90

Царство ДРОБЯНКИ

Подцарство БАКТЕРИИ

Бактерии (от греч. bakterion – палочка) открыты голландским ученым А. Левенгуком в 1675 году, а роль бактерий впервые показал французский микробиолог Л. Пастер. Подцарство Бактерии насчитывает 5 000 видов.

Строение и жизнедеятельность бактерий.

Бактерии – группа древнейших организмов с типичным прокариотическим строением клетки. Для бактерий характерны следующие особенности строения и процессы жизнедеятельности:

— малые размеры (чаще от 0,1 до 10 мкм, реже 30 – 100 мкм);

— разнообразие форм: клетки могут быть шаровидными (кокки) палочковидными (бациллы), извитой формы (вибрионы, спириллы и спирохеты). Одни бактерии неподвижны, другие способны передвигаться с помощью жгутиков или скольжением;

— одноклеточная или колониально-одноклеточная организация без плазматических связей между клетками. Примером колоний являются диплококки, тетракокки, стрептококки, сарцины и др.;

— отсутствие обособленного ядра. ДНК-содержащая часть цитоплазмы не ограничена мембраной и называется нуклеоидом. Она представлена единственной кольцевой хромосомой;

— отсутствие митохондрий, пластид, комплекса Гольджи, эндоплазматической сети, центриолей и ядрышек;

— особое строение и состав мембранных структур и оболочек бактериальной клетки. Клетки бактерий покрыты тремя оболочками:

— внутренняя – цитоплазматическая мембрана, образующая внутренние впячивания, называемые мезосомами;

— средняя – клеточная стенка, представляющая собой решетку, построенную из полисахарида муреина;

— наружная – слизистая капсула, присутствующая не у всех.

По строению клеточной стенки бактерии подразделяются на грамположительные (окрашиваются по Граму) и грамотрицательные (не окрашиваются по Граму) На клеточной стенке некоторых бактерий имеются тонкие выросты (палочковидные белковые выступы).

В цитоплазме находятся рибосомы (до 10 000 на клетку), включения (гликоген, жир, волютин), а также у большинства бактерий имеются плазмиды – короткая молекула ДНК, замкнутая в кольцо и не связанная с нуклеоидом.

Для бактерий характерно повсеместное распространение: в почве, в соленой и пресной воде, в организме растений, животных и человека, на разных предметах нашего жилища, в отбросах, в атмосфере на высоте 10 км. В почве бактерий насчитывают от 300 млн. до 2 млрд. на 1 г, в 1 см³ молока – до 1 млн., в воздухе – от 10 до 25 тыс. на м³ (летом) и до 4,5 тыс. зимой, а в 1 см³ воды – около тысячи. Живут они при большом давлении, в условиях вакуума, в горячих источниках при температуре до +70⁰С, в холодных морях и холодильниках на пищевых продуктах. Живые бактерии обнаружены и в нефтяных скважинах на глубине 2 000 м.

Дыхание бактерий осуществляется посредством дыхательных ферментов, вырабатываемых бактериальной клеткой. По способу дыхания бактерии делятся на аэробные, то есть существующие в кислородной среде и анаэробные, существующие в бескислородной среде. При дыхании освобождается больше энергии, чем используется клеткой, 75% этой энергии выделяется в окружающую среду в виде тепла (нагревание навоза, сена, зерна и. т. п.).

По способу питания бактерии делятся на автотрофные и гетеротрофные.

Автотрофные бактерии – бактерии, синтезирующие органические вещества из неорганических (СО₂, Н₂О, минеральные соли и другие). К ним относится фотосинтезирующие и хемосинтезирующие бактерии.

Фотосинтезирующие бактерии используют световую энергию для синтеза органических веществ. Способность к фотосинтезу определяется наличием пигментов хлорофиллинов (например зеленые и пурпурные серобактерии).

Хемосинтезирующие бактерии используют для синтеза органических веществ энергию, выделяющуюся при окислении каких-либо неорганических веществ окружающей среды. Например, железобактерии переводят закисные соли железа в окисные, серобактерии восстанавливают сероводород в серу, серную кислоту и её соли, нитрифицирующие бактерии переводят аммиак в азотистую и азотную кислоты.

Гетеротрофные бактерии – бактерии, не способные синтезировать органические вещества из неорганических и нуждаются в готовых органических веществах, поступающих с пищей. Их можно подразделить на три группы: сапрофиты, паразиты и симбионты.

Сапрофиты – бактерии, живущие за счет питания органическими веществами мертвых организмов. Это бактерии брожения и гниения.

Паразиты – бактерии, питающиеся готовыми органическими веществами живых организмов. Например, холерный вибрион, туберкулезная и столбнячная палочки, гонококки и другие.

Симбионты – бактерии, живущие в некоторой взаимосвязи с другими живыми организмами и приносящие обоюдную пользу. Например, клубеньковые бактерии, живущие в тканях бобовых растений. Они используют органические вещества растения и частично обеспечивают их соединениями азота. Кишечная палочка также является симбионтом.

Размножение бактерий.

Размножаются бактерии бесполым и половым путем.

Бесполое размножение – это деление материнской клетки через каждые 20-30 минут с образованием двух дочерних. Переход к делению диктуется отношением объема ядра к объему цитоплазмы. Перед клеточным делением происходит удвоение ДНК, во время которого мезосомы удерживают геном в определенном положении. При делении клетки сначала делится нуклеоид, затем нуклеоплазма. Кольцевая хромосома в одной точке прикрепляется к впячиванию плазматической мембраны. После удвоения дочерние хромосомы прикрепляются к ней в двух расположенных рядом точках. Затем расстояние между точками прикрепления увеличивается, а мембрана как бы врастает между ними, раздвигая в разные стороны. После полного расхождения хромосом и разделения цитоплазмы образуется оболочка новых клеток.

Таким образом, дочерние клетки бактерии при делении получают идентичный наследственный материал.

Половое размножение бактерий обнаружено в 50-е годы; оно присутствует в примитивных формах. Гаметы не образуются, слияния клеток не происходит, а наблюдается обмен генетическим материалом, т.е. происходит генетическая рекомбинация. Известно три способа образования рекомбинантов:

— трансформация,

— трансдукция,

— конъюгация.

Трансформация открыта в 1928 году английским микробиологом Гриффитсом. При трансформации небольшие фрагменты ДНК выходят из клетки донора, поглощаются клеткой – реципиентом и включаются в состав её ДНК, замещая в ней похожий, но не обязательно идентичный фрагмент. Трансформация наблюдается у немногих бактерий, например, у пневмококков.

Трансдукция заключается в том, что вирусы, покидая бактериальную клетку, в которой они паразитировали, могут захватить с собой часть их ДНК и, перемещаясь в новые клетки, передают новым хозяевам свойства прежних. Явление трансдукции было получено в опытах с бактериями из различных штаммов. В отличии от трансформации, где влияние на клетки оказывает свободная ДНК, при трансдукции переносчиком информации является ДНК фага. При этом вирус передает клетке-реципиенту только отдельные фрагменты генетического аппарата клетки-донора.

Конъюгация – это перенос ДНК между клетками, контактирующими друг с другом. В отличие от трансформации и трансдукции при этом может обмениваться значительная часть ДНК. Этот процесс был открыт в 1946 году у кишечной палочки. Иногда перенос осуществляется с помощью плазмид.

Способность к спорообразованию.

Способность к спорообразованию при неблагоприятных условиях – одна из особенностей бактерий. Споры обладают прочными покровами и особым химическим составом, обусловливающим их внутреннюю устойчивость к высушиванию, достаточно высокой радиации и температуре и к другим неблагоприятным факторам, вызывающим гибель вегетативных клеток. Попадая в свежую питательную среду, споры прорастают и дают начало новым клеткам.

Роль бактерий.

В природе почвенные бактерии участвуют в образовании каменного угля, нефти, газа, торфа. Гнилостные бактерии разлагают органические вещества, делая их доступными для других растений. В результате этого земля очищается от трупов животных и растений, обеспечивается плодородие почв. Нитрифицирующие и азотфиксирующие бактерии играют важную роль в круговороте азота в природе.

В сельском хозяйстве и промышленности используются бактерии молочно-кислого брожения для изготовления простокваши, кефира, кумыса, сметаны, сыров, сливочного масла, при силосовании кормов, при квашении капусты и огурцов. Бактерии уксуснокислого брожения используются для получения винного уксуса, который применяется для маринования плодов и овощей. Используются бактерии в кожевенной и текстильной промышленностях. Бактерии гниения и брожения приводят к порче продуктов. С бактериями связаны биологические разрушения и биокоррозия многих промышленных материалов, дерева и бумаги.

В медицине бактерии служат для приготовления сывороток и вакцин являются основой получения антибиотиков (стрептомицин, нистатин, эритромицин, олеандомицин). Многие бактерии вызывают заболевания у человека, животных и растений (таблица 11).

Таблица 11

Болезнетворные бактерии человека и борьба с ними.

Заболевание	Возбудитель	Патогенез	Пути передачи	Профи- лактика, лечение
1.Дифтерия	Палочковид-ная Грам-положитель-ная бактерия	Верхние дыхательные пути, чаще глотка. Опасный токсин разносится по телу, поражается сердце.	Капельная инфекция	Анатоксин
2. Туберкулез	Палочковидная бактерия	Главным образом легкие	Капельная инфекция, молоко больных животных	Живые бактерии. Антибиотики типа стрептомицина.
3. Коклюш	Палочковидная Грам-отрицательная бактерия	Верхние дыхательные пути, приступы кашля	Капельная инфекция	Убитые бактерии

4. Гонорея	Кокки, Грам-отри­цательные	Половые органы, у новорожденных глаза	При половом контакте	Антибиотики пенициллин и стрептомицин
5. Сифилис	Бледная спирохета	Половые органы, затем глаза, кости, суставы, ЦНС, сердце и кожа	При половом контакте	Антибиотики, например пенициллин
6. Тиф	Риккетсия	Эпидемический сыпной тиф, поражаются внутренние стенки сосудов, тромбоз сосудов, сыпь на коже.	Переносчики вши	Убитые бактерии или живые клетки не вирулентного штамма. Антибиотики: тетрациклин
7. Столбняк	Палочковид-ная, Грам-положительная	Кровь, образует токсин, который поражает двигательные нервы спинного мозга. Часто смертельный исход.	Раневая инфекция	Анатоксин
8. Холера	В виде запятой, Грам-отрицатель-ный холерный вибрион	Пищеварительный тракт (тонкий кишечник)	Фекальные заражения воды и продуктов	Убитые бактерии. Антибиотики тетрациклинового ряда.
9. Брюшной тиф	Палочковид-ная, Грам-отрицательная бактерия	Пищеварительный тракт. Поражается лимфа, кровь, легкие, костный мозг, селезенка	Как у холеры	Убитые бактерии (вакцина ТАВ)
10. Бактериальная дизентерия	Палочковид-ная, Грам-отрицательная	Пищеварительный тракт, главным образом подвздошная и толстая кишка	Как у холеры	Вакцины нет. Антибиотики тетрациклинового ряда

Меры борьбы с бактериями.

1. Высушивание.

2. Пастеризация.

3. Стерилизация.

4. Охлаждение, которое не вызывает гибели бактерий, но приостанавливает их жизнедеятельность.

5. Консервирование, связанное с повышением концентрации соли или сахара.

6. Ультрафиолетовое облучение.

7. Дезинфекция для уничтожения патогенных бактерий.

Вопросы для самоконтроля:

1. К каким формам жизни относятся бактерии?

2. Каково строение тела бактерий?

3. Как происходит питание бактерий?

4. Как бактерии размножаются?

5. Как происходит образование спор у бактерий?

6. Какова роль бактерий в круговороте веществ в природе?

7. Какую роль бактерии играют в хозяйстве человека?

8. Какую пользу приносят клубеньковые бактерии бобовому растению? Как называется такой способ существования?

9. Назовите бактерии, являющиеся возбудителями болезней человека?

10. Перечислите способы борьбы с болезнетворными болезнями?

11. Заполните таблицу «Значение бактерий»:

№	Группы бактерий	Значение
1.	Гнилостные
2	Нитрифицирующие
3.	Железобактерии
4.	Клубеньковые
5.	Кисломолочные
6.	Спиртового брожения
7.	Болезнетворные