Кто такие бактерии в биологии: определение
- Бактериями называются живые микроорганизмы, которые не имеют ядра. Они относятся к домену прокариотов, являясь одной из древнейших жизненных форм на планете. Это также одни из наиболее универсальных «жителей» Земли, способные жить в глубинах почвы и водоемах, в кислой и радиоактивной среде. Несмотря на все старания ученых, человечество до сих пор не может выращивать их все лабораторно (это удается только относительно некоторых видов).
- Длина бактерий составляет считанные микрометры, а форма их может быть самой разнообразной. Наука, которая занимается изучением бактерий, называется бактериологией. Они являются составляющей микрофлоры человека, принося как пользу, так и вызывая различные заболевания. Используются в различных сферах человеческой деятельности: промышленность, животноводство, биотехнологические процессы и т.д.
- Слово происходит из латинского языка, в котором в свою очередь было образовано производное название из греческого, и обозначает понятие «палочка» — именно такими были бактерии, впервые обозначенные учеными.
Полезные бактерии, и их названия
Подавляющее большинство из них – это существа, живущие в симбиотических или мутуалистических связях с организмами-донорами (внутри которых живут). Обычно такие бактерии берут на себя часть функций, на которые не способен организм хозяина. Примером могут служить бактерии, живущие в пищеварительном тракте человека и перерабатывающие часть пищи, справиться с которой сам желудок не в состоянии.
Бактерии принято классифицировать по форме. В зависимости от этого ученые разделили их на три группы:
- К шаровидным (коккам) относят похожий на виноградные гроздья стафилококк, действие которого провоцирует пищевые отравления, а также гнойные воспаления. А вот стрептококкам, образующим в результате деления цепочку клеток, свойственно провоцировать воспалительные заболевания.
- Похожие формой на обычную палочку бактерии называют палочковидными. Существуют бактерии, образующие своеобразные слои защиты, которые противодействуют влиянию извне – это бациллы.
- Бактерии, имеющие извитую форму, относятся к спиралям, и они преимущественно безвредны. К ним относятся спириллы, спирохеты.
- Кроме того, существуют названия, связанные с той или иной особенностью. Всем известный вибрион отличается быстрыми колебаниями, а протеус, названный по имени греческого бога, способного приобретать тот или иной облик, характерен тем, что в различных организмах действует по-разному.
- Кроме того, часто бактерии называют именами ученых, открывших их: риккетсии, шигеллы, бруцеллы или, скажем, лямблии с сальмонеллами.
Среди наиболее опасных для человека бактерий можно выделить:
- Возбудитель ботулизма, парализующего нервную систему – клостридия ботулина.
- Сальмонелла брюшного тифа, который проявляется высокой температурой и сильными болями в животе. Бактерия может, кроме того, не проявляться в симптомах, но человек при этом остается носителем заболевания.
- Столбнячной палочке свойственно активное развитие в глубокой ране, способное вызвать столбняк. Эта болезнь, с сильными судорогами, имеет очень высокую смертность.
- Все слышали о палочке Коха, ведущей к туберкулезу, являющимся одной из наиболее частых причин смерти человека. Передается при помощи воздушно-капельных путей, обнаруживается при флюорографическом обследовании.
- Кишечная палочка бывает просто микрофлорой кишечника, однако несколько ее серотипов приводят к кишечным инфекциям.
- Холерный вибрион чаще всего встречается в грязной воде. Холера при отсутствии лечения вполне способна закончиться смертельным исходом.
- Стрептококки – очень опасны, поскольку провоцируют менингит, пневмонию и т.п. Стрептококковый токсический шок сопровождается жаром, отеками конечностей и некрозом.
- Аспергилл дымящий представляет собой плесневый грибок, опасный для людей, имеющих ослабленный иммунитет, поражающий в первую очередь органы дыхания.
- Бледная трепонема провоцирует развитие сифилиса. Сегодня это вполне излечимая на первых стадиях болезнь, но в третичной – чревата необратимыми изменениями в организме и смертью.
- Стафилококк золотистый мы уже давно связываем с пневмонией и менингитом, сепсисом. Его опасность в высокой устойчивости к антибиотикам.
Бактерии, благотворно влияющие на человеческий организм, имеют название микробиота. В человеке их множество – миллионы:
- В кишечнике в первую очередь полезное действие оказывают лакто- и бифидобактерии. К ним относят ацидофильную палочку, анаэробную молочно-кислую бактерии. Важно поддерживать их необходимое количество, употребляя кисломолочные продукты.
- В коже и дыхательных путях активно действуют микроорганизмы, относящиеся к стафило-, стрепто- и микрококкам. Они помогают в своей среде обитания, но при попадании в рану или, к примеру, при переизбытке приводят к заболеваниям.
Чем являются бактерии, являются ли они организмами?
- Действительно, бактерии являются организмами, причем, относятся они к наиболее древней группе из всех, которые существуют на сегодняшний день. Их строение достаточно примитивно, многие из бактерий и поныне сохраняют признаки, присущие их предкам, в частности, те виды, которые находятся в особых условиях. Это горячая серная или бескислородная среда.
Бактерии живут на планете Земля более 3,5 млрд. лет. За это время они многому научились и ко многому приспособились. Теперь они помогают человеку. Бактерии и человек стали неразлучны. Как подсчитали ученые, в организме человека содержится от 500 до 1000 всевозможных видов бактерий или триллионы этих удивительных жильцов, что составляет до 4-х кг совокупного веса.
Человеческий организм населяют и полезные и вредные бактерии. Существующий баланс между организмом человека и бактериями отшлифовывался веками. При снижении иммунитета «плохие» бактерии наносят большой вред человеческому организму. При некоторых заболеваниях затрудняется процесс пополнения организма «хорошими» бактериями.
Нормальной работе организма человек обязан бифидобактериям, лактобактериям, энтерококкам, кишечной палочке и бактериодам, на долю которых приходится 99% нормальной микрофлоры кишечника. 1% составляют представители условно- патогенной флоры: клостридии, синегнойная палочка, стафилококки, протеи и др.
Бифидобактерии
- благодаря бифидобактериям вырабатываются ацетат и молочная кислота. Закисляя среду обитания, они подавляют рост патогенных бактерий, вызывающих гниение и брожение;
- благодаря бифидобактериям снижается риск развития аллергии к пищевым продуктам у малышей;
- они обеспечивают антиоксидантный и противоопухолевый эффект;
- бифидобактерии принимают участие в синтезе витамина С;
- бифидо- и лактобактерии принимают участие в процессах по усвоению витамина Д, кальция и железа.
Кишечная палочка
- Особое значение уделяется представителю этого рода Escherichia coli M17. Она способна вырабатывать вещество коцилин, которое угнетает рост целого ряда болезнетворных микробов.
- При участии кишечной палочки синтезируются витамины К, группы В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 и В12), фолиевая и никотиновая кислоты.
Энтеробактерии
Энтеробактерии принимают активное участие в восстановлении кишечной микрофлоры после приема антибиотиков.
Лактобактерии
Лактобактерии угнетают рост гнилостных и условно патогенных микроорганизмов за счет образования целого ряда веществ антимикробной направленности.
- При участии бифидо-, лакто- и энтеробактерий синтезируются витамины К, С, группы В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 и В12), фолиевая и никотиновая кислоты.
- Благодаря микрофлоре кишечника расщепляются непереваренные компоненты пищи из верхних отделов кишечника – крахмал, целлюлоза, белковые и жировые фракции.
- Кишечная микрофлора поддерживает водно-солевой обмен и ионный гомеостаз.
- Благодаря секреции особых веществ микрофлора кишечника подавляет рост патогенных бактерий, вызывающих гниение и брожение.
- Бифидо-, лакто- и энтеробактерии принимает участие в детоксикации веществ, попадающих извне и образующихся внутри самого организма.
- Кишечная микрофлора играет большую роль в восстановлении местного иммунитета. Благодаря ей увеличивается количество лимфоцитов, активность фагоцитов и выработка иммуноглобулина А.
- Благодаря кишечной микрофлоре стимулируется развитие лимфоидного аппарата.
- Повышает устойчивость эпителия кишечника к канцерогенам.
- Микрофлора защищают слизистую стенку кишечника и обеспечивает энергией кишечный эпителий.
- Регулирует перистальтику кишечника.
- Кишечная флора приобретает навыки по захвату и выводу вирусов из организма хозяина, с которым долгие годы она находилась в симбиозе.
- Поддерживает тепловой баланс организма. Питается микрофлора за счет веществ, непереваренных ферментативной системой веществ, поступающих из верхних отделов желудочно-кишечного тракта. В результате сложных биохимических реакций вырабатывается огромное количество тепловой энергии. Тепло с током крови разносится по всему организму и поступает во все внутренние органы. Вот почему при голодании человек всегда мерзнет.
- Регулирует обратное всасывание компонентов желчных кислот (холестерина), гормонов и др.
Кто обнаружил бактерии?
- Первооткрывателем бактерий можно считать голландского ученого Антони ван Левенгука, который первым смог обнаружить их под микроскопом и описать. Это произошло во второй половине 17-го века.
- Еще половину столетие спустя немецкий ученый Христиан Эренберг дал название этим существам, которое мы используем и поныне – бактерии. Оно заменило первое наименование, введенное Левенгуком – анималькули.
- В середине 19-го века французский микробиолог Луи Пастер не просто обнаружил отдельные свойства, присущие бактериям, но и начал изучать их физиологию и метаболизм бактерий.
- Его продолжателем в этом деле стал немецкий коллега Роберт Кох, чьи труды по исследованию возбудителей туберкулеза увенчались нобелевским лауреатством.
Бактерии, без которых человеку не выжить
- Бактерии влияют практически на любой аспект жизни природы и человека. Именно они «работают» над кругооборотом веществ, разлагая и видоизменяя органические вещества, способствуя почвообразовательным процессам, очищая водоемы.
- Негативное влияние на живые организмы оказывают болезнетворные бактерии, описанные выше – они вызывают заболевания не только у людей, но влияют и на животных, и на растения.
- Бактерии используются в фармакологии, являясь компонентами лекарственных препаратов, в пищевой промышленности, способствуя производству кисломолочных продуктов, заквасок, сыров. Процесс маринования также не обходится без участия бактерий, как и винодельческое ремесло.
Организм человека населяет огромное количество бактерий, без которых человеку не выжить. Общий вес бактерий в теле человека – от 1,5 до 2,5 кг. Такой полезный устойчивый симбиоз образовался:
- в желудочно-кишечном тракте;
- на коже;
- в носоглотке и ротовой полости.
Без полезных бактерий – мутуалистов (мутуализм – форма взаимодействия, при которой каждый организм извлекает определенную пользу) – перечисленные органы моментально подверглись бы атаке болезнетворных микробов.
Разумеется, это не была бы атака в прямом смысле этого слова. Просто ничто не мешало бы болезнетворным микроорганизмам поселиться на тканях организма, размножиться на них и отравить токсичными продуктами своей жизнедеятельности.
Основной принцип работы бактерий в организме – создание такой среды на тканях органов, в условиях которой вредные микробы не могут выживать. Соответственно, попадая на кожу, в носоглотку или в желудочно-кишечный тракт, болезнетворные микробы просто погибают, поскольку среда, уже сформированная полезными микробами на тканях этих органов, является для вирулентных (опасных) прокариотов смертельной.
Это общая картина влияния полезных бактерий, локальное же воздействие микробов имеет особенности в зависимости от органа, в котором происходит такое симбиотическое взаимодействие.
Бактерии, населяющие желудочно-кишечный тракт человека, выполняют сразу несколько функций, благодаря которым человек имеет возможность выживать как биологический организм:
- Микробы создают в кишечнике антагонистическую для болезнетворных микробов среду. Эта роль полезных микроорганизмов сводится к тому, что они создают в кишечнике кислую среду, а болезнетворные микробы плохо живут в кислой среде.
- Те же полезные бактерии переваривают растительную пищу, попадающую в кишечник. Ферменты, синтезируемые организмом человека, не в состоянии переваривать клетки растений, содержащие целлюлозу, а бактерии питаются такими клетками беспрепятственно, играя тем самым еще одну важную роль.
- Также полезные бактерии синтезируют необходимые человеку витамины групп В и К. Роль витаминов группы К – обеспечение обмена веществ в костях и соединительных тканях. Роль витаминов группы В глобальна. Эти низкомолекулярные органические соединения участвуют в огромном количестве процессов: от высвобождения энергии из углеводов до синтеза антител и регулировки нервной системы. Несмотря на то что витамины группы В присутствуют во многих продуктах, именно благодаря синтезу их кишечной микрофлорой организм получает то количество этих витаминов, которое необходимо для нормальной жизнедеятельности человека.
Наиболее популярные сегодня молочнокислые микроорганизмы – лактобактерии и бифидобактерии, именно их рекламируют как основное пробиотическое средство в составе полезных продуктов.
- Бифидобактерии – нитчатые молочнокислые микроорганизмы, которые устилают поверхность кишечника и не дают вредным микробам закрепиться и размножиться на его стенках. Общий вес молочнокислых бифидобактерий в соотношении с другими бактериями-симбионтами составляет около 80%.
- Лактобактерии – грамположительные молочнокислые палочки, основная роль которых – не только переваривание растительной пищи и создание антагонистической среды, а еще и стимуляция синтеза антител. Это микроорганизмы, оказывающие огромное влияние на иммунную систему человека.
Кроме полезных молочнокислых прокариотов, в ЖКТ есть и условно вредные – бактерии группы кишечной палочки. Несмотря на то что они тоже могут оказывать благотворное воздействие, например, бактерии группы кишечной палочки также синтезируют витамины группы К, при увеличении их количества в ЖКТ влияние становится вредным: кишечные палочки отравляют организм токсинами.
Общий вес кишечных палочек, которые присутствуют в организме человека, очень незначительный в сравнении с двумя килограммами полезных микроорганизмов.
Микроорганизмы, которые населяют кожные покровы человека, играют роль естественного биологического щита, они также не дают возможность вредным бактериям развить активную деятельность на коже и тем самым оказывать отравляющее влияние на весь организм.
Основными бактериями, которые контролируют безопасность кожи, рта и носоглотки, являются:
- микрококки;
- стрептококки;
- стафилококки.
Стрептококки и стафилококки имеют в своем роду вредных (патогенных) представителей, которые могут отравлять организм.
Микробы заполняют организм новорожденного уже с первых минут его жизни и окончательно формируют состав кишечной микрофлоры к 10-13 годам. В кишечнике обитают стрептококки, лактобактерии, бифидобактерии, энтеробактерии, грибы, кишечные вирусы, непатогенные простейшие. Лактобактерии и бифидобактерии составляют 60% кишечной флоры. Состав этой группы бактерий всегда постоянный, многочисленный и осуществляет основные функции.
Какие бывают вредные, болезнетворные бактерии, и их названия?
- Как показывает практика – практически в любых, от клокочущих гейзеров, внутри которых температурные условия те же, что и в кипящем чайнике – до 100 С°. Нефть, кислота – эта среда также не пугает бактерии, и они могут существовать в тех условиях, где не выживет более совершенный организм.
- Есть предположение, что космос также заселен некоторыми видами бактерий, и эта гипотеза стала основанием для одной из версий, поясняющей происхождение жизни на Земле.
Причины заболеваний
Возникает логичный вопрос: если человек со всех сторон защищен биологическим щитом, тогда почему же люди все-таки болеют, почему этот щит не срабатывает?
Вторым важным обстоятельством являются характеристики самого вредного агента и способы его влияния на организм.
Так, долгое время смертельной угрозой для человека был тиф.
Тиф – сборное название нескольких смертельных болезней, которые унесли массу жизней, пока не были найдены способы их лечения.
Общие черты, характерные для всех видов тифа:
- человек быстро теряет вес;
- на фоне интоксикации и потери веса начинается сильная лихорадка;
- все указанные болезненные проявления вызывают сильнейшее нервное расстройство и человек погибает.
Несмотря на общие симптомы, причины, вызывающие тиф, каждый раз разные.
Бактерии-возбудители болезней
Сыпной тиф. Его возбудитель – внутриклеточный микроб-паразит риккетсия. Проникновение риккетсии в организм происходит через повреждения на кожных покровах. Основными причинами всех эпидемий сыпного тифа были вши.
В кишечниках вшей большое количество риккетсий. Однако вероятность инфицирования зависит не от того, сколько вшей находится в непосредственной близости к человеку, а от того, как активно человек начинает бороться с вшами. Расчесывание вшей на себе – основная причина заражения сыпным тифом. Именно из раздавленного кишечника вши риккетсии попадают в ранки на коже и далее в кровоток человека.
Основные симптомы сыпного тифа:
- лихорадка (температура тела выше 40ºС);
- боль в спине;
- розовая сыпь в области живота;
- сознание больного заторможено почти до состояния комы.
Лечение сыпного тифа, так же как и лечение любых бактериальных инфекций, основано на антибиотиках. Для лечения этого вида тифа используются антибиотики тетрациклиновой группы.
Еще один страшный вид тифа – возвратный. Его переносят клещи и вши. Но именно возбудителями являются бактерии спирохеты боррелии. Заражение происходит во время укуса клеща.
Основные симптомы при заражении:
- рвота;
- увеличивается селезенка и печень;
- начинается психическое расстройство и галлюцинации.
Те же симптомы возникают, если переносчиками были вши.
Лечение – антибиотики пенициллиновой и левомицетиновой группы, а также мышьяковистые препараты.
Брюшной тиф. Возбудитель – патогенная бактериальная палочка из рода Сальмонелл. Этот вид тифа опасен только для человека, животные брюшным тифом не болеют. Возбудители проникают в желудок с едой. Основные симптомы:
- появление бактерий в моче (бактериемия);
- общие симптомы интоксикации (бледность, головная боль, нарушение сердечных ритмов);
- вздутый живот;
- бред, галлюцинации и прочие психические нарушения.
Лечение осуществляется также антибиотиками левомицетиновой и пенициллиновой групп и сопровождается общеукрепляющей терапией.
Кроме возбудителей тифа, человеку угрожает масса других патогенных микробов, своевременное выявление которых, а также определение симптомов инфекции, ее идентификация и лечение могут стоить человеку жизни.
Та же чума – заболевание с высокой летальностью, причиной которого является чумная палочка. Симптомы – потеря веса, лихорадка и обезвоживание организма. Человек погибает именно от обезвоживания.
Переносчиками чумной палочки могут быть грызуны, домашние животные, насекомые.
Лечение чумы осуществляется при помощи антибиотиков стрептомициновой группы. Важную роль играет профилактика и общее укрепление организма.
Численность бактерий на планете Земля
- Подсчитано, что на Земле свыше 1,4 млн. бактерий. В ходе подсчета этой цифры ученым пришлось прибегнуть к построению филогенетических деревьев, с применением математики и анализом определенных разновидностей РНК. Это дало возможность отследить изменение видов и эволюцию бактерий.
- Выяснилось, что некоторые бактерии исчезают в процессе эволюции, их общее число постоянно возрастает, и сегодня, если взять за точку отсчета общую биомассу на Земле, бактерии уступают только растениям.
Формы бактерий, внешний вид: примеры
- Как уже говорилось, бактерии могут быть сферическими. Их представляют кокки. Микро – это клетки, которые расположены отдельно; дипло – парами, стафило — гроздьями, стрепто – цепочкой; а также сарцина (пакеты от 8 клеток). Их размер – до 1 мкм.
- Палочковидным бактериям характерна прямая форма, они имеют до 8 мкм в длину и до 2 мкм – в толщину. Форма может быть неправильной, вплоть до ветвящейся, какую имеют, к примеру, актиномицет. Если палочка немного изогнутой формы – ее называют вибрионом.
- Также можно назвать риккетсию, хламидию, которая вне пределов клетки является сферической, микоплазмы, у которых отсутствует клеточная стенка и т.д.
- Бактерии извитых форм напоминают спираль, как, например, спирилла, похожая на штопор. А вот хеликобактер похож своими изгибами на крылья чайки в полете. Также близка к этому виду бактерий спирохета, имеющая спиралевидную форму и обладающая подвижностью. Лептоспира же – с частыми завитками, которые напоминают закрученную веревку.
Из чего состоят бактерии?
- Клеточная стенка бактерии содержит полисахариды, белки, липиды. В основном же стенка состоит из многослойного пептидогликана. Также стенка содержит наружную мембрану, которая своей трехслойной структурой похожа на цитоплазматическую (внутреннюю) мембрану. Обе мембраны состоят преимущественно из липидов.
- Наружная мембрана изнутри состоит из фосфолипидов, наружный слой – это липополисахариды. Пространство между мембранами заполнено ферментами. Внутренняя мембрана имеет три слоя, ее структура – это фосфолипиды в два слоя и интегральные белки.
Состав
- Цитоплазму составляют белки, рибонуклеиновые кислоты, рибосомы. Также наличествуют запасные питательные вещества: гликоген, волютин, полисахариды.
- Аналогом ядра можно назвать нуклеоид, находящийся в центре и представляющий собой закольцованную двунитевую ДНК. У нуклеоида отсутствует ядерная оболочка и ядрышко. Не представлены и гистоны.
- В составе бактерий также можно наблюдать слизистую структуру с четкими границами, которую называют капсулой. В ее составе полисахариды, полипептиды.
- Жгутик – это тонкая нить, длиннее самой клетки (до 15 мкм), начинающаяся с внутренней мембраны. Жгутики достигают в толщину всего 20 нм и имеют диски, с помощью которых крепятся к стенке.
- И, наконец, неблагоприятные условия для бактерии могут провоцировать образование спор в бактериальной клетке, которые способны не только длительное время сохраняться, но и прорастать.
Как делятся, размножаются бактерии: схема
- Способ размножения бактерий присущ всем одноклеточным организмам – это деление. Оно дает существование двум дочерним клеткам, которые в свою очередь повторяют этот процесс, тем самым каждый раз удваивая количество.
- Существует также процесс, при котором образовываются споры. Это происходит при наличии неблагоприятных условий, когда цитоплазма способна образовать, покинув материнскую оболочку, новую, которая является более плотной. Такая клетка называется спорой. Если она попадает в благоприятную среду, то возможно ее прорастание и образование полноценной бактерии.
Время размножения бактерий
- Как и любое явление, деление бактерии подчиняется законам термодинамики, по которым время размножения связано с количеством выделяемой наружу теплоты и составляет около шестой части выделяемой теплоты.
- Проще говоря, создание для бактерии идеальных условий может заставить бактерию делиться практически каждые полчаса. Если бы это было возможно, в течение суток дочерние клетки одной бактерии достигли бы массы в почти 2 тыс. тонн, а за 5 дней заселили бы все водное пространство планеты.
- Известно, что в качестве опыта использовалась морская псевдомонада, помещенная в оптимальные условия: ее популяция удваивалась практически через 10 минут.
