Istorija studija
Osnove opšte mikrobiologije i proučavanja uloge bakterija u prirodi postavili su Beijerinck Martinus Willem i Vinogradsky Sergey Nikolaevich.
Proučavanje strukture bakterijske ćelije počelo je izumom elektronskog mikroskopa 1930-ih. E. Chatton je 1937. predložio da se svi organizmi podijele prema tipu ćelijske strukture na prokariote i eukariote, a 1961. Steinier i Van Niel su ovu podjelu dovršili. Razvoj molekularne biologije doveo je do otkrića 1977. od strane K. Woesea fundamentalnih razlika među samim prokariotima: između bakterija i arheja.
Struktura
Velika većina bakterija (s izuzetkom aktinomiceta i filamentoznih cijanobakterija) je jednoćelijska. Po obliku ćelija mogu biti okrugle (koke), štapićaste (bacili, klostridije, pseudomonade), uvijene (vibrije, spirile, spirohete), rjeđe - zvjezdaste, tetraedarske, kubične, C- ili O- oblikovano. Oblik određuje takve sposobnosti bakterija kao što su vezanost za površinu, mobilnost, apsorpcija hranjivih tvari. Primećeno je, na primer, da oligotrofi, odnosno bakterije koje žive sa niskim sadržajem hranljivih materija u životnoj sredini, imaju tendenciju da povećaju odnos površine i zapremine, na primer, stvaranjem izraslina (tzv. prostek ).
Od obaveznih ćelijskih struktura razlikuju se tri:
Na vanjskoj strani CPM-a nalazi se nekoliko slojeva (ćelijski zid, kapsula, sluznica), tzv. ćelijski zid, kao i površinske strukture(bičevi, resice). CPM i citoplazma su kombinovani zajedno u konceptu protoplast.
Struktura protoplasta
CPM ograničava sadržaj ćelije (citoplazme) iz spoljašnje sredine. Homogena frakcija citoplazme koja sadrži skup rastvorljivih RNK, proteina, produkata i supstrata metaboličkih reakcija naziva se citosol. Drugi dio citoplazme predstavljaju različiti strukturni elementi.
Sve genetske informacije neophodne za život bakterija sadržane su u jednoj DNK (bakterijski hromozom), najčešće u obliku kovalentno zatvorenog prstena (linearni hromozomi se nalaze u Streptomyces I Borrelia). U jednom trenutku je vezan za CPM i smešten u strukturu koja je izolovana, ali nije odvojena membranom od citoplazme, a naziva se nukleoid. Nesavijena DNK duga je preko 1 mm. Bakterijski hromozom je obično predstavljen u jednoj kopiji, odnosno skoro svi prokarioti su haploidni, iako pod određenim uslovima jedna ćelija može sadržati nekoliko kopija svog hromozoma, i Burkholderia cepacia ima tri različita prstenasta hromozoma (3,6; 3,2 i 1,1 milion parova baza). Ribozomi prokariota se također razlikuju od onih kod eukariota i imaju konstantu sedimentacije od 70 S (80 S kod eukariota).
Osim ovih struktura, u citoplazmi se mogu naći i inkluzije rezervnih supstanci.
Ćelijski zid i površinske strukture
Kod bakterija postoje dva glavna tipa strukture stanične stijenke, karakteristične za gram-pozitivne i gram-negativne vrste.
Ćelijski zid gram-pozitivnih bakterija je homogen sloj debljine 20-80 nm, izgrađen uglavnom od peptidoglikana sa manjom količinom teihoinskih kiselina i malom količinom polisaharida, proteina i lipida (tzv. lipopolisaharid). Ćelijski zid ima pore prečnika 1-6 nm, koje ga čine propusnim za veliki broj molekula.
Kod Gram-negativnih bakterija sloj peptidoglikana ne prianja čvrsto za CPM i debeo je samo 2-3 nm. Okružen je vanjskom membranom, koja u pravilu ima neravni, zakrivljeni oblik. Između CPM-a, peptidoglikanskog sloja i vanjske membrane postoji prostor tzv periplazmatski i ispunjen rastvorom koji uključuje transportne proteine i enzime.
Na vanjskoj strani ćelijskog zida može se nalaziti kapsula - amorfni sloj koji održava vezu sa zidom. Sluzni slojevi nemaju vezu sa ćelijom i lako se odvajaju, dok ovojnice nisu amorfne, već imaju finu strukturu. Međutim, postoji mnogo prijelaznih oblika između ova tri idealizirana slučaja.
Dimenzije
Prosječna veličina bakterija je 0,5-5 µm. Težina - 4⋅10 −13 g. Escherichia coli na primjer, ima dimenzije 0,3-1 sa 1-6 mikrona, Staphylococcus aureus- prečnika 0,5-1 mikrona, Bacillus subtilis- 0,75 na 2-3 mikrona. Najveća poznata bakterija je Thiomargarita namibiensis, dostižući veličinu od 750 mikrona (0,75 mm). Drugi je Epulopiscium fishelsoni, koji ima prečnik od 80 mikrona i dužinu do 700 mikrona i živi u probavnom traktu hirurških riba Acanthurus nigrofuscus. Achromatium oxaliferum dostiže veličine od 33 x 100 mikrona, Beggiatoa alba- 10 x 50 mikrona. Spirohete mogu narasti do 250 µm dužine i 0,7 µm debljine. U isto vrijeme, bakterije su najmanji organizmi koji imaju ćelijsku strukturu. Mycoplasma mycoides ima veličinu od 0,1-0,25 mikrona, što odgovara veličini velikih virusa, na primjer, duvan-mozaik, kravlje boginje ili gripa. Prema teorijskim proračunima, sferna ćelija promjera manjeg od 0,15-0,20 mikrona postaje nesposobna za samostalnu reprodukciju, jer svi potrebni biopolimeri i strukture u dovoljnim količinama ne mogu fizički stati u nju.
Sa linearnim povećanjem radijusa ćelije, njena površina raste proporcionalno kvadratu poluprečnika, a zapremina - proporcionalno kocki, stoga je kod malih organizama odnos površine i zapremine veći nego kod većih. one, što za prve znači aktivniji metabolizam sa okolinom. Metabolička aktivnost, mjerena različitim pokazateljima, po jedinici biomase u malim oblicima je veća nego u velikim. Stoga njihova mala veličina, čak i za mikroorganizme, daje bakterijama i arhejama prednost u brzini rasta i razmnožavanja u odnosu na složenije organizirane eukariote i određuje njihovu važnu ekološku ulogu.
multicelularnost kod bakterija
Višećelijski organizam mora ispunjavati sljedeće uslove:
- njegove ćelije moraju biti agregirane,
- između ćelija treba da postoji razdvajanje funkcija,
- treba uspostaviti stabilne specifične kontakte između agregiranih ćelija.
Poznata je višećelijska struktura prokariota, najorganizovaniji višećelijski organizmi pripadaju grupama cijanobakterija i aktinomiceta. Kod filamentoznih cijanobakterija opisane su strukture u ćelijskom zidu koje obezbeđuju kontakt između dve susedne ćelije - microplasmodesmata. Pokazana je mogućnost izmjene između stanica tvari (boje) i energije (električne komponente transmembranskog potencijala). Neke od filamentoznih cijanobakterija sadrže, pored uobičajenih vegetativnih ćelija, funkcionalno diferencirane: akinete i heterociste. Potonji fiksiraju dušik i intenzivno razmjenjuju metabolite s vegetativnim stanicama.
Načini kretanja i razdražljivost
Mnoge bakterije su pokretljive. Postoji nekoliko fundamentalno različitih tipova kretanja bakterija. Najčešći pokret je uz pomoć flagela: pojedinačnih bakterija i bakterijskih asocijacija (rojenje). Poseban slučaj ovoga je i kretanje spiroheta, koje se izvijaju zbog aksijalnih filamenata, po strukturi sličnih flagelama, ali se nalaze u periplazmi. Druga vrsta kretanja je klizanje bakterija bez flagela po površini čvrstih podloga i kretanje u vodi bakterija roda bez flagela. Synechococcus. Njegov mehanizam još nije dobro shvaćen; pretpostavlja se da uključuje lučenje sluzi (guranje ćelije) i fibrilarnih filamenata koji se nalaze u ćelijskom zidu, uzrokujući „putujući talas“ duž površine ćelije. Konačno, bakterije mogu plutati i tonuti u tekućinama, mijenjajući svoju gustinu, puneći se plinovima ili prazneći aerozome.
Bakterije se aktivno kreću u smjeru koji određuju određeni podražaji. Ova pojava je nazvana taksiji. Postoje hemotaksija, aerotaksija, fototaksija itd.
Metabolizam
Konstruktivni metabolizam
Osim nekih specifičnih točaka, biohemijski putevi kojima se odvija sinteza proteina, masti, ugljikohidrata i nukleotida u bakterijama su slični onima u drugim organizmima. Međutim, razlikuju se po broju mogućih varijanti ovih puteva i, shodno tome, u stepenu ovisnosti o ulazu organskih tvari izvana.
Neki od njih mogu sintetizirati sve organske molekule koji su im potrebni iz neorganskih spojeva (autotrofi), dok drugi zahtijevaju gotova organska jedinjenja koja mogu samo transformirati (heterotrofi).
Bakterije mogu zadovoljiti potrebu za dušikom i na račun svojih organskih spojeva (poput heterotrofnih eukariota) i na račun molekularnog dušika (poput nekih arheja). Većina bakterija koristi anorganske dušikove spojeve za sintezu aminokiselina i drugih organskih supstanci koje sadrže dušik: amonijak (koji ulazi u ćelije u obliku amonijum jona), nitrite i nitrate (koji se prethodno redukuju u amonijum ione). Oni su u stanju da asimiliraju fosfor u obliku fosfata, sumpor - u obliku sulfata ili rjeđe sulfida.
energetski metabolizam
Bakterije imaju različite načine dobijanja energije. Postoje tri vrste proizvodnje energije (i sve tri su poznate u bakterijama): fermentacija, disanje i fotosinteza.
Bakterije koje vrše samo anoksičnu fotosintezu nemaju fotosistem II. Prvo, to su ljubičaste i zelene filamentozne bakterije, u kojima funkcionira samo ciklički put prijenosa elektrona, usmjeren na stvaranje transmembranskog protonskog gradijenta, zbog čega se sintetizira ATP (fotofosforilacija), a također se obnavlja NAD (P) +, što je koristi se za asimilaciju CO 2 . Drugo, to su zeleno-sumporne i heliobakterije, koje imaju i ciklički i neciklički transport elektrona, što omogućava direktnu redukciju NAD(P)+. Redukovana jedinjenja sumpora (molekularni, vodonik-sulfid, sulfit) ili molekularni vodonik koriste se kao donor elektrona koji popunjava "prazno mesto" u molekuli pigmenta u anoksičnoj fotosintezi.
Postoje i bakterije sa vrlo specifičnim energetskim metabolizmom. Tako se u oktobru 2008. godine u časopisu Science pojavio izvještaj o otkriću ekosistema koji se sastoji od predstavnika jedne do sada nepoznate vrste bakterija - Desulforudis audaxviator, koji energiju za svoju životnu aktivnost dobivaju iz kemijskih reakcija koje uključuju vodik, koji nastaje kao rezultat raspadanja molekula vode pod utjecajem radijacije uranovih ruda koje leže u blizini lokacije kolonije bakterija. Neke kolonije bakterija koje žive na dnu okeana koriste električnu struju da prenose energiju svojim bližnjima.
Životni tipovi
Tipove konstruktivnog i energetskog metabolizma možete kombinirati u sljedećoj tabeli:
| Načini postojanja živih organizama (Lvovljeva matrica) | ||||
|---|---|---|---|---|
| Izvor energije | Donator elektrona | izvor ugljenika | Naziv načina postojanja | Predstavnici |
| OVR | Neorganska jedinjenja | Ugljen-dioksid | Chemolitoautotrophy | Nitrifikujuće, tionske, acidofilne bakterije gvožđa |
| Organska jedinjenja | Chemolithotheterotrophy | Arhebakterije koje stvaraju metan, vodikove bakterije | ||
| organska materija | Ugljen-dioksid | Chemoorganoautotrophy | Fakultativni metilotrofi, bakterije koje oksidiraju mravlju kiselinu | |
| organska jedinjenja | Hemoorganoheterotrofija | Većina prokariota, od eukariota: životinje, gljive, ljudi | ||
| Light | neorganska jedinjenja | Ugljen-dioksid | Fotolitoautotrofija | Cijanobakterije, ljubičaste, zelene bakterije, od eukariota: biljke |
| organska jedinjenja | Fotolitoheterotrofija | Neke cijanobakterije, ljubičaste, zelene bakterije | ||
| organska materija | Ugljen-dioksid | Fotoorganoautotrofija | Neke ljubičaste bakterije | |
| organska materija | Fotoorganoheterotrofija | Halobakterije, neke cijanobakterije, ljubičaste, zelene bakterije | ||
Tabela pokazuje da je raznolikost prokariotskih tipova ishrane mnogo veća nego kod eukariota (ovi potonji su samo sposobni za hemoorganoheterotrofiju i fotolitoautotrofiju).
Reprodukcija i uređenje genetskog aparata
Reprodukcija bakterija
Neke bakterije nemaju spolni proces i razmnožavaju se samo binarnom poprečnom podjelom jednake veličine ili pupanjem. Za jednu grupu jednoćelijskih cijanobakterija opisana je višestruka podjela (serija brzih uzastopnih binarnih dioba, što dovodi do formiranja 4 do 1024 nove ćelije). Da bi osigurali plastičnost genotipa neophodnu za evoluciju i prilagođavanje promjenjivom okruženju, imaju druge mehanizme.
genetski aparat
Geni neophodni za život i određivanje specifičnosti vrste najčešće se nalaze u bakterijama u jednoj kovalentno zatvorenoj molekuli DNK - hromozomu (ponekad se termin genofor koristi za označavanje bakterijskih hromozoma kako bi se naglasile njihove razlike od eukariotskih). Područje u kojem se nalazi hromozom naziva se nukleoid i nije okruženo membranom. U tom smislu, novosintetizovana mRNA je odmah dostupna za vezivanje za ribozome, a transkripcija i translacija su spregnuti.
Pojedinačna ćelija može sadržavati samo 80% ukupnih gena prisutnih u svim sojevima njene vrste (tzv. "kolektivni genom").
Pored hromozoma, bakterijske ćelije često sadrže plazmide - takođe zatvorene u DNK prsten, sposobne za nezavisnu replikaciju. Mogu biti toliko veliki da se ne mogu razlikovati od hromozoma, ali sadrže dodatne gene koji su potrebni samo pod određenim uslovima. Posebni mehanizmi distribucije osiguravaju da se plazmid zadrži u ćelijama kćeri tako da se one gube brzinom manjom od 10 -7 po ćelijskom ciklusu. Specifičnost plazmida može biti vrlo raznolika: od prisustva samo jedne vrste domaćina do plazmida RP4, koji se nalazi u gotovo svim gram-negativnim bakterijama. Plazmidi kodiraju mehanizme rezistencije na antibiotike, uništavanje specifičnih supstanci, itd., nif-geni neophodni za fiksaciju dušika također se nalaze u plazmidima. Plazmidni gen može biti uključen u hromozom sa frekvencijom od oko 10 -4 - 10 -7 .
U DNK bakterija, kao iu DNK drugih organizama, razlikuju se transpozoni - pokretni segmenti koji se mogu kretati s jednog dijela hromozoma na drugi, ili u ekstrahromozomsku DNK. Za razliku od plazmida, oni nisu sposobni za autonomnu replikaciju i sadrže IS segmente, regije koje kodiraju njihov prijenos unutar ćelije. IS segment može djelovati kao poseban transposon.
Horizontalni transfer geni
Kod prokariota može doći do djelomične fuzije genoma. Tokom konjugacije, ćelija donor prenosi dio svog genoma (u nekim slučajevima i cijeli) na ćeliju primaoca tokom direktnog kontakta. Dijelovi DNK donora mogu se zamijeniti za homologne segmente DNK primaoca. Vjerovatnoća takve razmjene značajna je samo za bakterije jedne vrste.
Slično, bakterijska ćelija također može apsorbirati DNK koja je slobodno prisutna u okolišu, uključujući je u svoj genom u slučaju visokog stupnja homologije s vlastitom DNK. Ovaj proces se naziva transformacija. U prirodnim uslovima, genetske informacije se razmenjuju uz pomoć umerenih faga (transdukcija). Osim toga, prijenos nehromozomskih gena moguć je uz pomoć plazmida određenog tipa koji kodiraju ovaj proces, proces izmjene drugih plazmida i prijenos transpozona.
Horizontalnim transferom ne nastaju novi geni (kao što je slučaj s mutacijama), već se stvaraju različite kombinacije gena. Ovo je važno jer prirodna selekcija djeluje na ukupnost karakteristika organizma.
Ćelijska diferencijacija
Ćelijska diferencijacija - promjena skupa proteina (obično se manifestira i promjenom morfologije) s nepromijenjenim genotipom.
Formiranje odmarajućih formi
Formiranje posebno stabilnih formi sa usporenim metabolizmom, koje služe za preživljavanje u nepovoljnim uvjetima i širenje (rjeđe za reprodukciju) najčešći je tip diferencijacije kod bakterija. Najstabilnije od njih su endospore koje formiraju predstavnici bacil, Clostridium, Sporohalobacter, Anaerobacter(formira 7 endospora iz jedne ćelije i može se razmnožavati uz njihovu pomoć) i Heliobacterium. Formiranje ovih struktura počinje kao normalna podjela i u prvim fazama se u nju mogu pretvoriti neki antibiotici. Endospore mnogih bakterija su u stanju da izdrže 10-minutno ključanje na 100 °C, sušenje 1000 godina i, prema nekim podacima, ostaju održive u tlu i stijenama milionima godina.
Manje otporne su egzospore, ciste ( Azotobacter, klizne bakterije, itd.), akinete (cijanobakterije) i miksospore (miksobakterije).
Druge vrste morfološki diferenciranih ćelija
Aktinomicete i cijanobakterije formiraju diferencirane ćelije koje služe za reprodukciju (spore, kao i hormogonije, odnosno baeociti). Također je potrebno istaći strukture slične bakteroidima nodulnih bakterija i heterocistama cijanobakterija, koje služe za zaštitu nitrogenaze od djelovanja molekularnog kisika.
Klasifikacija
Najpoznatija je fenotipska klasifikacija bakterija zasnovana na strukturi njihovog ćelijskog zida, uključena, posebno, u IX izdanje Burgeyjevog ključa za bakterije (1984-1987). Najveće taksonomske grupe u njemu bile su 4 odjela: Gracilicutes(gram negativan) Firmicutes(gram pozitivni), Tenericutes(mikoplazme) i Mendosicutes(archaea).
U posljednje vrijeme filogenetska klasifikacija bakterija (a ona se koristi u Wikipediji), zasnovana na podacima iz molekularne biologije, dobiva sve veći razvoj. Jedna od prvih metoda za procjenu srodstva prema sličnosti genoma bila je metoda predložena još 1960-ih za poređenje sadržaja gvanina i citozina u DNK. Iako iste vrijednosti njihovog sadržaja ne mogu dati nikakvu informaciju o evolucijskoj bliskosti organizama, njihove razlike za 10% znače da bakterije ne pripadaju istom rodu. Druga metoda koja je napravila pravu revoluciju u mikrobiologiji 1970-ih bila je analiza sekvence gena u 16s rRNA, koja je omogućila identifikaciju nekoliko filogenetskih grana eubakterija i procjenu odnosa između njih. Za klasifikaciju na nivou vrste koristi se metoda hibridizacije DNK-DNK. Analiza uzorka dobro proučenih vrsta pokazuje da 70% nivoa hibridizacije karakteriše jednu vrstu, 10-60% - jedan rod, a manje od 10% - različite rodove.
Filogenetska klasifikacija djelimično ponavlja fenotipsku, na primjer, grupu Gracilicutes prisutan u oba. Istovremeno je u potpunosti revidirana taksonomija gram-negativnih bakterija, arhebakterije su potpuno izdvojene u samostalnu svojtu najvišeg ranga, neke taksonomske grupe podijeljene su na dijelove i pregrupisane, organizmi s potpuno različitim ekološkim funkcijama spojeni su u jednu grupu. , što izaziva niz neugodnosti i nezadovoljstva dijela naučne zajednice . Predmet kritike je činjenica da se vrši stvarna klasifikacija molekula, a ne organizama.
Nastanak, evolucija, mjesto u razvoju života na Zemlji
Bakterije su, uz arheje, bile među prvim živim organizmima na Zemlji, pojavile su se prije oko 3,9-3,5 milijardi godina. Evolucijski odnosi između ovih grupa još nisu u potpunosti proučeni, postoje najmanje tri glavne hipoteze: N. Pace sugerira da imaju zajedničkog pretka protobakterija, Zavarzin smatra da je arheja slijepa grana evolucije eubakterija koja je ovladala ekstremnim staništa; konačno, prema trećoj hipotezi, arheje su prvi živi organizmi od kojih su potekle bakterije.
Patogene bakterije
Patogene bakterije su bakterije koje parazitiraju na drugim organizmima. Bakterije uzrokuju veliki broj ljudskih bolesti kao što je kuga ( Yersinia pestis), antraks ( Bacillus anthracis), guba (guba, patogen: Mycobacterium leprae), difterija ( Corynebacterium diphtheriae), sifilis ( Treponema pallidum), kolera ( Vibrio cholerae), tuberkuloza ( Mycobacterium tuberculosis), listerioza ( Listeria monocytogenes) i dr.. Nastavlja se otkrivanje patogenih svojstava bakterija: 1976. otkrivena je legionarska bolest uzrokovana Legionella pneumophila, 1980-ih -1990-ih pokazalo se da Helicobacter pylori uzrokuje peptički ulkus, pa čak i rak želuca, kao i kronični
Mikrobiologija proučava strukturu, životnu aktivnost, uslove života i razvoj najmanjih organizama, zvanih mikrobi ili mikroorganizmi.
„Nevidljivi, oni stalno prate osobu, upadaju u njen život ili kao prijatelji ili kao neprijatelji“, rekao je akademik V. L. Omelyansky. Zaista, mikrobi su svuda: u vazduhu, u vodi i u zemljištu, u ljudskom telu i životinjama. Mogu biti korisni i koriste se u proizvodnji mnogih namirnica. Mogu biti štetne, uzrokovati bolesti kod ljudi, kvarenje hrane itd.
Mikrobe je otkrio Holanđanin A. Leeuwenhoek (1632-1723) krajem 17. vijeka, kada je napravio prva sočiva koja su dala povećanje od 200 puta ili više. Pogodio ga je mikrokosmos koji je vidio; Leeuwenhoek je opisao i skicirao mikroorganizme koje je pronašao na raznim predmetima. On je postavio temelje za deskriptivnu prirodu nove nauke. Otkrića Louisa Pasteura (1822-1895) dokazala su da se mikroorganizmi razlikuju ne samo po obliku i strukturi, već i po svojoj životnoj aktivnosti. Pasteur je otkrio da kvasci izazivaju alkoholnu fermentaciju, a neki mikrobi su sposobni uzrokovati zarazne bolesti kod ljudi i životinja. Pasteur je ušao u istoriju kao izumitelj metode vakcinacije protiv bjesnila i antraksa. Svjetski poznat doprinos mikrobiologiji R. Kocha (1843-1910) - otkrio je uzročnike tuberkuloze i kolere, II Mečnikov (1845-1916) - razvio fagocitnu teoriju imuniteta, osnivač virologije DI Ivanovski (1864). -1920), N F. Gamaleya (1859-1940) i mnogi drugi naučnici.
Klasifikacija i morfologija mikroorganizama
mikrobi - To su najmanji, pretežno jednoćelijski živi organizmi, vidljivi samo kroz mikroskop. Veličina mikroorganizama se mjeri u mikrometrima - mikronima (1/1000 mm) i nanometrima - nm (1/1000 mikrona).
Mikrobe karakterizira ogromna raznolikost vrsta koje se razlikuju po strukturi, svojstvima i sposobnosti postojanja u različitim uvjetima okoline. Možda i jesu jednoćelijski, višećelijski I nećelijski.
Mikrobi se dijele na bakterije, viruse i fage, gljive, kvasce. Odvojeno, postoje sorte bakterija - rikecije, mikoplazme, a posebnu grupu čine protozoe (protozoe).
bakterije
bakterije- pretežno jednostanični mikroorganizmi veličine od desetinki mikrometra, na primjer, mikoplazma, do nekoliko mikrometara, au spirohetama - do 500 mikrona.
Postoje tri glavna oblika bakterija – sferni (koki), štapićasti (bacili itd.), zavijeni (vibrio, spirohete, spirile) (Sl. 1).
Globularne bakterije (koke) obično su sferne, ali mogu biti blago ovalne ili u obliku graha. Koke mogu biti locirane pojedinačno (mikrokoke); u paru (diplokoki); u obliku lanaca (streptokoki) ili grozdova (stafilokoki), paket (sarcina). Streptokoki mogu uzrokovati tonzilitis i erizipel, stafilokoki - razne upalne i gnojne procese.
Rice. 1. Oblici bakterija: 1 - mikrokoki; 2 - streptokoki; 3 - sardine; 4 - štapići bez spora; 5 - štapići sa sporama (bacili); 6 - vibrio; 7- spirohete; 8 - spirila (sa flagelama); stafilokoka
bakterije u obliku štapa najčešći. Štapići mogu biti pojedinačni, povezani u paru (diplobakterije) ili u lancima (streptobakterije). Bakterije u obliku štapića uključuju Escherichia coli, patogene salmoneloze, dizenterije, trbušnog tifusa, tuberkuloze, itd. Neke bakterije u obliku štapa imaju sposobnost formiranja u nepovoljnim uslovima sporova.Šipke koje stvaraju spore nazivaju se bacili. Bacili u obliku vretena se nazivaju klostridija.
Sporulacija je složen proces. Spore se značajno razlikuju od normalne bakterijske ćelije. Imaju gustu ljusku i vrlo malu količinu vode, ne zahtijevaju hranjive tvari, a reprodukcija se potpuno zaustavlja. Spore su u stanju da izdrže sušenje, visoke i niske temperature dugo vremena i mogu biti u održivom stanju desetinama i stotinama godina (spore antraksa, botulizma, tetanusa itd.). Jednom u povoljnom okruženju, spore klijaju, odnosno pretvaraju se u uobičajeni vegetativni oblik razmnožavanja.
Uvijene bakterije može biti u obliku zareza - vibrio, sa nekoliko kovrča - spirila, u obliku tankog uvijenog štapića - spirohete. Vibrio je uzročnik kolere, a uzročnik sifilisa je spiroheta.
bakterijska ćelija ima ćelijski zid (ljusku), često prekriven sluzi. Često sluz formira kapsulu. Ćelijska membrana odvaja sadržaj ćelije (citoplazmu) od membrane. Citoplazma je prozirna proteinska masa u koloidnom stanju. Citoplazma sadrži ribozome, nuklearni aparat sa molekulama DNK i razne inkluzije rezervnih nutrijenata (glikogen, mast, itd.).
mikoplazme - Bakterije bez ćelijske stijenke koje zahtijevaju faktore rasta sadržane u kvascu za svoj razvoj.
Neke bakterije se mogu kretati. Pokret se izvodi uz pomoć flagella - tankih niti različitih dužina koje izvode rotacijske pokrete. Flagele mogu biti u obliku jedne dugačke niti ili u obliku snopa, mogu se nalaziti na cijeloj površini bakterije. Flagele su prisutne u mnogim bakterijama u obliku štapa i gotovo svim zakrivljenim bakterijama. Sferne bakterije, u pravilu, nemaju flagele, one su nepokretne.
Bakterije se razmnožavaju dijeljenjem na dva dijela. Brzina podjele može biti vrlo visoka (svakih 15-20 minuta), dok se broj bakterija brzo povećava. Ova brza podjela se vidi u hrani i drugim supstratima bogatim hranjivim tvarima.
Virusi
Virusi- posebna grupa mikroorganizama koji nemaju ćelijsku strukturu. Virusi se mjere u nanometrima (8-150 nm), tako da se mogu vidjeti samo elektronskim mikroskopom. Neki virusi se sastoje samo od proteina i jedne od nukleinskih kiselina (DNK ili RNK).
Virusi izazivaju uobičajene ljudske bolesti kao što su gripa, virusni hepatitis, boginje, kao i bolesti životinja - slinavka i šapa, kuga životinja i mnoge druge.
Bakterijski virusi se nazivaju bakteriofagi, virusi gljivica - mikofagi itd. Bakteriofagi se nalaze svuda gde postoje mikroorganizmi. Fagi uzrokuju smrt mikrobnih stanica i mogu se koristiti za liječenje i prevenciju nekih zaraznih bolesti.
Pečurke su posebni biljni organizmi koji nemaju hlorofil i ne sintetiziraju organske tvari, ali trebaju gotove organske tvari. Stoga se gljive razvijaju na različitim supstratima koji sadrže hranjive tvari. Neke gljive su sposobne da izazovu bolesti biljaka (karcinom i kasnu paležu krompira, itd.), insekata, životinja i ljudi.
Gljivične ćelije se razlikuju od bakterijskih po prisutnosti jezgara i vakuola i slične su biljnim stanicama. Najčešće su u obliku dugih i razgranatih ili isprepletenih niti - hife. Od hifa se formira micelijum, ili gljiva. Micelij se može sastojati od ćelija sa jednim ili više jezgara, ili biti nećelijski, predstavljajući jednu džinovsku multinuklearnu ćeliju. Na miceliju se razvijaju plodna tijela. Tijelo nekih gljiva može se sastojati od pojedinačnih ćelija, bez stvaranja micelija (kvasac, itd.).
Gljive se mogu razmnožavati na različite načine, uključujući vegetativno dijeljenjem hifa. Većina gljivica se razmnožava aseksualno i spolno uz pomoć formiranja posebnih ćelija za razmnožavanje - spor. Spore, u pravilu, mogu dugo opstati u vanjskom okruženju. Zrele spore se mogu prenositi na značajne udaljenosti. Jednom u hranljivom mediju, spore se brzo razvijaju u hife.
Gljive plijesni predstavljaju opsežnu grupu gljiva (slika 2). Široko rasprostranjeni u prirodi, mogu rasti na prehrambenim proizvodima, formirajući dobro vidljive plakove različitih boja. Kvarenje hrane često izazivaju gljivice mucor, koje formiraju pahuljastu bijelu ili sivu masu. Gljiva sluzokože rhizopus izaziva "meku trulež" povrća i bobičastog voća, dok gljiva botrytis oblaže i omekšava jabuke, kruške i bobičasto voće. Uzročnici kalupa mogu biti gljive iz roda Peniiillium.
Određene vrste gljiva ne samo da mogu dovesti do kvarenja hrane, već i proizvode tvari koje su otrovne za ljude - mikotoksine. To uključuje neke vrste gljiva iz roda Aspergillus, roda Fusarium itd.
Korisna svojstva određenih vrsta gljiva koriste se u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji i drugim industrijama. Na primjer, gljive iz roda peniiillium koriste se za proizvodnju antibiotika penicilina i u proizvodnji sireva (Roquefort i Camembert), gljive iz roda Aspergillus koriste se u proizvodnji limunske kiseline i mnogih enzimskih preparata.
aktinomiceti- mikroorganizmi koji imaju karakteristike i bakterija i gljivica. Po strukturi i biohemijskim svojstvima aktinomiceti su slični bakterijama, a po prirodi razmnožavanja, sposobnosti formiranja hifa i micelija slični su gljivama.
Rice. 2. Vrste plesni: 1 - peniiillium; 2- aspergillus; 3 - mukor.
kvasac
kvasac- jednoćelijski nepokretni mikroorganizmi veličine ne veće od 10-15 mikrona. Oblik ćelije kvasca je češće okrugao ili ovalan, rjeđe štapićast, srpast ili sličan limunu. Ćelije kvasca po strukturi su slične gljivama, imaju i jezgro i vakuole. Razmnožavanje kvasca odvija se pupanjem, diobom ili sporama.
Kvasci su široko rasprostranjeni u prirodi, mogu se naći u tlu i na biljkama, na prehrambenim proizvodima i raznim otpadnim proizvodima koji sadrže šećere. Razvoj kvasca u prehrambenim proizvodima može dovesti do kvarenja, uzrokujući fermentaciju ili kiseljenje. Neke vrste kvasca imaju sposobnost pretvaranja šećera u etilni alkohol i ugljični dioksid. Ovaj proces se naziva alkoholna fermentacija i široko se koristi u prehrambenoj i vinskoj industriji.
Neke vrste kvasca Candida uzrokuju ljudsko oboljenje koje se zove kandidijaza.
U ovom članku ćemo se osvrnuti na bakterije.
Uzmite u obzir sve bakterije koje žive u tijelu. Hajde da pričamo o bakterijama.
Istraživači kažu da na zemlji postoji oko 10 hiljada vrsta mikroba. Međutim, postoji mišljenje da njihova raznolikost doseže 1 milion godina.
Zbog svoje jednostavnosti i nepretencioznosti postoje svuda. Zbog svoje male veličine, prodiru bilo gdje, čak iu najmanju pukotinu. Mikrob je prilagođen svakom staništu, ima ih svuda, bilo da je to i osušeno ostrvo, čak i mraz, čak i vrućina od 70 stepeni, oni i dalje neće izgubiti svoju održivost.
Mikrobi ulaze u ljudsko tijelo iz okoline. I tek kada se nađu u povoljnim uslovima za njih, oni se osećaju, bilo da pomažu ili izazivaju u rasponu od lakših kožnih oboljenja do ozbiljnih zaraznih bolesti koje dovode do smrti organizma. Bakterije imaju različita imena.
Ovi mikrobi su najstarije vrste stvorenja koja žive na našoj planeti. Pojavio se prije oko 3,5 milijardi godina. Toliko su sićušni da se mogu vidjeti samo pod mikroskopom.
Pošto su ovo prvi predstavnici života na zemlji, prilično su primitivni. S vremenom je njihova struktura postala složenija, iako su neki zadržali svoju primitivnu strukturu. Veliki broj mikroba je providan, ali neki od njih imaju crvenu ili zelenkastu nijansu. Malo njih dobija boju okoline.
Mikrobi su prokarioti, pa stoga imaju svoje zasebno carstvo - Bakterije. Pogledajmo koje su bakterije bezopasne i štetne.
Laktobacili (Lactobacillus plantarum)
Laktobacili su odbrana vašeg tijela od virusa. Od davnina žive u želucu, obavljajući vrlo važne i korisne funkcije. Lactobacillus plantarum štiti probavni trakt od beskorisnih mikroorganizama koji se mogu naseliti u želucu i pogoršati stanje.
Lactobacillus pomaže u otklanjanju težine i nadutosti u stomaku, borbi protiv alergija uzrokovanih raznim namirnicama. Laktobacili također pomažu u uklanjanju štetnih tvari iz crijeva. Čisti cijelo tijelo od toksina.
Bifidobakterije (lat. Bifidobacterium)
To je mikroorganizam koji živi i u želucu. Ovo su korisne bakterije. U nepovoljnim uslovima za postojanje Bifidobakterije umiru. Bifidobakterije proizvode kiseline kao što su mliječna, octena, jantarna i mravlja.
Bifidobakterije imaju vodeću ulogu u normalizaciji crijeva. Takođe, dovoljnom količinom svog sadržaja jačaju imuni sistem i doprinose boljoj apsorpciji hranljivih materija.
Oni su vrlo korisni, jer obavljaju niz važnih funkcija, razmotrite listu:
- Napunite organizam vitaminima K, B1, B2, B3, B6, B9, proteinima i aminokiselinama.
- Štiti od pojave štetnih mikroorganizama.
- Sprječavaju ulazak štetnih toksina iz crijevnih zidova.
- Ubrzati proces probave. - Pomaže u apsorpciji jona Ca, Fe i vitamina D.
Do danas postoji mnogo lijekova koji sadrže bifidobakterije. Ali to ne znači da će, kada se koriste u medicinske svrhe, doći do blagotvornog djelovanja na tijelo, jer korisnost lijekova nije dokazana.
Nepovoljan mikrob Corynebacterium minutissimum
Zlonamjerne vrste klica mogu se pojaviti na najneprikladnijim mjestima gdje ne očekujete da ćete ih pronaći.
Ova vrsta Corynebacterium minutissimum veoma voli da živi i da se razmnožava na telefonima i tabletima. Izazivaju osip po cijelom tijelu. Postoji mnogo antivirusnih aplikacija za tablete i telefone, ali one nisu smislile lijek za štetnu Corynebacterium minutissimum.
Stoga trebate smanjiti kontakt s telefonima i tabletima kako ne biste postali alergični na Corynebacterium minutissimum. I zapamtite, nakon pranja ruku ne treba trljati dlanove jedan o drugi, jer se broj bakterija smanjuje za 37%.
Rod bakterija koji uključuje više od 550 vrsta. Pod povoljnim uslovima, streptomiceti stvaraju niti slične micelijumu gljiva. Žive uglavnom u tlu.
1940. streptomicini su korišteni u proizvodnji lijekova:
- Fizostigmin. Lijek protiv bolova koristi se u malim dozama za smanjenje očnog tlaka kod glaukoma. U velikim količinama može postati otrovan.
- Takrolimus. Lek prirodnog porekla. Koristi se za liječenje i prevenciju transplantacije bubrega, koštane srži, srca i jetre.
- Allosamidin. Lijek za sprječavanje stvaranja razgradnje hitina. Sigurno se koristi u uništavanju komaraca, muva i tako dalje.
Ali treba napomenuti da nemaju sve bakterije ovog roda blagotvorno djelovanje na ljudski organizam.
Štitnik za stomak od bakterije Helicobacter pylori
Mikrobi koji postoje u želucu. Postoji i razmnožava se u sluznici želuca. Helicobacter pylori, pojavljuje se u ljudskom tijelu od najranije dobi i živi cijeli život. Pomaže u održavanju stabilne težine, kontroliše hormone i odgovoran je za osjećaj gladi.
Također, ovaj podmukli mikrob može doprinijeti nastanku čira i gastritisa. Neki naučnici smatraju da je Helicobacter pylori korisna, ali uprkos brojnim postojećim teorijama, još nije dokazano koliko je korisna. Nije ni čudo što se može nazvati zaštitnikom trbuha.
Dobra loša bakterija Escherichia coli
Bakterija Escherichia coli naziva se i Escherichia coli. Escherichia coli, koja živi u donjem dijelu trbuha. Oni se nastanjuju u ljudskom tijelu od rođenja i žive s njim cijeli život. Veliki broj mikroba ove vrste je bezopasan, ali neki od njih mogu izazvati ozbiljno trovanje organizma.
Escherichia coli je čest faktor mnogih zaraznih bolesti povezanih sa želucem. Ali ona podsjeća na sebe i izaziva nelagodu kada se sprema napustiti naše tijelo, u povoljnijem okruženju za nju. I tako je korisno čak i za ljude.
Escherichia coli zasićuje tijelo vitaminom K, koji zauzvrat prati zdravlje arterija. Escherichia coli takođe može dugo da živi u vodi, zemljištu, pa čak iu hrani, kao što je mleko.
E. coli umire nakon kuhanja ili dezinfekcije.
Štetne bakterije. Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus)
Staphylococcus aureus je uzročnik gnojnih formacija na koži. Često čireve i bubuljice uzrokuje Staphylococcus aureus, koji živi na koži velikog broja ljudi. Staphylococcus aureus je uzročnik mnogih zaraznih bolesti.
Bubuljice su vrlo neugodne, ali zamislite samo da Staphylococcus aureus, prodirući kroz kožu u tijelo, može dobiti ozbiljne posljedice, upalu pluća ili meningitis.
Prisutan je na gotovo cijelom tijelu, ali uglavnom postoji u nosnim prolazima i aksilarnim naborima, ali se može pojaviti i u larinksu, perineumu i abdomenu.
Staphylococcus aureus ima zlatnu nijansu, zbog čega je Staphylococcus aureus dobio ime. To je jedan od četiri najčešća uzroka bolničkih infekcija nakon operacije.
Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa)
Ovaj mikrob može postojati i razmnožavati se u vodi i tlu. Voli toplu vodu i bazen. Jedan je od uzročnika gnojnih bolesti. Ime su dobili zbog plavo-zelene nijanse. Pseudomonas aeruginosa koja živi u toploj vodi uđe pod kožu i razvije infekciju, praćenu svrabom, bolom i crvenilom na zahvaćenim područjima.
Ovaj mikrob može zaraziti različite vrste organa i uzrokovati gomilu zaraznih bolesti. Pseudomonas aeruginosa pogađa crijeva, srce i genitourinarne organe. Mikroorganizam je često faktor u nastanku apscesa i flegmona. Pseudomonas aeruginosa je vrlo teško riješiti jer je otporna na antibiotike.
Mikrobi su najjednostavniji živi mikroorganizmi koji postoje na Zemlji, a koji su se pojavili prije mnogo milijardi godina, prilagođeni svim uvjetima okoline. Ali moramo imati na umu da su bakterije korisne i štetne.
Dakle, bavili smo se vrstama mikroorganizama, na primjeru smo razmotrili koje korisne bakterije pomažu tijelu, a koje su štetne, uzrokujući zarazne bolesti.
Zapamtite da će poštovanje pravila lične higijene biti najbolja prevencija od infekcije štetnim mikroorganizmima.
BAKTERIJE
opsežna grupa jednoćelijskih mikroorganizama koje karakteriše odsustvo ćelijskog jezgra okruženog membranom. Istovremeno, genetski materijal bakterije (dezoksiribonukleinska kiselina ili DNK) zauzima sasvim određeno mjesto u ćeliji – zonu koja se zove nukleoid. Organizmi s takvom ćelijskom strukturom nazivaju se prokarioti ("prednuklearni"), za razliku od svih ostalih - eukarioti ("pravi nuklearni"), čija se DNK nalazi u jezgri okruženoj ljuskom. Bakterije, koje su se nekada smatrale mikroskopskim biljkama, sada su klasifikovane kao zasebno kraljevstvo, Monera, jedna od pet u trenutnom sistemu klasifikacije, zajedno sa biljkama, životinjama, gljivama i protistima.
fosilni dokazi. Bakterije su vjerovatno najstarija poznata grupa organizama. Slojevite kamene strukture - stromatoliti - datirani u nekim slučajevima na početak arheozoika (arheja), tj. koja je nastala prije 3,5 milijardi godina - rezultat vitalne aktivnosti bakterija, obično fotosintetskih, tzv. plavo-zelene alge. Slične strukture (bakterijske folije impregnirane karbonatima) se još uvijek formiraju, uglavnom uz obale Australije, Bahama, u Kalifornijskom i Perzijskom zaljevu, ali su relativno rijetke i ne dostižu velike veličine, jer organizmi biljojedi, poput puževa, hraniti se njima. Danas stromatoliti rastu uglavnom tamo gdje ovih životinja nema zbog visokog saliniteta vode ili iz drugih razloga, ali prije pojave biljojeda u toku evolucije, mogli su dostići ogromne veličine, čineći suštinski element okeanske plitke vode. , uporediv sa modernim koralnim grebenima. U nekim drevnim stijenama pronađene su male ugljenisane kuglice, za koje se također smatra da su ostaci bakterija. Prvi nuklearni, tj. eukariotske, ćelije su evoluirale iz bakterija prije oko 1,4 milijarde godina.
Ekologija. Mnogo je bakterija u tlu, na dnu jezera i okeana – svuda gdje se akumuliraju organske tvari. Žive na hladnoći, kada je termometar malo iznad nule, iu toplim kiselim izvorima sa temperaturom iznad 90°C. Neke bakterije tolerišu veoma visok salinitet okoline; posebno, oni su jedini organizmi pronađeni u Mrtvom moru. U atmosferi su prisutni u kapljicama vode, a njihova brojnost tamo je obično u korelaciji sa zaprašenošću zraka. Dakle, u gradovima kišnica sadrži mnogo više bakterija nego u ruralnim područjima. Malo ih je u hladnom zraku visoravni i polarnih područja, ali se nalaze čak iu donjem sloju stratosfere na visini od 8 km. Probavni trakt životinja je gusto naseljen bakterijama (obično bezopasnim). Eksperimenti su pokazali da nisu neophodni za život većine vrsta, iako mogu sintetizirati neke vitamine. Međutim, kod preživača (krave, antilope, ovce) i mnogih termita oni su uključeni u probavu biljne hrane. Osim toga, imuni sistem životinje uzgojene u sterilnim uvjetima ne razvija se normalno zbog nedostatka stimulacije bakterijama. Normalna bakterijska "flora" crijeva važna je i za suzbijanje štetnih mikroorganizama koji tamo ulaze.
STRUKTURA I ŽIVOT BAKTERIJA
Bakterije su mnogo manje od ćelija višećelijskih biljaka i životinja. Njihova debljina je obično 0,5-2,0 mikrona, a dužina 1,0-8,0 mikrona. Neki oblici se jedva mogu vidjeti uz rezoluciju standardnih svjetlosnih mikroskopa (oko 0,3 µm), ali postoje i poznate vrste dužine veće od 10 µm i širine koja također prelazi ove granice, te niz vrlo tankih bakterija. može prelaziti 50 µm dužine. Na površinu koja odgovara tački stavljenoj olovkom, četvrt miliona predstavnika ovog kraljevstva će stati prosečne veličine.
Struktura. Prema posebnostima morfologije razlikuju se sljedeće grupe bakterija: koke (manje ili više sferične), bacili (šipke ili cilindri sa zaobljenim krajevima), spirile (čvrste spirale) i spirohete (tanke i fleksibilne dlake). Neki autori teže spajanju posljednje dvije grupe u jednu – spirilu. Prokarioti se razlikuju od eukariota uglavnom po odsustvu dobro formiranog jezgra i prisutnosti, u tipičnom slučaju, samo jednog hromozoma - vrlo dugačkog kružnog DNK molekula pričvršćenog u jednoj tački za ćelijsku membranu. Prokarioti također nemaju unutarćelijske organele vezane za membranu zvane mitohondrije i hloroplasti. Kod eukariota, mitohondrije proizvode energiju tokom disanja, a fotosinteza se odvija u hloroplastima (vidi i ĆELIJA). Kod prokariota cijela stanica (i prije svega ćelijska membrana) preuzima funkciju mitohondrija, au fotosintetskim oblicima istovremeno i hloroplasta. Poput eukariota, unutar bakterije se nalaze male nukleoproteinske strukture - ribozomi neophodni za sintezu proteina, ali nisu povezani ni sa kakvim membranama. Uz vrlo malo izuzetaka, bakterije nisu u stanju sintetizirati sterole, bitne komponente eukariotskih staničnih membrana. Izvan stanične membrane većina bakterija je obložena staničnim zidom, koji pomalo podsjeća na celulozni zid biljnih stanica, ali se sastoji od drugih polimera (oni uključuju ne samo ugljikohidrate, već i aminokiseline i tvari specifične za bakterije). Ova ljuska sprječava da bakterijska stanica pukne kada voda uđe u nju zbog osmoze. Na vrhu ćelijskog zida se često nalazi zaštitna kapsula sluzi. Mnoge bakterije su opremljene flagelama s kojima aktivno plivaju. Bakterijske flagele su jednostavnije i donekle drugačije od sličnih eukariotskih struktura.
"TIPIČNA" BAKTERIJSKA ĆELIJA i njegove glavne strukture.
Senzorne funkcije i ponašanje. Mnoge bakterije imaju hemijske receptore koji detektuju promene u kiselosti životne sredine i koncentraciji različitih supstanci, kao što su šećeri, aminokiseline, kiseonik i ugljen-dioksid. Svaka supstanca ima svoju vrstu takvih receptora "ukusa", a gubitak jednog od njih kao rezultat mutacije dovodi do djelomične "sljepoće okusa". Mnoge pokretne bakterije također reagiraju na temperaturne fluktuacije, a fotosintetske vrste na promjene svjetlosti. Neke bakterije percipiraju smjer linija magnetnog polja, uključujući i Zemljino magnetsko polje, uz pomoć čestica magnetita (magnetna željezna ruda - Fe3O4) prisutnih u njihovim stanicama. U vodi bakterije koriste ovu sposobnost da plivaju duž linija sile u potrazi za povoljnim okruženjem. Uvjetni refleksi kod bakterija su nepoznati, ali imaju određenu vrstu primitivnog pamćenja. Dok plivaju, oni upoređuju opaženi intenzitet stimulusa sa njegovom prethodnom vrednošću, tj. utvrditi da li je postao veći ili manji i na osnovu toga zadržati smjer kretanja ili ga promijeniti.
Reprodukcija i genetika. Bakterije se razmnožavaju aseksualno: DNK u njihovoj ćeliji se replicira (udvostručuje), ćelija se deli na dva dela, a svaka ćerka ćelija dobija po jednu kopiju DNK roditelja. Bakterijska DNK se također može prenositi između ćelija koje se ne dijele. Istovremeno, do njihove fuzije (kao kod eukariota) ne dolazi, broj jedinki se ne povećava, a obično se samo mali dio genoma (kompletan skup gena) prenosi u drugu ćeliju, za razliku od "pravi" seksualni proces, u kojem potomak dobija kompletan set gena od svakog roditelja. Takav prijenos DNK može se izvesti na tri načina. Tokom transformacije, bakterija apsorbuje „goli“ DNK iz okoline, koji je tamo dospeo prilikom uništavanja drugih bakterija ili je eksperimentator namerno „provukao“. Proces se naziva transformacija, jer je u ranim fazama njegovog proučavanja glavna pažnja bila posvećena transformaciji (transformaciji) na ovaj način bezopasnih organizama u virulentne. Fragmenti DNK se također mogu prenijeti sa bakterija na bakterije pomoću posebnih virusa - bakteriofaga. Ovo se zove transdukcija. Postoji i proces koji nalikuje oplodnji i naziva se konjugacija: bakterije su međusobno povezane privremenim tubularnim izraslinama (kopulatorne fimbrije), kroz koje DNK prelazi iz "muške" ćelije u "žensku". Ponekad bakterije sadrže vrlo male dodatne hromozome - plazmide, koji se također mogu prenijeti s pojedinca na pojedinca. Ako plazmidi istovremeno sadrže gene koji uzrokuju otpornost na antibiotike, govore o infektivnoj rezistenciji. To je važno s medicinskog stajališta, jer se može širiti između različitih vrsta, pa čak i rodova bakterija, uslijed čega cjelokupna bakterijska flora, recimo crijeva, postaje otporna na djelovanje određenih lijekova.
METABOLIZAM
Djelomično zbog male veličine bakterija, intenzitet njihovog metabolizma je mnogo veći nego kod eukariota. Pod najpovoljnijim uvjetima, neke bakterije mogu udvostručiti svoju ukupnu masu i brojnost otprilike svakih 20 minuta. To je zbog činjenice da određeni broj njihovih najvažnijih enzimskih sistema funkcionira vrlo velikom brzinom. Dakle, zecu je potrebno nekoliko minuta da sintetizira proteinski molekul, a bakteriji - sekunde. Međutim, u prirodnom okruženju, na primjer, u tlu, većina bakterija je "na dijeti gladovanja", pa ako se njihove stanice dijele, onda ne svakih 20 minuta, već svakih nekoliko dana.
Ishrana. Bakterije su autotrofi i heterotrofi. Autotrofima ("samohranim") nisu potrebne supstance koje proizvode drugi organizmi. Oni koriste ugljični dioksid (CO2) kao glavni ili jedini izvor ugljika. Uključujući CO2 i druge neorganske supstance, posebno amonijak (NH3), nitrate (NO-3) i razna jedinjenja sumpora, u složenim hemijskim reakcijama sintetiziraju sve biohemijske proizvode koji su im potrebni. Heterotrofi ("hrane se drugima") koriste kao glavni izvor ugljika (neke vrste također trebaju CO2) organske tvari (koje sadrže ugljik) koje sintetiziraju drugi organizmi, posebno šećere. Oksidirani, ova jedinjenja opskrbljuju energiju i molekule neophodne za rast i vitalnu aktivnost stanica. U tom smislu, heterotrofne bakterije, koje uključuju veliku većinu prokariota, slične su ljudima.
glavni izvori energije. Ako se za formiranje (sintezu) staničnih komponenti koristi uglavnom svjetlosna energija (fotoni), tada se proces naziva fotosinteza, a vrste sposobne za to nazivaju se fototrofi. Fototrofne bakterije se dijele na fotoheterotrofe i fotoautotrofe, ovisno o tome koji spojevi - organski ili neorganski - služe kao njihov glavni izvor ugljika. Fotoautotrofne cijanobakterije (plavo-zelene alge), poput zelenih biljaka, razgrađuju molekule vode (H2O) koristeći svjetlosnu energiju. Time se oslobađa slobodni kisik (1/2O2) i proizvodi vodonik (2H+), za koji se može reći da pretvara ugljični dioksid (CO2) u ugljikohidrate. U zelenim i ljubičastim sumpornim bakterijama, svjetlosna energija se ne koristi za razgradnju vode, već drugih neorganskih molekula, kao što je sumporovodik (H2S). Kao rezultat toga, također se proizvodi vodik, smanjujući ugljični dioksid, ali kisik se ne oslobađa. Takva fotosinteza se naziva anoksigena. Fotoheterotrofne bakterije, kao što su ljubičaste nesumporne bakterije, koriste svjetlosnu energiju za proizvodnju vodika iz organskih tvari, posebno izopropanola, ali plinoviti H2 također može poslužiti kao njegov izvor. Ako je glavni izvor energije u ćeliji oksidacija kemikalija, bakterije se nazivaju kemoheterotrofi ili kemoautotrofi, ovisno o tome koje molekule služe kao glavni izvor ugljika - organske ili neorganske. U prvom slučaju, organski proizvodi pružaju i energiju i ugljik. Hemoautotrofi dobijaju energiju oksidacijom neorganskih supstanci, kao što su vodonik (u vodu: 2H4 + O2 do 2H2O), gvožđe (Fe2+ do Fe3+) ili sumpor (2S + 3O2 + 2H2O do 2SO42- + 4H+), i ugljenik iz CO2. Ovi organizmi se nazivaju i hemolitotrofi, čime se naglašava da se "hrane" kamenjem.
Dah.Ćelijsko disanje je proces oslobađanja hemijske energije pohranjene u molekulima "hrane" za njenu dalju upotrebu u vitalnim reakcijama. Disanje može biti aerobno i anaerobno. U prvom slučaju, potreban je kiseonik. Potreban je za rad tzv. sistem za transport elektrona: elektroni se kreću od jednog molekula do drugog (energija se oslobađa) i na kraju se vezuju za kiseonik zajedno sa vodoničnim ionima - formira se voda. Anaerobnim organizmima nije potreban kiseonik, a za neke vrste ove grupe čak je i otrovan. Elektroni koji se oslobađaju tokom disanja vezani su za druge anorganske akceptore, kao što su nitrati, sulfati ili karbonati, ili (u jednom od oblika takvog disanja - fermentacija) za određeni organski molekul, posebno za glukozu. Vidi također METABOLIZAM.
KLASIFIKACIJA
U većini organizama, vrsta se smatra reproduktivno izoliranom grupom jedinki. U širem smislu, to znači da predstavnici date vrste mogu proizvesti plodno potomstvo, pareći se samo sa svojom vrstom, ali ne i s jedinkama drugih vrsta. Dakle, geni određene vrste, u pravilu, ne prelaze njene granice. Međutim, kod bakterija se geni mogu razmjenjivati između jedinki ne samo različitih vrsta, već i različitih rodova, pa nije sasvim jasno da li je ovdje legitimno primjenjivati uobičajene koncepte evolucijskog porijekla i srodstva. U vezi s ovom i drugim poteškoćama, općeprihvaćena klasifikacija bakterija još ne postoji. Ispod je jedna od njegovih široko korištenih varijanti.
KRALJEVSTVO MONERA
Phylum Gracilicutes (Gram-negativne bakterije tankih stijenki)
Klasa Scotobacteria (nefotosintetski oblici, npr. miksobakterije) Klasa Anoksifotobakterija (fotosintetski oblici koji otpuštaju kisik, npr. ljubičaste sumporne bakterije) Klasa Oxyphotobacteria (fotosintetski oblici koji oslobađaju kisik, npr. cyanobacteria) cyanobacteria.
Phylum Firmicutes (gram-pozitivne bakterije debelih stijenki)
Klasa Firmibacteria (tvrdoćelijski oblici, npr. klostridija)
Klasa Thallobacteria (razgranati oblici, npr. aktinomicete)
Tenericutes phylum (gram-negativne bakterije bez ćelijskog zida)
Klasa Mollicutes (oblici mekih ćelija, npr. mikoplazme)
Tip Mendosicutes (bakterije sa defektnim ćelijskim zidom)
Klasa Archaebacteria (drevni oblici, npr. stvaraoci metana)
Domains. Nedavne biohemijske studije su pokazale da su svi prokarioti jasno podijeljeni u dvije kategorije: malu grupu arhebakterija (Archaebacteria - "drevne bakterije") i sve ostale, zvane eubakterije (Eubacteria - "prave bakterije"). Vjeruje se da su arhebakterije primitivnije od eubakterija i bliže zajedničkom pretku prokariota i eukariota. Razlikuju se od drugih bakterija na nekoliko značajnih načina, uključujući sastav molekula ribosomalne RNK (pRNA) uključenih u sintezu proteina, hemijsku strukturu lipida (supstanci sličnih masti) i prisustvo nekih drugih supstanci u ćelijskom zidu umesto toga. proteinsko-ugljikohidratnog polimera mureina. U gore navedenom sistemu klasifikacije, arhebakterije se smatraju samo jednim od tipova istog carstva koje uključuje sve eubakterije. Međutim, prema nekim biolozima, razlike između arhebakterija i eubakterija su toliko duboke da je ispravnije smatrati arhebakterije u Moneri kao zasebno potkraljevstvo. Nedavno se pojavio još radikalniji prijedlog. Molekularna analiza je otkrila tako značajne razlike u strukturi gena između ove dvije grupe prokariota da neki smatraju nelogičnim njihovo prisustvo u istom carstvu organizama. S tim u vezi, predloženo je da se napravi taksonomska kategorija (takson) još višeg ranga, nazvavši je domenom, i da se sva živa bića podijele na tri domene - Eucarya (eukarioti), Archaea (archaebacteria) i Bacteria (sadašnje eubakterije). ).
EKOLOGIJA
Dvije najvažnije ekološke funkcije bakterija su fiksacija dušika i mineralizacija organskih ostataka.
Fiksacija dušika. Vezanje molekularnog dušika (N2) u amonijak (NH3) naziva se fiksacija dušika, a oksidacija potonjeg u nitrit (NO-2) i nitrat (NO-3) naziva se nitrifikacija. Ovo su vitalni procesi za biosferu, budući da biljkama treba dušik, ali mogu samo asimilirati njegove vezane oblike. Trenutno, otprilike 90% (oko 90 miliona tona) godišnje količine takvog "fiksnog" azota daju bakterije. Ostatak se proizvodi u hemijskim postrojenjima ili se javlja tokom pražnjenja groma. Azot u zraku, koji iznosi cca. 80% atmosfere, povezano uglavnom sa gram-negativnim rodom Rhizobium (Rhizobium) i cijanobakterijama. Vrsta Rhizobium simbiozuje sa oko 14.000 vrsta mahunarki (porodica Leguminosae), koje uključuju, na primjer, djetelinu, lucernu, soju i grašak. Ove bakterije žive u tzv. nodule - otekline koje se formiraju na korijenu u njihovom prisustvu. Bakterije primaju organsku materiju (hranu) iz biljke, a zauzvrat snabdevaju domaćina vezanim azotom. Godišnje se na ovaj način fiksira do 225 kg azota po hektaru. Biljke koje nisu mahunarke, poput johe, također ulaze u simbiozu s drugim bakterijama koje fiksiraju dušik. Cijanobakterije fotosintetiziraju poput zelenih biljaka, oslobađajući kisik. Mnogi od njih su također sposobni fiksirati atmosferski dušik, koji zatim preuzimaju biljke i na kraju životinje. Ovi prokarioti služe kao važan izvor fiksiranog azota u tlu uopšte, a posebno u poljima pirinča na istoku, kao i njegov glavni snabdevač okeanskim ekosistemima.
Mineralizacija. Ovo je naziv dat razgradnji organskih ostataka na ugljični dioksid (CO2), vodu (H2O) i mineralne soli. Sa hemijske tačke gledišta, ovaj proces je ekvivalentan sagorevanju, tako da je potrebna velika količina kiseonika. Gornji sloj tla sadrži od 100.000 do 1 milijardu bakterija po 1 g, tj. oko 2 tone po hektaru. Obično sve organske ostatke, jednom u zemlji, brzo oksidiraju bakterije i gljivice. Otpornija na razgradnju je smećkasta organska tvar nazvana huminska kiselina, koja se uglavnom formira iz lignina sadržanog u drvu. Akumulira se u tlu i poboljšava njegova svojstva.
BAKTERIJE I INDUSTRIJA
S obzirom na raznolikost kemijskih reakcija koje kataliziraju bakterije, nije iznenađujuće da se one naširoko koriste u proizvodnji, u nekim slučajevima od davnina. Prokarioti dijele slavu takvih mikroskopskih ljudskih pomagača s gljivama, prvenstveno kvascem, koji osiguravaju većinu procesa alkoholne fermentacije, na primjer, u proizvodnji vina i piva. Sada kada je postalo moguće uvesti korisne gene u bakterije, navodeći ih da sintetiziraju vrijedne tvari, poput inzulina, industrijska upotreba ovih živih laboratorija dobila je snažan novi poticaj. Vidi također GENETIČKI INŽENJERING.
Prehrambena industrija. Trenutno se bakterije u ovoj industriji uglavnom koriste za proizvodnju sira, drugih fermentiranih mliječnih proizvoda i octa. Glavne kemijske reakcije ovdje su stvaranje kiselina. Dakle, u proizvodnji octa, bakterije iz roda Acetobacter oksidiraju etil alkohol sadržan u jabukovači ili drugim tekućinama u octenu kiselinu. Slični procesi se dešavaju i kod kiselog kupusa: anaerobne bakterije fermentiraju šećer koji se nalazi u lišću ove biljke u mliječnu kiselinu, kao i sirćetnu kiselinu i razne alkohole.
Ispiranje ruda. Bakterije se koriste za ispiranje siromašnih ruda, tj. prenoseći iz njih u rastvor soli vrednih metala, prvenstveno bakra (Cu) i uranijuma (U). Primjer je prerada halkopirita, ili bakrenog pirita (CuFeS2). Hrpe ove rude se povremeno zalijevaju vodom koja sadrži hemolitotrofne bakterije iz roda Thiobacillus. U toku svoje životne aktivnosti oksidiraju sumpor (S), formirajući rastvorljive bakrene i gvožđe sulfate: CuFeS2 + 4O2 do CuSO4 + FeSO4. Takve tehnologije uvelike pojednostavljuju proizvodnju vrijednih metala iz ruda; u principu, oni su ekvivalentni procesima koji se dešavaju u prirodi tokom trošenja stena.
Reciklaža. Bakterije također služe za pretvaranje otpadnih proizvoda, kao što je kanalizacija, u manje opasne ili čak korisne proizvode. Otpadne vode su jedan od akutnih problema savremenog čovječanstva. Za njihovu potpunu mineralizaciju potrebne su ogromne količine kiseonika, a u običnim rezervoarima, gde je uobičajeno odlaganje ovih otpada, više nije dovoljno da se "neutrališu". Rješenje je u dodatnoj aeraciji otpadnih voda u posebnim bazenima (aerotankovima): kao rezultat toga mineralizirajuće bakterije imaju dovoljno kisika da potpuno razgrađuju organske tvari, a voda za piće postaje jedan od krajnjih proizvoda procesa u najpovoljnijim slučajevima. Nerastvorljivi talog koji ostane na putu može se podvrgnuti anaerobnoj fermentaciji. Da bi ovakvi uređaji za prečišćavanje vode zauzimali što manje prostora i novca, potrebno je dobro poznavanje bakteriologije.
Druge upotrebe. Ostala važna područja industrijske primjene bakterija uključuju, na primjer, laneni režanj, tj. odvajanje njegovih predenih vlakana od drugih dijelova biljke, kao i proizvodnju antibiotika, posebno streptomicina (bakterija iz roda Streptomyces).
KONTROLA BAKTERIJA U INDUSTRIJI
Bakterije nisu samo korisne; borba protiv njihove masovne reprodukcije, na primjer, u prehrambenim proizvodima ili u vodovodnim sistemima preduzeća za celulozu i papir, postala je čitavo područje djelovanja. Hrana se kvari bakterijama, gljivicama i njihovim vlastitim enzimima autolize ("samoprobave"), osim ako se ne inaktivira toplinom ili drugim putem. Budući da su glavni uzrok kvarenja i dalje bakterije, razvoj efikasnih sistema skladištenja hrane zahtijeva poznavanje granica tolerancije ovih mikroorganizama. Jedna od najčešćih tehnologija je pasterizacija mlijeka, koja ubija bakterije koje uzrokuju, na primjer, tuberkulozu i brucelozu. Mlijeko se drži na 61-63°C 30 minuta ili na 72-73°C samo 15 sekundi. To ne narušava okus proizvoda, ali inaktivira patogene bakterije. Vino, pivo i voćni sokovi se također mogu pasterizirati. Prednosti čuvanja hrane na hladnom odavno su poznate. Niske temperature ne ubijaju bakterije, ali im ne dozvoljavaju da rastu i razmnožavaju se. Istina, kod smrzavanja, na primjer, do -25 °C, broj bakterija se smanjuje nakon nekoliko mjeseci, ali veliki broj ovih mikroorganizama i dalje preživi. Na temperaturama ispod nule, bakterije nastavljaju da se razmnožavaju, ali vrlo sporo. Njihove održive kulture mogu se čuvati gotovo neograničeno nakon liofilizacije (zamrzavanja - sušenja) u mediju koji sadrži protein, kao što je krvni serum. Druge poznate metode konzerviranja hrane uključuju sušenje (sušenje i dimljenje), dodavanje velikih količina soli ili šećera, što je fiziološki ekvivalentno dehidraciji, te kiseljenje, tj. stavljen u koncentrovani rastvor kiseline. Sa kiselošću podloge koja odgovara pH 4 i ispod, vitalna aktivnost bakterija je obično u velikoj meri inhibirana ili zaustavljena.
BAKTERIJE I BOLESTI
PROUČAVANJE BAKTERIJA
Mnoge bakterije se lako uzgajaju u tzv. medij za kulturu, koji može uključivati mesni bujon, djelimično probavljene proteine, soli, dekstrozu, punu krv, njen serum i druge komponente. Koncentracija bakterija u takvim uvjetima obično doseže oko milijardu po kubnom centimetru, zbog čega okoliš postaje zamućen. Za proučavanje bakterija potrebno je moći dobiti njihove čiste kulture, odnosno klonove, koji su potomci jedne ćelije. To je potrebno, na primjer, da bi se utvrdilo koja vrsta bakterije je zarazila pacijenta i na koji antibiotik je ova vrsta osjetljiva. Mikrobiološki uzorci, kao što su brisevi uzeti iz grla ili rana, uzorci krvi, vode ili drugih materijala, jako se razblažuju i nanose na površinu polučvrstog medija: iz pojedinačnih ćelija na njemu se razvijaju zaobljene kolonije. Sredstvo za stvrdnjavanje podloge za kulturu obično je agar, polisaharid koji se dobiva iz određenih morskih algi i gotovo ga ne mogu probaviti bilo koja vrsta bakterija. Agar podloge se koriste u obliku "jambova", tj. kosih površina koje se formiraju u epruvetama koje stoje pod velikim uglom kada se rastopljeni medij stvrdnjava, ili u obliku tankih slojeva u staklenim Petrijevim zdjelicama - ravne okrugle posude zatvorene poklopcem istog oblika, ali nešto većeg promjera. Obično, u jednom danu, bakterijska ćelija ima vremena da se toliko umnoži da formira koloniju koja je lako vidljiva golim okom. Može se prenijeti u drugu sredinu radi daljeg proučavanja. Sve podloge za uzgoj moraju biti sterilne prije kultivacije bakterija, a zatim se mora paziti da se na njima spriječi naseljavanje nepoželjnih mikroorganizama. Za ispitivanje tako uzgojenih bakterija, tanka žičana omča se kalcinira na plamenu, prvo dodirne koloniju ili razmaz, a zatim se kap vode nanese na staklo. Ravnomjerno raspoređujući uzeti materijal u ovoj vodi, staklo se suši i brzo prelazi preko plamena gorionika dva ili tri puta (strana sa bakterijama treba okrenuti prema gore): kao rezultat, mikroorganizmi se, bez oštećenja, čvrsto pričvršćuju. na podlogu. Boja se nakapa na površinu preparata, zatim se staklo ispere u vodi i ponovo osuši. Uzorak se sada može vidjeti pod mikroskopom. Čiste kulture bakterija prepoznaju se uglavnom po njihovim biohemijskim karakteristikama, tj. određuju da li iz određenih šećera stvaraju gas ili kiseline, da li su u stanju da probave proteine (ukapljuju želatinu), da li im je potreban kiseonik za rast itd. Također provjeravaju da li su obojene određenim bojama. Preosjetljivost na određene lijekove, kao što su antibiotici, može se odrediti stavljanjem malih diskova filter papira natopljenog ovim supstancama na površinu inokulisanu bakterijama. Ako bilo koji kemijski spoj ubija bakterije, oko odgovarajućeg diska formira se zona bez njih.
Collier Encyclopedia. - Otvoreno društvo. 2000 .
Govoreći o bakterijama, najčešće predstavljamo nešto negativno. Ipak, znamo vrlo malo o njima. Struktura i vitalna aktivnost bakterija su prilično primitivne, ali, prema nekim znanstvenicima, to su najstariji stanovnici Zemlje i toliko godina nisu nestali i nisu izumrli. Čovjek koristi mnoge vrste takvih mikroorganizama za vlastitu korist, dok su drugi uzročnici ozbiljnih bolesti, pa čak i epidemija. Ali šteta nekih bakterija ponekad nije srazmjerna dobrobiti drugih. Razgovarajmo o ovim nevjerovatnim mikroorganizmima i upoznajmo se s njihovom strukturom, fiziologijom i klasifikacijom.
Kraljevstvo bakterija
To su nenuklearni, najčešće jednoćelijski mikroorganizmi. Njihovo otkriće 1676. godine zasluga je holandskog naučnika A. Leeuwenhoeka, koji je prvi ugledao sićušne bakterije pod mikroskopskom lupom. Ali proučavanje njihove prirode, fiziologije i uloge u ljudskom životu prvi je započeo francuski hemičar i mikrobiolog Louis Pasteur 1850-ih. Struktura bakterija počela se aktivno proučavati pojavom elektronskih mikroskopa. Njegova ćelija se sastoji od citoplazmatske membrane, ribozoma i nukleotida. DNK bakterije koncentrisan je na jednom mjestu (nukleoplazma) i predstavlja zavojnicu tankih niti. Citoplazma je odvojena od ćelijskog zida citoplazmatskom membranom; sadrži nukleotid, različite membranske sisteme i ćelijske inkluzije. Ribosom bakterije se sastoji od 60% RNK, a ostatak je protein. Slika ispod prikazuje strukturu salmonele.
Ćelijski zid i njegove komponente
Bakterije imaju ćelijsku strukturu. Ćelijski zid ima debljinu od oko 20 nm i, za razliku od viših biljaka, nema fibrilarnu strukturu. Njegovu snagu daje poseban poklopac koji se zove torba. Sastoji se uglavnom od polimerne supstance - mureina. Njegove komponente (podjedinice) povezane su određenim redoslijedom u posebne poliglikanske niti. Zajedno sa kratkim peptidima formiraju makromolekulu nalik mreži. Ovo je murein torba.
Organi za kretanje
Ovi mikroorganizmi su sposobni za aktivno kretanje. Izvodi se zahvaljujući plazma flagelama, koje imaju spiralnu strukturu. Bakterije se mogu kretati brzinom do 200 mikrona u sekundi i okretati se oko svoje ose 13 puta u sekundi. Sposobnost pomicanja flagela osigurava poseban kontraktilni protein - flagelin (analogno miozinu u mišićnim stanicama).
Imaju sljedeće dimenzije: dužina - do 20 mikrona, prečnik - 10-20 nm. Svaki flagelum proizlazi iz bazalnog tijela, koje je ugrađeno u ćelijski zid bakterije. Organi za kretanje mogu biti pojedinačni ili raspoređeni u čitave snopove, kao, na primjer, u spirili. Broj flagela može zavisiti od uslova okoline. Na primjer, Proteus vulgaris, uz lošu ishranu, ima samo dvije subpolarne bičice, dok ih u normalnim razvojnim uvjetima može biti od 2 do 50 u snopovima.
Kretanje mikroorganizama
Struktura bakterije (dijagram ispod) je takva da se može kretati prilično aktivno. Kretanje u većini slučajeva nastaje uslijed guranja i odvija se uglavnom u tečnom ili vlažnom okruženju. Ovisno o faktoru djelovanja, drugim riječima, vrsti vanjskog stimulusa, može biti:
- kemotaksa je usmjereno kretanje bakterije do hranjivih tvari ili, obrnuto, daleko od bilo kakvih toksina;
- aerotaksija - kretanje prema kiseoniku (kod aerobnih) ili dalje od njega (kod anaerobnih);
- fototaksija - reakcija na svjetlost, koja se očituje u kretanju, karakteristična je prvenstveno za fototrofe;
- magnetotaksija - reakcija na promjene u magnetskom polju, zbog prisustva posebnih čestica (magnetosoma) u nekim mikroorganizmima.
Na jedan od gore navedenih načina, bakterije, čije strukturne karakteristike ćelija im omogućavaju kretanje, mogu stvoriti klastere na mjestima s optimalnim uvjetima za njihovu vitalnu aktivnost. Osim flagela, neke vrste imaju brojne tanje filamente - zovu se "fimbrije" ili "pili", ali njihova funkcija još nije dovoljno proučena. Bakterije koje nemaju posebne flagele sposobne su za klizanje, međutim, karakterizira ga vrlo mala brzina: oko 250 mikrona u minuti.
Druga mala grupa bakterija su autotrofi. Sposobni su sintetizirati organske tvari iz anorganskih tvari, mogu djelomično asimilirati atmosferski ugljični dioksid i kemotrofi su. Ove bakterije zauzimaju veoma važno mesto u ciklusu hemijskih elemenata u prirodi.
Postoje i dvije grupe pravih fototrofa. Strukturne karakteristike bakterija ove kategorije su da sadrže supstancu (pigment) bakteriohlorofil, koja je po prirodi srodna biljnom hlorofilu, a kako im nedostaje fotosistem II, fotosinteza se odvija bez evolucije kiseonika.
Reprodukcija po diobama
Glavni način razmnožavanja je podjela izvorne matične ćelije na dva dijela (amitoza). Za izdužene oblike, to se uvijek događa okomito na uzdužnu os. U ovom slučaju, struktura bakterije prolazi kroz kratkotrajne promjene: formira se poprečna pregrada od ruba ćelije do sredine, duž koje se potom dijeli roditeljski organizam. Ovo objašnjava staro ime kraljevstva - Drobyanki. Ćelije nakon diobe mogu ostati povezane u nestabilne, labave lance.
To su karakteristične karakteristike strukture bakterija nekih vrsta, na primjer, streptokoka.
Sporulacija i seksualna reprodukcija
Drugi način razmnožavanja je sporulacija. U direktnoj je vezi sa željom za prilagodbom na nepovoljne uvjete i usmjeren je na njihovo preživljavanje. Kod nekih bakterija u obliku štapa spore se formiraju endogeno, odnosno unutar ćelije. Veoma su otporne na toplotu i mogu se čuvati čak i kada se kuvaju duže vreme. Formiranje spora počinje raznim hemijskim reakcijama u matičnoj ćeliji, pri čemu se razgrađuje oko 75% svih njenih proteina. Tada dolazi do podjele. U tom slučaju nastaju dvije kćeri ćelije. Jedan od njih (manji) prekriven je debelom ljuskom, koja može zauzeti do 50% zapremine - ovo je spora. Ostaje održiv i spreman za klijanje 200-300 godina.
Neke vrste su sposobne za seksualnu reprodukciju. Ovaj proces je prvi put otkriven 1946. godine, kada je proučavana ćelijska struktura bakterije Escherichia coli. Ispostavilo se da je djelomični prijenos genetskog materijala moguć. Odnosno, fragmenti DNK se prenose iz jedne ćelije (donora) u drugu (primaoca) u procesu konjugacije. To se radi uz pomoć bakteriofaga ili transformacijom.
Struktura bakterije i osobenosti njene fiziologije su takve da se u idealnim uslovima proces diobe odvija konstantno i vrlo brzo (svakih 20-30 minuta). Ali u prirodnom okruženju ograničeno je raznim faktorima (sunčeva svjetlost, hranljivi medij, temperatura itd.).
Klasifikacija ovih mikroorganizama zasniva se na različitoj strukturi ćelijskog zida bakterije, koja određuje očuvanje anilinske boje u ćeliji ili njeno ispiranje. To je identificirao H. K. Gram, a kasnije su, u skladu s njegovim imenom, izdvojene dvije velike divizije mikroorganizama o kojima ćemo govoriti u nastavku.
Gram-pozitivne bakterije: karakteristike strukture i vitalne aktivnosti
Ovi mikroorganizmi imaju višeslojni mureinski omotač (30-70% ukupne suhe mase ćelijskog zida), zbog čega se anilinska boja ne ispire iz ćelija (struktura gram-pozitivne bakterije je šematski prikazana na fotografija iznad na lijevoj strani i gram-negativna na desnoj strani). Njihova karakteristika je da se diaminopimelna kiselina često zamjenjuje lizinom. Sadržaj proteina je znatno manji, a polisaharidi su odsutni ili su povezani kovalentnim vezama. Sve bakterije ovog odjela podijeljene su u nekoliko grupa:
- Gram-pozitivne koke. To su pojedinačne ćelije ili grupe od dvije, četiri ili više ćelija (do 64), koje zajedno drži celuloza. Po vrsti ishrane to su u pravilu obvezni ili fakultativni anaerobi, na primjer bakterije mliječne kiseline iz porodice streptokoka, ali mogu biti i aerobi.
- Štapovi bez spora. Po imenu već možete razumjeti strukturu bakterijske ćelije. Ova grupa uključuje anaerobne ili fakultativno aerobne vrste mliječne kiseline iz porodice Lactobacillus.
- Štapići koji stvaraju spore. Predstavlja ih samo jedna porodica - Clostridia. Oni su obavezni anaerobi sposobni proizvoditi spore. Mnogi od njih formiraju karakteristične lance ili niti iz pojedinačnih ćelija.
- Korinemorfni mikroorganizmi. Vanjska struktura bakterijske ćelije ove grupe može značajno varirati. Dakle, štapići mogu postati toljasti, kratki, kokičasti ili blago razgranati oblici. Ne formiraju endospore. To uključuje propionsku kiselinu, streptomicetske bakterije itd.
- mikoplazme. Ako obratite pažnju na strukturu bakterije (dijagram na donjoj slici - strelica pokazuje na lanac DNK), onda se može primijetiti da nema ćelijski zid (umjesto njega postoji citoplazmatska membrana) i stoga se ne boji anilinskom bojom, stoga se ne može pripisati ovom dijelu na osnovu bojenja po Gramu. Ali prema nedavnim istraživanjima, mikoplazme potiču od gram-pozitivnih mikroorganizama.
Gram-negativne bakterije: funkcije, struktura
Kod ovakvih mikroorganizama mureinska mreža je vrlo tanka, njen udio u suvoj masi cjelokupnog ćelijskog zida je samo 10%, ostalo su lipoproteini, lipopolisaharidi itd. Supstance koje dolaze uz bojenje po Gramu se lako ispiru. Po vrsti ishrane, gram-negativne bakterije su fototrofi ili kemotrofi, neke vrste su sposobne za fotosintezu. Klasifikacija u okviru odeljenja je u procesu formiranja, različite porodice su kombinovane u 12 grupa, na osnovu karakteristika morfologije, metabolizma i drugih faktora.
Značaj bakterija za ljude
Unatoč svojoj naizgled neprimjetnosti, bakterije su od velike važnosti za čovjeka, kako pozitivne tako i negativne. Proizvodnja mnogih prehrambenih proizvoda nemoguća je bez učešća pojedinih predstavnika ovog kraljevstva. Struktura i vitalna aktivnost bakterija omogućavaju nam da dobijemo mnoge mliječne proizvode (sireve, jogurte, kefir i još mnogo toga). Ovi mikroorganizmi su uključeni u procese fermentacije, fermentacije.
Brojne vrste bakterija su uzročnici bolesti kod životinja i ljudi, kao što su antraks, tetanus, difterija, tuberkuloza, kuga, itd. Ali istovremeno, mikroorganizmi su uključeni u različite industrijske proizvodnje: to je genetski inženjering, proizvodnja antibiotika, enzima i dr. proteina, vještačka razgradnja otpada (npr. metanska digestija kanalizacije), obogaćivanje metala. Neke bakterije rastu na supstratima bogatim naftnim derivatima, a to služi kao pokazatelj u potrazi i razvoju novih nalazišta.