3. Трансдукция

• При трансдукции небольшой двухцепочечный фрагмент ДНК попадает из клетки-донора в клетку-реципиент вместе с бактериофагом ( одна из форм вирусов ) ; фаг служит посредником , передающим часть генома одной бактерии ( донора ) другой ( реципиенту )

Приспособления бактерий к неблагоприятным условиям внешней среды

1. Спорообразование

• Споры возникают при недостатке питательных веществ , нагревании , ионизирующих излучениях , избытке токсичных продуктов обмена и других неблагоприятных воздействиях внешней среды

• Спорообразование начинается с отшнуровывания части цитоплазмы от материнской клетки ( отшнуровавшаяся часть содержит одну хромосому и окружена мембраной ) ; затем спора окружается клеточной стенкой , часто многослойной

• Споры отличаются исключительной устойчивостью к различным неблагоприятным воздействиям

( в сухом состоянии сохраняют жизнеспособность многие сотни и даже тысячи лет , выдерживая

резкие колебания температуры , например , во льду возраст которого 10 – 12 тыс. лет )

• Некоторые бактерии ( род Clostridium или Bacillus ) образуют эндоспоры , т. е. споры , находящиеся внутри клетки ( эндоспоры – толстостенные долгоживущие образования , крайне устойчивые к нагреванию и коротковолновому излучению ) ; их расположение внутри клетки служит важным систематическим признаком

2. Инцистирование

• Циста – покоящаяся , устойчивая структура , образующаяся при неблагоприятных условиях окружающей среды из целой клетки ( более эффективны чем споры , выдерживают длительное высыхание , охлаждение до –196⁰С , многодневное кипячение , вакуум и проч. )

• В благоприятных условиях споры и цисты набухают , оболочки разрываются и клетки переходят к активному функционированию ( вегетативная форма бактериальной клетки )

3. Высокий уровень наследственной изменчивости вследствие мутагенного воздействия среды и генетической рекомбинации и интенсивное размножение , обуславливающие высокую скорость адаптациогенеза – важнейшие факторы устойчивости бактерий к неблагоприятным условиям

Значение бактерий в природе и жизни человека

• Осуществление круговорота биогенных элементов ( азота , серы , фосфора , кислорода и др. ) – замыкают биогеохимические циклы элементов

• Формирование земной коры и образование осадочных горных пород

• Почвообразование

• Образование и распад гумуса ( повышение плодородия почвы )

Гумус или перегной – верхний плодородный слой почвы образующийся из разложившегося органического вещества (растительные и животные остатки ) , содержащий питательные вещества и обладающий особыми физико-химическими свойствами ( например , способность удерживать воду )

• Плодородие почвы – способность почвы обеспечивать вегетацию растений – результат жизнедеятельности бактерий

• Минерализация органических остатков – гниение остатков растений и трупов животных ( редуценты – деструкторы в экосистемах ) ; конечными продуктами этих процессов являются СО₂ , Н₂S , Н₂О NH₃ , СО , СН₄ , N₂O N₂ др. – физиологически активные летучие соединения , образующиеся в почве ; основной источник пополнения запасов СО₂ в атмосфере – бактериальный распад растительных тканей

• Выступают в роли продуцентов в цепях питания биоценозов ( фиксация СО₂ )

• Образование каменного угля , нефти , торфа , природного газа , серы , металлов , железа ( Курская магнитная аномалия ) и других органогенных полезных ископаемых

• Формирование первичной восстановительной атмосферы Земли ( более 3,5 млрд. лет назад ) – бактериальная атмосфера

• Формирование и поддержание газового состава современной вторичной окислительной атмосферы Земли

• Формирование климата Земли ( зависит от содержания в атмосфере парниковых компонениов : СО₂ , СН₄ , NO , NO₂ , О₃ в приземных слоях , которые продуцируются почвенными микроорганизмами )

• Формирование биоценозов и сообществ

• Образование царства эукариотов

• Пища для эукариотов

• Азотофиксация ( обогащение почвы усвояемыми растениями соединениями азота ) , нитрификация , аммонификация и денитрификация

• Азотофиксация – превращение молекулярного атмосферного азота в органические соединения (белки) азотофиксирующих микроорганизмов

• азотофиксирующие бактерии ( имеют фермент нитрогеназу , катализирующий процесс фиксации N₂) :

• свободноживущие почвенные – азотобактер , клостридиум

• симбионты растений – клубеньковые бактерии - ризобиум( их колонии живут внутри растительных клеток ) - самый богатый естественный источник связанного азота )

• аммонофикаторы – многие споровые бактерии

• нитрификаторы – нитробактер

• для восстановления 1 моля N₂ бактериям требуется 15–20 молей АТФ ( источниками энергии в почве являются корневые экскудаты , слизи , продукты корневого опада )

• азот , накопленный путём азотофиксации , находится в форме белка азотофиксирующих бактерий ; он накапливается постепенно , в течение всего вегетационного периода и используется растениями после отмирания микробных клеток и их распада ( после гибели организмов его белки разлагаются до аминокислот , а затем до аммиака , затем хемосинтезирующие бактерии окисляют аммиак до нитратов , усваивающихся растениями )

• фиксация азота микроорганизмами – планетарный процесс , сопряжённый с фотосинтезом растений и равный ему по масштабу и значению ( общая продукция микробной азотофиксации составляет до 330 млн. тонн в год ; из них 200 млн т г даёт суша и 130 млн т г - океан

• Нитрификация – превращение связанного в органических соединениях азота в нитраты и нитриты

• Аммонификация – превращение белков и аминокислот остатков животного и растительного происхождения в процессе их разложения в аммоний ( NH₃ )

• Денитрификация – образование молекулярного азота из нитрата в отсутствии кислорода

• Переваривание клетчатки в кишечнике человека , млекопитающих и других фитофагов и полифагов

• Синтез кишечной микрофлорой человека витаминов группы В ( В₁ , В₆ , В₁₂ ) , витамина К , биотина , пантотеновой и никотиновой кислоты , продуценты провитаминов – каротинов и каротиноидов , незаменимых аминокислот – лизин , метионин ( кишечник человека заселён 500 видами бактерий )

• Предохранение организма человека от заражения его патогенными микроорганизмами

• Стимуляция иммунной системы человека

• Снабжение растений биологически активными веществами и соединениями азота ( симбиотические бактерии растений )

• Получение полезных органических продуктов питания человека в результате брожения : кефир и другие кисломолочные продукты , сыр , масло , йогурт , сметана , кумыс , пива , спирта , квашение капусты

• Силосование кормов с/х животных

• Биоэнергетика - получения биогаза ( топлива ) из отходов пищевой промышленности : пропан , бутан , бутанол и др.

• Биоконверсия – химическая трансформация малоценных веществ в сходные по структуре ценные органические соединения

• Получение органических кислот : уксусной , муравьиной , пропионовой , янтарной , масляной и др.

• Биоиндикация и биоконтроль чистоты воды , руд металлов и проч.

• Получение антибиотиков ( стрептомицин , нистатин , эритромицин и др.; например , сенная палочка продуцирует более 70 антибиотиков ) , сывороток и вакцин

• Получение продуктов биотехнологии ( микробиологический синтез ) : ферменты , гормоны , аминокислоты , органические кислоты , кормовой белок , витамины , стимуляторы роста растений ( ауксины ) и животных , бактериальные удобрения , средства защиты растений , консерванты , заменители сахара , жидкие кристаллы , ПАВ органические растворители и т.д.

• Очистка сточных вод , утилизация нефтепродуктов

• Объект генной инженерии ( см . тему « Биотехнология » )

• Возбудители опасных инфекционных заболеваний человека , животных и растений : дизентерия , ангина , дифтерия , туберкулёз , чума , холера , сифилис , тиф , столбняк , сибирская язва , пневмония , проказа , ботулизм гангрена , бруцеллёз и др.

• Биологическое разрушение ( коррозия ) промышленных материалов–металлов , дерева , бумаги и др.

• Порча продуктов питания ( бактерии гниения )