Математика желудка: ученые поняли, как посчитать полезные бактерии. Haemophilus influenzae, устойчивые к ампициллину

Серию «10 фактов о...» продолжает статья канд. биол. наук, зав. Лабораторией вирусов микроорганизмов Института микробиологии РАН им. С. Н. Виноградского Андрея Летарова .

1. Первые теории о живом контагии, вызывающем заразные болезни, были сформулированы различными авторами античности и эпохи Возрождения (например, Джироламо Фракасторо , 1478–1553) применительно в первую очередь к болезням людей, в особенности к чуме и холере, которые вызывали опустошительные эпидемии (пандемия чумы в 1346–1351 годах унесла более 25 миллионов жизней - около трети населения Европы). Тем не менее, первой описанной болезнетворной бактерией стал Bacillus anthracis - возбудитель сибирской язвы, заболевания, поражающего по большей части скот и лишь изредка передающегося человеку.
   Этот микроб был выделен и исследован Робертом Кохом в 1876 году. Помимо самого факта бактериальной этиологии сибирской язвы в ходе этой работы Кох открыл способность некоторых бактерий образовывать эндоспоры - покоящиеся тельца, чрезвычайно устойчивые к неблагоприятным воздействиям, включая кратковременное кипячение, и способные в благоприятной среде прорастать в нормальные вегетативные клетки соответствующих бактерий (одновременно с Кохом споры описал его бывший учитель Фердинанд Кон , работавший на близком, но совершенно безопасном микробе - сенной палочке, Bacillus subtilis ).

   

2. Первый надежный способ борьбы с инфекциями, в том числе и бактериальными, был изобретен Луи Пастером и его коллегами в конце XIX века. Это вакцинопрофилактика. И хотя наиболее известным достижением Пастера в этой области является прививка от бешенства (заболевания вирусной природы), первые вакцины были предложены против куриной холеры и сибирской язвы и использовались в ветеринарных целях. Интересно, что при этом первые серьезные успехи в сокращении смертности от бактериальных инфекций были достигнуты под влиянием других работ Пастера - по гниению и по болезням шелкопрядов.
   Эти исследования вдохновили английского хирурга Джозефа Листера на введение асептики и антисептики при проведении хирургических операций, в результате чего удалось резко увеличить выживаемость пациентов после успешно проведенных вмешательств. В то же время гигиеническая практика при обычных медицинских манипуляциях долгое время не приживалась. Так, д-р Игнац Земмельвейс (1818–1861) сумел резко сократить ужасающую (в 1846 году - 18–50%!) смертность женщин от родильной горячки в одном из отделений родовспоможения госпиталя в Вене, потребовав от медиков обеззараживать руки перед осмотром пациенток. Но в 1850 году он вынужден был уехать из Австрии под давлением своих коллег, не желавших признать, что множество смертей их пациенток вызвано банальным нежеланием врачей мыть руки.

   

3. Подавляющее большинство микробов, окружающих нас, не способно вызывать заболевания (непатогенны). Болезнетворные виды обладают определенным набором молекулярных приспособлений - факторов патогенности, которые позволяют им успешно проникнуть в организм и существовать в нем более или менее длительное время, избегая уничтожения иммунной системой. К факторам патогенности могут относиться слизистые чехлы (капсулы) бактериальных клеток, белки прикрепления к тканям хозяина, белки поверхности бактерии, которые связывают белки крови и маскируют таким образом патогена от клеток иммунной системы.
   Также среди факторов патогенности имеются молекулярные системы секреции, позволяющие бактерии инъецировать некоторые свои белки внутрь клеток макроорганизма, чтобы заставить их вести себя образом, удобным для патогена, например поглотить его клетку (после чего микроб размножается во внутренней среде клетки макроорганизма, как это делает, например, возбудитель дизентерии), и многие другие приспособления. Однако при попадании в ослабленный организм и/или в поврежденные органы и ткани многие виды бактерий, совершенно безопасные для здоровых людей и животных, также могут вызывать заболевания. Например, синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa ) - очень опасный возбудитель госпитальных, хирургических и некоторых других инфекций - в природе обитает в основном в водоемах и особой опасности для купальщиков или потребителей воды не представляет.

   

Люди стараются найти новые способы обезопасить себя от их пагубного влияния. Но существуют и полезные микроорганизмы: способствующие созреванию сливок, образованию нитратов для растений, разлагающие мертвую ткань и др. Живут микроорганизмы в воде, почве, воздухе, на теле живых организмов и внутри них.

Формы бактерий

Существует основные 4 формы бактерии, а именно:

1. Микрококки – располагающиеся отдельно или неправильными скоплениями. Обычно они неподвижны.
2. Диплококки располагаются попарно, в организме могут быть окружены капсулой.
3. Стрептококки встречаются в виде цепочек.
4. Сарцины образуют скопления клеток, имеющих форму пакетов.
5. Стафилококки. В результате процесса деления не расходятся, а образуют скопления (грозди).

Бактерия имеет сложное строение:

• Стенка клетки защищает одноклеточный организм от внешнего воздействия, придает определенную форму, обеспечивает питание и сохранение его внутреннего содержимого.
• Цитоплазматическая мембрана содержит ферменты, участвует в процессе размножения, биосинтезе компонентов.
• Цитоплазма служит для выполнения жизненно важных функций. У многих видов в цитоплазме содержится ДНК, рибосомы, различные гранулы, коллоидная фаза.
• Нуклеоид - это ядерная область неправильной формы, в которой располагается ДНК.
• Капсула является поверхностной структурой, которая делает оболочку более прочной, защищает от повреждений и пересыхания. Эта слизистая структура имеет толщину больше 0,2 мкм. При меньшей толщине ее называют микрокапсулой. Иногда вокруг оболочки находится слизь , не имеющая четких границ и растворимая в воде.
• Жгутиками называют поверхностные структуры, служащие для передвижения клеток в жидкой среде или по твердой поверхности.
• Пили – нитевидные образования, намного тоньше и меньше жгутиков. Они бывают различных типов, различаются по назначению, строению. Пили нужны для прикрепления организма к поражаемой клетке.
• Споры . Спорообразование происходит при возникновении неблагоприятных условий, служат для приспособления вида или его сохранения.

Предлагаем рассмотреть основные виды бактерий:

Питательные вещества поступают внутрь клетки через всю ее поверхность. Микроорганизмы получили широкое распространение благодаря существованию у них различных типов питания. Для жизни им необходимы разнообразные элементы: углерод, фосфор, азот и др. Регулировка поступления питательных веществ осуществляется с помощью мембраны.

Тип питания определяется по тому, как происходит усвоение углерода и азота и по виду источника энергии. Одни из них могут получать эти элементы из воздуха, использовать солнечную энергию, а другим для существования необходимы вещества органического происхождения. Все они нуждаются в витаминах, аминокислотах, способных играть роль катализаторов реакций, идущих в их организме. Вывод веществ из клетки происходит за счет процесса диффузии.

У многих типов микроорганизмов важную роль в обмене веществ и дыхании играет кислород. В результате дыхания происходит выделение энергии, используемой ими для образования органических соединений. Но существуют бактерии, кислород для которых смертелен.

Размножение происходит путем деления клетки на две части. После того, как она достигает определенных размеров, начинается процесс разделения. Клетка удлиняется и в ней образовывается поперечная перегородка. Образовавшиеся части расходятся, но некоторые виды остаются связанными и образуют скопления. Каждая из вновь образовавшихся частей питается и растет, как самостоятельный организм. При попадании в благоприятную среду процесс размножения происходит с большой скоростью.

Микроорганизмы способны разлагать сложные вещества на простые, которые потом могут вновь использоваться растениями. Поэтому бактерии незаменимы в круговороте веществ, без них невозможны были бы многие важные процессы на Земле.

А знаете ли вы?

Вывод: Не забывайте мыть руки всякий раз, когда приходите домой после улице. Сходив в туалет, также мойте руки с мылом. Простое правило, а какое важное! Следите за чистотой, и бактерии вас не будут тревожить!

Для закрепления материала предлагаем пройти наши увлекательные задания. Желаем удачи!

Задание №1

Внимательно посмотрите на картинку и скажите, какая из этих клеток является бактериальной? Попробуйте назвать оставшиеся клетки, не подглядывая в подсказки:

МОСКВА, 11 янв - РИА Новости. Ученые из Канады и Израиля опровергли популярный миф - по их подсчетам, число микробов в нашем кишечнике и других частях тела не в 10 раз больше, чем общее количество клеток в организме человека, говорится в статье , опубликованной в электронной библиотеке лаборатории Колд-Спринг-Арбор.

"Количество клеток и бактерий в организме примерно равно друг другу, и каждое опорожнение кишечника, как правило, приводит к тому, что наши клетки временно получают численное преимущество над бактериями", — пишут ученые в статье.

Рон Зендер (Ron Sender) из Института науки Вейцманна в Реховоте (Израиль) и его коллеги пришли к такому выводу, повторно подсчитав число клеток и микробов в организме человека среднего веса и роста, следуя по стопам знаменитых опытов, которые проводил известный сегодня микробиолог Томас Лаки (Thomas Luckey) в 1972 году.

Как рассказывают Зендер и его коллеги, его подсчеты показали, что человеческое тело содержит в себе примерно в 10 раз больше полезных и патогенных бактерий, чем клеток, что породило огромный интерес к изучению микрофлоры кишечника и других микроскопических обитателей нашего тела.

Эти оценки, по словам авторов статьи, почти никогда не подвергались сомнению, и группа Зендера решила проверить, так ли это на самом деле, используя более совершенные методики подсчета клеток и микробов, чем те, которые использовал Лаки в 70-тых годах прошлого века. Для этого ученые проанализировали десятки других публикаций, а также получили примерные оценки "плотности" населения в отдельных органах при помощи магнитно-резонансной томографии.

Их подсчеты показали, что тело человека содержит в себе около 30 триллионов клеток, львиная доля которых - 24 триллиона - являются эритроцитами, красными клетками крови. Еще триллион клеток приходится на тромбоциты, клетки крови, отвечающие за ее свертывание, и а все остальное тело слагает лишь три триллиона клеток.

Численность бактерий - 39 триллионов - оказалась гораздо меньшей, чем предсказывал Лаки. Это связано с тем, как отмечают авторы статьи, что Лаки использовал некорректную методику оценки численности микрофлоры, ошибочно считая, что "плотность населения" микробов в тонком кишечнике является примерно такой же, как в толстой кишке, что далеко не так.

Таким образом, соотношение клеток и микробов оказалось гораздо более близким к единице, чем показывали расчеты Лаки - бактерий на самом деле не в 10 раз больше, чем клеток, а лишь в 1,3 раза, что опровергает многолетний миф о "доминировании" микробов в теле человека.

Тесты по теме «Бактерии: строение и жизнедеятельность. Роль бактерий в природе, медицине, сельском хозяйстве и промышленности» для 10-11 классов при подготовке к ЕГЭ. Элективный курс.

Учитель биологии МКОУ «Каменская средняя школа»

1.Бактерии были описаны в 1676 году:

А) Робертом Гуком

Б) Грегором Менделем

В) Антони ван Левенгуком

Г) Теодором Шванном

2.Размеры бактерий достигают:

А) от 0,1 до 10 мкм

Б) от 1 до10 мкм

В) меньше вирусов

Г) от 10 до 150 мкм

3.Что не характерно для мезосом:

А) мезосомы - это впячивания плазматической мембраны внутрь клетки

Б) могут служить местом прикрепления ДНК во время репликации

В) содержат гидролитические ферменты

Г) на их поверхности локализованы ферменты, принимающие участие в дыхательных процессах

4.Клеточная стенка бактерий содержит:

А) целлюлозу

Б) гликоген

В) крахмал

Г) муреин

5. Какая функция не характерна для капсулы и слизи бактериальной клетки?

А) участвуют в формировании колоний

Б) служат дополнительной защитой

В) являются производными клеточной стенки

Г) расположены снаружи от плазматической мембраны

6. Бактерии могут обладать устойчивостью к действию антибиотиков благодаря:

А) отсутствию ядра

Б) наличию муреина

В) наличию плазмидов

Г) способности образовывать колонии

7.Кольцевая молекула ДНК бактерий:

А) находится в ядре

Б) содержит интроны и экзоны

В) без интронов

Г) не содержит ни интронов ни экзонов

8. 40% от массы бактерии могут составлять рибосомы, так как

А) бактерии размножаются с высокой скоростью

Б) могут образовывать колонии в виде шариков, нитей, плёнок.

В) содержат нуклеоид

Г) устойчивы к антибиотикам.

9. На рисунке изображены:

А) стафилококки

Б) стрептококки

В) сарцины

Г) вибрионы

10. Что не характерно для размножения бактерий:

А) трансформация и коньюгация

Б) трансдукция

В) спорообразование

Г) деление клетки надвое

11. По способу питания бактерии являются:

А) гетеротрофы и хемотрофы

В) гетеротрофы, фототрофы и хемотрофы

Г) автотрофы и миксотрофы.

12. Особенности, характерные для спирилл:

А) являются возбудителями сифилиса

Б) вызывают бруцеллез у животных

В) патогенных форм не обнаружено

Г) бактерии в виде запятой.

13. Соотнесите целое и часть

А) молочнокислые бактерии

Б) бактерии симбионты

В) возбудители заболеваний

Г) нет таких бактерий

14.

А) имеют зеленые пигменты бактериохлорофиллы

Б) переводят молекулярный азот в нитраты

В) способны окислять молекулярный

Г) используют солнечный свет

Д) фотосинтез происходит в анаэробных условиях без выделения кислорода

Е) окисляют двухвалентное железо в трехвалентное

1. Фототрофы

2.Хемотрофы

15. Верны ли утверждения

1) Фотосинтез у фотоавтотрофных бактерий протекает в анаэробных условиях с выделением кислорода.

2) Нитрифицирующие бактерии способны окислять аммоний до нитратов.

4) Стафилококки вызывают пищевые отравления.

5) Диплококки являются возбудителями ангины и скарлатины.

6) У бактерий отсутствует цитоскелет, аппарат клеточного деления и мембранные органеллы, характерные для эукариот.

7) Клубеньковые бактерии фиксируют молекулярный азот только в симбиозе с бобовыми растениями.

8) В 1 см 3 почвы содержится до 400 тыс. бактерий.

9) Смолистые выделения хвойных растений обладают бактериостатическим действием.

10) Бактерии- симбионты в кишечнике человека синтезируют витамины группы В и витамин К.

Ответы:1-В, 2-А, 3-В, 4-Г, 5-Г, 6-В, 7-В, 8-А, 9-Б, 10-В, 11-В, 12-В, 13-Б;

15. Верны: 2,3,4,6,7,10.

Многие бактерии являются возбудителями, которые вызывают смертельные болезни у своих обладателей. Каждый год из-за этих крошечных живых существ погибают миллионы людей. Определить смертельно опасные бактерии трудно, ведь многие из них кажутся вполне безобидными, если вовремя начать лечение. Тем не менее, вот некоторые смертельно опасные бактерии, которые встречаются в нашем мире.

Сальмонеллы

Одна из смертельно опасных форм сальмонеллы - брюшной тиф. В год от этой палочки погибают до 261 тысяч людей (в эндемичных районах). Эта палочка передается через фекалии и загрязнение мочи. Некоторые люди могут быть бессимптомными носителями сальмонеллы.

Столбняк

Хорошая новость заключается в том, что вакцина от столбняка была разработана. В современных городах вероятность подхватить столбняк довольно мала, однако ежегодно в мире умирают 58 тысяч детей и взрослых, заразившихся столбняком и вовремя не обратившихся за лечением.

Золотистый стафилококк

Стафилококк представляет собой одну из крупнейших групп бактерий с 40 подвидами. При небольшом количестве таких бактерий нормальная иммунная система сможет с ними справиться. Однако в последнее время появилось множество штаммов, который устойчивы к антибиотикам.

Сифилис

Сифилис был включен в этот список по той причине, что он считается из самых изнурительных и трудно диагностируемых болезней. Тем не менее, сифилис легко поддается лечению на первой и второй стадии. На третьей стадии лечение довольно проблематично, так как бактерии проникают в мозг.

Пневмококк

Эта бактерия несет ответственность за многочисленные случаи пневмонии во всем мире, а так же является основной причиной бактериального менингита.

Туберкулез

Туберкулез разит мир на протяжении веков. В 2007 году в мире насчитывалось 13.7млн хронически больных, 9.3 млн. Новых больных и 1.8 млн предсмертных случаев. Инфицированные люди живут преимущественно в развивающихся странах. Установлено, что долгое время болезнь дремлет в человеке, прежде чем активизироваться.

Кишечная палочка

Вирулентные штаммы кишечной палочки могут вызывать гастроэнтерит, инфекции мочевыводящих путей, менингит. В более редких случаях, вирулентные штаммы также несут ответственность за гемолитической - уремический синдром (ГУС) , перитонит, мастит, сепсис и грамотрицательные пневмонии. Кишечная палочка хорошо лечится при помощи антибиотиков, однако она также становится быстро устойчивой к подобному лечению.