Šta su bakterije ukratko. Korisne i štetne bakterije

bakterije- Ovo je vrlo jednostavan oblik biljnog života, koji se sastoji od jedne žive ćelije. Reprodukcija se vrši diobom ćelije. Po dolasku u fazu zrelosti, bakterija se dijeli na dva dijela jednake ćelije. Zauzvrat, svaka od ovih ćelija dostiže zrelost i takođe se deli na dve jednake ćelije. Pod idealnim uslovima bakterija dostiže stanje zrelosti i razmnožava se za manje od 20-30 minuta. Pri ovoj stopi reprodukcije, jedna bakterija bi teoretski mogla proizvesti 34 triliona potomaka za 24 sata! Na sreću, životni ciklus bakterija je relativno kratak i kreće se od nekoliko minuta do nekoliko sati. Stoga, čak i pod idealnim uslovima, ne mogu se razmnožavati takvom brzinom.

stopa rasta i razmnožavanje bakterija i drugih mikroorganizama zavisi od uslova okoline. Temperatura, svjetlost, kisik, vlažnost i pH (kiselost ili alkalnost), zajedno s dostupnošću hrane, utječu na brzinu kojom bakterije rastu. Od toga, temperatura je od posebnog interesa za tehničare i inženjere. Za svaku vrstu bakterija postoji minimalna temperatura na kojoj mogu rasti. Na temperaturama ispod ovog praga, bakterije hiberniraju i ne mogu se razmnožavati. Potpuno isto za svaku sorte bakterija postoji maksimalni temperaturni prag. Na temperaturama iznad ove granice, bakterije se uništavaju. Između ovih granica je optimalna temperatura na kojoj se bakterije razmnožavaju maksimalnom brzinom. Optimalna temperatura za većinu bakterija koje se hrane životinjskim izmetom i mrtvim tkivom životinja i biljaka (saprofiti) je 24 do 30°C. Optimalna temperatura za većinu bakterija koje uzrokuju infekcije i bolesti domaćina (patogene bakterije) je oko 38°C. U većini slučajeva moguće je značajno smanjiti stopa rasta bakterija ako okruženje. Konačno, postoji nekoliko vrsta bakterija koje najbolje uspijevaju na temperaturi vode, dok druge najbolje uspijevaju na niskim temperaturama.

Dodatak gore navedenom

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.

Eukarioti su nastali kao rezultat simbiogeneze iz bakterijskih stanica mnogo kasnije: prije oko 1,9-1,3 milijarde godina. Evoluciju bakterija karakterizira izražena fiziološka i biohemijska pristranost: uz relativno siromaštvo životnih oblika i primitivnu strukturu, one su ovladale gotovo svim trenutno poznatim biohemijskim procesima. Prokariotska biosfera je već imala sve postojeće načine transformacije supstance. Eukarioti su, prodrevši u njega, promijenili samo kvantitativne aspekte svog funkcioniranja, ali ne i kvalitativne; u mnogim fazama elemenata bakterije i dalje zadržavaju monopolski položaj.

Jedna od najstarijih bakterija su cijanobakterije. U stijenama nastalim prije 3,5 milijardi godina pronađeni su proizvodi njihove vitalne aktivnosti, stromatoliti, neosporni dokazi o postojanju cijanobakterija datiraju prije 2,2-2,0 milijarde godina. Zahvaljujući njima, kisik se počeo akumulirati u atmosferi, koji je prije 2 milijarde godina dostigao koncentracije dovoljne da započne aerobno disanje. Ovom vremenu pripadaju formacije karakteristične za obavezno aerobni metalogenijum.

Pojava kiseonika u atmosferi zadala je ozbiljan udarac anaerobnim bakterijama. Oni ili izumiru ili odlaze u lokalno očuvane anoksične zone. Ukupna raznolikost vrsta bakterija u ovom trenutku je smanjena.

Pretpostavlja se da zbog nedostatka seksualnog procesa evolucija bakterija slijedi potpuno drugačiji mehanizam od onog kod eukariota. Stalni horizontalni prijenos gena dovodi do nejasnoća u slici evolucijskih odnosa, evolucija se odvija izuzetno sporo (i, možda, s pojavom eukariota, potpuno je stala), ali u promjenjivim uvjetima dolazi do brze preraspodjele gena između stanica s nepromijenjenim zajednički genetski fond.

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 okolini, imaju tendenciju da povećaju odnos površine i zapremine, na primer, stvaranjem izraslina (tzv. prostek ).

Od obaveznih ćelijskih struktura razlikuju se tri:

nukleoid
ribozomi
citoplazmatska membrana (CPM)

Na vanjskoj strani CPM-a nalazi se nekoliko slojeva (ćelijski zid, kapsula, sluzokoža), koji se nazivaju ćelijska membrana, kao i površinske strukture (flagele, resice). CPM i citoplazma su kombinovani zajedno u konceptu protoplasta.

Struktura protoplasta

CPM ograničava sadržaj ćelije (citoplazme) iz spoljašnje sredine. Homogena frakcija citoplazme, koja sadrži skup rastvorljivih RNK, proteina, proizvoda i supstrata metaboličkih reakcija, naziva se citosol. Drugi dio citoplazme predstavljaju različiti strukturni elementi.

Jedna od glavnih razlika između bakterijske ćelije i eukariotske ćelije je odsustvo nuklearne membrane i, strogo govoreći, odsustvo bilo koje intracitoplazmatske membrane koje nisu derivati CPM-a. Međutim, različite grupe prokariota (posebno Gram-pozitivne bakterije) imaju lokalne invaginacije CPM - mezozoma, koji obavljaju različite funkcije u ćeliji i dijele je na funkcionalno različite dijelove. Mnoge fotosintetske bakterije imaju razvijenu mrežu fotosintetskih membrana dobivenih iz CPM-a. Kod ljubičastih bakterija zadržale su svoj odnos sa CPM-om, koji se lako detektuje na presecima pod elektronskim mikroskopom; kod cijanobakterija je ovaj odnos ili teško otkriti ili se izgubio tokom evolucije. U zavisnosti od uslova i starosti kulture, fotosintetske membrane formiraju različite strukture - vezikule, hromatofore, tilakoide.

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 smješten u strukturu koja je izolirana, ali nije odvojena membranom od citoplazme, a naziva se nukleoid. Nesavijena DNK je duga 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, a Burkholderia cepacia ima tri različita prstenasta hromozoma (3,6; 3,2 i 1,1 milion dužine bazni parovi). Ribozomi prokariota se također razlikuju od onih kod eukariota i imaju konstantu sedimentacije od 70 S (80 S kod eukariota).

Pored ovih struktura, u citoplazmi se mogu naći i inkluzije rezervnih supstanci.

Ćelijski zid i površinske strukture

Ćelijski zid je važan strukturni element bakterijske ćelije, ali nije obavezan. Vještački su dobijeni oblici sa djelimično ili potpuno odsutnim ćelijskim zidom (L-oblici), koji su mogli postojati u povoljnim uslovima, ali su ponekad gubili sposobnost dijeljenja. Poznata je i grupa prirodnih bakterija koje ne sadrže ćelijski zid - mikoplazme.

Kod bakterija postoje dva glavna tipa strukture stanične stijenke, karakteristične za gram-pozitivne i gram-negativne vrste.

Stanični zid gram-pozitivnih bakterija je homogeni 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 koji se naziva periplazmatski, a ispunjen je otopinom koja uključuje transportne proteine i enzime.

Na vanjskoj strani ćelijskog zida može se nalaziti kapsula - amorfni sloj koji održava vezu sa zidom. Sluzni slojevi nemaju veze sa ćelijom i lako se odvajaju, dok ovojnice nisu amorfne, već imaju finu strukturu. Međutim, postoji mnogo prijelaznih oblika između ova tri idealizirana slučaja.

Bakterijskih flagela može biti od 0 do 1000. Obje opcije za lociranje jednog flageluma na jednom polu (monopolarni monotrih), snopa flagela na jednom (monopolarni peritrih ili lofotrihijalna flagelacija) ili dva pola (bipolarni peritrih ili amfitrihijalni flagella), i brojne flagele duž cijele površine ćelije (peritrihozni). Debljina flageluma je 10-20 nm, dužina 3-15 mikrona. Njegova rotacija se vrši u smjeru suprotnom od kazaljke na satu sa frekvencijom od 40-60 o/min.

Pored flagela, među površinskim strukturama bakterija moraju se spomenuti i resice. Tanje su od flagela (prečnika 5-10 nm, dužine do 2 μm) i neophodne su za vezivanje bakterija za supstrat, učestvuju u metabolitima i posebnim resicama - F-pili - filamentoznim tvorevinama, tanjim i kraćim (3- 10 nm x 0 , 3-10 mikrona) od flagela - neophodni su da bi ćelija donora prenijela DNK primaocu tokom konjugacije.

Dimenzije

Veličina bakterija je u prosjeku 0,5-5 mikrona. Escherichia coli, na primjer, ima veličinu od 0,3-1 sa 1-6 mikrona, Staphylococcus aureus ima prečnik od 0,5-1 mikrona, Bacillus subtilis 0,75 sa 2-3 mikrona. Najveća poznata bakterija je Thiomargarita namibiensis, koja dostiže veličinu od 750 mikrona (0,75 mm). Drugi je Epulopiscium fishelsoni, koji ima promjer od 80 mikrona i dužinu do 700 mikrona i živi u probavnom traktu kirurške ribe Acanthurus nigrofuscus. Achromatium oxaliferum dostiže veličinu od 33 x 100 mikrona, Beggiatoa alba - 10 x 50 mikrona. Spirohete mogu narasti do 250 mikrona u dužinu sa debljinom od 0,7 mikrona. U isto vrijeme, bakterije su najmanji organizmi sa ćelijskom strukturom. Mycoplasma mycoides mjeri 0,1-0,25 µm, što je veličina velikih virusa kao što su mozaik duhana, vakcinija ili gripa. Prema teorijskim proračunima, sferna ćelija promjera manjeg od 0,15-0,20 mikrona postaje nesposobna za samoreprodukciju, jer fizički ne uklapa sve potrebne biopolimere i strukture u dovoljnim količinama.

Međutim, opisane su nanobakterije koje su manje od "dozvoljenih" i koje se vrlo razlikuju od običnih bakterija. Oni su, za razliku od virusa, sposobni za samostalan rast i reprodukciju (izuzetno sporo). Još uvijek su malo proučeni, njihova živa priroda se dovodi u pitanje.

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 male veličine čak i za mikroorganizme daju bakterijama i arhejama prednost u brzini rasta i razmnožavanja u odnosu na složenije organizirane eukariote i određuju njihovu važnu ekološku ulogu.

multicelularnost kod bakterija

Jednoćelijski oblici sposobni su obavljati sve funkcije koje su inherentne tijelu, bez obzira na susjedne ćelije. Mnogi jednoćelijski prokarioti imaju tendenciju da formiraju ćelijske, koje se često drže zajedno pomoću sluzi koju luče. Najčešće je to samo slučajna asocijacija pojedinih organizama, ali u nekim slučajevima je privremena povezanost povezana s provedbom određene funkcije, na primjer, formiranje plodnih tijela miksobakterijama omogućuje razvoj cista, unatoč činjenica da pojedinačne ćelije nisu u stanju da ih formiraju. Ovakve pojave, uz formiranje morfološki i funkcionalno diferenciranih ćelija od strane jednoćelijskih eubakterija, neophodni su preduvjeti za nastanak prave višećelijske u njima.

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 - mikroplazmodezmata. 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 provode fiksaciju dušika i intenzivno razmjenjuju metabolite s vegetativnim stanicama.

Reprodukcija bakterija

Neke bakterije nemaju seksualni proces i razmnožavaju se samo binarnom poprečnom fisijom ili pupanjem jednake veličine. 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 adaptaciju na promjenjivu okolinu, imaju druge mehanizme.

Prilikom dijeljenja, većina gram-pozitivnih bakterija i filamentoznih cijanobakterija sintetizira poprečni septum od periferije do centra uz sudjelovanje mezozoma. Gram-negativne bakterije dijele se suženjem: na mjestu diobe se postepeno povećava zakrivljenost CPM-a i stanične stijenke prema unutra. Kada pupaju, bubreg se formira i raste na jednom od polova matične ćelije, matična ćelija pokazuje znakove starenja i obično ne može proizvesti više od 4 ćelije kćeri. Pupanje se javlja u različitim grupama bakterija i, pretpostavlja se, nastalo je nekoliko puta u toku evolucije.

Kod bakterija se također opaža seksualna reprodukcija, ali u najprimitivnijem obliku. Seksualno razmnožavanje bakterija razlikuje se od spolnog razmnožavanja eukariota po tome što bakterije ne stvaraju gamete i ne dolazi do fuzije stanica. Međutim, glavni događaj seksualne reprodukcije, odnosno razmjena genetskog materijala, događa se i u ovom slučaju. Ovaj proces se naziva genetska rekombinacija. Deo DNK (vrlo retko ceo DNK) ćelije donora se prenosi u ćeliju primaoca, čija se DNK genetski razlikuje od donora. U ovom slučaju, prenesena DNK zamjenjuje dio DNK primaoca. Zamjena DNK uključuje enzime koji razgrađuju i ponovo spajaju lance DNK. Ovo proizvodi DNK koja sadrži gene obje roditeljske ćelije. Takva DNK se naziva rekombinantna. Kod potomaka ili rekombinanata postoji izrazita raznolikost osobina uzrokovanih pristrasnošću gena. Ova raznolikost karaktera je vrlo važna za evoluciju i glavna je prednost seksualne reprodukcije. Postoje 3 načina za dobivanje rekombinanata. To su, po redoslijedu njihovog otkrivanja, transformacija, konjugacija i transdukcija.

U ovom trenutku, čovječe, dok čitaš ove redove, imaš koristi od djelovanja bakterija. Od kiseonika koji udišemo do hranljivih materija koje naš želudac izvlači iz hrane, imamo bakterije kojima možemo zahvaliti što uspevaju na ovoj planeti. U našem tijelu ima oko deset puta više mikroorganizama, uključujući bakterije, nego naše vlastite stanice. U stvari, mi smo više mikrobi nego ljudi.

Tek nedavno smo počeli polako da shvatamo mikroskopske organizme i njihov uticaj na našu planetu i zdravlje, ali istorija pokazuje da su pre nekoliko vekova naši preci koristili moć bakterija da fermentišu hranu i piće (da li je neko čuo za hleb i pivo?).

U 17. veku smo počeli da proučavamo bakterije već direktno u našim tijelima u bliskoj vezi s nama – u ustima. Radoznalost Anthonyja van Leeuwenhoeka dovela je do otkrića bakterije kada je pregledao plak između vlastitih zuba. Van Leeuwenhoek je poetski opisao bakterije, opisujući koloniju bakterija na njegovim zubima kao "malu bijelu supstancu, poput stvrdnulog tijesta". Stavljanjem uzorka pod mikroskop, van Leeuwenhoek je vidio da se mikroorganizmi kreću. Dakle, živi su!

Trebali biste znati da su bakterije odigrale ključnu ulogu za Zemlju, kao ključ za stvaranje zraka za disanje i biološkog bogatstva planete koju zovemo dom.

U ovom članku pružit ćemo vam širu sliku o ovim sićušnim, ali vrlo utjecajnim mikroorganizmima. Gledamo na dobre, loše i potpuno bizarne načine na koje bakterije oblikuju ljudsku i životnu povijest. Prvo, pogledajmo kako se bakterije razlikuju od drugih vrsta života.

Osnove bakterija

Pa, ako su bakterije nevidljive golim okom, kako možemo znati toliko o njima?

Naučnici su razvili moćne mikroskope kako bi posmatrali bakterije - veličine od jednog do nekoliko mikrona (milionitog dela metra) - i otkrili u kakvom su odnosu s drugim oblicima života, biljkama, životinjama, virusima i gljivama.

Kao što možda znate, ćelije su građevni blokovi života, one čine i tkiva našeg tijela i drvo koje raste izvan prozora. Ljudi, životinje i biljke imaju ćelije s genetskom informacijom sadržane u membrani koja se zove jezgra. Ove vrste ćelija, koje se nazivaju eukariotske ćelije, imaju posebne organele, od kojih svaka obavlja jedinstven posao u pomaganju ćeliji da funkcioniše.

Bakterije, međutim, nemaju jezgra, a njihov genetski materijal (DNK) slobodno pluta unutar ćelije. Ove mikroskopske ćelije nemaju organele i imaju druge metode reprodukcije i prijenosa genetskog materijala. Bakterije se smatraju prokariotskim ćelijama.

Da li bakterije preživljavaju u okruženju sa ili bez kiseonika?
Njihov oblik: štapići (bacili), krugovi (koke) ili spirale (spirillum)
Da li su bakterije gram-negativne ili gram-pozitivne, odnosno imaju li vanjsku zaštitnu membranu koja sprječava bojenje unutrašnjosti ćelije
Kako se bakterije kreću i istražuju svoju okolinu (mnoge bakterije imaju flagele, male strukture nalik biču koje im omogućavaju da se kreću u svom okruženju)

Mikrobiologija- nauka o svim vrstama mikroba, uključujući bakterije, arheje, gljive, viruse i protozoe - omogućava vam da razlikujete bakterije od njihove mikrobne braće.

Prokarioti slični bakterijama, sada klasifikovani kao arheje, nekada su koegzistirali sa bakterijama, ali kako su naučnici saznali više o njima, dali su bakterijama i arheama sopstvene kategorije.

Mikrobna ishrana (i mijazma)

Poput ljudi, životinja i biljaka, bakterijama je potrebna hrana za preživljavanje.

Neke bakterije - autotrofi - koriste osnovne resurse poput sunčeve svjetlosti, vode i hemikalija iz okoline za stvaranje hrane (mislimo na cijanobakterije, koje su sunčevu svjetlost pretvarale u kisik 2,5 miliona godina). Druge bakterije naučnici nazivaju heterotrofima jer crpe energiju iz postojeće organske materije kao hranu (na primjer, odumrlo lišće na šumskom tlu).

Istina je da će nam biti odvratno ono što bi moglo biti ukusno za bakterije. Oni su evoluirali da apsorbuju sve vrste proizvoda, od izlivanja nafte i nusproizvoda nuklearne fisije do ljudskog otpada i proizvoda raspadanja.

Ali afinitet bakterija za određeni izvor hrane mogao bi koristiti društvu. Na primjer, stručnjaci za umjetnost u Italiji okrenuli su se bakterijama koje mogu pojesti suvišne slojeve soli i ljepila koji smanjuju trajnost neprocjenjivog umjetničkog djela. Sposobnost bakterija da prerade organsku materiju takođe je veoma korisna za Zemlju, kako u zemljištu tako iu vodi.

Iz svakodnevnog iskustva, vrlo ste upoznati s mirisom uzrokovanim bakterijama koje gutaju sadržaj vaše korpe za otpatke, probavljaju ostatke hrane i ispuštaju vlastite plinovite nusproizvode. Međutim, nije sve ograničeno na ovo. Također možete okriviti bakterije za izazivanje onih neugodnih trenutaka kada sami ispuštate plinove.

Jedna velika porodica

Bakterije rastu i formiraju kolonije kada im se pruži prilika. Ako su hrana i uslovi okoline povoljni, oni se umnožavaju i formiraju ljepljive nakupine, zvane biofilm, kako bi preživjeli na površinama u rasponu od kamenja do zuba u ustima.

Biofilmovi imaju svoje prednosti i nedostatke. S jedne strane, oni su obostrano korisni prirodnim objektima (mutualizam). S druge strane, mogu biti ozbiljna prijetnja. Na primjer, doktori koji liječe pacijente medicinskim implantatima i uređajima ozbiljno su zabrinuti za biofilmove, jer su oni nekretnina za bakterije. Jednom kolonizirani, biofilmovi mogu proizvesti nusproizvode koji su toksični - a ponekad i fatalni - za ljude.

Poput ljudi u gradovima, ćelije u biofilmu komuniciraju jedna s drugom, razmjenjujući informacije o hrani i potencijalnoj opasnosti. Ali umjesto da telefonom zovu susjede, bakterije šalju bilješke koristeći kemikalije.

Takođe, bakterije se ne plaše da žive same. Neke vrste su razvile zanimljive načine preživljavanja u teškim okruženjima. Kada više nema hrane, a uslovi postanu nepodnošljivi, bakterije se čuvaju stvarajući čvrstu ljusku - endosporu, koja ćeliju stavlja u stanje mirovanja i čuva genetski materijal bakterije.

Naučnici pronalaze bakterije u takvim vremenskim kapsulama koje su pohranjene 100 ili čak 250 miliona godina. To sugerira da se bakterije mogu samostalno skladištiti dugo vremena.

Sada kada znamo kakve mogućnosti kolonije pružaju bakterijama, hajde da shvatimo kako one tamo dospevaju - dijeljenjem i množenjem.

Reprodukcija bakterija

Kako bakterije stvaraju kolonije? Kao i drugi oblici života na Zemlji, bakterije se moraju kopirati kako bi preživjele. Drugi organizmi to čine spolnom reprodukcijom, ali ne i bakterije. Ali prvo, raspravimo zašto je raznolikost dobra.

Život prolazi prirodnu selekciju, ili selektivne sile određenog okruženja dopuštaju jednom tipu da cvjeta i množi se više od drugog. Možda se sećate da su geni mehanizam koji daje instrukcije ćeliji šta da radi i koji određuje koja će vam boja biti kosa i oči. Gene dobijaš od roditelja. Seksualna reprodukcija rezultira mutacijama, ili nasumičnim promjenama u DNK, što stvara raznolikost. Što je veća genetska raznolikost, veća je šansa da će se organizam moći prilagoditi ograničenjima okoline.

Za bakterije, reprodukcija ne zavisi od susreta sa pravim mikrobom; oni jednostavno kopiraju svoju DNK i dijele se na dvije identične ćelije. Ovaj proces, nazvan binarna fisija, događa se kada se jedna bakterija podijeli na dvije, kopirajući svoju DNK i prosljeđujući je na oba dijela podijeljene ćelije.

Budući da će rezultirajuća stanica na kraju biti identična onoj iz koje je rođena, ovaj način reprodukcije nije najbolji za stvaranje raznolikog genskog fonda. Kako bakterije stiču nove gene?

Ispostavilo se da bakterije koriste pametan trik: horizontalni transfer gena, ili razmjena genetskog materijala bez reprodukcije. Postoji nekoliko načina na koje bakterije to rade. Jedna metoda uključuje prikupljanje genetskog materijala iz okoline izvan ćelije - od drugih mikroba i bakterija (kroz molekule zvane plazmidi). Drugi način su virusi, koji koriste bakterije kao svoj dom. Inficiranjem nove bakterije virusi ostavljaju genetski materijal prethodne bakterije u novoj.

Razmjena genetskog materijala daje bakterijama fleksibilnost da se prilagode i prilagođavaju se ako osjete stresne promjene u okolini, kao što su nedostatak hrane ili kemijske promjene.

Razumijevanje načina na koji se bakterije prilagođavaju izuzetno je važno za borbu protiv njih i stvaranje antibiotika u medicini. Bakterije mogu razmjenjivati genetski materijal tako često da ponekad tretman koji je prije djelovao više ne djeluje.

Nema visokih planina, nema velike dubine

Ako postavite pitanje “gdje su bakterije?”, lakše je pitati “gdje nema bakterija?”.

Bakterije se nalaze skoro svuda na Zemlji. Nemoguće je zamisliti broj bakterija na planeti u isto vrijeme, ali prema nekim procjenama njihov broj je (bakterije i arheje zajedno) 5 oktiliona - ovo je broj sa 27 nula.

Klasifikacija vrsta bakterija je izuzetno složena iz očiglednih razloga. Sada postoji otprilike 30.000 službeno identificiranih vrsta, ali baza znanja stalno raste, a postoje mišljenja da imamo samo vrh ledenog brijega za sve vrste bakterija.

Istina je da bakterije postoje već dugo vremena. Iz njih su nastali neki od najstarijih fosila, koji su stari 3,5 milijardi godina. Rezultati naučnih istraživanja sugeriraju da su cijanobakterije počele stvarati kisik prije otprilike 2,3-2,5 milijardi godina u svjetskim okeanima, zasićujući Zemljinu atmosferu kisikom koji udišemo do danas.

Bakterije mogu da prežive u vazduhu, vodi, zemljištu, ledu, toploti, biljkama, crevima, koži – svuda.

Neke bakterije su ekstremofile, što znači da mogu izdržati ekstremna okruženja u kojima su ili ekstremno vruće ili hladne ili im nedostaju hranjive tvari i kemikalije koje inače povezujemo sa životom. Istraživači su pronašli takve bakterije u Marijanskom rovu, najdubljoj tački na Zemlji na dnu Tihog okeana, u blizini hidrotermalnih izvora u vodi i ledu. Postoje i bakterije koje vole toplinu, poput onih koje boje opalescentni bazen u Nacionalnom parku Yellowstone.

Loše (za nas)

Iako bakterije daju važan doprinos ljudskom i planetarnom zdravlju, one imaju i tamnu stranu. Neke bakterije mogu biti patogene, što znači da mogu uzrokovati bolesti i bolesti.

Kroz ljudsku istoriju, određene bakterije su (razumljivo) bile loše ocenjene zbog izazivanja panike i histerije. Uzmimo, na primjer, kugu. Bakterija Yersinia pestis koja izaziva kugu ne samo da je ubila preko 100 miliona ljudi, već je možda doprinijela i kolapsu Rimskog carstva. Prije pojave antibiotika, lijekova koji pomažu u borbi protiv bakterijskih infekcija, bilo ih je vrlo teško zaustaviti.

I danas nas ove patogene bakterije ozbiljno plaše. Zahvaljujući razvoju rezistencije na antibiotike, bakterije koje uzrokuju antraks, upalu pluća, meningitis, koleru, salmonelozu, upalu krajnika i druge bolesti koje još uvijek ostaju kod nas uvijek su opasnost za nas.

Ovo posebno važi za Staphylococcus aureus, bakteriju odgovornu za infekcije stafilokokom. Ova "superbakterica" uzrokuje mnoge probleme u klinikama, jer pacijenti vrlo često pokupe ovu infekciju prilikom umetanja medicinskih implantata i katetera.

Već smo govorili o prirodnoj selekciji io tome kako neke bakterije proizvode različite gene koji im pomažu da se nose s uvjetima okoline. Ako imate infekciju i neke od bakterija u vašem tijelu se razlikuju od drugih, antibiotici mogu ubiti većinu bakterijske populacije. Ali one bakterije koje prežive će razviti otpornost na lijek i ostati, čekajući sljedeću priliku. Stoga liječnici preporučuju da se kurs antibiotika završi do kraja i općenito kontaktiranje s njima što je rjeđe moguće, samo u krajnjem slučaju.

Biološko oružje je još jedan zastrašujući aspekt ovog razgovora. Bakterije se mogu koristiti kao oružje u nekim slučajevima, posebno, antraks je u jednom trenutku korišten. Osim toga, od bakterija ne pate samo ljudi. Zasebna vrsta - Halomonas titanicae - pokazala je apetit za potopljenom okeanskom brodom Titanic, korodirajući metal istorijskog broda.

Naravno, bakterije mogu donijeti više od štete.

herojske bakterije

Hajde da istražimo dobru stranu bakterija. Na kraju krajeva, ovi mikrobi su nam dali ukusnu hranu poput sira, piva, kiselog tijesta i drugih fermentiranih namirnica. Oni također poboljšavaju zdravlje ljudi i koriste se u medicini.

Pojedinačne bakterije mogu biti zahvalne za oblikovanje ljudske evolucije. Nauka prikuplja sve više podataka o mikroflori – mikroorganizmima koji žive u našim tijelima, posebno u probavnom sistemu i crijevima. Istraživanja pokazuju da bakterije, novi genetski materijali i raznolikost koju unose u naše tijelo omogućavaju ljudima da se prilagode novim izvorima hrane koji se prije nisu koristili.

Drugim riječima, tako što oblažu površinu vašeg želuca i crijeva, bakterije rade za vas. Kada jedete, bakterije i drugi mikrobi vam pomažu da razgradite i izvučete hranjive tvari iz hrane, posebno ugljikohidrate. Što su bakterije raznovrsnije koje konzumiramo, to su naša tijela raznovrsnija.

Iako je naše znanje o vlastitim mikrobima vrlo ograničeno, postoji razlog vjerovati da bi odsustvo određenih mikroba i bakterija u tijelu moglo biti povezano sa zdravljem, metabolizmom i osjetljivošću na ljudske alergene. Preliminarne studije na miševima pokazale su da su metaboličke bolesti poput gojaznosti povezane s raznolikošću i zdravom mikroflorom, a ne s našim preovlađujućim načinom razmišljanja "kalorije ulaze, kalorije izlaze".

Trenutno se aktivno istražuje mogućnost unošenja određenih mikroba i bakterija u ljudski organizam, koji mogu pružiti određene koristi, međutim, u vrijeme pisanja ovog teksta, opće preporuke za njihovu upotrebu još nisu utvrđene.

Osim toga, bakterije su imale važnu ulogu u razvoju naučne misli i ljudske medicine. Bakterije su imale vodeću ulogu u razvoju Kochovih postulata iz 1884. godine, što je dovelo do opšteg shvaćanja da su bolesti uzrokovane određenom vrstom mikroba.

Istraživači koji su proučavali bakterije slučajno su otkrili penicilin, antibiotik koji je spasio bezbroj života. Takođe je nedavno, u tom pogledu, otkriven jednostavan način za uređivanje genoma organizama, koji može revolucionirati medicinu.

U stvari, tek počinjemo shvaćati kako izvući korist iz našeg suživota sa ovim malim prijateljima. Osim toga, nije jasno ko je pravi vlasnik Zemlje: ljudi ili mikrobi.

22. jul 2017 Gennady

Bakterije su najstariji organizam na zemlji, kao i najjednostavniji po svojoj građi. Sastoji se od samo jedne ćelije, koja se može vidjeti i proučavati samo pod mikroskopom. Karakteristična karakteristika bakterija je odsustvo jezgra, zbog čega se bakterije svrstavaju u prokariote.

Neke vrste formiraju male grupe ćelija; takvi klasteri mogu biti okruženi kapsulom (omotom). Veličina, oblik i boja bakterija u velikoj mjeri ovise o okolišu.

U pogledu oblika bakterije se dijele na: štapićaste (bacili), sferne (koke) i zavijene (spirile). Postoje i modificirani - kubični, u obliku slova C, u obliku zvijezde. Njihove veličine se kreću od 1 do 10 mikrona. Određene vrste bakterija mogu se aktivno kretati uz pomoć flagela. Potonji ponekad dvaput premašuju veličinu same bakterije.

Vrste oblika bakterija

Za kretanje bakterije koriste flagele, čiji je broj različit - jedan, par, snop flagela. Lokacija flagela je također različita - na jednoj strani ćelije, sa strane ili ravnomjerno raspoređena po cijeloj ravnini. Također, smatra se da je jedan od načina kretanja klizanje zbog sluzi kojom je prokariot prekriven. Većina ima vakuole unutar citoplazme. Podešavanje kapaciteta gasa u vakuolama pomaže im da se kreću gore ili dole u tečnosti, kao i da se kreću kroz vazdušne kanale tla.

Naučnici su otkrili više od 10 hiljada vrsta bakterija, ali prema pretpostavkama naučnih istraživača, u svijetu ih ima više od milion vrsta. Opće karakteristike bakterija omogućavaju određivanje njihove uloge u biosferi, kao i proučavanje strukture, tipova i klasifikacije bakterijskog carstva.

staništa

Jednostavnost strukture i brzina prilagođavanja uvjetima okoline pomogli su bakterijama da se rašire na širokom području naše planete. Oni postoje posvuda: voda, tlo, zrak, živi organizmi - sve je to najprihvatljivije stanište za prokariote.

Bakterije su pronađene i na južnom polu i u gejzirima. Nalaze se na dnu okeana, kao iu gornjim slojevima Zemljine vazdušne ljuske. Bakterije žive svuda, ali njihov broj zavisi od povoljnih uslova. Na primjer, veliki broj vrsta bakterija živi u otvorenim vodenim tijelima, kao iu tlu.

Strukturne karakteristike

Bakterijska stanica se razlikuje ne samo po tome što nema jezgro, već i po odsustvu mitohondrija i plastida. DNK ovog prokariota nalazi se u posebnoj nuklearnoj zoni i ima oblik nukleoida zatvorenog u prsten. Kod bakterija, ćelijska struktura se sastoji od ćelijskog zida, kapsule, membrane nalik kapsuli, flagela, pilija i citoplazmatske membrane. Unutrašnju strukturu čine citoplazma, granule, mezozomi, ribozomi, plazmidi, inkluzije i nukleoid.

Ćelijski zid bakterije obavlja funkciju odbrane i podrške. Supstance mogu slobodno teći kroz njega zbog propusnosti. Ova ljuska sadrži pektin i hemicelulozu. Neke bakterije luče posebnu sluz koja može pomoći u zaštiti od isušivanja. Sluz formira kapsulu - polisaharid u hemijskom sastavu. U ovom obliku, bakterija je u stanju tolerirati čak i vrlo visoke temperature. Također obavlja i druge funkcije, na primjer, lijepljenje za bilo koju površinu.

Na površini bakterijske ćelije nalaze se tanke proteinske resice - pili. Može ih biti veliki broj. Pili pomažu ćeliji da prenese genetski materijal, a također osigurava adheziju na druge ćelije.

Ispod ravni zida nalazi se troslojna citoplazmatska membrana. Garantira transport tvari, a također igra značajnu ulogu u stvaranju spora.

Citoplazma bakterija je 75 posto napravljena od vode. Sastav citoplazme:

ribice;
mezozomi;
amino kiseline;
enzimi;
pigmenti;
šećer;
granule i inkluzije;
nukleoid.

Metabolizam u prokariota je moguć, kako uz sudjelovanje kisika, tako i bez njega. Većina njih se hrani gotovim nutrijentima organskog porijekla. Vrlo malo vrsta je sposobno samih sintetizirati organske tvari iz neorganskih. To su plavo-zelene bakterije i cijanobakterije, koje su imale značajnu ulogu u oblikovanju atmosfere i njenom zasićenju kisikom.

reprodukcija

U uslovima povoljnim za reprodukciju, vrši se pupoljkom ili vegetativno. Aseksualna reprodukcija se odvija u sljedećem redoslijedu:

Bakterijska ćelija dostiže svoj maksimalni volumen i sadrži potrebnu zalihu hranjivih tvari.
Ćelija se produžava, u sredini se pojavljuje pregrada.
Unutar ćelije dolazi do podjele nukleotida.
DNK glavna i odvojena se razilaze.
Ćelija je podijeljena na pola.
Preostalo formiranje ćelija kćeri.

Kod ovog načina razmnožavanja nema razmjene genetskih informacija, pa će sve kćeri ćelije biti tačna kopija majke.

Zanimljiviji je proces razmnožavanja bakterija u nepovoljnim uslovima. Naučnici su o sposobnosti bakterija da se seksualno razmnožavaju saznali relativno nedavno - 1946. godine. Bakterije nemaju podelu na ženske i zametne ćelije. Ali imaju drugačiji DNK. Dvije takve ćelije, kada se približavaju jedna drugoj, formiraju kanal za prijenos DNK, dolazi do izmjene mjesta - rekombinacije. Proces je prilično dug, a rezultat su dvije potpuno nove osobe.

Većinu bakterija je vrlo teško vidjeti pod mikroskopom jer nemaju svoju boju. Nekoliko sorti je ljubičasto ili zeleno zbog sadržaja bakteriohlorofila i bakteriopurpurina. Iako ako uzmemo u obzir neke kolonije bakterija, postaje jasno da one ispuštaju obojene tvari u okoliš i dobivaju svijetlu boju. Da bi se detaljnije proučavali prokarioti, oni se boje.

Klasifikacija

Klasifikacija bakterija može se zasnivati na pokazateljima kao što su:

Forma
način putovanja;
način dobijanja energije;
otpadni proizvodi;
stepen opasnosti.

Bakterije simbiontižive u partnerstvu sa drugim organizmima.

Bakterije saprofitižive na već mrtvim organizmima, proizvodima i organskom otpadu. Oni doprinose procesima propadanja i fermentacije.

Propadanje čisti prirodu od leševa i drugog otpada organskog porijekla. Bez procesa raspadanja, ne bi postojao ciklus supstanci u prirodi. Koja je uloga bakterija u kruženju materije?

Bakterije propadanja su pomoćnik u procesu razgradnje proteinskih spojeva, kao i masti i drugih spojeva koji sadrže dušik. Provodeći složenu kemijsku reakciju, razbijaju veze između molekula organskih organizama i hvataju proteinske molekule, aminokiseline. Razdvajanjem, molekule oslobađaju amonijak, sumporovodik i druge štetne tvari. Oni su otrovni i mogu izazvati trovanje ljudi i životinja.

Bakterije propadanja se brzo razmnožavaju u povoljnim uslovima za njih. Kako se ne radi samo o korisnim bakterijama, već i o štetnim, kako bi se spriječilo prerano propadanje proizvoda, ljudi su naučili da ih prerađuju: suši, kiseli, so, dim. Svi ovi tretmani ubijaju bakterije i sprječavaju njihovo razmnožavanje.

Fermentacijske bakterije uz pomoć enzima mogu razgraditi ugljikohidrate. Ljudi su primijetili ovu sposobnost u davna vremena i koriste takve bakterije za proizvodnju proizvoda mliječne kiseline, octa i drugih prehrambenih proizvoda do danas.

Bakterije, radeći u sprezi sa drugim organizmima, obavljaju veoma važan hemijski rad. Vrlo je važno znati koje su vrste bakterija i kakvu korist ili štetu donose prirodi.

Značaj u prirodi i za čovjeka

Veliki značaj mnogih vrsta bakterija (u procesima truljenja i raznim vrstama fermentacije) već je istaknut gore; ispunjenje sanitarne uloge na Zemlji.

Bakterije takođe igraju ogromnu ulogu u ciklusu ugljenika, kiseonika, vodonika, azota, fosfora, sumpora, kalcijuma i drugih elemenata. Mnoge vrste bakterija doprinose aktivnoj fiksaciji atmosferskog dušika i pretvaraju ga u organski oblik, doprinoseći povećanju plodnosti tla. Od posebnog značaja su one bakterije koje razgrađuju celulozu, koje su glavni izvor ugljika za vitalnu aktivnost mikroorganizama u tlu.

Bakterije koje redukuju sulfate su uključene u stvaranje nafte i sumporovodika u terapijskom blatu, zemljištu i morima. Dakle, sloj vode zasićen hidrogen sulfidom u Crnom moru rezultat je vitalne aktivnosti bakterija koje redukuju sulfat. Aktivnost ovih bakterija u tlu dovodi do stvaranja sode i sode zaslanjivanja tla. Bakterije koje redukuju sulfat pretvaraju hranjive tvari u tlu plantaže riže u oblik koji postaje dostupan korijenu usjeva. Ove bakterije mogu uzrokovati koroziju metalnih podzemnih i podvodnih konstrukcija.

Zahvaljujući vitalnoj aktivnosti bakterija, tlo je oslobođeno mnogih proizvoda i štetnih organizama i zasićeno vrijednim hranjivim tvarima. Baktericidni preparati se uspješno koriste za suzbijanje mnogih vrsta insekata (kukuruzni svrdla, itd.).

Mnoge vrste bakterija koriste se u raznim industrijama za proizvodnju acetona, etil i butil alkohola, sirćetne kiseline, enzima, hormona, vitamina, antibiotika, proteinskih i vitaminskih preparata itd.

Bez bakterija su nemogući procesi u štavljenju kože, sušenju listova duhana, pravljenju svile, gume, preradi kakaa, kafe, mokrenja konoplje, lana i drugih ličnih vlakana, kiselog kupusa, tretmana otpadnih voda, ispiranja metala itd.

Morfologija bakterija, struktura prokariotske ćelije.

U prokariotskim stanicama ne postoji jasna granica između jezgre i citoplazme, nema nuklearne membrane. DNK u ovim ćelijama ne formira strukture slične eukariotskim hromozomima. Stoga prokarioti ne prolaze kroz procese mitoze i mejoze. Većina prokariota ne formira intracelularne organele vezane za membranu. Osim toga, prokariotske stanice nemaju mitohondrije i hloroplaste.

bakterije, u pravilu su jednoćelijski organizmi, njihova ćelija ima prilično jednostavan oblik, lopta je ili cilindar, ponekad zakrivljena. Bakterije se razmnožavaju uglavnom dijeljenjem u dvije ekvivalentne ćelije.

sferne bakterije pozvao cocci i mogu biti sferni, elipsoidni, u obliku graha i kopljasti.

Prema rasporedu ćelija jedna u odnosu na drugu nakon diobe, koki se dijele na nekoliko oblika. Ako se nakon diobe stanice, stanice razilaze i nalaze se jedna po jedna, tada se takvi oblici nazivaju monococci. Ponekad kokice, kada se dijele, formiraju grozdove nalik na grozd. Slični oblici su stafilokok. Koke koje ostaju u istoj ravni nakon podjele u vezane parove nazivaju se diplococci i generatori različitih dužina lanaca - streptokoke. Kombinacije četiri koka koje se pojavljuju nakon diobe ćelije u dvije međusobno okomite ravni su tetracocci. Neki koki se dijele u tri međusobno okomite ravnine, što dovodi do stvaranja osebujnih grozdova kubičnog oblika zvanih sardine.

Većina bakterija ima cilindrični, ili u obliku štapa, oblika. Bakterije u obliku štapa koje formiraju spore nazivaju se bacili, a ne formiranje sporova - bakterije.

Bakterije u obliku štapića razlikuju se po obliku, veličini po dužini i promjeru, obliku krajeva ćelije, kao i po međusobnom rasporedu. Mogu biti cilindrične sa ravnim krajevima ili ovalne sa zaobljenim ili šiljastim krajevima. Bakterije su također blago zakrivljene, nalaze se nitasti i razgranati oblici (na primjer, mikobakterije i aktinomicete).

Ovisno o međusobnom rasporedu pojedinih ćelija nakon diobe, štapićaste bakterije se dijele na prave štapiće (jedan raspored stanica), diplobakterije ili diplobacile (upareni raspored stanica), streptobakterije ili streptobacile (tvore lance različite dužine). Često postoje uvijene ili spiralne bakterije. U ovu grupu spadaju spirile (od lat. spira - uvojak), koje imaju oblik dugih zakrivljenih (od 4 do 6 zavoja) štapića, i vibrije (lat. vibrio - savijam), koji čine samo 1/4 spiralnog namotaja, slično zarezu.

Poznati su filamentozni oblici bakterija koje žive u vodenim tijelima. Osim navedenih, postoje i višećelijske bakterije koje nose etičke izrasline na površini protoplazmatskih stanica - prosteke, trokutaste i zvijezdaste bakterije, kao i bakterije u obliku crva koje imaju oblik zatvorenog i otvorenog prstena.

Bakterijske ćelije su veoma male. One se mjere u mikrometrima, dok se detalji fine strukture mjere u nanometrima. Koki obično imaju prečnik od oko 0,5-1,5 mikrona. Širina štapićastih (cilindričnih) oblika bakterija u većini slučajeva kreće se od 0,5 do 1 mikrona, a dužina nekoliko mikrometara (2-10). Mali štapići imaju širinu od 0,2-0,4 i dužinu od 0,7-1,5 mikrona. Među bakterijama se mogu naći i pravi divovi, čija dužina doseže desetine, pa čak i stotine mikrometara. Oblici i veličine bakterija značajno variraju u zavisnosti od starosti kulture, sastava medijuma i njegovih osmotskih svojstava, temperature i drugih faktora.

Od tri glavna oblika bakterija, koke su najstabilnije veličine, štapićaste bakterije su varijabilnije, a dužina stanica se posebno značajno mijenja.

Bakterijska stanica smještena na površini čvrstog hranjivog medija raste i dijeli se, formirajući koloniju potomaka bakterija. Nakon nekoliko sati rasta, kolonija se već sastoji od tako velikog broja ćelija da se može vidjeti golim okom. Kolonije mogu imati ljigavu ili pastoznu konzistenciju, u nekim slučajevima su pigmentirane. Ponekad je izgled kolonija toliko karakterističan da omogućava identifikaciju mikroorganizama bez većih poteškoća.

Osnove fiziologije bakterija.

Hemijski sastav mikroorganizama malo se razlikuje od ostalih živih ćelija.

Voda je 75-85%, u njoj su rastvorene hemikalije.

Suva tvar 15-25%, sastavljena od organskih i mineralnih jedinjenja

Ishrana bakterija. Ulazak nutrijenata u bakterijsku stanicu odvija se na više načina i zavisi od koncentracije supstanci, veličine molekula, pH sredine, permeabilnosti membrana itd. Po vrsti hrane mikroorganizmi se dijele na:

autotrofi - sintetiziraju sve tvari koje sadrže ugljik iz CO2;

heterotrofi - organska tvar se koristi kao izvor ugljika;

saprofiti - hrane se organskom materijom mrtvih organizama;

Bakterije disanja. Respiracija, ili biološka oksidacija, temelji se na redoks reakcijama koje se odvijaju formiranjem ATP molekula. U odnosu na molekularni kiseonik, bakterije se mogu podijeliti u tri glavne grupe:

obavezni aerobi - mogu rasti samo u prisustvu kisika;

obvezni anaerobi - rastu u okruženju bez kisika, koji je toksičan za njih;

fakultativni anaerobi - mogu rasti i s kisikom i bez njega.

Rast i razmnožavanje bakterija. Većina prokariota se razmnožava binarnom fisijom na pola, rjeđe pupanjem i fragmentacijom. Bakterije, u pravilu, karakterizira visoka stopa reprodukcije. Vrijeme diobe stanica kod različitih bakterija varira prilično: od 20 minuta u Escherichia coli do 14 sati u Mycobacterium tuberculosis. Na gustim hranjivim podlogama, bakterije formiraju nakupine stanica koje se nazivaju kolonije.

bakterijskih enzima. Enzimi igraju važnu ulogu u metabolizmu mikroorganizama. razlikovati:

endoenzimi - lokalizirani u citoplazmi stanica;

egzoenzimi – oslobađaju se u okolinu.

Enzimi agresije uništavaju tkivo i ćelije, uzrokujući široku distribuciju mikroba i njihovih toksina u zaraženom tkivu. Biohemijska svojstva bakterija određena su sastavom enzima:

saharolitik - razgradnja ugljikohidrata;

proteolitički - razgradnja proteina,

lipolitički - razgradnja masti,

i važna su dijagnostička karakteristika u identifikaciji mikroorganizama.

Za mnoge patogene mikroorganizme optimalna temperatura je 37°C i pH 7,2-7,4.

Voda. Važnost vode za bakterije. Voda čini oko 80% mase bakterija. Rast i razvoj bakterija obavezno zavisi od prisustva vode, jer se sve hemijske reakcije koje se dešavaju u živim organizmima odvijaju u vodenoj sredini. Za normalan rast i razvoj mikroorganizama neophodno je prisustvo vode u životnoj sredini.

Za bakterije sadržaj vode u supstratu treba biti veći od 20%. Voda mora biti u pristupačnom obliku: u tečnoj fazi u temperaturnom opsegu od 2 do 60 °C; ovaj interval je poznat kao biokinetička zona. Iako je voda hemijski veoma stabilna, njeni produkti jonizacije – H+ i OH joni „imaju veoma veliki uticaj na svojstva gotovo svih ćelijskih komponenti (proteini, nukleinske kiseline, lipidi itd.). Tako je katalitička aktivnost enzima veoma velika. u velikoj mjeri ovisi o koncentraciji H+ i OH iona.

Fermentacija je glavni izvor energije za bakterije.

Fermentacija je metabolički proces koji proizvodi ATP, a donori i akceptori elektrona su proizvodi koji nastaju tokom same fermentacije.

Fermentacija je proces enzimske razgradnje organskih tvari, uglavnom ugljikohidrata, koji se odvija bez upotrebe kisika. Služi kao izvor energije za život tijela i igra važnu ulogu u cirkulaciji tvari iu prirodi. Neke vrste fermentacije uzrokovane mikroorganizmima (alkoholna, mliječna, buterna, octena) koriste se u proizvodnji etilnog alkohola, glicerina i drugih tehničkih i prehrambenih proizvoda.

Alkoholna fermentacija(koju vrše kvasac i neke vrste bakterija), pri čemu se piruvat razlaže na etanol i ugljični dioksid. Jedan molekul glukoze rezultira dva molekula alkohola (etanola) i dva molekula ugljičnog dioksida. Ova vrsta fermentacije je vrlo važna u proizvodnji kruha, pivarstvu, proizvodnji vina i destilaciji.

fermentacija mliječne kiseline, tokom kojeg se piruvat reducira u mliječnu kiselinu, obavljaju mliječne bakterije i drugi organizmi. Kada se mlijeko fermentira, bakterije mliječne kiseline pretvaraju laktozu u mliječnu kiselinu, pretvarajući mlijeko u fermentisane mliječne proizvode (jogurt, podsireno mlijeko, itd.); mliječna kiselina daje ovim proizvodima kiselkast okus.

Fermentacija mliječne kiseline također se događa u mišićima životinja kada je potražnja za energijom veća od one koju osigurava disanje, a krv nema vremena za isporuku kisika.

Osećaj peckanja u mišićima tokom teške vežbe je u korelaciji sa proizvodnjom mlečne kiseline i prelaskom na anaerobnu glikolizu, budući da se kiseonik aerobnom glikolizom pretvara u ugljen-dioksid brže nego što telo nadoknađuje kiseonik; a bol u mišićima nakon vježbanja uzrokovana je mikrotraumom mišićnih vlakana. Tijelo prelazi na ovaj manje efikasan, ali brži način proizvodnje ATP-a kada nedostaje kisik. Jetra se tada oslobađa viška laktata, pretvarajući ga nazad u važan intermedijer glikolize, piruvat.

Sirćetna fermentacija obavljaju mnoge bakterije. Ocat (octena kiselina) je direktan rezultat bakterijske fermentacije. Prilikom kiseljenja hrane, octena kiselina štiti hranu od bakterija koje izazivaju bolesti i truleži.

Butyric fermentacija dovodi do stvaranja maslačne kiseline; njegovi uzročnici su neke anaerobne bakterije iz roda Clostridium.

Reprodukcija bakterija.

Kod drugih bakterija, osim reprodukcije, opaža se i seksualni proces, ali u najprimitivnijem obliku. Seksualni proces bakterija razlikuje se od seksualnog procesa eukariota po tome što bakterije ne stvaraju gamete i ne dolazi do fuzije stanica. Mehanizam rekombinacije kod prokariota. Međutim, glavni događaj seksualnog procesa, odnosno razmjena genetskog materijala, događa se i u ovom slučaju. To se zove genetska rekombinacija. Deo DNK (vrlo retko ceo DNK) ćelije donora se prenosi u ćeliju primaoca, čija se DNK genetski razlikuje od donora. U ovom slučaju, prenesena DNK zamjenjuje dio DNK primaoca. Zamjena DNK uključuje enzime koji razgrađuju i ponovo spajaju lance DNK. Ovo proizvodi DNK koja sadrži gene obje roditeljske ćelije. Takva DNK se naziva rekombinantna. Potomci, ili rekombinanti, pokazuju značajnu raznolikost osobina uzrokovanih pomakom gena. Ovakva raznolikost karaktera je vrlo važna za evoluciju i glavna je prednost seksualnog procesa.

Postoje 3 načina za dobivanje rekombinanata. To su, po redoslijedu njihovog otkrivanja, transformacija, konjugacija i transdukcija.

Poreklo bakterija.

Eukarioti su nastali kao rezultat simbiogeneze iz bakterijskih stanica mnogo kasnije: prije oko 1,9-1,3 milijarde godina. Evoluciju bakterija karakterizira izražena fiziološka i biohemijska pristranost: uz relativno siromaštvo životnih oblika i primitivnu strukturu, one su ovladale gotovo svim trenutno poznatim biohemijskim procesima. Prokariotska biosfera je već imala sve postojeće načine transformacije supstance. Eukarioti su, prodrevši u njega, promijenili samo kvantitativne aspekte svog funkcioniranja, ali ne i kvalitativne; u mnogim fazama ciklusa elemenata bakterije i dalje zadržavaju monopolski položaj.

Pojava kiseonika u atmosferi (kiseonička katastrofa) zadala je ozbiljan udarac anaerobnim bakterijama. Oni ili izumiru ili odlaze u lokalno očuvane anoksične zone. Ukupna raznolikost vrsta bakterija u ovom trenutku je smanjena.

Sistematika bakterija.

Uloga bakterija u prirodi i ljudskom životu.

Bakterije igraju važnu ulogu na Zemlji. Oni aktivno učestvuju u ciklusu supstanci u prirodi. Sva organska jedinjenja i značajan dio neorganskih podliježu značajnim promjenama uz pomoć bakterija. Ova uloga u prirodi je od globalnog značaja. Pojavivši se na Zemlji prije svih organizama (prije više od 3,5 milijardi godina), stvorili su živu ljusku Zemlje i nastavljaju aktivno prerađivati živu i mrtvu organsku tvar, uključujući njihove metaboličke proizvode u cirkulaciju tvari. Krug supstanci u prirodi je osnova za postojanje života na Zemlji.

Propadanje svih biljnih i životinjskih ostataka i formiranje humusa i humusa također proizvode uglavnom bakterije. Bakterije su snažan biotički faktor u prirodi.

Rad bakterija na formiranju tla je od velike važnosti. Prvo tlo na našoj planeti stvorile su bakterije. Međutim, u naše vrijeme stanje i kvaliteta tla ovise o funkcioniranju bakterija u tlu. Za plodnost tla posebno su važne takozvane bakterije kvržice koje fiksiraju dušik-simbionti mahunarki. Oni zasićuju tlo vrijednim dušičnim spojevima.

Bakterije pročišćavaju prljavu otpadnu vodu razgrađujući organsku materiju i pretvarajući je u bezopasnu neorgansku materiju. Ovo svojstvo bakterija se široko koristi u radu postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda.

U mnogim slučajevima bakterije mogu biti štetne za ljude. Dakle, saprotrofne bakterije kvare prehrambene proizvode. Da bi se proizvodi zaštitili od kvarenja, oni se podvrgavaju posebnom tretmanu (kuhanje, sterilizacija, zamrzavanje, sušenje, hemijsko čišćenje itd.). Ako se to ne učini, može doći do trovanja hranom.

Među bakterijama postoje mnoge bolesti (patogene) vrste koje uzrokuju bolesti kod ljudi, životinja ili biljaka. Tifusnu groznicu uzrokuje bakterija Salmonella, a dizenteriju bakterija Shigella. Patogene bakterije se prenose vazduhom kapljicama pljuvačke bolesne osobe prilikom kihanja, kašljanja, pa čak i tokom normalnog razgovora (difterija, veliki kašalj). Neke bakterije koje izazivaju bolesti su vrlo otporne na isušivanje i dugo opstaju u prašini (bacil tuberkuloze). Bakterije iz roda Clostridium žive u prašini i zemljištu - uzročnici gasne gangrene i tetanusa. Neke bakterijske bolesti se prenose fizičkim kontaktom sa bolesnom osobom (venerične bolesti, guba). Često se patogene bakterije prenose na ljude preko tzv. Na primjer, muhe, puzeći kroz kanalizaciju, skupljaju tisuće patogenih bakterija na svojim šapama, a zatim ih ostavljaju na proizvodima koje konzumiraju ljudi.

Bakterije su jednoćelijski organizmi kojima nedostaje hlorofil.

bakterije su sveprisutni, naseljavaju sva staništa. Najveći broj njih nalazi se u tlu na dubini do 3 km (do 3 milijarde u jednom gramu tla). Ima ih mnogo u zraku (na nadmorskoj visini do 12 km), u organizmima životinja i biljaka (i živih i mrtvih), a ljudsko tijelo nije izuzetak.

Među bakterijama postoje fiksni i mobilni oblici. Bakterije se kreću uz pomoć jedne ili više flagela, koje se nalaze na cijeloj površini tijela ili na određenom području.

Bakterijske ćelije su raznolikog oblika:

sferni - koke,
štapićasti - bacili,
u obliku zareza - vibrio,
uvijena - spirila.

cocci:

monokoki: one su odvojene ćelije.

diplokoke: to su uparene koke, nakon diobe mogu formirati parove.

Neiserov gonokok: uzročnik gonoreje

Pneumokoki: uzročnik lobarne pneumonije

Meningokok: uzročnik meningitisa (akutne upale moždanih ovojnica)

streptokoke: To su ćelije zaobljenog oblika, koje nakon podjele formiraju lance.

α - viridescentni streptokoki

β - hemolitički streptokoki, uzročnici šarlaha, tonzilitisa, faringitisa...

γ - nehemolitički streptokoki

stafilokoki: ovo je grupa mikroorganizama koja se nije raspršila nakon podjele, formira ogromne nasumične klastere.

Uzročnici: pustularne bolesti, sepsa, čirevi, apscesi, flegmoni, mastitis, piodermatitis i pneumonija kod novorođenčadi.

sarcini: to je nakupljanje koka u grupama u obliku vrećica od 8 ili više koka.

u obliku štapa:

To su bakterije cilindričnog oblika, slične šipkama veličine 1-5 × 0,5-1 μm, češće smještene pojedinačno .

Zapravo bakterije: To su bakterije u obliku štapa koje ne stvaraju spore.

bacili: To su bakterije u obliku štapa koje formiraju spore.

(Kochov bacil, Escherichia coli, antraks, Pseudomonas aeruginosa, patogen kuge, uzročnik velikog kašlja, patogen šankra, patogen tetanusa, patogen botulizma, patogen...)

vibrije:

To su blago zakrivljene ćelije koje podsjećaju na zarez veličine 1-3 µm.

Vibrio cholerae: uzročnik kolere. Živi u vodi kroz koju dolazi do infekcije.

spirila:

To su uvijeni mikroorganizmi u obliku spirale, sa jednim, dva ili više spiralnih prstenova.

Bezopasne bakterije koje žive u kanalizaciji i pregrađenim rezervoarima.

spirohete:

To su tanke duge bakterije u obliku sjekire, predstavljene s tri vrste: Treponema, Borrelia, Lertospira. Treponema pallidum je patogena za ljude - uzročnik sifilisa se prenosi spolnim putem.

Struktura bakterijske ćelije:

Struktura bakterijske ćelije dobro proučeno elektronskom mikroskopom. Bakterijska stanica se sastoji od ljuske čiji se vanjski sloj naziva ćelijski zid, a unutrašnji je citoplazmatska membrana, kao i citoplazma s inkluzijama i nukleotidima. Postoje dodatne strukture: kapsula, mikrokapsula, sluz, flagele, pili, plazmidi;

ćelijski zid - snažna, elastična struktura koja bakterijama daje određeni oblik, a "sputava" visoki osmotski tlak u bakterijskoj stanici. Štiti ćeliju od djelovanja štetnih faktora okoline.

vanjska membrana predstavljaju lipopolisaharidi, fosfolipidi i proteini. Na njegovoj vanjskoj strani je lipo-polisaharid.

Između stanične stijenke i citoplazmatske membrane nalazi se periplazmatski prostor, ili periplazma, koji sadrži enzime.

citoplazmatska membrana uz unutrašnju površinu bakterijske ćelijske stijenke i okružuje vanjski dio bakterijske citoplazme. Sastoji se od dvostrukog sloja lipida, kao i integralnih proteina koji prodiru kroz njega.

Citoplazma zauzima najveći deo bakterijske ćelije i sastoji se od rastvorljivih proteina, ribonukleinskih kiselina, inkluzija i brojnih malih granula - ribozom, odgovoran za sintezu proteina. U citoplazmi se nalaze različite inkluzije u obliku granula glikogena, polisaharida, masnih kiselina i polifosfata.

Nukleotid - bakterijski ekvivalent jezgra. Nalazi se u citoplazmi bakterije u obliku dvolančane DNK, zatvorene u prsten i čvrsto zbijene poput lopte. Obično bakterijska ćelija sadrži jedan hromozom, predstavljen molekulom DNK zatvorenom u prsten.

Osim nukleotida u bakterijskoj ćeliji, mogu postojati ekstrahromozomski faktori naslijeđa - plazmidi, koji su kovalentno zatvoreni DNK prstenovi i sposobni za replikaciju nezavisno od bakterijskog hromozoma.

Kapsula - mukozna struktura koja je čvrsto povezana sa ćelijskim zidom bakterije i ima jasno definirane vanjske granice. Obično se kapsula sastoji od polisaharida, ponekad polipeptida,

Mnoge bakterije sadrže mikrokapsula - formiranje sluzokože, otkriveno samo elektronskom mikroskopijom.

Flagella bakterije određuju pokretljivost stanica. Flagele su tanki filamenti koji potječu od citoplazmatske membrane, posebnim diskovima su pričvršćeni za citoplazmatsku membranu i ćelijski zid, dugački su, sastoje se od proteina - flagelina, spiralno uvijenog. Flagele se otkrivaju pomoću elektronskog mikroskopa.

kontroverza - svojevrsni oblik uspavanih gram-pozitivnih bakterija nastalih u vanjskoj sredini pod nepovoljnim uvjetima za postojanje bakterija (sušenje, nedostatak nutrijenata itd.).

Bakterije u obliku slova L.

Kod mnogih bakterija, uz djelomičnu ili potpunu destrukciju staničnih zidova, nastaju L-oblici. Kod nekih se javljaju spontano. Do stvaranja L-forma dolazi pod dejstvom penicilina, koji remeti sintezu mukopeptida ćelijskog zida. Prema morfologiji, L-oblici različitih vrsta bakterija su međusobno slični. Sferične su, formacije različitih veličina: od 1-8 mikrona do 250 nm, sposobne su, poput virusa, da prođu kroz pore porculanskih filtera. Međutim, za razliku od L-forme virusa, može se uzgajati na umjetnim hranjivim podlogama dodavanjem penicilina, šećera i konjskog seruma. Kada se penicilin ukloni iz hranljivog medijuma, L-oblici se ponovo pretvaraju u originalne oblike bakterija.

Trenutno su dobijeni L-oblici Proteusa, Escherichia coli, Vibrio cholerae, Brucella, patogena gasne gangrene i tetanusa i drugih mikroorganizama.

Gram-pozitivni mikroorganizmi (gr + m / o).

To uključuje: aureus i epidermalni stafilokok aureus i streptokok...

Stanište: gornji respiratorni trakt i koža.

Rezervoar: koža, vazduh, predmeti za negu, nameštaj, posteljina, odeća.

Ne umiru kada se osuše.

Reprodukcija: ne razmnožavaju se izvan osobe, ali su sposobne za reprodukciju u prehrambenim proizvodima ako se nepravilno skladište.

Gram-negativni mikroorganizmi (gr - m / o).

Tu spadaju: E. coli, Klebsiella, citrobacter, Proteus, Pseudomonas aeruginosa...

Stanište: crijeva, sluzokože urinarnog i respiratornog trakta...

Rezervoar: mokre krpe, četke za pranje sudova, oprema za disanje, mokre površine, lekovita i blaga dezinfekciona sredstva. rješenja.

Umiru kada se osuše.

Reprodukcija: akumuliraju se u vanjskom okruženju, u des. rastvori niske koncentracije.

Prenosi se: vazdušnim putem i kontaktno-kućnim putem.