodstva. U vezi s ovom i drugim poteškoćama još ne postoji općeprihvaćena klasifikacija bakterija. Ispod je jedna od njegovih široko korištenih varijanti.
KRALJEVSTVO MONERA

Phylum Gracilicutes (Gram-negativne bakterije tankih stijenki)

Razred Scotobacteria (nefotosintetski oblici, npr. miksobakterije) Razred Anoksifotobakterije (fotosintetski oblici koji otpuštaju kisik, npr. ljubičaste sumporne bakterije) Razred Oxyphotobacteria (fotosintetski oblici koji otpuštaju kisik, npr. cijanobakterije)

Phylum Firmicutes (Gram-pozitivne bakterije debelih stijenki)

Razred Firmibacteria (tvrdostanični oblici kao što je klostridija)
Razred Thallobacteria (razgranati oblici, npr. aktinomicete)

Tenericutes phylum (gram-negativne bakterije bez stanične stijenke)

Razred Mollicutes (mekostanični oblici, npr. mikoplazme)

Tip Mendosicutes (bakterije s oštećenom staničnom stijenkom)

Razred Archaebacteria (drevni oblici, npr. tvorci metana)

Domene. Nedavna biokemijska istraživanja pokazala su da su svi prokarioti jasno podijeljeni u dvije kategorije: malu skupinu arhebakterija (Archaebacteria - "drevne bakterije") i sve ostale, nazvane eubakterije (Eubacteria - "prave bakterije"). Vjeruje se da su arhebakterije primitivnije od eubakterija i bliže zajedničkom pretku prokariota i eukariota. Razlikuju se od drugih bakterija u nekoliko bitnih značajki, uključujući sastav molekula ribosomske RNA (pRNA) uključenih u sintezu proteina, kemijsku strukturu lipida (tvari nalik mastima) i prisutnost nekih drugih tvari u staničnoj stijenci umjesto proteinsko-ugljikohidratnog polimera mureina. U gornjem sustavu klasifikacije, arhebakterije se smatraju samo jednim od tipova istog carstva koje uključuje sve eubakterije. Međutim, prema nekim biolozima, razlike između arhebakterija i eubakterija toliko su duboke da je ispravnije arhebakterije u Moneri smatrati zasebnim potkraljevstvom. Nedavno se pojavio još radikalniji prijedlog. Molekularna analiza otkrila je tako značajne razlike u strukturi gena između ove dvije skupine prokariota da neki smatraju njihovu prisutnost unutar istog carstva organizama nelogičnom. S tim u vezi, predloženo je stvaranje taksonomske kategorije (taksona) još višeg ranga, nazvavši je domenom, te podijeliti sva živa bića u tri domene - Eucarya (eukarioti), Archaea (arheje) i Bakterije (sadašnje eubakterije ).

EKOLOGIJA

Dvije najvažnije ekološke funkcije bakterija su fiksacija dušika i mineralizacija organskih ostataka.
Fiksacija dušika. Vezanje molekularnog dušika (N2) u amonijak (NH3) naziva se fiksacija dušika, a oksidacija potonjeg u nitrit (NO-2) i nitrat (NO-3) naziva se nitrifikacija. To su vitalni procesi za biosferu, jer biljke trebaju dušik, ali mogu samo asimilirati njegove vezane oblike. Trenutno približno 90% (oko 90 milijuna tona) godišnje količine takvog "fiksnog" dušika osiguravaju bakterije. Ostatak proizvode kemijska postrojenja ili nastaje tijekom pražnjenja munje. Dušik u zraku koji je cca. 80% atmosfere, povezan uglavnom s gram-negativnim rodom Rhizobium (Rhizobium) i cijanobakterijama. Vrste Rhizobium simbioziraju s približno 14 000 vrsta mahunarki (obitelj Leguminosae), koje uključuju, primjerice, djetelinu, lucernu, soju i grašak. Ove bakterije žive u tzv. nodule - otekline koje se stvaraju na korijenima u njihovoj prisutnosti. Bakterije dobivaju organsku tvar (prehranu) od biljke, a zauzvrat opskrbljuju domaćina vezanim dušikom. Godišnje se na ovaj način fiksira do 225 kg dušika po hektaru. Biljke koje nisu mahunarke, poput johe, također stupaju u simbiozu s drugim bakterijama koje vežu dušik. Cijanobakterije fotosintetiziraju poput zelenih biljaka, oslobađajući kisik. Mnogi od njih također su sposobni vezati atmosferski dušik, koji zatim preuzimaju biljke i na kraju životinje. Ovi prokarioti služe kao važan izvor fiksnog dušika u tlu općenito, a posebno u rižinim poljima na istoku, kao i glavni opskrbljivač oceanskih ekosustava.
Mineralizacija. Ovo je naziv za razgradnju organskih ostataka u ugljikov dioksid (CO2), vodu (H2O) i mineralne soli. S kemijskog gledišta, ovaj proces je ekvivalentan izgaranju, pa zahtijeva veliku količinu kisika. Gornji sloj tla sadrži od 100 000 do 1 milijarde bakterija po 1 g, tj. oko 2 tone po hektaru. Obično sve organske ostatke, jednom u zemlji, brzo oksidiraju bakterije i gljivice. Otpornija na raspadanje je smećkasta organska tvar huminska kiselina, koja nastaje uglavnom iz lignina sadržanog u drvu. Akumulira se u tlu i poboljšava njegova svojstva.

BAKTERIJE I INDUSTRIJA

S obzirom na raznolikost kemijskih reakcija koje kataliziraju bakterije, ne iznenađuje njihova široka uporaba u proizvodnji, u nekim slučajevima od davnina. Prokarioti dijele slavu takvih mikroskopskih pomoćnika čovjeka s gljivicama, prvenstveno kvascima, koje osiguravaju većinu procesa alkoholnog vrenja, primjerice, u proizvodnji vina i piva. Sada kada je postalo moguće unijeti korisne gene u bakterije, navodeći ih da sintetiziraju vrijedne tvari, poput inzulina, industrijska uporaba ovih živih laboratorija dobila je snažan novi poticaj. Vidi također GENETIČKI INŽENJERING.
Industrija hrane. Trenutačno se bakterije koriste u ovoj industriji uglavnom za proizvodnju sireva, drugih fermentiranih mliječnih proizvoda i octa. Glavne kemijske reakcije ovdje su stvaranje kiselina. Tako, pri proizvodnji octa, bakterije roda Acetobacter oksidiraju etilni alkohol sadržan u jabukovači ili drugim tekućinama u octenu kiselinu. Slični se procesi događaju tijekom kiselog kupusa: anaerobne bakterije fermentiraju šećer koji se nalazi u lišću ove biljke do mliječne kiseline, kao i octene kiseline i raznih alkohola.
Ispiranje ruda. Bakterije se koriste za ispiranje siromašnih ruda, t.j. prenoseći iz njih u otopinu soli vrijednih metala, prvenstveno bakra (Cu) i urana (U). Primjer je prerada halkopirita, odnosno bakrenog pirita (CuFeS2). Hrpe ove rude povremeno se zalijevaju vodom koja sadrži kemolitotrofne bakterije iz roda Thiobacillus. Tijekom svoje životne aktivnosti oksidiraju sumpor (S) pri čemu nastaju topljivi bakreni i željezni sulfati: CuFeS2 + 4O2 do CuSO4 + FeSO4. Takve tehnologije uvelike pojednostavljuju proizvodnju vrijednih metala iz ruda; u načelu su ekvivalentni procesima koji se odvijaju u prirodi tijekom trošenja stijena.
Recikliranje otpada. Bakterije također služe za pretvaranje otpada, poput kanalizacije, u manje opasan ili čak zdrava hrana. Otpadne vode jedan su od gorućih problema moderno čovječanstvo. Za njihovu potpunu mineralizaciju potrebne su ogromne količine kisika, au običnim akumulacijama, gdje je uobičajeno odlagati te otpatke, više ih nije dovoljno "neutralizirati". Rješenje je u dodatnom prozračivanju otpadnih voda u posebnim bazenima (aerotanks): tako mineralizirajuće bakterije imaju dovoljno kisika za potpunu razgradnju organske tvari, a u najpovoljnijim slučajevima jedan od krajnjih produkata procesa postaje piti vodu. Netopljivi talog koji ostane na putu može se podvrgnuti anaerobnoj fermentaciji. Pa da ovakvi pročistači oduzmu što više manje prostora i novca, potrebno je dobro poznavanje bakteriologije.
Druge namjene. Druga važna područja industrijske primjene bakterija uključuju, na primjer, laneni režanj, t.j. odvajanje njegovih rotirajućih vlakana od ostalih dijelova biljke, kao i proizvodnju antibiotika, posebice streptomicina (bakterije iz roda Streptomyces).

KONTROLA BAKTERIJA U INDUSTRIJI

Bakterije nisu samo korisne; borba protiv njihove masovne reprodukcije, na primjer, u prehrambenim proizvodima ili u vodenim sustavima tvornica celuloze i papira, postala je cijelo područje djelovanja. Hranu kvare bakterije, gljivice i njihovi vlastiti enzimi autolize ("samoprobava"), osim ako nisu inaktivirani toplinom ili na neki drugi način. Jer glavni razlog Kvarenje još uvijek predstavljaju bakterije, razvoj učinkovitih sustava za skladištenje hrane zahtijeva poznavanje granica izdržljivosti ovih mikroorganizama. Jedna od najčešćih tehnologija je pasterizacija mlijeka, koja ubija bakterije uzročnike, primjerice, tuberkuloze i bruceloze. Mlijeko se drži na 61-63°C 30 minuta ili na 72-73°C samo 15 sekundi. To ne narušava okus proizvoda, ali deaktivira patogene bakterije. Vino, pivo i voćni sokovi također se mogu pasterizirati. Prednosti skladištenja odavno su poznate prehrambeni proizvodi u hladnom. Niske temperature ne ubijaju bakterije, ali onemogućuju njihov rast i razmnožavanje. Istina, pri smrzavanju, na primjer, na -25 ° C, broj bakterija se smanjuje nakon nekoliko mjeseci, međutim veliki broj ti mikroorganizmi još uvijek preživljavaju. Na temperaturama ispod ništice bakterije se nastavljaju razmnožavati, ali vrlo sporo. Njihove održive kulture mogu se pohraniti gotovo neograničeno nakon liofilizacije (smrzavanja - sušenja) u mediju koji sadrži proteine, kao što je krvni serum. Ostale poznate metode konzerviranja hrane uključuju sušenje (sušenje i dimljenje), dodavanje velike količine sol ili šećer, što je fiziološki ekvivalentno dehidraciji, i kiseljenje, tj. staviti u koncentriranu otopinu kiseline. Uz kiselost medija koja odgovara pH 4 i niže, vitalna aktivnost bakterija obično je uvelike inhibirana ili zaustavljena.

BAKTERIJE I BOLEST

PROUČAVANJE BAKTERIJA

Mnoge bakterije lako se razvijaju u tzv. medij kulture, koji može uključivati mesna juha , djelomično probavljene bjelančevine, soli, dekstrozu, punu krv, njezin serum i druge komponente. Koncentracija bakterija u takvim uvjetima obično doseže oko milijardu po kubnom centimetru, što rezultira mutnim okolišem. Za proučavanje bakterija potrebno je moći dobiti njihove čiste kulture, odnosno klonove, koji su potomci jedne stanice. To je potrebno, primjerice, kako bi se utvrdilo kojom vrstom bakterije je pacijent zaražen i na koji je antibiotik ta vrsta osjetljiva. Mikrobiološki uzorci, kao što su brisevi grla ili rana, uzorci krvi, vode ili drugih materijala, jako se razrjeđuju i nanose na površinu polučvrstog medija: iz pojedinačnih stanica na njemu se razvijaju okrugle kolonije. Sredstvo za stvrdnjavanje medija kulture obično je agar, polisaharid dobiven iz određenih morskih algi i gotovo neprobavljiv za bilo koju vrstu bakterija. Agarne podloge koriste se u obliku "ražnjića" tj. nagnute površine koje se formiraju u epruvetama koje stoje pod velikim kutom kada se otopljeni medij skrutne, ili u obliku tankih slojeva u staklenim Petrijevim zdjelicama - ravnim okruglim posudama zatvorenim poklopcem istog oblika, ali nešto većeg promjera. Obično, nakon jednog dana, bakterijska stanica ima vremena toliko se razmnožiti da formira koloniju koja je lako vidljiva golim okom. Može se prenijeti u drugo okruženje radi daljnjeg proučavanja. Sve podloge za kulture moraju biti sterilne prije uzgoja bakterija, a nakon toga moraju se poduzeti mjere za sprječavanje naseljavanja nepoželjnih mikroorganizama na njima. Da bi se ispitale tako uzgojene bakterije, tanka žičana omča se kalcinira na plamenu, prvo dodirne koloniju ili razmaz, a zatim kap vode nanesena na predmetno staklo. Ravnomjerno raspoređujući uzeti materijal u ovoj vodi, staklo se osuši i brzo prijeđe preko plamena plamenika dva ili tri puta (strana s bakterijama treba biti okrenuta prema gore): kao rezultat, mikroorganizmi se, bez oštećenja, čvrsto pričvrste na supstrat. Na površinu preparata nakapa se boja, zatim se staklo ispere u vodi i ponovno osuši. Uzorak se sada može vidjeti pod mikroskopom. Čiste kulture bakterija identificiraju se uglavnom po njihovim biokemijskim karakteristikama, tj. utvrditi stvaraju li iz pojedinih šećera plinove ili kiseline, mogu li probaviti bjelančevine (ukapljivati ​​želatinu), treba li im kisik za rast itd. Također provjeravaju jesu li obojeni određenim bojama. osjetljivost na određene lijekovi, na primjer, antibiotici, mogu se pronaći stavljanjem malih diskova filter papira natopljenih tim tvarima na površinu inokuliranu bakterijama. Ako bilo koji kemijski spoj ubije bakterije, oko odgovarajućeg diska formira se zona bez njih.

Collier Encyclopedia. - Otvoreno društvo. 2000 .