Bacteriile - Ce boli sunt cauzate de bacterii, nume și specii. Bacteriile - o caracteristică generală. Clasificarea, structura, nutriția și rolul bacteriilor în natură

Bacteriile sunt cele mai mici, cele mai vechi microorganisme invizibile cu ochiul liber. Numai la microscop se poate vedea structura, aspectul și interacțiunea lor unul cu celălalt. Primele microorganisme au avut o structură primitivă, s-au dezvoltat, au mutat, au creat colonii, adaptate unui mediu în schimbare. schimbă aminoacizi între ele, care sunt necesari pentru creștere și dezvoltare.

Tipuri de bacterii

Imagini din manualele școlare de biologie tipuri diferite bacterii care diferă ca formă:

1. Cocii sunt organisme sferice care diferă în poziție relativă. La microscop, se observă că streptococii reprezintă un lanț de bile, diplococii trăiesc în perechi, stafilococii sunt grupuri de formă arbitrară. O serie de coci provoacă diferite procese inflamatorii atunci când intră în corpul uman (gonococ, stafilococ, streptococ). Nu toți cocii care trăiesc în corpul uman sunt patogeni. Speciile patogene condiționat participă la formarea apărării organismului împotriva influențelor externe și sunt sigure dacă se respectă echilibrul florei.
2. În formă de tijă diferă ca formă, dimensiune și capacitatea de a forma spori. Speciile care formează spori se numesc bacili. Bacilii includ: bacil tetanos, bacil antrax. Sporii sunt formațiuni din interiorul unui microorganism. Sporii sunt insensibili la tratamentul chimic, rezistența lor la influențele externe este cheia conservării speciei. Se știe că sporii sunt distruși când temperatura ridicata(peste 120ºС).

Forme de microbi în formă de tijă:

• cu poli ascuțiți, ca în Fusobacterium, care face parte din microflora normală a tractului respirator superior;
• cu poli îngroșați, asemănător cu un buzdugan, ca în Corynebacterium - agentul cauzator al difteriei;
• cu capete rotunjite, cum ar fi Escherichia coli, care este necesar pentru procesul de digestie;
• cu capete drepte, ca antraxul.

Gram(+) și Gram(-)

Microbiologul danez Hans Gram a efectuat un experiment în urmă cu mai bine de 100 de ani, după care toate bacteriile au început să fie clasificate ca gram-pozitive și gram-negative. Organismele gram-pozitive creează o legătură stabilă pe termen lung cu substanța colorantă, care este îmbunătățită prin expunerea la iod. Gram-negative, dimpotrivă, nu sunt sensibile la colorant, coaja lor este ferm protejată.

Microbii gram-negativi includ chlamydia, rickettsia, gram-pozitivii - stafilococi, streptococi, corinebacterii.

Astăzi, în medicină, testul pentru bacteriile gram (+) și gram (-) este utilizat pe scară largă. este una dintre metodele de studiere a membranelor mucoase pentru a determina compoziția microflorei.

Aerobe și anaerobe

Cum trăiesc bacteriile

Biologii definesc bacteriile într-un regn separat, ele sunt diferite de celelalte viețuitoare. Este un organism unicelular fără nucleu în interior. Forma lor poate fi sub formă de minge, con, băț, spirală. Procariotele folosesc flageli pentru a se mișca.

Biofilmul este un oraș al microorganismelor, trece prin mai multe etape de formare:

• Adeziunea sau sorbția este atașarea unui microorganism la o suprafață. De regulă, peliculele se formează la interfața dintre două medii: lichid și aer, lichid și lichid. Etapa inițială este reversibilă și formarea peliculei poate fi prevenită.
• Fixare - Bacteriile secretă polimeri, asigurând fixarea lor puternică, formează o matrice pentru rezistență și protecție.
• Maturare - microbii se unesc, fac schimb de substanțe nutritive, dezvoltă microcolonii.
• Etapa de creștere - există o acumulare de bacterii, fuziunea lor, deplasarea. Numărul de microorganisme este de la 5 la 35%, restul spațiului este ocupat de matricea extracelulară.
• Dispersie - Microorganismele se desprind periodic de pe film, care se ataseaza de alte suprafete si formeaza un biofilm.

Procesele care au loc într-un biofilm sunt diferite de ceea ce se întâmplă cu un microbi, ceea ce nu este parte integrantă colonii. Coloniile sunt stabile, microbii organizează un singur sistem de reacții comportamentale, determinând interacțiunea membrilor din interiorul matricei și din exteriorul filmului. Membranele mucoase umane sunt locuite de un număr mare de microorganisme care produc un gel pentru protecție și asigură stabilitatea funcționării organelor. Un exemplu este căptușeala stomacului. Se știe că Helicobacter pylori, care este considerat cauza ulcerului gastric, este prezent la peste 80% dintre persoanele examinate, dar în același timp ulcer peptic nu se dezvoltă pentru toată lumea. Se presupune că Helicobacter pylori, fiind membri ai coloniei, este implicat în digestie. Capacitatea lor de a provoca rău se manifestă numai după ce sunt create anumite condiții.

Interacțiunea bacteriilor în biofilme este încă puțin înțeleasă. Dar deja astăzi, unii microbi au devenit asistenți umani în efectuarea lucrărilor de restaurare, crescând rezistența acoperirilor. În Europa, producătorii de dezinfectanți oferă tratarea suprafețelor cu soluții bacteriene care conțin microorganisme sigure care împiedică dezvoltarea florei patogene. Bacteriile sunt folosite pentru a crea compuși polimerici, iar în viitor vor genera și energie electrică.

Știință și viață // Ilustrații

Staphylococcus aureus.

Spirilla.

Tripanosomul.

Rotavirusuri.

Rickettsia.

Yersinia.

Leishmania.

Salmonella.

Legionella.

Chiar și acum 3.000 de ani, marele Hipocrate grec a ghicit că bolile contagioase sunt cauzate și purtate de ființe vii. Le-a numit miasme. Dar ochiul uman nu le-a putut distinge. La sfârșitul secolului al XVII-lea, olandezul A. Leeuwenhoek a creat un microscop destul de puternic și abia atunci a fost posibil să descrie și să schițeze cele mai multe forme diferite bacteriile sunt organisme unicelulare, multe dintre ele fiind agenții cauzali ai diferitelor boli infecțioase umane. Bacteriile sunt unul dintre tipurile de microbi („microb” - din grecescul „micros” - mic și „bios” - viață), cu toate acestea, cel mai numeros.

După descoperirea microbilor și studiul rolului lor în viața umană, s-a dovedit că lumea acestor mai mici organisme este foarte diversă și necesită o anumită sistematizare și clasificare. Și astăzi, experții folosesc un sistem conform căruia primul cuvânt din numele unui microorganism înseamnă genul, iar al doilea - numele speciei microbului. Aceste nume (de obicei latine sau grecești) sunt „vorbitoare”. Deci, numele unor microorganisme reflectă unele dintre cele mai multe caracteristici luminoase structurile lor, în special formele lor. Acest grup include în primul rând bacterii.În formă, toate bacteriile sunt împărțite în sferice - coci, în formă de tijă - de fapt bacterii și contorte - spirilla și vibrioni.

bacterii globulare- coci patogeni (din grecescul "coccus" - cereale, boabe), microorganisme care diferă unele de altele prin localizarea celulelor după diviziunea lor.

Cele mai comune dintre ele sunt:

- stafilococi(de la grecescul „stafile” - un ciorchine de struguri și „kokkus" - un bob, o boabă), care a primit un astfel de nume datorită formei caracteristice - un ciorchine care seamănă cu un ciorchine de struguri. Tipul acestor bacterii are cel mai patogen efect. Staphylococcus aureus(„Staphylococcus aureus”, deoarece formează grupuri de culoare aurie), provocând diverse boli purulente și intoxicații alimentare;

- streptococi(de la grecescul „streptos” - un lanț), ale cărui celule după diviziune nu diverg, ci formează un lanț. Aceste bacterii sunt agenții cauzali ai diverselor boli inflamatorii(amigdalita, bronhopneumonie, otita medie, endocardita si altele).

bacterii în formă de tije sau tije,- acestea sunt microorganisme de formă cilindrică (din grecescul „bacterion” - un băț). De la numele lor a venit numele tuturor acestor microorganisme. Dar acele bacterii care formează spori (un strat protector care protejează împotriva efectelor adverse mediu inconjurator), sunt numite bacili(din latinescul „bacillum” - un băț). Tijele care formează spori includ bacilul antrax, o boală teribilă cunoscută din cele mai vechi timpuri.

Formele răsucite ale bacteriilor sunt spirale. De exemplu, spirilla(din latinescul „spira” – îndoire) sunt bacterii care au forma unor tije curbate spiralat cu două sau trei bucle. Aceștia sunt microbi inofensivi, cu excepția agentului cauzal al „bolii mușcăturii de șobolan” (Sudoku) la om.

O formă particulară se reflectă și în numele microorganismelor aparținând familiei spirochetă(din latină „spira” – îndoi și „ura” – coamă). De exemplu, membrii familiei leptospira se disting printr-o formă neobișnuită sub forma unui fir subțire cu bucle mici, distanțate, ceea ce le face să arate ca o spirală răsucită subțire. Și chiar numele „leptospira” este tradus ca atare - „spirală îngustă” sau „ondulă îngustă” (din grecescul „leptos” - îngust și „spera" - gyrus, bucle).

corinebacterii(agenți cauzali ai difteriei și listeriozei) prezintă la capete îngroșări caracteristice în formă de maciucă, după cum indică denumirea acestor microorganisme: din lat. „korine” - un buzdugan.

Astăzi toate cunoscute virusuri de asemenea grupate în genuri și familii, inclusiv pe baza structurii lor. Virușii sunt atât de mici încât pentru a-i vedea printr-un microscop, acesta trebuie să fie mult mai puternic decât unul optic convențional. Un microscop electronic mărește de sute de mii de ori. Rotavirusuriși-a primit numele de la cuvântul latin „rota” - o roată, deoarece particulele de virus sub un microscop electronic arată ca niște roți mici cu un manșon gros, spițe scurte și o margine subțire.

Și numele familiei coronavirusuri datorită prezenței vilozităților, care sunt atașate de virion printr-o tulpină îngustă și se extind spre capătul îndepărtat, asemănând cu coroana solară în timpul unei eclipse.

Numele unor microorganisme este asociat cu numele organului pe care îl infectează sau cu boala pe care o provoacă. De exemplu, titlul "meningococi" Este format din două cuvinte grecești: „meningos” - meningele, deoarece acești microbi îl afectează în principal și „coccus” - un bob, care indică faptul că aparțin bacteriilor sferice - coci. Numele este derivat din cuvântul grecesc „pneumon” (plămân). "pneumococi" Aceste bacterii provoacă boli pulmonare. Rinovirusuri- agenți cauzali ai unei rinite contagioase, de unde și denumirea (din grecescul „rinocer” - nas).

Originea numelui unui număr de microorganisme se datorează și celorlalte trăsături caracteristice ale acestora. Asa de, trăsătură distinctivă vibrio - bacterii sub forma unei tije curbate scurte - capacitatea de a accelera mișcări oscilatorii. Numele lor este derivat din cuvântul francez vibrator- vibrează, vibrează, vibrează. Dintre vibrioni, agentul cauzator al holerei, care se numește „vibrio holeric”, este cel mai faimos.

Bacteriile din gen proteus(Proteus) se referă la așa-numiții microbi care sunt periculoși pentru unii, dar nu pentru alții. În acest sens, au fost numite după zeitatea mării din mitologia greacă antică- Proteus, căruia i s-a atribuit capacitatea de a-și schimba în mod arbitrar aspectul.

Monumentele sunt ridicate marilor oameni de știință. Dar uneori și numele microorganismelor descoperite de ei devin monumente. De exemplu, au fost numite microorganisme care ocupă o poziție intermediară între viruși și bacterii "rickettsia"în onoarea exploratorului american Howard Taylor Ricketts (1871-1910), care a murit de tifos în timp ce studia agentul cauzal al acestei boli.

Agenții cauzali ai dizenteriei au fost studiati amănunțit de omul de știință japonez K. Shiga în 1898, în onoarea sa, au primit ulterior numele lor generic - „shigella”.

Brucella(agenți cauzatori ai brucelozei) poartă numele medicului militar englez D. Bruce, care în 1886 a reușit pentru prima dată să izoleze aceste bacterii.

Bacteriile grupate într-un gen "yersinia", numit după celebrul om de știință elvețian A. Yersin, care a descoperit, în special, agentul cauzator al ciumei - Yersinia pestis.

Pe numele doctorului englez V. Leishman, cele mai simple organisme unicelulare (agenți cauzatori ai leishmaniozei) sunt denumite leishmania, descrisă în detaliu în 1903.

Numele generic este asociat cu numele patologului american D. Salmon "salmonella", o bacterie intestinală în formă de baston care provoacă boli precum salmoneloza și febra tifoidă.

Iar omul de știință german T. Escherich își datorează numele Escherichia- Escherichia coli, prima izolat și descris de el în 1886.

În originea denumirii unor microorganisme, un anumit rol l-au jucat circumstanțele în care au fost descoperite. De exemplu, nume generic "legionella" apărute după un focar în 1976 la Philadelphia printre delegații convenției Legiunii Americane (organizație care reunește cetățenii SUA - participanți la războaie internaționale) a unei boli respiratorii severe cauzate de aceste bacterii - au fost transmise prin aparatul de aer condiționat. DAR virusuri coxsackie au fost izolați pentru prima dată de copiii cu poliomielita în 1948 în satul Coxsackie (SUA), de unde și numele.

Bacteriile sunt microorganisme care constau dintr-o singură celulă. Caracteristică bacterii - absența unui nucleu clar definit. De aceea sunt numiți „procariote”, ceea ce înseamnă – fără nucleu.

Aproximativ zece mii de specii de bacterii sunt acum cunoscute științei, dar există o presupunere că există mai mult de un milion de specii de bacterii pe pământ. Se crede că bacteriile sunt cele mai vechi organisme de pe pământ. Ei trăiesc aproape peste tot - în apă, sol, atmosferă și în interiorul altor organisme.

Aspect

Bacteriile sunt foarte mici și pot fi văzute doar cu un microscop. Forma bacteriilor este destul de diversă. Cele mai comune forme sunt sub formă de bețe, bile și spirale.

Bacteriile în formă de baston se numesc „bacili”.

Bacteriile sub formă de bile sunt coci.

Bacteriile sub formă de spirale sunt spirilla.

Forma unei bacterii determină mobilitatea și capacitatea acesteia de a se atașa de o anumită suprafață.

Structura bacteriilor

Bacteriile au o structură destul de simplă. Aceste organisme au mai multe structuri de bază - nucleoidul, citoplasma, membrana și peretele celular, în plus, multe bacterii au flageli la suprafață.

Nucleoid- Acesta este un fel de nucleu, conține materialul genetic al bacteriei. Este format dintr-un singur cromozom, care arată ca un inel.

Citoplasmaînconjoară nucleoidul. Citoplasma conține structuri importante – ribozomi, necesari bacteriilor pentru a sintetiza proteine.

Membrană, care acoperă citoplasma din exterior, joacă un rol important în viața bacteriei. Delimitează conținutul intern al bacteriei de mediul extern și asigură procesele de schimb celular cu mediul.

În exterior, membrana este înconjurată perete celular.

Numărul de flageli poate fi diferit. În funcție de specie, o bacterie are de la unu la o mie de flageli, dar există bacterii fără ele. Bacteriile au nevoie de flageli pentru a se deplasa în spațiu.

Nutriția bacteriilor

Bacteriile au două tipuri de nutriție. Unele dintre bacterii sunt autotrofe, iar altele sunt heterotrofe.

Autotrofii înșiși creează nutrienți prin reacții chimice, în timp ce heterotrofei se hrănesc cu substanțe organice pe care alte organisme le-au creat.

Reproducerea bacteriilor

Bacteriile se reproduc prin diviziune. Înainte de procesul de divizare, cromozomul situat în interiorul bacteriei se dublează. Apoi celula este împărțită în două. Rezultatul sunt două celule fiice identice, fiecare dintre ele primește o copie a cromozomului mamei.

Importanța bacteriilor

Bacteriile joacă un rol important în ciclul substanțelor din natură - transformă reziduurile organice în substanțe anorganice. Dacă nu ar exista bacterii, atunci întregul pământ ar fi acoperit cu copaci căzuți, frunze căzute și animale moarte.

Bacteriile joacă un rol dublu în viața umană. Unele bacterii aduc mare beneficiuîn timp ce altele provoacă daune semnificative.

Multe bacterii sunt patogene și provoacă diverse boli, cum ar fi difterie, tifoidă, ciuma, tuberculoză, holera și altele.

Cu toate acestea, există bacterii care beneficiază oamenii. Deci, în sistemul digestiv uman trăiesc bacterii care contribuie la digestia normală. Și bacteriile lactice au fost folosite de multă vreme de oameni pentru producerea de produse cu acid lactic - brânzeturi, iaurt, chefir etc. Bacteriile joacă, de asemenea, un rol important în fermentarea legumelor și în producția de oțet.

Rezumatul bacteriilor.

Bacteriile sunt foarte mici, incredibil de vechi și, într-o oarecare măsură, microorganisme destul de simple. Conform clasificare modernă au fost izolate într-un domeniu separat de organisme, ceea ce indică o diferență semnificativă între bacterii și alte forme de viață.

Bacteriile sunt cele mai comune și, în consecință, cele mai numeroase organisme vii; fără exagerare, sunt omniprezente și se simt minunat în orice mediu: apă, aer, pământ, precum și în interiorul altor organisme. Deci, într-o picătură de apă, numărul lor poate ajunge la câteva milioane, iar în corpul uman sunt cu aproximativ zece mai multe decât toate celulele noastre.

Cine sunt bacteriile?

Acestea sunt organisme microscopice, predominant unicelulare, a căror principală diferență este absența unui nucleu celular. Baza celulei, citoplasma, conține ribozomi și un nucleoid, care este materialul genetic al bacteriilor. Din lumea de afara toate acestea sunt separate de o membrană citoplasmatică sau plasmalemă, care la rândul său este acoperită cu un perete celular și o capsulă mai densă. Unele tipuri de bacterii au flageli externi, numărul și dimensiunea lor pot varia foarte mult, dar scopul este întotdeauna același - cu ajutorul lor, bacteriile se mișcă.

Structura și conținutul unei celule bacteriene

Ce sunt bacteriile?

Forme și dimensiuni

Formele diferitelor tipuri de bacterii sunt foarte variabile: pot fi rotunde, în formă de tijă, întortocheate, stelate, tetraedrice, cubice, în formă de C sau O și, de asemenea, neregulate.

Bacteriile variază foarte mult ca mărime. Deci, Mycoplasma mycoides - cea mai mică specie din întreg regatul are o lungime de 0,1 - 0,25 micrometri, iar cea mai mare bacterie Thiomargarita namibiensis ajunge la 0,75 mm - poate fi văzută chiar și cu ochiul liber. În medie, dimensiunile variază de la 0,5 la 5 microni.

Metabolism sau metabolism

În chestiuni de energie şi nutrienți Bacteriile sunt extrem de diverse. Dar, în același timp, este destul de ușor să le generalizezi, împărțindu-le în mai multe grupuri.

Conform metodei de obținere a nutrienților (carboni), bacteriile sunt împărțite în:

• autotrofi- organisme capabile să sintetizeze în mod independent toate substanțele organice de care au nevoie pentru viață;
• heterotrofi- organisme care sunt capabile să transforme doar compuși organici gata preparati și, prin urmare, au nevoie de ajutorul altor organisme care le-ar produce aceste substanțe.

Prin obținerea energiei:

• fototrofe organisme care produc energie prin fotosinteză
• chimiotrofe- Organisme care produc energie prin diverse reacții chimice.

Cum se reproduc bacteriile?

Creșterea și reproducerea în bacterii sunt strâns legate. După ce au ajuns la o anumită dimensiune, încep să se înmulțească. În majoritatea tipurilor de bacterii, acest proces poate decurge extrem de rapid. Diviziunea celulară, de exemplu, poate avea loc în mai puțin de 10 minute, în timp ce numărul de bacterii noi va crește exponențial, deoarece fiecare organism nou va fi împărțit în două.

Evidențiați 3 tipuri variate reproducere:

• Divizia- o bacterie este împărțită în două absolut identice genetic.
• care înmugurește- se formează unul sau mai mulți muguri (până la 4) la polii bacteriei părinte, în timp ce celula mamă îmbătrânește și moare.
• primitiv proces sexual- o parte din ADN-ul celulelor părinte este transferată fiicei și apare o bacterie cu un set fundamental nou de gene.

Primul tip este cel mai comun și mai rapid, ultimul este incredibil de important, nu numai pentru bacterii, ci pentru toată viața în general.

BACTERII
un grup extins de microorganisme unicelulare caracterizat prin absența unui nucleu celular înconjurat de o membrană. În același timp, materialul genetic al unei bacterii (acid dezoxiribonucleic sau ADN) ocupă un loc foarte specific în celulă - o zonă numită nucleoid. Organismele cu o astfel de structură celulară sunt numite procariote ("pre-nucleare"), spre deosebire de toate celelalte - eucariote ("nuclear adevărat"), al căror ADN este situat în nucleu înconjurat de o înveliș. Bacteriile, considerate cândva plante microscopice, sunt acum clasificate ca un regat separat, Monera, unul dintre cinci din sistemul actual de clasificare, alături de plante, animale, ciuperci și protisti.

dovezi fosile. Probabil bacteriile sunt cele mai vechi grup celebru organisme. Structuri de piatră stratificată - stromatolite - datate în unele cazuri de la începutul Arheozoicului (Arheic), adică. care a apărut acum 3,5 miliarde de ani - rezultatul activității vitale a bacteriilor, de obicei fotosintetice, așa-numitele. Algă verde-albăstruie. Structuri similare (filme bacteriene impregnate cu carbonați) se formează acum, în principal în largul coastei Australiei, Bahamas, în Golful California și Persic, dar sunt relativ rare și nu ating dimensiuni mari, deoarece organismele erbivore, precum gasteropodele, hrănește-te cu ele. Astăzi, stromatoliții cresc mai ales acolo unde aceste animale sunt absente din cauza salinității ridicate a apei sau din alte motive, dar înainte de apariția formelor erbivore în cursul evoluției, aceștia puteau atinge dimensiuni enorme, constituind un element esențial al apei oceanice de mică adâncime. , comparabil cu recifele de corali moderne. În unele antice stânci au fost găsite mici sfere carbonizate, care sunt considerate și rămășițe de bacterii. Primul nuclear, adică celulele eucariote au evoluat din bacterii cu aproximativ 1,4 miliarde de ani în urmă.
Ecologie. Există multe bacterii în sol, pe fundul lacurilor și oceanelor - peste tot unde se acumulează materia organică. Ei trăiesc la frig, când termometrul este puțin peste zero și în izvoarele acide fierbinți cu temperaturi peste 90 ° C. Unele bacterii tolerează salinitatea foarte mare a mediului; în special, ele sunt singurele organisme găsite în Marea Moartă. În atmosferă, sunt prezenți în picături de apă, iar abundența lor acolo se corelează de obicei cu praful aerului. Da, în orașe apa de ploaie conține mult mai multe bacterii decât în ​​mediul rural. Sunt puțini dintre ei în aerul rece al zonelor muntoase și al regiunilor polare; cu toate acestea, se găsesc chiar și în stratul inferior al stratosferei, la o altitudine de 8 km. Tractul digestiv al animalelor este dens populat cu bacterii (de obicei inofensive). Experimentele au arătat că nu sunt necesare pentru viața majorității speciilor, deși pot sintetiza unele vitamine. Cu toate acestea, la rumegătoare (vaci, antilope, oi) și multe termite, acestea sunt implicate în digestia alimentelor din plante. In afara de asta, sistemul imunitar un animal crescut in conditii sterile nu se dezvolta normal din cauza lipsei de stimulare bacteriana. „Flora” bacteriană normală a intestinului este, de asemenea, importantă pentru suprimarea microorganismelor dăunătoare care intră acolo.

STRUCTURA SI VIATA BACTERIILOR

Bacteriile sunt mult mai mici decât celulele plantelor și animalelor pluricelulare. Grosimea lor este de obicei de 0,5-2,0 microni, iar lungimea lor este de 1,0-8,0 microni. Unele forme abia se văd cu rezoluția microscoapelor ușoare standard (aproximativ 0,3 microni), dar există și specii mai lungi de 10 microni și o lățime care depășește și aceste limite, iar un număr de bacterii foarte subțiri poate depăși 50 microni în lungime. Un sfert de milion de reprezentanți de talie medie ai acestui regat vor încăpea pe suprafața corespunzătoare punctului fixat cu creionul.
Structura. După caracteristicile morfologiei, se disting următoarele grupe de bacterii: coci (mai mult sau mai puțin sferici), bacili (tije sau cilindri cu capete rotunjite), spirilla (spirale rigide) și spirochete (forme subțiri și flexibile asemănătoare părului). Unii autori tind să combine ultimele două grupuri într-unul singur - spirilla. Procariotele diferă de eucariote în principal prin absența unui nucleu bine format și prin prezența, într-un caz tipic, a unui singur cromozom - o moleculă circulară de ADN foarte lungă atașată într-un punct de membrana celulară. Procariotele nu au, de asemenea, organele intracelulare legate de membrană numite mitocondrii și cloroplaste. La eucariote, mitocondriile produc energie în timpul respirației, iar fotosinteza are loc în cloroplaste (vezi și CELULA). La procariote, întreaga celulă (și, în primul rând, membrana celulară) preia funcția de mitocondrie, iar în formele fotosintetice, în același timp, cloroplastul. La fel ca eucariotele, în interiorul bacteriei se află mici structuri nucleoproteice - ribozomi necesari pentru sinteza proteinelor, dar nu sunt asociați cu nicio membrană. Cu foarte puține excepții, bacteriile nu sunt capabile să sintetizeze steroli - componente importante membranele celulare eucariote. În afara membranei celulare, majoritatea bacteriilor sunt căptușite cu un perete celular care seamănă oarecum cu un perete de celuloză. celule vegetale, dar constând din alți polimeri (aceștia includ nu numai carbohidrați, ci și aminoacizi și substanțe specifice bacteriilor). Acest înveliș previne spargerea celulei bacteriene atunci când apa intră în ea din cauza osmozei. Pe partea de sus a peretelui celular este adesea o capsulă protectoare a mucoasei. Multe bacterii sunt echipate cu flageli, cu care înoată activ. Flagelii bacterieni sunt mai simpli și oarecum diferiți decât structurile eucariote similare.

CELULA BACTERIANĂ „TIPICĂ”.și structurile sale principale.

Funcții senzoriale și comportament. Multe bacterii au receptori chimici care detectează modificări ale acidității mediului și ale concentrației diferitelor substanțe, precum zaharuri, aminoacizi, oxigen și dioxid de carbon. Fiecare substanță are propriul său tip de astfel de receptori „gustului”, iar pierderea unuia dintre ei ca urmare a mutației duce la „orbirea gustului” parțială. Multe bacterii mobile răspund, de asemenea, la fluctuațiile de temperatură, iar speciile fotosintetice la schimbările de lumină. Unele bacterii simt direcția liniilor de câmp camp magnetic, inclusiv câmpul magnetic al Pământului, cu ajutorul particulelor de magnetit (minereu magnetic de fier - Fe3O4) prezente în celulele acestora. În apă, bacteriile folosesc această capacitate de a înota de-a lungul liniilor de forță în căutarea unui mediu favorabil. Reflexele condiționate ale bacteriilor sunt necunoscute, dar au un anumit tip de memorie primitivă. În timpul înotului, ei compară intensitatea percepută a stimulului cu valoarea sa anterioară, de exemplu. determinați dacă a devenit mai mare sau mai mic și, pe baza acesteia, mențineți direcția de mișcare sau schimbați-o.
Reproducere și genetică. Bacteriile se reproduc asexuat: ADN-ul din celula lor este replicat (dublat), celula se împarte în două, iar fiecare celulă fiică primește o copie a ADN-ului părintelui. ADN-ul bacterian poate fi, de asemenea, transferat între celulele care nu se divizează. În același timp, fuziunea lor (ca la eucariote) nu are loc, numărul de indivizi nu crește și, de obicei, doar o mică parte a genomului (setul complet de gene) este transferată într-o altă celulă, spre deosebire de celulă. proces sexual „real”, în care descendentul primește un set complet de gene de la fiecare părinte. Un astfel de transfer de ADN poate fi efectuat în trei moduri. În timpul transformării, bacteria absoarbe ADN-ul „gol” din mediu, care a ajuns acolo în timpul distrugerii altor bacterii sau „alunecat” în mod deliberat de către experimentator. Procesul se numește transformare, deoarece în primele etape ale studiului său, atenția principală a fost acordată transformării (transformarii) în acest mod a organismelor inofensive în cele virulente. Fragmente de ADN pot fi, de asemenea, transferate de la bacterii la bacterii de către viruși speciali - bacteriofagi. Aceasta se numește transducție. Există și un proces care seamănă cu fertilizarea și se numește conjugare: bacteriile sunt legate între ele prin excrescențe tubulare temporare (fimbria copulativă), prin care ADN-ul trece de la celula „masculă” la cea „feminină”. Uneori, bacteriile conțin cromozomi în plus foarte mici - plasmide, care pot fi, de asemenea, transferați de la individ la individ. Dacă în același timp plasmidele conțin gene care provoacă rezistență la antibiotice, ele vorbesc de rezistență infecțioasă. Este important din punct de vedere medical, deoarece se poate răspândi între tipuri variateși chiar genuri de bacterii, în urma cărora întreaga floră bacteriană, să zicem intestinele, devine rezistentă la acțiunea anumitor medicamente.

METABOLISM

Parțial datorită dimensiunii mici a bacteriilor, intensitatea metabolismului lor este mult mai mare decât cea a eucariotelor. În cele mai favorabile condiții, unele bacterii își pot dubla masa și abundența totală aproximativ la fiecare 20 de minute. Acest lucru se datorează faptului că unele dintre cele mai importante sisteme enzimatice ale acestora funcționează la o viteză foarte mare. Deci, un iepure are nevoie de câteva minute pentru a sintetiza o moleculă de proteină, iar bacteriile - secunde. Cu toate acestea, în mediul natural, de exemplu, în sol, majoritatea bacteriilor sunt „la dietă de foame”, așa că dacă celulele lor se divid, atunci nu la fiecare 20 de minute, ci la câteva zile.
Alimente. Bacteriile sunt autotrofe și heterotrofe. Autotrofii („auto-hrănire”) nu au nevoie de substanțe produse de alte organisme. Ei folosesc dioxid de carbon (CO2) ca principală sau unică sursă de carbon. Inclusiv CO2 și alte substanțe anorganice, în special amoniacul (NH3), nitrații (NO-3) și diferiți compuși ai sulfului, în complex reacții chimice, sintetizează toate produsele biochimice de care au nevoie. Heterotrofei („se hrănesc cu alții”) folosesc ca sursă principală de carbon (unele specii au nevoie și de CO2) substanțe organice (conținând carbon) sintetizate de alte organisme, în special zaharuri. Oxidați, acești compuși furnizează energie și molecule necesare creșterii și activității vitale a celulelor. În acest sens, bacteriile heterotrofe, care includ marea majoritate a procariotelor, sunt asemănătoare oamenilor.
principalele surse de energie. Dacă pentru formarea (sinteza) componentelor celulare se folosește în principal energia luminoasă (fotoni), atunci procesul se numește fotosinteză, iar speciile capabile de aceasta se numesc fototrofe. Bacteriile fototrofe sunt împărțite în fotoheterotrofe și fotoautotrofe, în funcție de ce compuși – organici sau anorganici – servesc ca sursă principală de carbon. Cianobacteriile fotoautotrofe (alge albastre-verzi), precum plantele verzi, despart moleculele de apă (H2O) folosind energia luminoasă. Aceasta eliberează oxigen liber (1/2O2) și produce hidrogen (2H+), despre care se poate spune că transformă dioxidul de carbon (CO2) în carbohidrați. În bacteriile cu sulf verde și violet, energia luminoasă nu este folosită pentru a descompune apa, ci alte molecule anorganice, cum ar fi hidrogenul sulfurat (H2S). Ca urmare, se produce și hidrogen, reducând dioxidul de carbon, dar oxigenul nu este eliberat. O astfel de fotosinteză se numește anoxigenă. Bacteriile fotoheterotrofe, cum ar fi bacteriile violete fără sulf, folosesc energia luminoasă pentru a produce hidrogen din substanțe organice, în special izopropanol, dar H2 gazos poate servi și ca sursă. Dacă principala sursă de energie din celulă este oxidarea substanțelor chimice, bacteriile sunt numite chimioheterotrofe sau chemoautotrofe, în funcție de care molecule servesc ca sursă principală de carbon - organic sau anorganic. În primul, substanțele organice furnizează atât energie, cât și carbon. Chemoautotrofei obțin energie din oxidarea substanțelor anorganice, precum hidrogenul (la apă: 2H4 + O2 la 2H2O), fierul (Fe2+ la Fe3+) sau sulful (2S + 3O2 + 2H2O la 2SO42- + 4H+) și carbonul din CO2. Aceste organisme mai sunt numite și chemolitotrofe, subliniind astfel că se „hrănesc” cu roci.
Suflare. Respirația celulară este procesul de eliberare a energiei chimice stocate în moleculele „alimente” pentru utilizarea ulterioară a acesteia în reacții vitale. Respirația poate fi aerobă și anaerobă. În primul caz, are nevoie de oxigen. Este necesar pentru munca așa-zisului. sistem de transport de electroni: electronii se deplasează de la o moleculă la alta (se eliberează energie) și în cele din urmă se atașează de oxigen împreună cu ionii de hidrogen - se formează apa. Organismele anaerobe nu au nevoie de oxigen, iar pentru unele specii din acest grup este chiar otrăvitoare. Electronii eliberați în timpul respirației sunt atașați la alți acceptori anorganici, cum ar fi nitratul, sulfatul sau carbonatul, sau (într-una dintre formele unei astfel de respirații - fermentație) la o anumită moleculă organică, în special la glucoză. Vezi și METABOLISM.

CLASIFICARE

În majoritatea organismelor, o specie este considerată a fi un grup de indivizi izolat din punct de vedere reproductiv. Într-un sens larg, aceasta înseamnă că reprezentanții unei anumite specii pot produce descendenți fertili, împerechendu-se numai cu propriul lor soi, dar nu și cu indivizii altor specii. Astfel, genele unei anumite specii, de regulă, nu depășesc limitele acesteia. Cu toate acestea, în bacterii, genele pot fi schimbate între indivizi nu numai de specii diferite, ci și de genuri diferite, așa că nu este în întregime clar dacă este legitim să se aplice aici conceptele obișnuite de origine evolutivă și rudenie. În legătură cu aceasta și alte dificultăți, nu există încă o clasificare general acceptată a bacteriilor. Mai jos este una dintre variantele sale utilizate pe scară largă.
REGATUL MONEREI

Phylum Gracilicutes (bacterii Gram-negative cu pereți subțiri)

Clasa Scotobacterii (forme nefotosintetice, de exemplu mixobacterii) Clasa Anoxifotobacterie (forme fotosintetice cu eliberare de oxigen, de exemplu bacterii cu sulf violet) Clasa Oxifotobacterii (forme fotosintetice cu eliberare de oxigen, de exemplu cianobacterii)

Phylum Firmicutes (bacterii Gram pozitive cu pereți groși)

Clasa Firmibacteria (forme cu celule dure, cum ar fi clostridiile)
Clasa Talobacterii (forme ramificate, de exemplu actinomicete)

Filul Tenericutes (bacteriile gram-negative fără perete celular)

Clasa Mollicutes (forme de celule moi, de exemplu micoplasme)

Tip Mendosicutes (bacterii cu perete celular defect)

Clasa Archaebacterii (forme antice, de exemplu, formatori de metan)

Domenii. Studii biochimice recente au arătat că toate procariotele sunt clar împărțite în două categorii: un grup mic de arhebacterii (Archaebacteria - „bacterii antice”) și toate celelalte, numite eubacterii (Eubacteria - „bacteriile adevărate”). Se crede că arheobacterii sunt mai primitive decât eubacterii și mai aproape de strămoșul comun al procariotelor și eucariotelor. Ele diferă de alte bacterii prin câteva caracteristici esențiale, inclusiv compoziția moleculelor de ARN ribozomal (pRNA) implicate în sinteza proteinelor, structura chimică a lipidelor (substanțe asemănătoare grăsimilor) și prezența altor substanțe în peretele celular. a polimerului protein-carbohidrat mureina. În sistemul de clasificare de mai sus, arhebacteriile sunt considerate a fi doar unul dintre tipurile aceluiași regn care include toate eubacteriile. Cu toate acestea, potrivit unor biologi, diferențele dintre arheobacterii și eubacterii sunt atât de profunde încât este mai corect să considerăm arheobacterii din Monera ca un sub-regn separat. Recent, a apărut o propunere și mai radicală. Analiza moleculară a relevat diferențe atât de semnificative în structura genelor între aceste două grupuri de procariote, încât unii consideră prezența lor în același regn de organisme ilogică. În acest sens, s-a propus crearea unei categorii taxonomice (taxon) de rang și mai mare, numind-o domeniu, și împărțirea tuturor viețuitoarelor în trei domenii - Eucarya (eucariote), Archaea (arhea) și Bacteria (eubacteriile actuale). ).

ECOLOGIE

Cele mai importante două funcții ecologice ale bacteriilor sunt fixarea azotului și mineralizarea reziduurilor organice.
Fixarea azotului. Legarea azotului molecular (N2) pentru a forma amoniac (NH3) se numește fixare a azotului, iar oxidarea acestuia din urmă la nitriți (NO-2) și nitrat (NO-3) se numește nitrificare. Acestea sunt procese vitale pentru biosferă, deoarece plantele au nevoie de azot, dar nu pot decât să-și asimileze formele legate. În prezent, aproximativ 90% (aproximativ 90 de milioane de tone) din cantitatea anuală de astfel de azot „fix” este furnizată de bacterii. Restul este produs de uzine chimice sau are loc în timpul descărcărilor fulgerelor. Azotul din aer, care este de cca. 80% din atmosferă, asociată în principal cu genul gram-negativ Rhizobium (Rhizobium) și cianobacteriile. Speciile Rhizobium simbioză cu aproximativ 14.000 de specii de plante leguminoase (familia Leguminosae), care includ, de exemplu, trifoiul, lucerna, soia și mazărea. Aceste bacterii trăiesc în așa-numita. noduli - umflaturi care se formeaza pe radacini in prezenta lor. Bacteriile primesc materie organică (nutriție) de la plantă și, în schimb, furnizează gazdei cu azot legat. Timp de un an, se fixează astfel până la 225 kg de azot la hectar. Plantele non-leguminoase, cum ar fi arinul, intră, de asemenea, în simbioză cu alte bacterii fixatoare de azot. Cianobacteriile fotosintetizează ca plantele verzi, eliberând oxigen. Multe dintre ele sunt, de asemenea, capabile să fixeze azotul atmosferic, care este apoi preluat de plante și în cele din urmă de animale. Aceste procariote servesc ca o sursă importantă de azot fix în sol în general și în câmpurile de orez din Est în special, precum și principalul furnizor pentru ecosistemele oceanice.
Mineralizare. Acesta este numele dat descompunerii reziduurilor organice în dioxid de carbon (CO2), apă (H2O) și saruri minerale. Din punct de vedere chimic, acest proces este echivalent cu arderea, deci necesită o cantitate mare de oxigen. Stratul superior de sol conține de la 100.000 la 1 miliard de bacterii per 1 g, adică. aproximativ 2 tone la hectar. De obicei, toate reziduurile organice, odata ajunse in pamant, sunt oxidate rapid de bacterii si ciuperci. Mai rezistentă la descompunere este o substanță organică maronie numită acid humic, care se formează în principal din lignina conținută în lemn. Se acumulează în sol și își îmbunătățește proprietățile.

BACTERII ȘI INDUSTRIE

Având în vedere varietatea reacțiilor chimice catalizate de bacterii, nu este de mirare că acestea sunt utilizate pe scară largă în producție, în unele cazuri încă din cele mai vechi timpuri. Procariotele împărtășesc gloria unor astfel de ajutoare umane microscopice cu ciupercile, în primul rând drojdia, care asigură majoritatea proceselor de fermentație alcoolică, de exemplu, în fabricarea vinului și a berii. Acum că a devenit posibilă introducerea genelor utile în bacterii, determinându-le să sintetizeze substanțe valoroase, precum insulina, utilizarea industrială a acestor laboratoare vii a primit un nou impuls puternic. Vezi și INGINERIA GENETICĂ.
Industria alimentară.În prezent, bacteriile sunt folosite de această industrie în principal pentru producția de brânzeturi, alte produse lactate fermentate și oțet. Principalele reacții chimice aici sunt formarea acizilor. Astfel, atunci când produc oțet, bacteriile din genul Acetobacter oxidează alcoolul etilic conținut în cidru sau alte lichide la acid acetic. Procese similare apar în timpul varzei murate: bacteriile anaerobe fermentează zahărul conținut în frunzele acestei plante până la acid lactic, precum și acid acetic și diferiți alcooli.
Leşierea minereurilor. Bacteriile sunt folosite pentru a leși minereurile sărace, de exemplu. transferul din ele într-o soluție de săruri de metale valoroase, în primul rând cupru (Cu) și uraniu (U). Un exemplu este prelucrarea calcopiritei sau piritelor de cupru (CuFeS2). Mulțile din acest minereu sunt udate periodic cu apă care conține bacterii chemolitotrofice din genul Thiobacillus. În cursul activității lor de viață, ei oxidează sulful (S), formând sulfați solubili de cupru și fier: CuFeS2 + 4O2 la CuSO4 + FeSO4. Astfel de tehnologii simplifică foarte mult producția de metale valoroase din minereuri; în principiu, ele sunt echivalente cu procesele care au loc în natură în timpul intemperiilor rocilor.
Reciclarea deșeurilor. Bacteriile servesc, de asemenea, la transformarea deșeurilor, cum ar fi canalizarea, în mai puțin periculoase sau chiar mancare sanatoasa. Apa uzată este una dintre cele mai stringente probleme umanitatea modernă. Mineralizarea lor completă necesită cantități uriașe de oxigen, iar în rezervoarele obișnuite, unde se obișnuiește să se arunce aceste deșeuri, nu mai este suficient să le „neutralizeze”. Soluția constă în aerarea suplimentară a apelor uzate în bazine speciale (aerotancuri): ca urmare, bacteriile mineralizatoare au suficient oxigen pentru a descompune complet materia organică, iar în cazurile cele mai favorabile, unul dintre produsele finale ale procesului devine bând apă. Precipitatul insolubil rămas pe parcurs poate fi supus fermentației anaerobe. Pentru ca astfel de stații de tratare a apei să ia cât mai mult posibil mai putin spatiuși bani, sunt necesare cunoștințe bune de bacteriologie.
Alte utilizări. Alte domenii importante de aplicare industrială a bacteriilor includ, de exemplu, lobul de in, de exemplu. separarea fibrelor sale de filare de alte părți ale plantei, precum și producția de antibiotice, în special streptomicina (bacteriile din genul Streptomyces).

CONTROLUL BACTERIILOR ÎN INDUSTRIE

Bacteriile nu sunt numai benefice; lupta împotriva reproducerii lor în masă, de exemplu, în produsele alimentare sau în sistemele de apă ale fabricilor de celuloză și hârtie, a devenit un întreg domeniu de activitate. Alimentele sunt stricate de bacterii, ciuperci și propriile enzime de autoliză („autodigestie”), cu excepția cazului în care sunt inactivate prin căldură sau prin alte mijloace. Pentru că Motivul principal alterarea este încă bacterie, dezvoltarea unor sisteme eficiente de depozitare a alimentelor necesită cunoașterea limitelor rezistenței acestor microorganisme. Una dintre cele mai comune tehnologii este pasteurizarea laptelui, care ucide bacteriile care cauzează, de exemplu, tuberculoza și bruceloza. Laptele se ține la 61-63°C timp de 30 de minute sau la 72-73°C doar 15 secunde. Acest lucru nu afectează gustul produsului, dar inactivează bacteriile patogene. De asemenea, vinul, berea și sucurile de fructe pot fi pasteurizate. Beneficiile depozitării sunt cunoscute de mult Produse alimentare in frig. Temperaturile scăzute nu ucid bacteriile, dar nu le permit să crească și să se înmulțească. Adevărat, la congelare, de exemplu, la -25 ° C, numărul de bacterii scade după câteva luni, totuși un numar mare de aceste microorganisme încă supraviețuiesc. La temperaturi sub zero, bacteriile continuă să se înmulțească, dar foarte lent. Culturile lor viabile pot fi păstrate aproape la nesfârșit după liofilizare (congelare - uscare) într-un mediu care conține proteine, cum ar fi serul de sânge. Alte metode binecunoscute de conservare a alimentelor includ uscarea (uscarea și afumarea), adăugarea cantitati mari sare sau zahăr, care este echivalent din punct de vedere fiziologic cu deshidratarea, și murătura, adică plasat într-o soluție acidă concentrată. Cu o aciditate a mediului corespunzătoare pH-ului 4 și mai jos, activitatea vitală a bacteriilor este de obicei foarte inhibată sau oprită.

BACTERII ȘI BOLI

STUDIUL BACTERIILOR

Multe bacterii sunt ușor de crescut în așa-numitele. mediu de cultură, care poate include bulion de carne , proteine ​​parțial digerate, săruri, dextroză, sânge integral, serul acestuia și alte componente. Concentrația bacteriilor în astfel de condiții ajunge de obicei la aproximativ un miliard pe centimetru cub, rezultând un mediu tulbure. Pentru a studia bacteriile, este necesar să se poată obține culturile lor pure, sau clone, care sunt descendenții unei singure celule. Acest lucru este necesar, de exemplu, pentru a determina ce tip de bacterie a infectat pacientul și la ce antibiotic este sensibil acest tip. Probele microbiologice, cum ar fi tampoane prelevate din gât sau răni, mostre de sânge, apă sau alte materiale, sunt puternic diluate și aplicate pe suprafața unui mediu semi-solid: colonii rotunjite se dezvoltă din celule individuale de pe acesta. Agentul de întărire a mediului de cultură este de obicei agar, o polizaharidă obținută din anumite alge marine și aproape indigerabilă de orice tip de bacterie. Mediile de agar sunt folosite sub formă de „frigărui”, adică. suprafețe înclinate formate în eprubete care stau la un unghi mare când mediul de cultură topit se solidifică, sau sub formă de straturi subțiri în vase Petri din sticlă - vase rotunde plate închise cu un capac de aceeași formă, dar puțin mai mare ca diametru. De obicei, după o zi, celula bacteriană are timp să se înmulțească atât de mult încât formează o colonie ușor vizibilă cu ochiul liber. Poate fi transferat într-un alt mediu pentru studii ulterioare. Toate mediile de cultură trebuie să fie sterile înainte ca bacteriile să fie crescute, iar ulterior trebuie luate măsuri pentru a preveni depunerea microorganismelor nedorite pe acestea. Pentru a examina bacteriile crescute în acest fel, o buclă subțire de sârmă este calcinată pe o flacără, mai întâi atinge colonia sau frotiu, iar apoi o picătură de apă depusă pe o lamă de sticlă. Distribuind uniform materialul luat în această apă, paharul este uscat și trecut rapid peste flacăra arzătorului de două sau trei ori (partea cu bacterii trebuie răsturnată în sus): ca urmare, microorganismele, fără a fi deteriorate, sunt ferm atașate de substratul. Pe suprafața preparatului se picura un colorant, apoi paharul se spală în apă și se usucă din nou. Proba poate fi acum vizualizată la microscop. Culturile pure de bacterii sunt identificate în principal după caracteristicile lor biochimice, adică. stabiliți dacă formează gaz sau acizi din anumite zaharuri, dacă sunt capabili să digere proteine ​​(lichefia gelatina), dacă au nevoie de oxigen pentru creștere etc. De asemenea, verifică dacă sunt pătate cu coloranți specifici. sensibilitate la anumite medicamente, de exemplu, antibioticele, pot fi găsite punând mici discuri de hârtie de filtru îmbibate cu aceste substanțe pe o suprafață inoculată cu bacterii. Dacă orice compus chimic ucide bacteriile, se formează o zonă liberă de ele în jurul discului corespunzător.

Enciclopedia Collier. - Societate deschisă. 2000 .