Unde și pentru ce sunt folosite microorganismele? Cum să împiedici moartea bacteriilor benefice

Lumea din jurul nostru lovește cu o varietate de specii ale locuitorilor săi. Potrivit ultimului recensământ al acestei „populații” Pământului, 6,6 milioane de specii trăiesc pe uscat și alte 2,2 milioane navighează în adâncurile oceanului. Fiecare dintre specii este o verigă într-un singur lanț al biosistemului planetei noastre. Dintre acestea, cele mai mici organisme vii sunt bacteriile. Ce a reușit omenirea să învețe despre aceste creaturi minuscule?

Ce sunt bacteriile și unde trăiesc

Bacterii - sunt organisme unicelulare de dimensiuni microscopice, una dintre soiurile de microbi.

Prevalența lor pe Pământ este cu adevărat uimitoare. Ei trăiesc în gheața Arcticii și pe fundul oceanului, în spațiu deschis, în izvoare termale - gheizere și în cele mai sărate rezervoare.

Greutatea totală a acestor „fărâmituri fermecătoare” care au ocupat corpul uman ajunge la 2 kg! Acest lucru se întâmplă în ciuda faptului că dimensiunile lor depășesc rar 0,5 microni. Un număr mare de bacterii populează corpul animalelor, îndeplinind acolo diverse funcții.

O ființă vie și bacteriile din corpul său afectează reciproc sănătatea și bunăstarea. Odată cu dispariția unei specii de animale, bacteriile inerente doar acestora mor.

Privind la aspectul lor, cineva poate fi surprins doar de ingeniozitatea naturii. Aceste „farme” pot fi în formă de tijă, sferică, spirală și alte forme. în care majoritatea sunt incolore, numai speciile rare sunt colorate în verde și violet. Mai mult, de-a lungul a miliarde de ani, ele se schimbă doar intern, în timp ce aspectul lor rămâne neschimbat.

Descoperitorul bacteriilor

Primul explorator al microcosmosului a fost naturalistul olandez Anthony Van Leeuwenhoek. Numele său a devenit celebru datorită ocupației căreia și-a dedicat tot timpul liber. Îi plăcea să producă și a obținut un succes uimitor în această chestiune. Lui îi aparține onoarea de a inventa primul microscop. De fapt, era o lentilă minusculă cu diametrul unui bob de mazăre, care dădea o mărire de 200-300 de ori. A fost posibil să-l folosească doar apăsând-o la ochi.

În 1683, el a descoperit și mai târziu a descris „animalele vii” văzute printr-o lentilă într-o picătură de apă de ploaie. În următorii 50 de ani, el a fost implicat în studiul diferitelor microorganisme, descriind peste 200 de specii ale acestora. El și-a trimis observațiile în Anglia, unde bărbații științifici cu părul cărunt, cu peruci pudrate, nu au făcut decât să clătinau din cap uimiți de descoperirile acestui autodidact necunoscut. Datorită talentului și perseverenței lui Leeuwenhoek s-a născut o nouă știință - microbiologie.

Informații generale despre bacterii

În ultimele secole, microbiologii au învățat multe despre lumea acestor creaturi minuscule. S-a dovedit că bacteriilor, planeta noastră datorează nașterea formelor de viață multicelulare. Ele joacă un rol major în menținerea circulației substanțelor pe Pământ. Generații de oameni se înlocuiesc între ei, plantele mor, deșeurile menajere și cochiliile învechite ale diferitelor creaturi se acumulează - toate acestea sunt eliminate și descompuse cu ajutorul bacteriilor în procesul de degradare. Iar compușii chimici rezultați sunt returnați mediului.

Și cum coexistă umanitatea și lumea bacteriilor? Să facem o rezervare că există bacterii „rele și bune”. Bacteriile „rele” sunt responsabile pentru răspândirea unui număr imens de boli, de la ciuma și holera la tuse convulsivă obișnuită și dizenterie. Ele intră în corpul nostru prin picături din aer, împreună cu alimente, apă și prin piele. Acești colegi de călători insidioși pot trăi în diferite organe și, în timp ce imunitatea noastră le face față, ei nu se manifestă în niciun fel. Viteza de reproducere a acestora este uimitoare. La fiecare 20 de minute numărul lor se dublează. Înseamnă că un singur microb patogen, în 12 ore generează o armată de milioane de oameni aceleași bacterii care atacă organismul.

Există un alt pericol reprezentat de bacterii. Sunt provoca otrăvire persoane care consumă alimente stricate - conserve, cârnați etc.

Înfrângere într-un război victorios

Marele progres în lupta împotriva bacteriilor patogene a fost descoperirea penicilinei în 1928- primul antibiotic din lume. Această clasă de substanțe este capabilă să inhibe creșterea și reproducerea bacteriilor. Succesele timpurii în utilizarea antibioticelor au fost enorme. Era posibil să se vindece boli care se terminau anterior cu moartea. Cu toate acestea, bacteriile au demonstrat o adaptabilitate incredibilă și o capacitate de mutare în așa fel încât antibioticele disponibile au fost neajutorate în lupta chiar și împotriva celor mai simple infecții. Acest capacitatea bacteriilor de a muta a devenit o amenințare reală pentru sănătatea umanăși a dus la infecții incurabile (cauzate de superbacterii).

Bacteriile ca aliate și prieteni ai omenirii

Acum să vorbim despre bacteriile „bune”. Evoluția animalelor și a bacteriilor s-a produs în paralel. Structura și funcțiile organismelor vii au devenit treptat mai complexe. „Nu am ațipit” și bacterii. Animalele, inclusiv oamenii, devin casa lor. Se instalează în gură, pe piele, în stomac și în alte organe.

Cele mai multe dintre ele sunt extrem de utile deoarece ajută la digestia alimentelor, participă la sinteza anumitor vitamineși chiar ne protejează de omologii lor care cauzează boli. Alimentația necorespunzătoare, stresul și utilizarea fără discernământ a antibioticelor pot provoca tulburări ale microflorei, care afectează în mod necesar bunăstarea unei persoane.

Interesant, bacterii sensibil la preferințele gustative ale oamenilor.

La americanii care consumă în mod tradițional alimente bogate în calorii (mâncăruri fast-food, hamburgeri), bacteriile sunt capabile să digere alimente bogate în grăsimi. Și în unele japoneze, bacteriile intestinale sunt adaptate pentru a digera algele.

Rolul bacteriilor în activitatea economică umană

Utilizarea bacteriilor a început chiar înainte ca omenirea să știe despre existența lor. Din cele mai vechi timpuri, oamenii au făcut vin, au fermentat legume, au cunoscut rețetele de preparare a chefirului, a laptelui coagulat și a koumisului, au produs brânză de vaci și brânzeturi.

Mult mai târziu, s-a constatat că în toate aceste procese sunt implicați mici ajutoare ai naturii, bacteriile.

Pe măsură ce cunoștințele despre ele s-au aprofundat, aplicarea lor s-a extins. Au fost „antrenați” să lupte cu dăunătorii plantelor și să îmbogățească solul cu azot, să însilozeze furajele verzi și să purifice apele uzate, în care devorează literalmente diverse reziduuri organice.

În loc de epilog

Deci, omul și microorganismele sunt părți interconectate ale unui singur ecosistem natural. Între ei, alături de competiția în lupta pentru spațiul de locuit, există cooperare reciproc avantajoasă (simbioză).

Pentru a ne apăra ca specie, trebuie să ne protejăm organismul de invazia bacteriilor patogene și, de asemenea, să fim extrem de atenți la utilizarea antibioticelor.

În același timp, microbiologii lucrează pentru a extinde domeniul de aplicare a bacteriilor. Un exemplu este proiectul de creare a bacteriilor fotosensibile și aplicarea acestora la producerea de celuloză biologică. Sub influența luminii, începe producția, iar când este oprită, producția se oprește.

Organizatorii proiectului sunt încrezători că organele create din acest material biologic natural nu vor fi respinse în organism. Tehnica propusă deschide oportunități uimitoare pentru lume în crearea de implanturi medicale.

Dacă acest mesaj ți-a fost de folos, m-aș bucura să te văd

Articol pentru concurs "bio/mol/text": Există medicamente care nu provoacă efecte secundare și complicații, sunt extrem de eficiente și sigure? Cel mai apropiat de aceste caracteristici ideale sa strecurat preparate probiotice(din microorganisme vii – simbionti umani) si bacteriofagi(virusuri ale bacteriilor). Când sunt introduși în corpul uman, ei intră într-o luptă pentru existență cu agenții patogeni ai bolilor infecțioase sau, în cazul bacteriofagelor, îi descompun din interior într-o manieră de gherilă. Probioticele și fagii cu specificitate diferită afectează bacteriile patogene, toate procesele se dezvoltă în microbiocenoza unei anumite zone a corpului uman și au ca scop conservarea habitatului, cu alte cuvinte, menținerea homeostaziei. Probioticele și fagii sunt de obicei utilizate separat, dar utilizarea lor combinată poate fi promițătoare.

Notă!

Sponsorul nominalizării „Cel mai bun articol despre mecanismele îmbătrânirii și longevității” este Fundația Science for Life Extension. Premiul pentru alegerea publicului a fost sponsorizat de Helicon.

Sponsorii concursului: Laboratorul de soluții de imprimare 3D pentru cercetare în biotehnologie și Studioul de știință vizuală pentru grafică științifică, animație și modelare.

Pena este eliminată cu o pană.

înțelepciunea populară

Biotehnologie – medicină

În practica medicală modernă, se utilizează un număr mare de fonduri obținute prin activitatea vitală a microorganismelor. Acestea includ vitamine, enzime, hormoni modificați genetic și interferoni, înlocuitori de sânge și, desigur, antibiotice. De fapt, chiar și alcoolul medical - acest antiseptic universal, analgezic popular și antidepresiv - este un produs al metabolismului fermentativ al ciupercilor de drojdie. Tradiționale și noi, foarte eficiente, diferite ca structură și mecanism de acțiune, medicamentele naturale și modificate chimic, la crearea cărora au participat microorganisme, sunt folosite pentru a trata diferite boli.

Când leacul este mai rău decât boala

În practica consumului de droguri, medicul trebuie să se ocupe de așa-numitele efecte secundare care se pot dezvolta împreună cu efectul principal al medicamentului și să limiteze posibilitățile de utilizare a acestuia. Reacțiile adverse apar mai ales în cazurile de utilizare a medicamentelor care au un efect farmacologic multilateral (amintim același alcool etilic), în timp ce scopul tratamentului este atins prin utilizarea doar a unor aspecte ale farmacodinamicii acestui medicament.

În acest sens, antibioticele merită o atenție deosebită, deoarece sunt medicamentele de elecție în tratamentul majorității bolilor infecțioase, iar prescrierea antibioticelor nu este întotdeauna precedată de studiile microbiologice necesare. Există cazuri frecvente de utilizare irațională a antibioticelor cu spectru larg, încălcări ale regimurilor de medicamente de către pacienți și chiar automedicație necontrolată. Și chiar și cu o utilizare adecvată, efectul antibacterian al antibioticelor se extinde nu numai la flora patogenă, ci și la flora microbiană normală a organismului. Sub acțiunea antibioticelor mor bifidobacterii, lactobacili, tulpini simbiotice de Escherichia coli și alți microbi benefici. Nișele ecologice eliberate sunt imediat populate de bacterii și ciuperci oportuniste (de obicei rezistente la antibiotice), care anterior erau prezente pe piele și în cavitățile corpului nesterile în cantități mici - reproducerea lor a fost înfrânată de microflora normală. Terapia cu antibiotice, de exemplu, poate promova transformarea ciupercilor pașnice asemănătoare drojdiei saprofite candida albicans(Fig. 1), care trăiesc pe membranele mucoase ale cavității bucale, trahee și intestine, în microorganisme care se înmulțesc rapid, care provoacă o serie de leziuni locale și generale.

Figura 1. Ciuperci asemănătoare drojdiei candida albicansşi consecinţele reproducerii lor active. A - Celulele candida albicans sub microscop electronic. b - Manifestări de candidoză. Imagini de pe velvet.by și www.medical-enc.ru.

Alte reacții adverse se pot baza pe caracteristicile individuale ale interacțiunii organismului cu antibioticul: intoleranța la medicamente poate fi de natură alergică sau pseudo-alergică, poate fi rezultatul fermentopatiei sau se încadrează în categoria misterioasă a idiosincraziilor (până la mecanismul de intoleranța este clarificată).

Probiotice în loc de antibiotice?

În prezent, știința medicală și autoritățile din domeniul sănătății din întreaga lume se confruntă cu o sarcină responsabilă - crearea de medicamente antibacteriene eficiente care provoacă cele mai puțin pronunțate reacții secundare.

Una dintre posibilele soluții la problemă este dezvoltarea și utilizarea pe scară largă farmacoterapeutică a medicamentelor bazate pe culturi vii ale reprezentanților microflorei normale ( probiotice) pentru corectarea microbiocenozelor umane și pentru tratamentul stărilor patologice. Utilizarea preparatelor bacteriene se bazează pe înțelegerea rolului microflorei normale a organismului în procesele care asigură rezistență nespecifică la infecții, în formarea răspunsului imun, precum și pe stabilirea rolului antagonist al normoflorei și participarea sa la reglarea proceselor metabolice.

Fondatorul teoriei probioticelor este I.I. Mechnikov. El credea că păstrarea sănătății umane și prelungirea tinereții depind în mare măsură de bacteriile lactice care trăiesc în intestine, capabile să suprime procesele de putrefacție și formarea de produse toxice. În 1903, Mechnikov a propus utilizarea practică a culturilor microbiene antagoniste pentru a combate bacteriile patogene.

Potrivit unor rapoarte, termenul „probiotice” a fost introdus de Werner Kollat ​​​​în 1953, apoi a fost interpretat în mod repetat și diferit atât de oamenii de știință, cât și de organizațiile de reglementare. Kollat ​​​​a numit substanțe probiotice necesare pentru dezvoltarea unui organism sănătos, un fel de „promotori de viață” - spre deosebire de antibiotice. Lilly și Stilwell, cărora li se atribuie adesea inventarea termenului, au fost și ei de acord cu finalul acestei afirmații, dar au precizat că probioticele sunt substanțe produse de unele microorganisme care stimulează creșterea altora. Marea majoritate a definițiilor se învârte în jurul adoptării microbilor viabili pentru a modula microflora intestinală. Conform interpretării consensuale a consiliului de experți OMS și FAO, Probioticele sunt microorganisme vii care, atunci când sunt luate în cantități adecvate, conferă beneficii pentru sănătate. O contribuție semnificativă la dezvoltarea conceptului modern de probiotice a avut-o celebrul biochimist, nutriționistul animal Marcel Vanbelle. T.P. Lyons și R.J. Fallon în 1992 a numit timpul nostru „era viitoare a probioticelor” (și nu s-au înșelat, judecând după creșterea incredibilă a vânzărilor lor - Ed.) .

În comparație cu medicamentele antibacteriene tradiționale, probioticele au o serie de avantaje: inofensivă (cu toate acestea, nu pentru toate diagnosticele și nu pentru toți pacienții - Ed.), absența reacțiilor adverse, alergizării și efectelor negative asupra microflorei normale. În același timp, autorii unui număr de studii leagă utilizarea acestor preparate biologice cu un efect clinic pronunțat în tratamentul (tratamentul) infecțiilor intestinale acute. O caracteristică importantă a probioticelor, conform unor rapoarte, este capacitatea lor de a modula răspunsurile imune, în unele cazuri au un efect antialergic și de a regla digestia.

În prezent, o serie de astfel de preparate bacteriene sunt utilizate pe scară largă în medicină. Unele dintre ele conțin bacterii care trăiesc constant în corpul uman ("Lactobacterin", "Bifidumbacterin", "Colibacterin", "Bifikol"), altele constau din microorganisme care nu sunt "rezidente" în corpul uman, dar sunt capabile să colonizeze. membranele mucoase pentru un anumit timp sau suprafețele rănilor, creând pe acestea un biofilm protector (fig. 2) și producând substanțe dăunătoare bacteriilor patogene. Aceste medicamente includ, în special, Biosporin pe bază de bacterii saprofite Bacillus subtilisși "A-bacterin", constând din celule vii ale aerococului verde - Aerococcus viridans .

Microb benefic - aerococ

Unii aerococi (Figura 3) sunt clasificați ca microbi oportuniști deoarece pot provoca boli la animale (de exemplu haffkemie la homari) și la oameni imunocompromiși. Aerococii se găsesc adesea în aerul secțiilor de spital și pe rechizitele medicale, izolați de la pacienții cu infecții streptococice și stafilococice și au, de asemenea, o anumită similitudine morfologică cu aceste bacterii periculoase.

Figura 3. Celule și colonii de aerococi. A - Bacteriile sub un microscop cu lumină convențională. b - Bacteriile la microscop electronic. Celulele rotunjite sunt vizibile, dispuse în perechi și tetrade. în - Colonii de aerococi pe mediu nutritiv cu adaos de sânge. Culoarea verde din jurul coloniilor este rezultatul distrugerii parțiale a hemoglobinei. Fotografie (a) de pe site-ul codeofconduc.com, (b) și (c) - realizată de autorii articolului.

Figura 4. Inhibarea creșterii bacteriilor patogene de către aerococi. Zone de întârziere semnificativă a creșterii au fost înregistrate în timpul cultivării vibrioșilor, stafilococilor, bacilului difteric și providenței. Pseudomonas aeruginosa ( Pseudomonas aeruginosa) este rezistent la actiunea antagonista a aerococilor. Fotografia autorilor articolului.

Însă personalul Departamentului de Microbiologie al Academiei Medicale Dnipropetrovsk a reușit să identifice printre aerococi o tulpină nu numai inofensivă pentru oameni, ci și care prezintă o activitate antagonistă pronunțată împotriva unei game largi de agenți patogeni ai bolilor infecțioase. Astfel, a fost dezvoltat și introdus un medicament care nu are analogi în practica mondială - probioticul "A-bacterin" pentru uz extern și oral, care nu este inferior în efectul său asupra microflorei umane față de preparatele antibiotice scumpe (Fig. 4).

Proprietățile antagoniste ale aerococilor sunt asociate cu producerea de peroxid de hidrogen (o substanță utilizată pe scară largă în medicină ca antiseptic) - o caracteristică stabilă a tulpinii de producție. A. viridans, din care se prepară „A-bacterin”. O altă substanță bactericidă, produs metabolic al aerococilor, este radicalul superoxid (Fig. 5), care este format de aceste bacterii în timpul oxidării acidului lactic. Mai mult, capacitatea aerococilor de a oxida acidul lactic este foarte importantă în cazul utilizării medicamentului în stomatologie, deoarece una dintre cauzele cariilor este acidul lactic format de streptococi.

Figura 5. Substante bactericide produse de aerococi: apă oxigenată (A) și radical superoxid (b) . Figura de la tofeelwell.ru.

O peptidă termostabilă și rezistentă la acid cu greutate moleculară mică a fost găsită în lichidul de cultură al aerococilor viridocină, care are un spectru larg de activitate antagonistă împotriva acelor microorganisme care provoacă cel mai adesea infecții nosocomiale și sunt implicate în formarea microbiocenozei fiziologice și patologice a intestinului uman. In afara de asta, A. viridans produce o peptidă în mediul extern aerocină* capabil să omoare ciuperci asemănătoare drojdiei. Utilizarea „A-bacterinei” cu iodură de potasiu și etoniu este eficientă în candidoza urogenitală, deoarece oferă leziuni țintite membranelor candida. Același efect este obținut atunci când medicamentul este utilizat ca mijloc de prevenire a candidozei, care apare, de exemplu, ca urmare a imunosupresiei în infecția cu HIV.

* - Odată cu producerea de peroxid de hidrogen (datorită lactat dehidrogenazei independente de NAD), și în prezența iodurii de potasiu și formarea de hipoiodură (datorită glutation peroxidazei) cu efect bactericid mai pronunțat decât cel al peroxidului de hidrogen, aerococii au de asemenea componente neoxidice cu activitate antagonistă. Ele formează o aerocină peptidică termostabilă cu greutate moleculară mică, aparținând clasei microcinelor, active împotriva Proteus, Staphylococcus, Escherichia și Salmonella. Aerocinul a fost izolat din fluidul de cultură prin sărare, electrodializă și cromatografie pe hârtie, după care a fost determinată compoziția sa de aminoacizi și a fost demonstrată eficacitatea terapeutică în infecția experimentală cu salmonella la șoareci. Aerococii se caracterizează, de asemenea, prin aderența la celulele epiteliale și la unele alte celule, adică apare rezistența la bacteriile patogene, inclusiv la nivelul biofilmelor și rezistența la colonizare.

Pe lângă capacitatea de a suprima reproducerea bacteriilor patogene, „A-bacterin” promovează regenerarea țesutului deteriorat, prezintă un efect adjuvant, stimulează fagocitoza și poate fi recomandat pacienților sensibilizați la antibiotice și agenți chimioterapeutici. Astăzi, „A-bacterin” este folosit cu succes pentru tratamentul arsurilor și rănilor chirurgicale, pentru prevenirea și tratarea diareei, precum și în practica dentară, urologică și ginecologică. Pe cale orală, „A-bacterin” este utilizat pentru corectarea microflorei intestinale, prevenirea și tratarea infecțiilor intestinale, corectarea parametrilor biochimici individuali (profilul colesterolului și nivelul acidului lactic) și activarea sistemului imunitar. Alte probiotice sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă pentru tratarea și prevenirea infecțiilor intestinale, în special la sugarii hrăniți cu lapte praf. Produsele alimentare care conțin culturi probiotice vii sunt, de asemenea, populare.

Vindecarea virușilor

În tratamentul infecțiilor, este important să se creeze o concentrație mare de medicament antimicrobian exact la locul agentului patogen. Folosind antibiotice sub formă de tablete sau injecții, acest lucru este destul de dificil de realizat. Dar, în cazul terapiei cu fago, este suficient dacă cel puțin bacteriofagii singuri ajung la focarul infecțios. După ce au găsit bacterii patogene și au pătruns în ele, fagii încep să se înmulțească foarte repede. Cu fiecare ciclu de reproducere, care durează aproximativ o jumătate de oră, numărul de fagi crește de zeci sau chiar de sute de ori. După distrugerea tuturor celulelor patogene, fagii nu mai sunt capabili să se înmulțească și, datorită dimensiunilor lor mici, sunt excretați liber din organism împreună cu alți produși de degradare.

Probioticele și fagii împreună

Bacteriofagii s-au dovedit în prevenirea și tratarea infecțiilor intestinale și a proceselor purulent-inflamatorii. Agenții cauzali ai acestor boli dobândesc adesea rezistență la antibiotice, dar rămân sensibili la fagi. Recent, oamenii de știință au fost interesați de perspectiva utilizării în comun a bacteriofagelor și a probioticelor. Se presupune că atunci când se prescrie un astfel de preparat complex, fagul distruge mai întâi bacteriile patogene, iar apoi nișa ecologică liberă este populată de microorganisme benefice, formând o microbiocenoză stabilă cu proprietăți protectoare ridicate. Această abordare a fost deja testată pe animale de fermă. Probabil că va intra și în practica medicală.

Este posibilă și o interacțiune mai strânsă în sistemul „bacteriofag + probiotic”. Se știe că bacteriile - reprezentanți ai microflorei umane normale - sunt capabile să adsorbe diferite viruși pe suprafața lor, împiedicându-le să pătrundă în celulele umane. S-a dovedit că bacteriofagii pot fi adsorbiți în același mod: nu sunt capabili să pătrundă în celula unei bacterii rezistente la ei, dar îl folosesc ca „vehicul” pentru mișcarea în corpul uman. Acest fenomen se numește translocatii bacteriofage.

Mediul intern al corpului, țesuturile și sângele acestuia sunt considerate sterile. De fapt, prin deteriorarea microscopică a membranelor mucoase, bacteriile simbionte pătrund periodic în fluxul sanguin (Fig. 7), deși sunt rapid distruse acolo de celulele sistemului imunitar și de substanțele bactericide. În prezența unui focar infecțios, proprietățile de barieră ale țesuturilor din jur sunt adesea afectate, permeabilitatea acestora crește. Acest lucru crește probabilitatea de penetrare a bacteriilor probiotice circulante împreună cu fagii atașați acestora. În special, la persoanele cu infecții ale tractului urinar care iau A-bacterin pe cale orală, aerococi au fost găsiți în urină, iar numărul lor a fost constant scăzut, ceea ce a indicat precis transfer aerococi, și nu despre reproducerea lor în aceste organe. Aerococii și cei mai frecventi agenți patogeni ai infecțiilor urologice aparțin unor grupuri complet diferite de bacterii, ceea ce înseamnă că sunt sensibili la diferiți bacteriofagi. Acest lucru deschide perspective interesante pentru crearea unui medicament complex, de exemplu, pe baza A. viridansși fagi care atacă bacteriile intestinale. Astfel de dezvoltări sunt realizate la Departamentul de Microbiologie al Academiei Medicale Dnepropetrovsk, dar nu au depășit încă stadiul cercetării de laborator.

Articolul a fost scris cu participarea lui Yurgel L.G. și Kremenchuksky G.N.

Editorial

Editorii „Biomolecule” atrage atenția cititorilor asupra faptului că autorii articolelor din nominalizarea „Proprie lucrare” împărtășesc detalii importante și interesante. al lor cercetare, conduce propria viziune asupra situației din industria lor. Echipa Biomolecule nu crede că problema oportunității utilizării probioticelor a fost deja rezolvată.

Rezultatele cercetării asupra unor astfel de substanțe, oricât de uimitoare ar fi acestea, trebuie confirmate în consecință: medicamentul trebuie să treacă de fazele necesare ale studiilor clinice, astfel încât comunitatea medicală să-l recunoască ca sigur și eficient. medicament, și abia apoi recomandă pacienților. Desigur, vorbim despre teste conform standardelor internaționale și nu în modul în care se întâmplă uneori la noi - pe 12 pacienți dintr-o infirmerie rurală, care au spus că ei, ei bine, doar-îngrozitor-cum-au ajutat. Un ghid bun pentru medici și pacienți ar fi aprobarea oricăror preparate probiotice, de exemplu, de către FDA din SUA, dar din păcate...

Între timp, probioticele orale ar trebui considerate nu ca medicamente, ci ca suplimente nutritive. În plus, proprietățile medicamentului declarate de producător nu pot fi transferate altor probiotice: ele sunt critice. încordare(nu un gen sau chiar o specie) și numărul de unități formatoare de colonii. Și mai trebuie să țineți cont de faptul că astfel de produse sunt influențate de mulți factori legați de producție, condiții și termen de valabilitate, consum și digestie.

Cele mai mari organizații de nutriție și sănătate din lume spun: nu există încă suficiente dovezi pentru a afirma că probioticele au un efect pozitiv asupra sănătății(mai ales toate fără excepție, indiferent de starea inițială a acestei sănătăți). Și nu este că controlorii au fost convinși de ineficacitatea acestor medicamente - doar, de regulă, în studiile medicale efectuate, ei nu văd o relație cauzală de încredere între aportul de probiotice și modificări pozitive. Și, de asemenea, merită să ne amintim acele studii în care un fel de probiotic s-a dovedit a fi ineficient sau chiar a avut un efect negativ.

Într-un fel sau altul, direcția probiotică are potențial - cel puțin în prevenirea și tratarea diferitelor enterite (dacă vorbim de aportul oral). Doar că nu este atât de simplu. Nu atât de ușor pe cât și-ar dori producătorul, medicul și pacientul. Probabil, probioticele de pe rafturile magazinelor și farmaciilor noastre pur și simplu s-au „născut puțin prematur”. Deci, ce așteptăm de la oamenii de știință, dezvoltatorii și producătorii de dovezi criminale. Și dorim autorilor articolului succes în acest domeniu dificil și, bineînțeles, în căutarea unor noi proprietăți interesante ale microorganismelor.

Literatură

1. Kremenchutsky G.N., Ryzhenko S.A., Volyansky A.Yu., Molchanov R.N., Chuiko V.I. A-bacterin în tratamentul și prevenirea proceselor purulent-inflamatorii. Dnepropetrovsk: Praguri, 2000. - 150 p.;
2. Vanbelle M., Teller E., Focant M. (1990). Probioticele în alimentația animală: o revizuire. Arc. Tierernahr. 40 (7), 543–567;
3. Rizhenko S.A., Kremenchutskiy G.M., Bredikhina M.O. (2008). Injectarea unui probiotic rar "A-bacterin" pe microbiota intestinală. Perspective medicale. 2 , 47–50;
4. Akilov O.A. (2000). Metode moderne de tratament al candidozei. Site-ul „Server medical rusesc”.;
5. Edwards J.E. Jr., Bodey G.P., Bowden R.A., Büchner T., de Pauw B.E., Filler S.G. et al. (1997). Conferință internațională pentru dezvoltarea consensului privind managementul și prevenirea infecțiilor candida severe. Clin. lnfect. Dis. 25 , 43–59;
6. Antoniskis D., Larsen R.A., Akil B., Rarick M.U., Leedom J.M. (1990). Coccidioidomicoza diseminată seronegativă la pacienții cu infecție HIV. SIDA. 4 , 691–693;
7. Jones J.L., Fleming P.L., Ciesielski C.A., Hu D.J., Kaplan J.E., Ward J.W. (1995). Coccidioidomicoza în rândul persoanelor cu SIDA din Statele Unite. J. Infectează. Dis. 171 , 961–966;
8. Stepansky D.A., Ryzhenko S.A., Kremenchuksky G.N., Sharun O.V., Yurgel L.G., Krushinskaya T.Yu., Koshevaya I.P. (2012). Componente neoxidice ale activității antagoniste a aerococilor (NCA). Annaly a Institutului Mechnikov. 4 , 9–10;
9. Ardatskaya M.D. (2011). Pre- și probiotice în corectarea tulburărilor microecologice ale intestinului. Pharmateka. 12 , 62–68;
10. Bekhtereva M.K., Ivanova V.V. (2014). Locul bacteriofagelor în tratamentul bolilor infecțioase ale tractului gastrointestinal. Pediatrie. 2 , 24–29;
11. Grigorieva G.I., Gordeeva I.V., Kulchitskaya M.A., Anikina T.A. (2006). Utilizarea eficientă a preparatelor biologice (probiotice și bacteriofage) în tratamentul vacilor cu endometrită acută. Patologia veterinară. 1 , 52–56;
12. Bondarenko V.M. (2013). Mecanisme de translocare a autoflorei bacteriene în dezvoltarea infecției endogene. Buletinul Centrului Științific Orenburg al Filialei Ural a Academiei Ruse de Științe (jurnal electronic). 3 ;
13. Kremenchukskiy G.N., Ryzhenko S.A., Yurgel L.G. (2008). Fenomenul de translocare E coli(Tivul + , Str r) . Lucrările celei de-a XVI-a Conferințe Internaționale „Noile tehnologii informaționale în medicină, biologie, farmacologie, ecologie”. 250–251;
14. Kutoviy A.B., Vasilishin R.J., Meshalov V.D., Kremenchutsky G.N. (2002). Translocarea de organe enterale a bacteriilor și generalizarea procesului infecțios în experiment. Buletinul realizărilor științifice. 2 , 121–123;
15. Sharun A.V., Nikulina O.O., Kremenchukskiy G.M. (2005). O analiză relativă a puterilor biologice ale aerococilor, văzând din diferite nișe ecologice din corpul uman. Perspective medicale. 3 , 72–78;
16. Zimin A.A., Vasilyeva E.A., Vasilyeva E.L., Fishman K.S., Skoblikov N.E., Kremenchutsky G.N., Murashev A.N. (2009). Biosecuritatea în terapia cu fagi și probiotice: probleme și soluții. Buletinul noilor tehnologii medicale. 1 , 200–202..

Utilizarea practică a bacteriilor în producția de alimente

Dintre bacterii, bacteriile de acid lactic din genuri Lactobacillus, Streptococcusîn producţia de produse lactate. Cocii au o formă rotundă, ovală, cu diametrul de 0,5-1,5 microni, dispuși în perechi sau lanțuri de diferite lungimi. Dimensiunile bacteriilor în formă de tijă sau combinate în lanțuri.

Streptococ de acid lactic Streptococcus lactis are celule legate în perechi sau lanțuri scurte, coagulează laptele după 10-12 ore, unele rase formează antibioticul nizina.

C6H12O6 → 2CH3CHOHCOOH

Streptococ cremos S. cremoris formează lanțuri lungi din celule sferice, un agent inactiv de formare a acidului, este utilizat în fermentarea smântânii la producerea smântânii.

bacilul acidophilus lactobacillus acidophilus formează lanțuri lungi de celule în formă de baston; în timpul fermentației, acumulează până la 2,2% acid lactic și substanțe antibiotice care sunt active împotriva agenților patogeni ai bolilor intestinale. Pe baza acestora se prepară preparate biologice medicale pentru prevenirea și tratarea bolilor gastrointestinale la animalele de fermă.

Batoane de acid lactic L. plantatum au celule legate în perechi sau în lanțuri. Agenți cauzali ai fermentației în timpul fermentației legumelor și însilozării furajelor. L. brevis fermentează zaharurile în timpul varzei murate, castraveților, formând acizi, etanol, CO 2.

Tije nesporante, nemotile, gram+ ale genului Propionibacterium familii Propionibacteriacee- agenții cauzatori ai fermentației acidului propionic, determină conversia zahărului sau a acidului lactic și a sărurilor acestuia în acid propionic și acetic.

3C 6 H 12 O 6 → 4CH 3 CH 2 COOH + 2CH 3 COOH + 2CO 2 + 2H 2 O

Fermentarea acidului propionic stă la baza maturării brânzeturilor din cheag. Unele tipuri de bacterii cu acid propionic sunt folosite pentru a produce vitamina B 12 .

bacterii formatoare de spori din familie Baciloceae drăguț Clostridium sunt agenți cauzali ai fermentației butirice, transformând zaharurile în acid butiric

C 6 H 12 O 6 → CH 3 (CH 2) COOH + 2CO 2 + 2H 2

Acid butiric

habitate- sol, depozite de nămol ale rezervoarelor, acumulări de reziduuri organice în descompunere, produse alimentare.

Aceste m / o sunt utilizate în producția de acid butiric, care are un miros neplăcut, în contrast cu esterii săi:

Eter metilic - miros de mere;

Etil - pară;

Amil - ananas.

Sunt folosite ca arome.

Bacteriile cu acid butiric pot provoca alterarea materiilor prime și produselor alimentare: umflarea brânzeturilor, râncezirea laptelui, a untului, bombardarea conservelor, moartea cartofilor și a legumelor. Acidul butiric rezultat dă un gust ascuțit rânced, un miros ascuțit neplăcut.

Bacteriile cu acid acetic - tije Gram nesporante cu flageli polari, apartin genului Gluconobacter (Acetomonas); formează acid acetic din etanol

CH3CH2OH+O2 →CH3COOH+H2O

Tije de fel Acetobacter- peritric, capabil să oxideze acidul acetic la CO2 și H2O.

Bacteriile cu acid acetic se caracterizează prin variabilitatea formei; în condiții nefavorabile, ele iau forma unor filamente lungi groase, uneori umflate. Bacteriile cu acid acetic sunt larg distribuite pe suprafața plantelor, a fructelor acestora și în legumele murate.

Procesul de oxidare a etanolului la acid acetic stă la baza producției de oțet. Dezvoltarea spontană a bacteriilor acidului acetic în vin, bere, kvas duce la deteriorarea lor - acris, turbiditate. Aceste bacterii de pe suprafața lichidelor formează pelicule șifonate uscate, insule sau un inel lângă pereții vasului.

Tip comun de daune putrefacția este procesul de descompunere profundă a substanțelor proteice de către microorganisme. Cei mai activi agenți cauzali ai proceselor putrefactive sunt bacteriile.

Fân și baton de cartofiBacillus subtilis - gram aerob + bacil formator de spori. Spori ovali rezistenti la caldura. Celulele sunt sensibile la mediul acid și la conținutul ridicat de NaCl.

Bacteriile din genPseudomonus - tije aerobe mobile cu flageli polari, nu formeaza spori, gram-. Unele specii sintetizează pigmenți, se numesc pseudomonas fluorescent, există rezistenți la frig, provoacă alterarea produselor proteice din frigidere. Agenți cauzali ai bacteriozelor plantelor cultivate.

Baghete formatoare de spori ale genului Clostridium descompune proteinele cu formarea unei cantități mari de gaz NH 3, H 2 S, acizi, mai ales periculoși pentru conservele. Intoxicația alimentară severă este cauzată de toxina bețișoarelor mari de gram+ mobile. Clostridium botulinum. Sporii dau aspectul unei rachete. Exotoxina acestor bacterii afectează sistemul nervos central și cardiovascular (semne - tulburări de vedere, vorbire, paralizie, insuficiență respiratorie).

Bacteriile nitrificatoare, denitrificatoare și fixatoare de azot sunt de mare importanță în formarea solului. Practic, acestea sunt celule care nu formează spori. Sunt cultivate în condiții artificiale și aplicate sub formă de preparate de îngrășăminte.

Bacteriile sunt folosite în producerea de enzime hidrolitice, aminoacizi pentru producția de alimente.

Dintre bacterii, este deosebit de necesar să se evidențieze agenții cauzali ai infecțiilor alimentare și a toxiinfecțiilor alimentare.. Infecțiile alimentare sunt cauzate de bacteriile patogene prezente în alimente și apă. Infecții intestinale - holeră - holeră virion;

Bacteriile sunt cel mai vechi grup de organisme care există în prezent pe Pământ. Primele bacterii au apărut probabil cu mai bine de 3,5 miliarde de ani în urmă și timp de aproape un miliard de ani au fost singurele creaturi vii de pe planeta noastră. Deoarece aceștia au fost primii reprezentanți ai vieții sălbatice, corpul lor avea o structură primitivă.

Cu timpul, structura lor a devenit mai complexă, dar și astăzi bacteriile sunt considerate cele mai primitive organisme unicelulare. Interesant este că unele bacterii păstrează încă trăsăturile primitive ale strămoșilor lor antici. Acest lucru se observă la bacteriile care trăiesc în izvoarele fierbinți cu sulf și în nămolurile anoxice de la fundul rezervoarelor.

Majoritatea bacteriilor sunt incolore. Doar câteva sunt colorate în violet sau verde. Dar coloniile multor bacterii au o culoare strălucitoare, care se datorează eliberării unei substanțe colorate în mediu sau pigmentării celulelor.

Descoperitorul lumii bacteriilor a fost Anthony Leeuwenhoek, un naturalist olandez al secolului al XVII-lea, care a creat pentru prima dată un microscop perfect cu lupă care mărește obiectele de 160-270 de ori.

Bacteriile sunt clasificate ca procariote și sunt separate într-un regn separat - Bacteriile.

forma corpului

Bacteriile sunt organisme numeroase și diverse. Ele diferă ca formă.

denumirea bacteriei	Forma bacteriilor	Imaginea bacteriilor
coci		sferic
Bacil		în formă de tijă
Vibrio		virgulă curbată
Spirillum		Spirală
streptococi		Lanț de coci
stafilococi		Ciorchini de coci
diplococi		Două bacterii rotunde, închise într-o capsulă lipicioasă

Modalitati de transport

Printre bacterii există forme mobile și imobile. Cele mobile se deplasează prin contracții ondulate sau cu ajutorul flagelilor (fire elicoidale răsucite), care constau dintr-o proteină specială flagelină. Pot exista unul sau mai mulți flageli. Ele sunt localizate în unele bacterii la un capăt al celulei, în altele - pe două sau pe toată suprafața.

Dar mișcarea este, de asemenea, inerentă multor alte bacterii care nu au flageli. Deci, bacteriile acoperite cu mucus la exterior sunt capabile să alunece.

Unele bacterii din apă și sol fără flageli au vacuole de gaz în citoplasmă. Într-o celulă pot exista 40-60 de vacuole. Fiecare dintre ele este umplut cu gaz (probabil azot). Prin reglarea cantității de gaz din vacuole, bacteriile acvatice se pot scufunda în coloana de apă sau se pot ridica la suprafața acesteia, în timp ce bacteriile din sol se pot deplasa în capilarele solului.

Habitat

Datorită simplității organizării și lipsei de pretenții, bacteriile sunt larg distribuite în natură. Bacteriile se găsesc peste tot: într-o picătură chiar și din cea mai pură apă de izvor, în grăunte de sol, în aer, pe stânci, în zăpezile polare, nisipurile deșertului, pe fundul oceanului, în uleiul extras din adâncimi mari și chiar în izvorul cald. apă cu o temperatură de aproximativ 80ºС. Ei trăiesc pe plante, fructe, la diferite animale și la oameni în intestine, gură, membre și pe suprafața corpului.

Bacteriile sunt cele mai mici și mai numeroase viețuitoare. Datorită dimensiunilor mici, pătrund cu ușurință în orice fisuri, crăpături, pori. Foarte rezistent și adaptat la diverse condiții de existență. Tolerează uscarea, frigul extrem, încălzirea până la 90ºС, fără a-și pierde viabilitatea.

Practic nu există niciun loc pe Pământ unde bacteriile să nu fie găsite, ci în cantități diferite. Condițiile de viață ale bacteriilor sunt variate. Unii dintre ei au nevoie de oxigen din aer, alții nu au nevoie de el și sunt capabili să trăiască într-un mediu fără oxigen.

În aer: bacteriile se ridică în atmosfera superioară până la 30 km. și altele.

Mai ales multe dintre ele în sol. Un gram de sol poate conține sute de milioane de bacterii.

În apă: în straturile de apă de suprafață ale rezervoarelor deschise. Bacteriile acvatice benefice mineralizează reziduurile organice.

În organismele vii: bacteriile patogene pătrund în organism din mediul extern, dar numai în condiții favorabile provoacă boli. Simbiotice trăiesc în organele digestive, ajutând la descompunerea și asimilarea alimentelor, sintetizarea vitaminelor.

Structura externă

Celula bacteriană este îmbrăcată într-o înveliș special dens - peretele celular, care îndeplinește funcții de protecție și de susținere și, de asemenea, conferă bacteriei o formă permanentă, caracteristică. Peretele celular al unei bacterii seamănă cu învelișul unei celule vegetale. Este permeabil: prin ea, nutrienții trec liber în celulă, iar produsele metabolice ies în mediu. Bacteriile dezvoltă adesea un strat protector suplimentar de mucus, o capsulă, peste peretele celular. Grosimea capsulei poate fi de multe ori mai mare decât diametrul celulei în sine, dar poate fi foarte mică. Capsula nu este o parte obligatorie a celulei, se formează în funcție de condițiile în care intră bacteriile. Împiedică bacteriile să nu se usuce.

Pe suprafața unor bacterii există flageli lungi (unul, doi sau mai mulți) sau vilozități scurte și subțiri. Lungimea flagelului poate fi de multe ori mai mare decât dimensiunea corpului bacteriei. Bacteriile se mișcă cu ajutorul flagelilor și vilozităților.

Structura interna

În interiorul celulei bacteriene se află o citoplasmă densă imobilă. Are o structură stratificată, nu există vacuole, astfel încât diferite proteine ​​(enzime) și nutrienți de rezervă se află în însăși substanța citoplasmei. Celulele bacteriene nu au nucleu. În partea centrală a celulelor lor, este concentrată o substanță care transportă informații ereditare. Bacterii, - acid nucleic - ADN. Dar această substanță nu este încadrată în nucleu.

Organizarea internă a unei celule bacteriene este complexă și are propriile sale caracteristici specifice. Citoplasma este separată de peretele celular prin membrana citoplasmatică. În citoplasmă, se disting substanța principală sau matricea, ribozomii și un număr mic de structuri membranare care îndeplinesc o varietate de funcții (analogi ai mitocondriilor, reticulului endoplasmatic, aparatului Golgi). Citoplasma celulelor bacteriene conține adesea granule de diferite forme și dimensiuni. Granulele pot fi compuse din compuși care servesc ca sursă de energie și carbon. Picături de grăsime se găsesc și în celula bacteriană.

În partea centrală a celulei, substanța nucleară, ADN-ul, este localizată, neseparată de citoplasmă printr-o membrană. Acesta este un analog al nucleului - nucleoidul. Nucleoidul nu are membrană, nucleol și un set de cromozomi.

Metode de nutriție

Bacteriile au moduri diferite de hrănire. Printre aceștia se numără autotrofe și heterotrofe. Autotrofele sunt organisme care pot forma independent substanțe organice pentru nutriția lor.

Plantele au nevoie de azot, dar ele însele nu pot absorbi azotul din aer. Unele bacterii combină moleculele de azot din aer cu alte molecule, rezultând substanțe disponibile plantelor.

Aceste bacterii se instalează în celulele rădăcinilor tinere, ceea ce duce la formarea unor îngroșări pe rădăcini, numite noduli. Astfel de noduli se formează pe rădăcinile plantelor din familia leguminoaselor și a altor plante.

Rădăcinile furnizează bacteriilor carbohidrați, iar bacteriile dau rădăcinilor substanțe care conțin azot care pot fi absorbite de plantă. Relația lor este reciproc avantajoasă.

Rădăcinile plantelor secretă multe substanțe organice (zaharuri, aminoacizi și altele) cu care bacteriile se hrănesc. Prin urmare, în special multe bacterii se instalează în stratul de sol din jurul rădăcinilor. Aceste bacterii transformă reziduurile de plante moarte în substanțe disponibile plantei. Acest strat de sol se numește rizosferă.

Există mai multe ipoteze despre pătrunderea bacteriilor nodulare în țesuturile radiculare:

• prin afectarea țesutului epidermic și cortical;
• prin firele de păr din rădăcină;
• numai prin membrana celulară tânără;
• datorită bacteriilor însoțitoare care produc enzime pectinolitice;
• datorită stimulării sintezei acidului B-indoleacetic din triptofan, care este întotdeauna prezent în secrețiile rădăcinilor plantelor.

Procesul de introducere a bacteriilor nodulare în țesutul radicular constă în două faze:

• infecția firelor de păr din rădăcină;
• procesul de formare a nodulilor.

În cele mai multe cazuri, celula invadatoare se înmulțește activ, formează așa-numitele fire de infecție și deja sub forma unor astfel de fire se deplasează în țesuturile plantei. Bacteriile nodulare care au apărut din firul de infecție continuă să se înmulțească în țesutul gazdă.

Umplute cu celule care se înmulțesc rapid de bacterii nodulare, celulele plantelor încep să se dividă intens. Conectarea unui nodul tânăr cu rădăcina unei plante leguminoase se realizează datorită fasciculelor vascular-fibroase. În timpul perioadei de funcționare, nodulii sunt de obicei denși. Până în momentul manifestării activității optime, nodulii capătă o culoare roz (datorită pigmentului de legoglobină). Numai acele bacterii care conțin legoglobină sunt capabile să fixeze azotul.

Bacteriile nodulare creează zeci și sute de kilograme de îngrășăminte cu azot pe hectar de sol.

Metabolism

Bacteriile diferă unele de altele în metabolism. Pentru unii, merge cu participarea oxigenului, pentru alții - fără participarea acestuia.

Majoritatea bacteriilor se hrănesc cu substanțe organice gata preparate. Doar câteva dintre ele (albastru-verde, sau cianobacteriile) sunt capabile să creeze substanțe organice din cele anorganice. Ele au jucat un rol important în acumularea de oxigen în atmosfera Pământului.

Bacteriile absorb substanțele din exterior, le rup moleculele, își adună învelișul din aceste părți și își reumple conținutul (așa cresc) și aruncă moleculele inutile. Învelișul și membrana bacteriei îi permit să absoarbă numai substanțele potrivite.

Dacă învelișul și membrana bacteriei ar fi complet impermeabile, nicio substanță nu ar intra în celulă. Dacă ar fi permeabile la toate substanțele, conținutul celulei s-ar amesteca cu mediul - soluția în care trăiește bacteria. Pentru supraviețuirea bacteriilor este nevoie de o înveliș care să permită trecerea substanțelor necesare, dar nu și a celor care nu sunt necesare.

Bacteria absoarbe nutrienții care se află în apropierea ei. Ce se întâmplă în continuare? Dacă se poate mișca independent (prin mișcarea flagelului sau împingând mucusul înapoi), atunci se mișcă până găsește substanțele necesare.

Dacă nu se poate mișca, atunci așteaptă până când difuzia (capacitatea moleculelor unei substanțe de a pătrunde în grosimea moleculelor unei alte substanțe) aduce moleculele necesare la ea.

Bacteriile, împreună cu alte grupuri de microorganisme, efectuează o muncă chimică uriașă. Prin transformarea diverșilor compuși, aceștia primesc energia și nutrienții necesari activității lor vitale. Procesele metabolice, modalitățile de obținere a energiei și nevoia de materiale pentru a construi substanțele organismului lor în bacterii sunt diverse.

Alte bacterii satisfac toate nevoile de carbon necesare sintezei substantelor organice ale organismului in detrimentul compusilor anorganici. Se numesc autotrofi. Bacteriile autotrofe sunt capabile să sintetizeze substanțe organice din cele anorganice. Printre acestea se disting:

Chemosinteza

Utilizarea energiei radiante este cea mai importantă, dar nu singura modalitate de a crea materie organică din dioxid de carbon și apă. Sunt cunoscute bacterii care nu folosesc lumina solară ca sursă de energie pentru o astfel de sinteză, ci energia legăturilor chimice care apar în celulele organismelor în timpul oxidării anumitor compuși anorganici - hidrogen sulfurat, sulf, amoniac, hidrogen, acid azotic, compuși feroși de fier și mangan. Ei folosesc materia organică formată folosind această energie chimică pentru a construi celulele corpului lor. Prin urmare, acest proces se numește chimiosinteză.

Cel mai important grup de microorganisme chemosintetice sunt bacteriile nitrificatoare. Aceste bacterii trăiesc în sol și efectuează oxidarea amoniacului, format în timpul degradarii reziduurilor organice, la acid azotic. Acesta din urmă, reacționează cu compușii minerali ai solului, se transformă în săruri de acid azotic. Acest proces are loc în două etape.

Bacteriile de fier transformă fierul feros în oxid. Hidroxidul de fier format se depune și formează așa-numitul minereu de fier de mlaștină.

Unele microorganisme există datorită oxidării hidrogenului molecular, oferind astfel un mod autotrof de nutriție.

O trăsătură caracteristică a bacteriilor cu hidrogen este capacitatea de a trece la un stil de viață heterotrof atunci când sunt furnizate cu compuși organici și în absența hidrogenului.

Astfel, chimioautotrofele sunt autotrofe tipice, deoarece sintetizează în mod independent compușii organici necesari din substanțe anorganice și nu îi iau gata preparati din alte organisme, cum ar fi heterotrofele. Bacteriile chimioautotrofe diferă de plantele fototrofe prin independența lor completă față de lumină ca sursă de energie.

fotosinteza bacteriană

Unele bacterii cu sulf care conțin pigment (violet, verde), care conțin pigmenți specifici - bacterioclorofilele, sunt capabile să absoarbă energia solară, cu ajutorul căreia hidrogenul sulfurat este împărțit în organismele lor și dă atomi de hidrogen pentru a restabili compușii corespunzători. Acest proces are multe în comun cu fotosinteza și diferă doar prin aceea că, la bacteriile violet și verzi, hidrogenul sulfurat (ocazional acizi carboxilici) este donatorul de hidrogen, iar la plantele verzi este apa. În acestea și altele, scindarea și transferul hidrogenului se realizează datorită energiei razelor solare absorbite.

O astfel de fotosinteză bacteriană, care are loc fără eliberarea de oxigen, se numește fotoreducere. Fotoreducerea dioxidului de carbon este asociată cu transferul de hidrogen nu din apă, ci din hidrogen sulfurat:

6CO 2 + 12H 2 S + hv → C6H 12 O 6 + 12S \u003d 6H 2 O

Semnificația biologică a chimiosintezei și fotosintezei bacteriene la scară planetară este relativ mică. Doar bacteriile chemosintetice joacă un rol semnificativ în ciclul sulfului din natură. Absorbit de plantele verzi sub formă de săruri ale acidului sulfuric, sulful este restabilit și devine parte a moleculelor proteice. Mai mult, în timpul distrugerii reziduurilor de plante și animale moarte de către bacteriile putrefactive, sulful este eliberat sub formă de hidrogen sulfurat, care este oxidat de bacteriile sulfuroase la sulf liber (sau acid sulfuric), care formează sulfiți disponibili pentru plante în sol. Bacteriile chimio- și fotoautotrofe sunt esențiale în ciclul azotului și sulfului.

sporulare

Sporii se formează în interiorul celulei bacteriene. În procesul de formare a sporilor, o celulă bacteriană suferă o serie de procese biochimice. Cantitatea de apă liberă din el scade, activitatea enzimatică scade. Aceasta asigură rezistența sporilor la condițiile de mediu nefavorabile (temperatură ridicată, concentrație mare de sare, uscare etc.). Formarea sporilor este caracteristică doar unui grup mic de bacterii.

Sporii nu sunt o etapă esențială în ciclul de viață al bacteriilor. Sporularea începe doar cu lipsa nutrienților sau acumularea de produse metabolice. Bacteriile sub formă de spori pot rămâne latente mult timp. Sporii bacterieni rezistă la fierbere prelungită și la înghețare foarte lungă. Când apar condiții favorabile, disputa germinează și devine viabilă. Sporii bacterieni sunt adaptări pentru supraviețuirea în condiții nefavorabile.

reproducere

Bacteriile se reproduc prin împărțirea unei celule în două. După ce a atins o anumită dimensiune, bacteria se împarte în două bacterii identice. Apoi fiecare dintre ei începe să se hrănească, crește, se împarte și așa mai departe.

După alungirea celulei, se formează treptat un sept transversal, iar apoi celulele fiice diverg; în multe bacterii, în anumite condiții, celulele după diviziune rămân conectate în grupuri caracteristice. În acest caz, în funcție de direcția planului de diviziune și de numărul de diviziuni, apar diferite forme. Reproducerea prin înmugurire are loc în bacterii ca o excepție.

În condiții favorabile, diviziunea celulară în multe bacterii are loc la fiecare 20-30 de minute. Cu o reproducere atât de rapidă, descendenții unei bacterii în 5 zile sunt capabili să formeze o masă care poate umple toate mările și oceanele. Un calcul simplu arată că se pot forma 72 de generații (720.000.000.000.000.000.000 de celule) pe zi. Dacă se traduce în greutate - 4720 de tone. Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă în natură, deoarece majoritatea bacteriilor mor rapid sub influența razelor solare, uscării, lipsei de hrană, încălzirii până la 65-100ºС, ca urmare a luptei dintre specii etc.

Bacteria (1), după ce a absorbit suficientă hrană, crește în dimensiune (2) și începe să se pregătească pentru reproducere (diviziunea celulară). ADN-ul său (într-o bacterie, molecula de ADN este închisă într-un inel) se dublează (bacteria produce o copie a acestei molecule). Ambele molecule de ADN (3.4) par a fi atașate de peretele bacterian și, atunci când sunt alungite, bacteriile diverg în părțile laterale (5.6). Mai întâi, nucleotida se divide, apoi citoplasma.

După divergența a două molecule de ADN asupra bacteriilor, apare o constricție, care împarte treptat corpul bacteriei în două părți, fiecare conținând o moleculă de ADN (7).

Se întâmplă (în bacilul de fân), două bacterii se lipesc împreună și se formează o punte între ele (1,2).

ADN-ul este transportat de la o bacterie la alta prin jumper (3). Odată ajunse într-o singură bacterie, moleculele de ADN se întrepătrund, se lipesc în unele locuri (4), după care schimbă secțiuni (5).

Rolul bacteriilor în natură

Circulaţie

Bacteriile sunt cea mai importantă verigă în circulația generală a substanțelor din natură. Plantele creează substanțe organice complexe din dioxid de carbon, apă și săruri minerale din sol. Aceste substanțe revin în sol cu ​​ciuperci moarte, plante și cadavre de animale. Bacteriile descompun substanțele complexe în unele simple, care sunt reutilizate de plante.

Bacteriile distrug materia organică complexă a plantelor moarte și cadavrele animalelor, excrețiile organismelor vii și diverse deșeuri. Hranindu-se cu aceste substante organice, bacteriile saprofite le transforma in humus. Acestea sunt genul de ordonatori ai planetei noastre. Astfel, bacteriile sunt implicate activ în ciclul substanțelor din natură.

formarea solului

Deoarece bacteriile sunt distribuite aproape peste tot și se găsesc în număr mare, ele determină în mare măsură diferitele procese care au loc în natură. Toamna, frunzele copacilor și arbuștilor cad, lăstarii de iarbă de deasupra solului mor, ramurile bătrâne cad și din când în când trunchiurile copacilor bătrâni cad. Toate acestea se transformă treptat în humus. În 1 cm 3. Stratul de suprafață al solului forestier conține sute de milioane de bacterii saprofite ale solului din mai multe specii. Aceste bacterii transformă humusul în diferite minerale care pot fi absorbite din sol de rădăcinile plantelor.

Unele bacterii din sol sunt capabile să absoarbă azotul din aer, folosindu-l în procesele vieții. Aceste bacterii fixatoare de azot trăiesc pe cont propriu sau își au reședința în rădăcinile plantelor leguminoase. După ce au pătruns în rădăcinile leguminoaselor, aceste bacterii provoacă creșterea celulelor radiculare și formarea de noduli pe ele.

Aceste bacterii eliberează compuși de azot pe care îi folosesc plantele. Bacteriile obțin carbohidrați și săruri minerale din plante. Astfel, există o relație strânsă între planta leguminoasă și bacteriile nodulare, care este utilă atât pentru unul cât și pentru celălalt organism. Acest fenomen se numește simbioză.

Datorită simbiozei lor cu bacteriile nodulare, leguminoasele îmbogățesc solul cu azot, ajutând la creșterea recoltelor.

Distribuția în natură

Microorganismele sunt omniprezente. Singurele excepții sunt craterele vulcanilor activi și zonele mici din epicentrele bombelor atomice detonate. Nici temperaturile scăzute ale Antarcticii, nici jeturile de fierbere ale gheizerelor, nici soluțiile saturate de sare din bazinele de sare, nici insolația puternică a vârfurilor muntilor, nici radiațiile dure ale reactoarelor nucleare nu interferează cu existența și dezvoltarea microflorei. Toate ființele vii interacționează constant cu microorganismele, fiind adesea nu doar depozitele acestora, ci și distribuitori. Microorganismele sunt nativele planetei noastre, dezvoltând activ cele mai incredibile substraturi naturale.

Microflora solului

Numărul de bacterii din sol este extrem de mare - sute de milioane și miliarde de indivizi într-un gram. Sunt mult mai abundente în sol decât în ​​apă și aer. Numărul total de bacterii din sol variază. Numărul de bacterii depinde de tipul de sol, de starea acestora, de adâncimea straturilor.

Pe suprafața particulelor de sol, microorganismele sunt localizate în microcolonii mici (20-100 de celule fiecare). Adesea se dezvoltă în grosimea cheagurilor de materie organică, pe rădăcinile plantelor vii și pe moarte, în capilare subțiri și în interiorul bulgări.

Microflora solului este foarte diversă. Aici se găsesc diferite grupe fiziologice de bacterii: bacterii putrefactive, nitrificante, fixatoare de azot, sulfuroase etc. printre ele se numără aerobe și anaerobe, forme de spori și non-spori. Microflora este unul dintre factorii de formare a solului.

Zona de dezvoltare a microorganismelor în sol este zona adiacentă rădăcinilor plantelor vii. Se numește rizosferă, iar totalitatea microorganismelor conținute în ea se numește microfloră rizosferă.

Microflora rezervoarelor

Apa este un mediu natural în care microorganismele cresc în număr mare. Majoritatea intră în apa din sol. Un factor care determină numărul de bacterii din apă, prezența nutrienților în aceasta. Cele mai curate sunt apele fântânilor și izvoarelor arteziene. Rezervoarele deschise și râurile sunt foarte bogate în bacterii. Cel mai mare număr de bacterii se găsește în straturile de suprafață ale apei, mai aproape de țărm. Odată cu creșterea distanței față de coastă și creșterea adâncimii, numărul bacteriilor scade.

Apa pură conține 100-200 de bacterii la 1 ml, în timp ce apa contaminată conține 100-300 de mii sau mai mult. Există multe bacterii în nămolul inferior, în special în stratul de suprafață, unde bacteriile formează o peliculă. Există o mulțime de bacterii cu sulf și fier în acest film, care oxidează hidrogenul sulfurat în acid sulfuric și, prin urmare, împiedică moartea peștilor. Există mai multe forme purtătoare de spori în nămol, în timp ce formele care nu poartă spori predomină în apă.

Din punct de vedere al compoziției speciilor, microflora apei este similară cu microflora solului, dar se găsesc și forme specifice. Distrugând diferite deșeuri care au căzut în apă, microorganismele realizează treptat așa-numita purificare biologică a apei.

Microflora aerului

Microflora aerului este mai puțin numeroasă decât microflora solului și a apei. Bacteriile se ridică în aer cu praf, pot rămâne acolo o vreme, apoi se așează la suprafața pământului și mor din lipsă de nutriție sau sub influența razelor ultraviolete. Numărul de microorganisme din aer depinde de zona geografică, teren, anotimp, poluarea cu praf etc. Fiecare fir de praf este un purtător de microorganisme. Cele mai multe bacterii în aer peste întreprinderile industriale. Aerul din mediul rural este mai curat. Cel mai curat aer este peste păduri, munți, spații înzăpezite. Straturile superioare ale aerului conțin mai puțini germeni. În microflora aerului există multe bacterii pigmentate și purtătoare de spori, care sunt mai rezistente decât altele la razele ultraviolete.

Microflora corpului uman

Corpul unei persoane, chiar și unul complet sănătos, este întotdeauna un purtător de microfloră. Când corpul uman intră în contact cu aerul și solul, o varietate de microorganisme, inclusiv agenți patogeni (bacili tetanici, gangrena gazoasă etc.), se instalează pe îmbrăcăminte și pe piele. Părțile expuse ale corpului uman sunt cel mai frecvent contaminate. E. coli, stafilococii se găsesc pe mâini. Există peste 100 de tipuri de microbi în cavitatea bucală. Gura, cu temperatura, umiditatea, reziduurile sale nutritive, este un mediu excelent pentru dezvoltarea microorganismelor.

Stomacul are o reacție acidă, astfel încât cea mai mare parte a microorganismelor din el mor. Pornind de la intestinul subțire, reacția devine alcalină, adică. favorabil microbilor. Microflora din intestinul gros este foarte diversă. Fiecare adult excretă zilnic aproximativ 18 miliarde de bacterii cu excremente, adică. mai mulți indivizi decât oameni de pe glob.

Organele interne care nu sunt conectate la mediul extern (creier, inimă, ficat, vezică urinară etc.) sunt de obicei lipsite de microbi. Microbii intră în aceste organe numai în timpul bolii.

Bacteriile în ciclism

Microorganismele în general și bacteriile în special joacă un rol important în ciclurile importante din punct de vedere biologic ale substanțelor de pe Pământ, efectuând transformări chimice care sunt complet inaccesibile fie plantelor, fie animalelor. Diverse etape ale ciclului elementelor sunt efectuate de organisme de diferite tipuri. Existența fiecărui grup separat de organisme depinde de transformarea chimică a elementelor efectuată de alte grupuri.

ciclul azotului

Transformarea ciclică a compușilor azotați joacă un rol primordial în furnizarea formelor necesare de azot diverselor organisme din biosfere în ceea ce privește nevoile nutriționale. Peste 90% din fixarea totală a azotului se datorează activității metabolice a anumitor bacterii.

Ciclul carbonului

Conversia biologică a carbonului organic în dioxid de carbon, însoțită de reducerea oxigenului molecular, necesită activitatea metabolică comună a diferitelor microorganisme. Multe bacterii aerobe efectuează oxidarea completă a substanțelor organice. În condiții aerobe, compușii organici sunt descompuși inițial prin fermentație, iar produsele finale ale fermentației organice sunt oxidate în continuare prin respirație anaerobă dacă sunt prezenți acceptori anorganici de hidrogen (nitrat, sulfat sau CO2).

Ciclul sulfului

Pentru organismele vii, sulful este disponibil în principal sub formă de sulfați solubili sau compuși organici cu sulf redus.

Ciclul fierului

Unele rezervoare de apă dulce conțin concentrații mari de săruri reduse de fier. În astfel de locuri, se dezvoltă o microfloră bacteriană specifică - bacterii de fier, care oxidează fierul redus. Ei participă la formarea minereurilor de fier din mlaștină și a surselor de apă bogate în săruri de fier.

Bacteriile sunt cele mai vechi organisme, apărând în urmă cu aproximativ 3,5 miliarde de ani în Arhee. Timp de aproximativ 2,5 miliarde de ani, ei au dominat Pământul, formând biosfera și au participat la formarea unei atmosfere de oxigen.

Bacteriile sunt una dintre cele mai simplu organisme vii aranjate (cu excepția virușilor). Se crede că acestea sunt primele organisme care au apărut pe Pământ.

Toată lumea știe că bacteriile sunt cei mai vechi locuitori ai planetei Pământ. Ele au apărut, conform datelor științifice, cu trei până la patru miliarde de ani în urmă. Și multă vreme ei au fost singurii și deplinii proprietari ai Pământului. Putem spune că totul a început cu bacterii. În linii mari, genealogia tuturor provine de la ei. Deci rolul bacteriilor în viața umană și în natură (formarea acesteia) este foarte semnificativ.

Oda bacteriilor

Structura lor este foarte primitivă - în cea mai mare parte sunt organisme unicelulare, care, evident, s-au schimbat puțin într-un timp atât de lung. Sunt nepretențioși și pot supraviețui în condiții extreme pentru alte organisme (încălzire până la 90 de grade, îngheț, atmosferă rarefiată, oceanul cel mai adânc). Ei trăiesc peste tot - în apă, sol, sub pământ, în aer, în interiorul altor organisme vii. Și într-un gram de sol, de exemplu, pot fi găsite sute de milioane de bacterii. Creaturi cu adevărat aproape ideale care există lângă noi. Rolul bacteriilor în viața umană și în natură este mare.

Creatori de oxigen

Știați că, cel mai probabil, fără existența acestor mici organisme, ne-am sufoca pur și simplu? Pentru că ele (în principal cianobacteriile, capabile să elibereze oxigen ca urmare a fotosintezei), datorită abundenței lor, produc o cantitate uriașă de oxigen care intră în atmosferă. Acest lucru devine deosebit de relevant în legătură cu defrișarea pădurilor importante din punct de vedere strategic pentru întregul Pământ. Și alte bacterii eliberează dioxid de carbon, care este esențial pentru respirația plantelor. Dar rolul bacteriilor în viața umană și în natură nu se limitează la asta. Există mai multe „activități” pentru care bacteriile pot fi administrate în siguranță

ordinele

În natură, una dintre funcțiile bacteriilor este sanitară. Ei mănâncă celule și organisme moarte, folosind ceea ce este inutil. Se pare că bacteriile pentru toate viețuitoarele de pe planetă funcționează ca un fel de îngrijitori. În știință, acest fenomen se numește saprotrofie.

Circulația substanțelor

Și un alt rol important este participarea la scară planetară. În natură, toate substanțele trec de la organism la organism. Uneori sunt în atmosferă, alteori în sol, menținând un ciclu la scară largă. Fără bacterii, aceste ingrediente ar putea fi concentrate undeva într-un singur loc, iar marile cicluri ar fi întrerupte. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, cu o substanță precum azotul.

Produse cu acid lactic

Laptele este un produs cunoscut oamenilor de mult timp. Dar depozitarea sa pe termen lung a devenit posibilă doar recent, odată cu inventarea metodelor de conservare și refrigerare. Și încă de la începutul creșterii vitelor, omul a folosit, fără să știe, bacterii pentru a fermenta laptele și pentru a produce produse lactate fermentate cu un termen de valabilitate mai lung decât laptele în sine. Deci, de exemplu, chefirul uscat ar putea fi păstrat luni de zile și folosit ca o masă copioasă în timpul tranzițiilor lungi prin zonele deșertice. În acest sens, rolul bacteriilor în viața umană este de neprețuit. La urma urmei, dacă acestor organisme li se „oferă” lapte, ele vor putea produce o mulțime de produse alimentare gustoase și de neînlocuit din acesta. Printre acestea: iaurt, lapte caș, lapte copt fermentat, smântână, brânză de vaci, brânză. Kefirul, desigur, este produs în principal de ciuperci, dar nu se poate face fără participarea bacteriilor.

Bucătari grozavi

Dar rolul bacteriilor „formatoare de alimente” în viața umană nu se limitează la produsele lactate fermentate. Ne sunt mult mai cunoscute produse care sunt produse cu ajutorul acestor organisme. Acestea sunt varză murată, castraveți murați (butoaie), murături îndrăgite de multe și alte produse.

Cei mai buni vecini din lume

Bacteriile sunt cel mai numeros regn al organismelor animale din natură. Ei trăiesc peste tot – în jurul nostru, pe noi, chiar – în interiorul nostru! Și sunt „vecini” foarte utili pentru o persoană. Deci, de exemplu, bifidobacteriile ne întăresc imunitatea, măresc rezistența organismului la multe boli, ajută digestia și fac o mulțime de alte lucruri necesare. Astfel, rolul bacteriilor în viața omului ca buni „vecini” este la fel de neprețuit.

Producerea substanțelor necesare

Oamenii de știință au reușit să lucreze cu bacterii în așa fel încât, ca urmare, au început să secrete substanțe care sunt necesare pentru oameni. Adesea, aceste substanțe sunt medicamente. Deci rolul terapeutic al bacteriilor în viața umană este de asemenea mare. Unele medicamente moderne sunt făcute de ei sau pe baza acțiunii lor.

Rolul bacteriilor în industrie

Bacteriile sunt mari biochimiști! Această proprietate este utilizată pe scară largă în industria modernă. Deci, de exemplu, în ultimele decenii, producția de biogaz în unele țări a atins proporții serioase.

Rolul negativ și pozitiv al bacteriilor

Dar aceste organisme unicelulare microscopice pot fi nu numai ajutoare ale unei persoane și pot coexista cu ea în deplină armonie și pace. Cel mai mare pericol de care sunt plini este infecțios.Așezându-se în interiorul nostru, otrăvindu-ne țesuturile corpului, sunt cu siguranță dăunătoare, uneori fatale pentru oameni. Printre cele mai cunoscute boli periculoase cauzate de bacterii se numără ciuma, holera. Mai puțin periculoase sunt angina și pneumonia, de exemplu. Astfel, unele bacterii pot reprezenta un pericol semnificativ pentru oameni dacă sunt patogene. Prin urmare, oamenii de știință și medicii din toate timpurile și popoarele încearcă să „țină sub control” aceste microorganisme dăunătoare.

Alterarea alimentelor de către bacterii

Dacă carnea este putredă, iar supa este acră, cu siguranță, aceasta este „lucrarea manuală” a bacteriilor! Ei încep acolo și de fapt „mănâncă” aceste produse înaintea noastră. După aceea, pentru o persoană, aceste feluri de mâncare nu mai reprezintă valoare nutritivă. Rămâne doar de aruncat!

Rezultate

Când răspundem la întrebarea ce rol joacă bacteriile în viața umană, pot fi distinse atât punctele pozitive, cât și cele negative. Cu toate acestea, este evident că proprietățile pozitive ale bacteriilor sunt mult mai mari decât cele negative. Totul este despre controlul rezonabil al omului asupra acestui regat numeros.