8. Продукты жизнедеятельности бактерий

При росте и размножении бактерий образуются различные продукты. Все они необходимы бактериям для их жизнедеятельности. Одни из них являются экзоферментами для обеспечивания поступления питательных веществ в предварительно обработанном виде, другие - витаминами и ростовыми факторами для бактерий либо факторами вирулентности бактерий или антибиотиками. Мы используем биосинтетическую активность микроорганизмов в промышленности, сельском хозяйстве, биологии и медицине. Существуют штаммы микроорганизмов, являющиеся продуцентами аминокислот, витаминов, антибиотиков, других лекарственных веществ. В настоящее время биотехнология в значительной мере базируется на специально отобранных либо искусственно полученных штаммах микроорганизмов с полезными свойствами.

Среди продуктов жизнедеятельности бактерий нужно остановится на пигментах. Пигменты - биологические красители. Они различаются по цвету, чаще всего бактериальные пигменты имеют разные оттенки желто-коричневого цвета. Но есть и пигменты красного цвета - у чудесной палочки Serratia marcescens (продигиозин), сине-зеленого цвета - у синегнойной палочки Pseudomonas aeruginosa (пиоцианин), черного цвета - у Aspergillus niger и Bacteroides melaninogenicus, белого цвета - у стафилококка.

Пигменты классифицируют на жирорастворимые (у стафилококка, сарцин, микобактерий), водорастворимые (у синегнойной палочки), практически нерастворимые в воде, органических растворителях и даже в сильных кислотах (у аспергилл и бактероидов).

Пигменты могут выполнять у некоторых бактерий роль дыхательных ферментов, они защищают бактерии от губительного действия ультрафиолетовых лучей.

Некоторые пигменты могут стимулировать защитные силы макроорганизма. Например, из Serratia marcescens получают продигиозан, применяющийся в качестве неспецифического стимулятора иммунной системы для лечения иммунодефицитных состояний.

Пигментообразование является важным дифференциальным признаком бактерий и используется при выборе подозрительной колонии и идентификации выделенной чистой культуры в качестве одного из культуральных признаков бактерий.

9. Роль микроорганизмов в круговороте веществ

Чтобы мы могли оценить роль бактерий в природе следует прежде всего указать, что формирование биосферы Земли произошло около 3-х млрд. лет назад, когда единственными обитателями нашей планеты были прокариотические микроорганизмы - бактерии. Последующее формирование биогеоценоза (совокупности всех живых существ на Земле) шло при обязательном участии бактерий и других микроорганизмов. Нам кажется, что основные обитатели Земли - это животные и растения. Но это не совсем так. Суммарная биомасса бактерий в природных субстратах нашей планеты оценивается в 74,46 ^. 10⁹ т. Все растения составляют в сумме 55 ^. 10⁹ т, животные - 0,55 ^. 10⁹ т, простейшие и водоросли - 1,5 ^. 10⁹ т. Таким образом, биомасса бактерий превышает суммарную биомассу всех остальных живых существ на Земле.

Как известно, растения и животные синтезируют большое количество органических соединений, которые в дальнейшем не могут усваиваться этими высокоорганизованными существами. Если бы не было микроорганизмов, способных трансформировать все эти органические соединения в вещества, усваивающиеся растениями и животными, то происходило бы постоянное уменьшение химических элементов в усваиваемой форме. Это привело бы в конце концов к прекращению жизни на Земле.

Именно микроорганизмы, благодаря своей высокой биохимической активности, обеспечивают круговорот веществ в природе.

Например, круговорот азота представляется следующим образом. Все азотосодержащие органические соединения животных и растений попадают в почву в виде их выделений либо тел. Там они под действием совокупности аммонифицирующих бактерий переводятся в соли аммония. Далее соли аммония переводятся в соли азотистой кислоты под действием нитрифицирующих, а соли азотной кислоты - нитратных бактерий. Нитраты (селитры) усваиваются растениями, которые строят свои белки, служащие для питания животных. Так связанный азот органических соединений благодаря бактериям возвращается в круговорот веществ.

Но некоторые бактерии могут производить процесс денитрификации, при котором связанный азот восстанавливается до газообразного. С другой стороны, существуют азотфиксирующие бактерии, способные связывать газообразный азот (клубеньковые бактерии, живущие в корнях бобовых растений). Эти процессы были изучены в первую очередь выдающимся отечественным микробиологом С.Н.Виноградским (1858-1953), создателем почвенной микробиологии.

Известна и роль микроорганизмов в круговороте остальных органогенов - углерода, водорода, фосфора, серы.

Биогеохимические циклы возникли на заре жизни и играют важнейшую роль в формировании и поддержании биогеоценоза.