Бактерії всередині. Види бактерій: шкідливі та корисні. Бактерії корисні, шкідливі та проміжні

У тілі людини приблизно сто трильйонів клітин, але лише десята їх - людські клітини. Інші – мікроби. Вони населяють нашу шкіру, живуть у носоглотці, протягом усього кишечника. Звичайно, вони дрібніші за людські клітини в 10-100 разів, але вони сильно впливають на наше життя.

Так виглядає під мікроскопом бактерія, що викликає виразку шлунка. Довгі джгутики на задньому кінці дозволяють їй не лише плавати у вмісті шлунка, а й "заякорюватися" у його слизовій оболонці. Бактерія стимулює секрецію соляної кислоти, шлунок починає сам себе перетравлювати, а бактерія харчується продуктами цього самоперетравлення. Тим не менш, іноді вона живе в шлунку здорових людей як нешкідливий симбіонт і навіть, на думку деяких учених, приносить певну користь, захищаючи людину від харчових отруєнь.

Симбіоз з людиною явно корисний для бактерій: ми даємо їм укриття з постійними сприятливими умовами та рясним харчуванням. Але й вони нам дещо дають.

Найбільш наочно внесок мікроорганізмів виявляється у дослідах, у яких піддослідних тварин звільняють від симбіотичної мікрофлори. У мишей, витягнутих із утроби матері кесаревим перетином і вихованих у стерильних умовах, кишечник сильно здутий. Передбачається, що для засвоєння їжі без участі симбіотичних мікробів кишечник має бути довшим і товщим. У безмікробних мишей довші мікроскопічні ворсинки, що вистилають внутрішню стінку тонкого кишечника. Через ці ворсинки йде всмоктування перевареної їжі. У стінці кишечника менше мікроскопічних заглиблень, у яких зазвичай поселяються мікроби. У кишечнику менше клітин, які забезпечують імунітет. Зменшено навіть кількість нервів, які керують рухами кишок. Передбачається, що мікроби певною мірою управляють розвитком кишечника, створюючи необхідні собі умови. Приклад такої взаємодії у розвитку відомий у бобових рослин: азотфіксуючі мікроорганізми з ґрунту викликають у рослини появу спеціальних бульб на коренях, в яких і поселяються. У рослини є відповідні гени утворення бульб, але ці гени не виявляються, якщо їх не простимулюють бактерії.

Безмікробні миші дуже чутливі до інфекції. Для того, щоб таку мишу заразити, достатньо сотні хвороботворних мікробів, а для звичайної миші потрібно сто мільйонів. Бактерії, що у кишечнику звичайних мишей, фізично блокують прибульців і навіть виділяють антибіотик їхнього знищення.

Бактерії, що живуть у кишечнику людини, виробляють вітамін К, що не синтезується нашим організмом і необхідний для згортання крові. Ряд інших вітамінів також постачають нам кишкові бактерії. У кишечнику жуйних тварин живуть мікроби, здатні перетравлювати целюлозу рослин і перетворювати її на глюкозу, левова частка якої йде на харчування самої тварини. У деяких морських тварин у спеціальних залозах живуть бактерії, що світяться, полегшують своїми світловими сигналами пошук жертви або шлюбного партнера.

Нещодавно шведський мікробіолог Стаффан Нормарк виявив, що чимось корисною є навіть бактерія, що викликає виразку шлунка. Її роль у цій хворобі відкрита понад десять років тому, але тільки зараз стає ясно, чому ця бактерія зустрічається у шлунку та у багатьох здорових людей. Вона виробляє антибіотик, що захищає від сальмонел та інших небезпечних мікроорганізмів. Мабуть, в принципі, це корисний симбіонт, який іноді "божеволіє" і викликає виразки стінки шлунка - можливо, у людей зі зниженим імунітетом.

Які бувають бактерії: види бактерій, їх класифікація

Бактерії - це крихітні мікроорганізми, які з'явилися багато тисячоліть тому. Побачити мікроби неозброєним оком неможливо, але не слід забувати про їхнє існування. Існує безліч бацил. Їхньою класифікацією, вивченням, різновидами, особливостями будови та фізіології займається наука мікробіологія.

Мікроорганізми по-різному називаються, залежно від свого роду дій та функцій. Під мікроскопом можна спостерігати, як ці дрібні істоти взаємодіють один з одним. Перші мікроорганізми були досить примітивними за формою, але їх значення в жодному разі не можна применшувати. З самого початку бацили розвивалися, створювали колонії, намагалися вижити у мінливих кліматичних умовах. Різні вібріони здатні обмінюватися амінокислотами, щоб у результаті нормально зростати, розвиватися.

Сьогодні важко сказати, скільки на землі є видів цих мікроорганізмів (це число перевищує мільйон), але найвідоміші та їхні назви знайомі практично кожній людині. Не має значення, які бувають і як називаються мікроби, всі вони мають одну перевагу — вони живуть колоніями, так їм набагато легше адаптуватися та виживати.

Спочатку давайте розберемося, які існують мікроорганізми. Найпростіша класифікація – це хороші та погані. Тобто ті, які завдають шкоди людському організму, стають причиною багатьох захворювань і ті, які приносять користь. Далі ми детально поговоримо, які є основні корисні бактерії дамо їх опис.

Можна також класифікувати мікроорганізми відповідно до їхньої форми, характеристики. Напевно, багато хто пам'ятає, що у шкільних підручниках була спеціальна таблиця із зображенням різних мікроорганізмів, а поряд було значення та їхня роль у природі. Є кілька типів бактерій:

• коки - невеликі кульки, які нагадують ланцюжок, тому що розташовуються одна за одною;
• паличкоподібні;
• спірили, спірохети (мають звивисту форму);
• вібріони.

Бактерії різних форм

Ми вже згадували, що з класифікацій ділить мікроби на види залежно від своїх форм.

Бактерії палички також мають деякі особливості. Наприклад, є види паличкоподібних із загостреними полюсами, з потовщеними, із закругленими або ж з прямими кінцями. Як правило, паличкоподібні мікроби дуже різні і завжди знаходяться в хаосі, вони не вишиковуються ланцюжком (за винятком стрептобацил), не кріпляться один до одного (крім диплобацил).

До мікроорганізмів кулястих форм мікробіологи відносять стрептококи, стафілококи, диплококи, гонококи. Це можуть бути пари або довгі ланцюжки з кульок.

Вигнуті бацили - це спірили, спірохети. Вони завжди активні, але не суперечать. Спірили безпечні для людей, для тварин. Відрізнити спірили від спірохет можна, якщо звернути увагу на кількість завитків, вони менш звивисті, мають спеціальні джгутики на кінцівках.

Види хвороботворних бактерій

Наприклад, група мікроорганізмів під назвою коки, а більш детально стрептококи та стафілококи стають причиною справжніх гнійних захворювань (фурункульоз, стрептококова ангіна).

Анаероби чудово живуть і розвиваються без кисню, для деяких типів цих мікроорганізмів кисень взагалі стає смертельною. Аеробні мікроби потребують кисню для повноцінного існування.

Археї-це практично безбарвні одноклітинні організми.

Патогенних бактерій слід остерігатися, адже вони викликають інфекції, грамнегативні мікроорганізми вважаються стійкими до антитіл. Багато інформації є про ґрунтові, гнильні мікроорганізми, які бувають шкідливими, корисними.

Загалом спірили не є небезпекою, але деякі види можуть викликати содоку.

Різновиди корисних бактерій

Про те, що бацили бувають корисні та шкідливі, знають навіть школярі. Деякі назви люди знають на слух (стафілокок, стрептокок, чумна паличка). Це шкідливі істоти, які заважають не лише зовнішньому середовищу, а й людині. Є мікроскопічні бацили, які викликають харчові отруєння.

Обов'язково потрібно знати корисну інформацію про молочнокислі, харчові, пробіотичні мікроорганізми. Наприклад, пробіотики, тобто хороші організми, часто застосовують у медичних цілях. Ви запитаєте: навіщо? Вони не дозволяють шкідливим бактеріям розмножуватися всередині людини, зміцнюють захисні функції кишківника, добре впливають на імунну систему людини.

Біфідобактерії також дуже корисні для кишечника. Молочнокислі вібріони включають близько 25 видів. У людському організмі вони є у величезних кількостях, але не є небезпечними. Навпаки, захищають шлунково-кишковий тракт від гнильних та інших мікробів.

Говорячи про добрих, не можна не згадати і величезний вид стрептоміцетів. Вони відомі тим, хто приймав левоміцетин, еритроміцин та подібні препарати.

Є такі мікроорганізми як азотобактери. Вони багато років живуть у ґрунтах, благотворно впливають на ґрунт, стимулюють зростання рослин, очищають землю від важких металів. Вони незамінні у медицині, сільському господарстві, медицині, харчовій промисловості.

Види мінливості бактерій

За своєю природою мікроби дуже непостійні, вони швидко вмирають, можуть бути спонтанними, індукованими. Ми не вдаватимемося в подробиці про мінливість бактерій, тому що ця інформація більше цікавить, кого цікавить мікробіологія і всі її відгалуження.

Види бактерій для септиків

Жителі приватних будинків розуміють гостру необхідність очищати стічні води, а також вигрібні ями. Сьогодні швидко та якісно очистити стоки можна за допомогою спеціальних бактерій для септиків. Для людини це величезне полегшення, тому що займатися чисткою каналізації - справа не з приємних.

Ми вже прояснили, де застосовується біологічний вид очищення стоків, а тепер поговоримо про саму систему. Бактерії для септиків вирощуються в лабораторіях, вони вбивають неприємний запах стоків, дезінфікують дренажні колодязі, вигрібні ями, зменшують обсяг стічних вод. Є три види бактерій, які використовуються для септиків:

• аеробні;
• анаеробні;
• живі (біоактиватори).

Найчастіше люди використовують комбіновані методи очищення. Строго слідуйте інструкціям на препараті, стежте, щоб рівень води сприяв нормальному виживанню бактерій. Також не забувайте використовувати каналізацію як мінімум раз на два тижні, щоб бактеріям було чим харчуватися, інакше вони помруть. Не забувайте, що хлор із порошків та рідин для чищення, вбиває бактерії.

Найпопулярнішими є бактерії Лікар Робік, Септифос, Вейст Тріт.

Види бактерій у сечі

За ідеєю бактерій в сечі не повинно бути, але після різних дій і ситуацій, крихітні мікроорганізми поселяються, де їм заманеться: у піхву, носі, воді і так далі. Якщо бактерії були виявлені під час аналізів, це означає, що людина страждає на хвороби нирок, сечового міхура або сечоводів. Є кілька шляхів, якими мікроорганізми потрапляють у сечу. Перед лікуванням дуже важливо дослідити і точно визначити тип бактерій та спосіб влучення. Визначити це можна при біологічному посіві сечі, коли бактерії поміщають у сприятливе місце існування. Далі перевіряється реакція бактерій різні антибіотики.

Ми бажаємо залишатися завжди здоровими. Слідкуйте за собою, регулярно мийте руки, бережіть свій організм від шкідливих бактерій!

2603 0

Віром - так називається вірусне та бактеріологічне середовище організму, унікальне для кожної людини.

Потрапляючи в організм, бактерії зазнають у ньому стрімких змін; на основі унікального середовища кожна людина має власну опірність до хвороб та сприйнятливість до ліків.

Люди є не просто сумою клітин, що утворюють тканини та органи. Травний тракт, наприклад, є домівкою для величезних колоній бактерій усіх сортів, а також безлічі вірусів, що полюють на ці бактерії.

Оскільки види бактерій всередині організмів різних людей відрізняються, не схожі і вірусні популяції, склад яких зветься віром (virome).

Відслідковуючи та аналізуючи вірою однієї людини протягом більш ніж двох років, дослідники зі Школи медицини Перельмана при Університеті Пенсільванії на чолі з професором мікробіології Фредеріком Д. Бушманом (Frederic D. Bushman) зробили важливі висновки щодо того, якими шляхами вірусна популяція, та різних людей можуть кардинально відрізнятись. Еволюція та різноманітність віромів може вплинути на сприйнятливість та стійкість до хвороб. Робота була опублікована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Більшість вірому складається з бактеріофагів, вірусів, що вражають не клітини людського організму, а бактерії в ньому. І все ж зміни, які бактеріофаги зазнають бактерій, відбиваються на людях. «Бактеріальні віруси є хижаками, що полюють на бактерії, скорочуючи їх чисельність», говорить Бушман. «Бактеріальні віруси також транспортують гени токсинів, фактори вірулентності, які змінюють фенотип їхнього бактеріального господаря». Таким чином, безневинні, доброякісні бактерії, що живуть усередині організму, можуть бути перетворені вірусами на небезпечну загрозу.

16 разів за 884 дні дослідники збирали зразки випорожнень здорових чоловіків і витягували частинки вірусів за допомогою декількох методів. Потім вони виділяли та аналізували ДНК суміжних послідовностей за допомогою надглибокого секвенування геному.

"Ми зібрали необроблені дані про послідовність для отримання повних і часткових геномів і проаналізували, як вони змінилися за два з лишком роки спостережень". Результатом стала найдовша, найширша картина роботи людського вірому, отримана на даний момент. Медики встановили, що хоча близько 80% відомих вірусних типів переважно залишилися незмінними протягом дослідження, певні види вірусів змінювалися дуже суттєво. «Ми можемо навіть цілком стверджувати, що спостерігали за утворенням нових видів».

Це було особливо помітно за групою Microviridae: це бактеріофаги з кільцевими одноланцюжковими геномами ДНК. Ряд генетичних механізмів спонукали зміни, включаючи заміну базових хімічних речовин; генерують різноманітність ретроелементи, у яких зворотна транскриптаза ферментів спонукає мутації геному; і CRISPRs (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, що означає «короткі паліндромні повтори, що згруповані і регулярно перериваються вставками»), в яких частини послідовності ДНК бактеріофагів включені в якості прокладки в геноми бактерій.

Такий швидкий розвиток вірому був найнесподіванішим відкриттям. Бушман зазначає, що «різні люди мають зовсім різні бактерії у кишечнику, тому вірусні хижаки у них також відрізнялися. Ще однією причиною, чому віроми людей відрізняються, є те, що деякі віруси, потрапляючи всередину людини, дуже швидко змінюються.

Таким чином, деякі вірусні угруповання диверсифікують і стають унікальними в організмі кожної людини».

Так як люди набувають популяції бактерій і супроводжують їх віроми після народження, від продуктів харчування та численних факторів навколишнього середовища, цілком логічно, що мікробне населення, яке проживає в кожному з нас, відрізнятиметься. Але ця робота, кажуть дослідники, показує, що не менш важливим фактором є швидка еволюція вірому в організмі.

Цей факт має велике значення для того, яким чином сприйнятливість та стійкість до хвороб може різнитися у різних людей, як і ефективність ліків для кожної окремо взятої людини.

Костянтин Моканов

Бактерії. Крім них, наше тіло населяють археї – одноклітинні організми, грибки та віруси, які становлять мікрофлору людини. Сукупність мікрофлори людини та мікробних генів називається мікробіомом.

За топографією розрізняють мікробіом шкіри, порожнини рота, дихальних шляхів, урогенітального тракту та кишечника. Найбільше відомо про мікроби кишечника, але значення інших типів від цього не меншає. Наприклад, згідно з дослідженням, штам Staphylococcus epidermidis, який виявили на шкірі людини, захищає від раку шкіри.

Мікробіом кожної людини індивідуальний. Він залежить від набору поживних речовин в організмі, рН, вологості, температури та інших критеріїв. "Якщо розглядати мікробіом двох мешканців одного міста, у них будуть великі відмінності", - каже професор педіатрії, інформатики та техніки Каліфорнійського університету в Сан-Дієго - Роб Найт. Подібні мікробіоми мають члени однієї сім'ї, які проживають разом, свійські тварини та їх господарі.

Старі міфи

На що впливає мікробіом та навіщо його досліджувати?

Кишковий мікробіом впливає на здоров'я людини, у тому числі на апетит, «корисність» їжі та імунну систему. Існує навіть кілька механізмів впливу на настрій, один з яких через блукаючий нерв, який пов'язує мозок та органи.

Від бактерій в кишечнику залежить реакція людини на медичні препарати, хіміотерапію і навіть на сон. А мікробіом вагіни впливає на ефективність вагінальних препаратів проти ВІЛ.

Мікробіом унікальний як відбитки пальців людини, тому останнім часом почали говорити про його застосування у судовій медицині. Завдяки бактеріям можна визначити, чи була людина у певному місці, а також час смерті.

Нові методи лікування

Трансплантація калу вже використовується для лікування клостридіозу. При цій процедурі людині з порушеннями вводиться кал здорового донора, що дозволяє «перезавантажити» і зробити різноманітнішим мікробіом людини. Деякі вчені вважають, що процедура може допомогти при лікуванні та інших хворобах.

Маючи обмежений доступ до трансплантатів калу, люди беруть справу до своїх рук, про це говорять ролики на YouTube. Експерти попереджають, що спроба трансплантації будинку є небезпечною. «Ви наражаєтеся на ризик передачі дійсно серйозних захворювань. Просто тому, що ви можете щось робити вдома, це не означає, що вам слід», — каже Найт.

Деякі дослідники, включаючи Крайана, вважають, що дослідження мікробіоми призведе до розвитку нових ментальних терапій. Крайан вважає, що у майбутньому перевірка мікробіома стане для лікарів звичайною справою, а вивчення бактерій проведе до високоточної медицини.

Як підтримувати мікробіом у хорошому стані?

Важлива різноманітність мікробів в організмі, а для цього потрібно розширювати. Користь принесуть ферментовані харчові продукти: квашена капуста, кефір, чайний гриб, та продукти з високим вмістом харчових волокон: чорнослив, курага, варена сочевиця, квасоля та артишоки.

Значення мають пребіотики та пробіотики. Перші – речовини, які живлять та сприяють зростанню корисних мікробів. Другі — лакто- та біфідобактерії, дріжджі, мікроби, які присутні в кишечнику здорової людини та вважаються корисними для здоров'я.

Бактерії — найдавніша група організмів із нині існуючих Землі. Перші бактерії з'явилися, ймовірно, понад 3,5 млрд років тому і протягом майже мільярда років були єдиними живими істотами на нашій планеті. Оскільки це були перші представники живої природи, їхнє тіло мало примітивну будову.

Згодом їх будова ускладнилася, але й досі бактерії вважаються найпримітивнішими одноклітинними організмами. Цікаво, деякі бактерії й нині ще зберегли примітивні риси своїх древніх предків. Це спостерігається у бактерій, що мешкають у гарячих сірчаних джерелах та безкисневих мулах на дні водойм.

Більшість бактерій безбарвна. Тільки деякі пофарбовані в пурпуровий або зелений колір. Але колонії багатьох бактерій мають яскраве забарвлення, яке обумовлюється виділенням забарвленої речовини у навколишнє середовище або пігментування клітин.

Першовідкривачем світу бактерій був Антоній Левенгук - голландський дослідник природи 17 століття, вперше створив досконалу лупу-мікроскоп, що збільшує предмети в 160-270 разів.

Бактерії відносять до прокаріотів і виділяють до окремого царства — Бактерії.

Форма тіла

Бактерії - численні та різноманітні організми. Вони різняться формою.

Назва бактерії	Форма бактерії	Зображення бактерії
Кокі		Куляста
Бацила		Паличкоподібна
Вібріон		Вигнута у вигляді коми
Спірила		Спіралеподібна
Стрептококи		Ланцюжок з коків
Стафілококи		Грона коків
Диплококи		Дві круглі бактерії, ув'язнені в одній слизовій капсулі

Способи пересування

Серед бактерій є рухомі та нерухомі форми. Рухливі пересуваються рахунок хвилеподібних скорочень чи з допомогою джгутиків (скручені гвинтоподібні нитки), які з особливого білка флагеллина. Джгутиків може бути один чи кілька. Розташовуються вони в одних бактерій на одному кінці клітини, в інших - на двох або по всій поверхні.

Але рух притаманне і багатьом іншим бактеріям, у яких джгутики відсутні. Так, бактерії, покриті зовні слизом, здатні до ковзного руху.

У деяких позбавлених джгутиків водних та ґрунтових бактерій у цитоплазмі є газові вакуолі. У клітині може бути 40-60 вакуолей. Кожна їх заповнена газом (імовірно — азотом). Регулюючи кількість газу у вакуолях, водні бактерії можуть занурюватися в товщу води або підніматися на її поверхню, а ґрунтові бактерії пересуватися в капілярах ґрунту.

Місце проживання

У силу простоти організації та невибагливості бактерії широко поширені у природі. Бактерії виявлені скрізь: у краплі навіть найчистішої джерельної води, у крупинках ґрунту, у повітрі, на скелях, у полярних снігах, пісках пустель, на дні океану, у видобутій із величезної глибини нафти і навіть у воді гарячих джерел із температурою близько 80ºС. Мешкають вони на рослинах, плодах, у різних тварин і в людини в кишечнику, ротовій порожнині, кінцівках, поверхні тіла.

Бактерії — найдрібніші та найчисленніші живі істоти. Завдяки малим розмірам вони легко проникають у будь-які тріщини, щілини, пори. Дуже витривалі та пристосовані до різних умов існування. Переносять висушування, сильні холоди, нагрівання до 90 С, не втрачаючи при цьому життєздатність.

Практично немає місця Землі, де не зустрічалися б бактерії, але у різних кількостях. Умови життя бактерій різноманітні. Одним з них необхідний кисень повітря, інші його не потребують і здатні жити в безкисневому середовищі.

У повітрі бактерії піднімаються у верхні шари атмосфери до 30 км. і більше.

Особливо багато їх у ґрунті. У 1 р. ґрунту можуть утримуватися сотні мільйонів бактерій.

У воді: у поверхневих шарах води відкритих водойм. Корисні водяні бактерії мінералізують органічні залишки.

У живих організмах: хвороботворні бактерії потрапляють у організм із довкілля, але у сприятливих умовах викликаю захворювання. Симбіотичні живуть в органах травлення, допомагаючи розщеплювати та засвоювати їжу, синтезують вітаміни.

Зовнішня будова

Клітина бактерії одягнена особливою щільною оболонкою - клітинною стінкою, яка виконує захисну та опорну функції, а також надає бактерії постійну, характерну для неї форму. Клітинна стінка бактерії нагадує оболонку рослинної клітини. Вона проникна: через неї поживні речовини вільно проходять у клітину, а продукти обміну речовин виходять у довкілля. Часто поверх клітинної стінки у бактерій виробляється додатковий захисний шар слизу – капсула. Товщина капсули може багато разів перевищувати діаметр самої клітини, але може бути і дуже невеликий. Капсула - не обов'язкова частина клітини, вона утворюється залежно від умов, у які потрапляють бактерії. Вона оберігає бактерію від висихання.

На поверхні деяких бактерій є довгі джгутики (один, два або багато) або короткі тонкі ворсинки. Довжина джгутиків може значно перевищувати розмітки тіла бактерії. За допомогою джгутиків та ворсинок бактерії пересуваються.

Внутрішня будова

Усередині клітини бактерії знаходиться густа нерухома цитоплазма. Вона має шарувату будову, вакуолей немає, тому різні білки (ферменти) та запасні поживні речовини розміщуються у самій речовині цитоплазми. Клітини бактерій немає ядра. У центральній частині їх клітини сконцентровано речовину, яка несе спадкову інформацію. Бактерії - нуклеїнова кислота - ДНК. Але ця речовина не оформлена у ядро.

Внутрішня організація бактеріальної клітини складна та має свої специфічні особливості. Цитоплазма відокремлюється від клітинної стінки цитоплазматичної мембраною. У цитоплазмі розрізняють основну речовину, або матрикс, рибосоми і невелику кількість мембранних структур, що виконують різні функції (аналоги мітохондрій, ендоплазматичної мережі, апарату Гольджі). У цитоплазмі клітин бактерій часто містяться гранули різної форми та розмірів. Гранули можуть складатися з сполук, які є джерелом енергії та вуглецю. У бактеріальній клітині трапляються і крапельки жиру.

У центральній частині клітини локалізована ядерна речовина - ДНК, не відмежована від цитоплазми мембраною. Це аналог ядра – нуклеоїд. Нуклеоїд не має мембрани, ядерця і набору хромосом.

Способи харчування

У бактерій спостерігаються різні способи харчування. Серед них є автотрофи та гетеротрофи. Автотрофи – організми, здатні самостійно утворювати органічні речовини для свого харчування.

Рослини потребують азоту, але самі засвоюють азот повітря не можуть. Деякі бактерії з'єднують молекули азоту, що містяться в повітрі, з іншими молекулами, в результаті чого виходять речовини, доступні для рослин.

Ці бактерії поселяються в клітинах молодого коріння, що призводить до утворення на коренях потовщень, званих бульбочками. Такі бульби утворюються на коренях рослин сімейства бобових та деяких інших рослин.

Коріння дає бактеріям вуглеводи, а бактерії корінням - такі речовини, що містять азот, які можуть бути засвоєні рослиною. Їхнє співжиття взаємовигідне.

Коріння рослин виділяють багато органічних речовин (цукри, амінокислоти та інші), якими харчуються бактерії. Тому в шарі ґрунту, що оточує коріння, поселяється особливо багато бактерій. Ці бактерії перетворюють відмерлі залишки рослин на доступні для рослини речовини. Цей шар ґрунту називають ризосферою.

Існує кілька гіпотез про проникнення бульбочкових бактерій у тканини кореня:

• через пошкодження епідермальної та корової тканини;
• через кореневі волоски;
• лише через молоду клітинну оболонку;
• завдяки бактеріям-супутникам, які продукують пектинолітичні ферменти;
• завдяки стимуляції синтезу В-індолілоцтової кислоти з триптофану, що завжди є в кореневих виділеннях рослин.

Процес впровадження бульбочкових бактерій у тканину кореня і двох фаз:

• інфікування кореневих волосків;
• процес утворення бульбочок.

У більшості випадків клітина, що впровадилася, активно розмножується, утворює так звані інфекційні нитки і вже у вигляді таких ниток переміщається в тканини рослини. Бульбякові бактерії, що вийшли з інфекційної нитки, продовжують розмножуватися в тканині господаря.

Рослинні клітини, що наповнюються швидко розмножуються клітинами бульбочкових бактерій, починають посилено ділитися. Зв'язок молодої бульбочки з коренем бобової рослини здійснюється завдяки судинно-волокнистим пучкам. У період функціонування бульбочки зазвичай щільні. До моменту прояву оптимальної активності бульби набувають рожевого забарвлення (завдяки пігменту легоглобіну). Фіксувати азот здатні лише ті бактерії, які містять легоголобін.

Бактерії бульбочок створюють десятки та сотні кілограмів азотних добрив на гектарі ґрунту.

Обмін речовин

Бактерії відрізняються одна від одної обміном речовин. В одних він йде за участю кисню, в інших без його участі.

Більшість бактерій харчуються готовими органічними речовинами. Лише деякі з них (синьо-зелені, або ціанобактерії) здатні створювати органічні речовини з неорганічних. Вони відіграли важливу роль у накопиченні кисню в атмосфері Землі.

Бактерії вбирають речовини ззовні, розривають їх молекули на частини, із цих частин збирають свою оболонку і поповнюють свій вміст (так вони ростуть), а непотрібні молекули викидають назовні. Оболонка та мембрана бактерії дозволяє їй вбирати тільки потрібні речовини.

Якби оболонка та мембрана бактерії були повністю непроникними, у клітину не потрапили б жодні речовини. Якби вони були проникними всім речовин, вміст клітини перемішалося б із середовищем — розчином, у якій живе бактерія. Для виживання бактерії необхідна оболонка, яка потрібні речовини пропускає, а непотрібні – ні.

Бактерія поглинає живильні речовини, що знаходяться поблизу неї. Що відбувається згодом? Якщо вона може самостійно пересуватися (рухаючи джгутик або виштовхуючи слиз назад), то вона переміщається, поки не знайде необхідні речовини.

Якщо вона рухатися не може, то чекає, поки дифузія (здатність молекул однієї речовини проникати в гущавину молекул іншої речовини) не принесе до неї необхідні молекули.

Бактерії разом із іншими групами мікроорганізмів виконують величезну хімічну роботу. Перетворюючи різні сполуки, вони одержують необхідну для їхньої життєдіяльності енергію та поживні речовини. Процеси обміну речовин, способи добування енергії та потреби у матеріалах для побудови речовин свого тіла у бактерій різноманітні.

Інші бактерії всі потреби у вуглеці, необхідному для синтезу органічних речовин тіла, задовольняють рахунок неорганічних сполук. Вони називаються автотроф. Автотрофні бактерії здатні синтезувати органічні речовини із неорганічних. Серед них розрізняють:

Хемосинтез

Використання променистої енергії – найважливіший, але не єдиний шлях створення органічної речовини з вуглекислого газу та води. Відомі бактерії, які як джерело енергії для такого синтезу використовують не сонячне світло, а енергію хімічних зв'язків, що відбуваються в клітинах організмів при окисленні деяких неорганічних сполук - сірководню, сірки, аміаку, водню, азотної кислоти, закисних сполук заліза та марганцю. Утворену з використанням цієї хімічної енергії органічну речовину використовують для побудови клітин свого тіла. Тому такий процес називають хемосинтезом.

Найважливішу групу хемосинтезуючих мікроорганізмів становлять бактерії, що нітрифікують. Ці бактерії живуть у ґрунті та здійснюють окислення аміаку, що утворився при гнитті органічних залишків, до азотної кислоти. Остання, що реагує з мінеральними сполуками ґрунту, перетворюються на солі азотної кислоти. Цей процес відбувається у дві фази.

Залізобактерії перетворюють закисне залізо на окисне. Утворений гідроокис заліза осідає і утворює так звану болотяну залізну руду.

Деякі мікроорганізми існують рахунок окислення молекулярного водню, забезпечуючи цим автотрофний спосіб харчування.

Характерною особливістю водневих бактерій є здатність перемикатися на гетеротрофний спосіб життя при забезпеченні їх органічними сполуками та відсутності водню.

Таким чином, хемоавтотрофи є типовими автотрофами, оскільки самостійно синтезують із неорганічних речовин необхідні органічні сполуки, а не беруть їх у готовому вигляді від інших організмів, як гетеротрофи. Від фототрофних рослин хемоавтотрофні бактерії відрізняються повною незалежністю від світла як джерела енергії.

Бактеріальний фотосинтез

Деякі пігментовмісні серобактерії (пурпурні, зелені), що містять специфічні пігменти - бактеріохлорофіл, здатні поглинати сонячну енергію, за допомогою якої сірководень в їх організмах розщеплюється і віддає атоми водню для відновлення відповідних сполук. Цей процес має багато спільного з фотосинтезом і відрізняється лише тим, що у пурпурових та зелених бактерій донором водню є сірководень (зрідка – карбонові кислоти), а у зелених рослин – вода. У тих та інших відщеплення та перенесення водню здійснюється завдяки енергії поглинених сонячних променів.

Такий бактеріальний фотосинтез, який відбувається без виділення кисню, називається фоторедукцією. Фоторедукція вуглекислого газу пов'язана з перенесенням водню не від води, а від сірководню:

6СО 2 +12Н 2 S + hv → С6Н 12 О 6 +12S = 6Н 2 О

Біологічне значення хемосинтезу та бактеріального фотосинтезу в масштабах планети відносно невелике. Тільки хемосинтезуючі бактерії відіграють істотну роль у процесі кругообігу сірки в природі. Поглинаючись зеленими рослинами у формі солей сірчаної кислоти, сірка відновлюється та входить до складу білкових молекул. Далі при руйнуванні відмерлих рослинних і тваринних залишків гнильними бактеріями сірка виділяється у вигляді сірководню, який окислюється серобактеріями до вільної сірки (або сірчаної кислоти), що утворює в ґрунті доступні для рослини сульфіти. Хемо- та фотоавтотрофні бактерії мають істотне значення у кругообігу азоту та сірки.

Спороутворення

Усередині бактеріальної клітини утворюються суперечки. У процесі спороутворення бактеріальна клітина зазнає ряду біохімічних процесів. У ній зменшується кількість вільної води, знижується ферментативна активність. Це забезпечує стійкість суперечок до несприятливих умов довкілля (високої температури, високої концентрації солей, висушування та інших.). Спороутворення властиве лише невеликій групі бактерій.

Суперечки — це не обов'язкова стадія життєвого циклу бактерій. Спороутворення починається лише за браку поживних речовин чи накопиченні продуктів обміну. Бактерії у вигляді суперечок можуть тривалий час перебувати у стані спокою. Спори бактерій витримують тривале кип'ятіння та дуже тривале проморожування. При настанні сприятливих умов суперечки проростає і стає життєздатною. Спору бактерій - це пристосування до виживання у несприятливих умовах.

Розмноження

Розмножуються бактерії розподілом однієї клітини на дві. Досягши певного розміру, бактерія поділяється на дві однакові бактерії. Потім кожна з них починає харчуватися, росте, ділиться тощо.

Після подовження клітини поступово утворюється поперечна перегородка, та був дочірні клітини розходяться; у багатьох бактерій у певних умовах клітини після поділу залишаються пов'язаними до характерних груп. При цьому залежно від напрямку площини поділу та числа поділів з'являються різні форми. Розмноження брунькуванням зустрічається у бактерій як виняток.

За сприятливих умов розподіл клітин у багатьох бактерій відбувається через кожні 20-30 хвилин. При такому швидкому розмноженні потомство однієї бактерії за 5 діб здатне утворити масу, якою можна заповнити всі моря та океани. Простий підрахунок показує, що за добу може утворитися 72 покоління (720 000 000 000 000 000 000 клітин). Якщо перевести у вагу – 4720 тонн. Однак у природі цього немає, оскільки більшість бактерій швидко гинуть під впливом сонячного світла, при висушуванні, нестачі їжі, нагріванні до 65-100ºС, внаслідок боротьби між видами тощо.

Бактерія (1), що поглинула достатньо їжі, збільшується в розмірах (2) і починає готуватися до розмноження (розподілу клітини). Її ДНК (у бактерії молекула ДНК замкнута в кільце) подвоюється (бактерія виготовляє копію цієї молекули). Обидві молекули ДНК (3,4) виявляються прикріплені до стінки бактерії і при подовженні бактерії розходяться в сторони (5,6). Спочатку ділиться нуклеотид, потім цитоплазма.

Після розходження двох молекул ДНК на бактерії з'являється перетяжка, яка поступово поділяє тіло бактерії на дві частини, у кожній з яких є молекула ДНК (7).

Буває (у сінної палички), дві бактерії злипаються, і між ними утворюється перемичка (1,2).

По перемичці ДНК із однієї бактерії переправляється до іншої (3). Опинившись в одній бактерії, молекули ДНК сплітаються, злипаються у деяких місцях (4), після чого обмінюються ділянками (5).

Роль бактерій у природі

Колообіг

Бактерії - найважливіша ланка загального круговороту речовин у природі. Рослини створюють складні органічні речовини з вуглекислого газу, води та мінеральних солей ґрунту. Ці речовини повертаються у ґрунт із відмерлими грибами, рослинами та трупами тварин. Бактерії розкладають складні речовини на прості, які використовують рослини.

Бактерії руйнують складні органічні речовини відмерлих рослин та трупів тварин, виділення живих організмів та різні покидьки. Живлячись цими органічними речовинами, сапрофітні бактерії гниття перетворюють їх на перегній. Це своєрідні санітари нашої планети. Таким чином, бактерії беруть активну участь у кругообігу речовин у природі.

Ґрунтоутворення

Оскільки бактерії поширені практично повсюдно і зустрічаються у величезній кількості, вони багато в чому визначають різні процеси, що відбуваються в природі. Восени опадає листя дерев і чагарників, відмирають надземні пагони трав, опадають старі гілки, іноді падають стовбури старих дерев. Все це поступово перетворюється на перегній. 1 см 3 . поверхневого шару лісового ґрунту містяться сотні мільйонів сапрофітних ґрунтових бактерій кількох видів. Ці бактерії перетворюють перегній на різні мінеральні речовини, які можуть бути поглинені з ґрунту корінням рослин.

Деякі грунтові бактерії здатні поглинати азот із повітря, використовуючи його у процесах життєдіяльності. Ці азотофіксуючі бактерії живуть самостійно або поселяються в корінні бобових рослин. Проникнувши в коріння бобових, ці бактерії викликають розростання клітин коренів та утворення на них бульбочок.

Ці бактерії виділяють азотні сполуки, які використовують рослини. Від рослин бактерії одержують вуглеводи та мінеральні солі. Таким чином, між бобовою рослиною та бульбочковими бактеріями існує тісний зв'язок, корисний як одному, так і іншому організму. Це носить назву симбіозу.

Завдяки симбіозу з бульбочковими бактеріями бобові рослини збагачують ґрунт азотом, сприяючи підвищенню врожаю.

Поширення у природі

Мікроорганізми поширені повсюдно. Виняток становлять лише кратери вулканів, що діють, і невеликі майданчики в епіцентрах підірваних атомних бомб. Ні низькі температури Антарктики, ні киплячі струмені гейзерів, ні насичені розчини солей у соляних басейнах, ні сильна інсоляція гірських вершин, ні жорстке опромінення атомних реакторів не заважають існуванню та розвитку мікрофлори. Всі живі істоти постійно взаємодіють із мікроорганізмами, будучи часто не лише їхніми сховищами, а й розповсюджувачами. Мікроорганізми - аборигени нашої планети, які активно освоюють найнеймовірніші природні субстрати.

Мікрофлора ґрунту

Кількість бактерій у ґрунті надзвичайно велика — сотні мільйонів та мільярдів особин в 1 грамі. У ґрунті їх значно більше, ніж у воді та повітрі. Загальна кількість бактерій у ґрунтах змінюється. Кількість бактерій залежить від типу ґрунтів, їх стану, глибини розташування шарів.

На поверхні ґрунтових частинок мікроорганізми розташовуються невеликими мікроколоніями (по 20-100 клітин у кожній). Часто вони розвиваються в товщах згустків органічної речовини, на живих та відмираючих коренях рослин, у тонких капілярах і всередині грудочок.

Мікрофлора ґрунту дуже різноманітна. Тут зустрічаються різні фізіологічні групи бактерій: бактерії гниття, нітрифікуючі, азотфіксуючі, серобактерії та ін. Серед них є аероби та анаероби, спорові та не спорові форми. Мікрофлора - один із факторів утворення ґрунтів.

Сферою розвитку мікроорганізмів у грунті є зона, що примикає до коріння живих рослин. Її називають ризосферою, а сукупність мікроорганізмів, які у ній, — ризосферной мікрофлорою.

Мікрофлора водойм

Вода - природне середовище, де у великій кількості розвиваються мікроорганізми. Основна маса їх потрапляє у воду із ґрунту. Чинник, що визначає кількість бактерій у воді, наявність у ній поживних речовин. Найбільш чистими є води артезіанських свердловин та джерельні. Дуже багаті на бактерії відкриті водоймища, річки. Найбільша кількість бактерій знаходиться у поверхневих шарах води, ближче до берега. При віддаленні від берега та збільшенні глибини кількість бактерій зменшується.

Чиста вода містить 100-200 бактерій на 1 мл., а забруднена - 100-300 тис. і більше. Багато бактерій у донному мулі, особливо у поверхневому шарі, де бактерії утворюють плівку. У цій плівці багато сіро- та залізобактерій, які окислюють сірководень до сірчаної кислоти і тим самим запобігають замору риби. У мулі більше спороносних форм, тоді як у воді переважають неспороносні.

За видовим складом мікрофлора води подібна до мікрофлори грунту, але зустрічаються і специфічні форми. Руйнуючи різні покидьки, що у воду, мікроорганізми поступово здійснюють так зване біологічне очищення води.

Мікрофлора повітря

Мікрофлора повітря менш численна, ніж мікрофлора грунту та води. Бактерії піднімаються в повітря з пилом, деякий час можуть бути там, а потім осідають на поверхню землі і гинуть від нестачі живлення або під дією ультрафіолетових променів. Кількість мікроорганізмів у повітрі залежить від географічної зони, місцевості, пори року, забрудненістю пилом та ін. Кожна порошинка є носієм мікроорганізмів. Найбільше бактерій у повітрі над промисловими підприємствами. Повітря сільської місцевості чистіше. Найбільш чисте повітря над лісами, горами, сніговими просторами. Верхні шари повітря містять менше бактерій. У мікрофлорі повітря багато пігментованих та спороносних бактерій, які більш стійкі, ніж інші, до ультрафіолетових променів.

Мікрофлора організму людини

Тіло людини, навіть цілком здорової, завжди є носієм мікрофлори. При зіткненні тіла людини з повітрям та ґрунтом на одязі та шкірі осідають різноманітні мікроорганізми, у тому числі й патогенні (палички правця, газової гангрени та ін.). Найчастіше забруднюються відкриті частини людського тіла. На руках виявляють кишкові палички, стафілококи. У ротовій порожнині налічують понад 100 видів бактерій. Рот з його температурою, вологістю, живильними залишками - прекрасне середовище для розвитку мікроорганізмів.

Шлунок має кислу реакцію, тому переважна більшість мікроорганізмів у ньому гине. Починаючи з тонкого кишківника реакція стає лужною, тобто. сприятливою для бактерій. У товстих кишках мікрофлора дуже різноманітна. Кожна доросла людина виділяє щодня із екскрементами близько 18 млрд. бактерій, тобто. більше особин, ніж людей на земній кулі.

Внутрішні органи, що не з'єднуються із зовнішнім середовищем (мозок, серце, печінка, сечовий міхур та ін), зазвичай вільні від мікробів. У ці органи мікроби потрапляють лише під час хвороби.

Бактерії у кругообігу речовин

Мікроорганізми взагалі і бактерії зокрема грають велику роль у біологічно важливих кругообігах речовин на Землі, здійснюючи хімічні перетворення, абсолютно недоступні ні рослинам, ні тваринам. Різні етапи кругообігу елементів здійснюються організмами різного типу. Існування кожної окремої групи організмів залежить від хімічного перетворення елементів, яке здійснюється іншими групами.

Кругообіг азоту

Циклічне перетворення азотистих сполук грає першорядну роль постачанні необхідними формами азоту різних за харчовими потребами організмів біосфери. Понад 90% загальної фіксації азоту зумовлено метаболічною активністю певних бактерій.

Кругообіг вуглецю

Біологічне перетворення органічного вуглецю на вуглекислий газ, що супроводжується відновленням молекулярного кисню, потребує спільної метаболічної активності різноманітних мікроорганізмів. Багато аеробних бактерій здійснюють повне окислення органічних речовин. В аеробних умовах органічні сполуки спочатку розщеплюються шляхом зброджування, а кінцеві органічні продукти бродіння окислюються далі в результаті анаеробного дихання, якщо є неорганічні акцептори водню (нітрат, сульфат або СО 2).

Кругообіг сірки

Для живих організмів сірка доступна в основному у формі сульфатів розчинних або відновлених органічних сполук сірки.

Кругообіг заліза

У деяких водоймах із прісною водою містяться у високих концентраціях відновлені солі заліза. У таких місцях розвивається специфічна бактеріальна мікрофлора - залізобактерії, що окислюють відновлене залізо. Вони беруть участь у освіті болотних залізняку і водних джерел, багатих солями заліза.

Бактерії є найдавнішими організмами, що з'явилися близько 3,5 млрд років тому в археї. Близько 2,5 млрд. років вони домінували Землі, формуючи біосферу, брали участь у освіті кисневої атмосфери.

Бактерії є одними з найпростіше влаштованих живих організмів (крім вірусів). Вважають, що вони перші організми, що з'явилися на Землі.