Використання мікроорганізмів. Де ми застосовуємо бактерії і чи може людство обійтися без них? Квашення та соління
Серед бактерій промислове застосування з давніх-давен мають молочно-кислі бактерії пологів. Lactobacillus, Streptococcusпри отриманні кисломолочних продуктів. Коки мають круглу, овальну форму діаметром 0,5-1,5 мкм, розташовуються попарно або ланцюжками різної довжини. Розміри паличкоподібних бактерій або об'єднані в ланцюжки.
Молочно-кислий стрептокок Streptococcus lactisмає попарно з'єднані клітини чи короткі ланцюжка, згортає молоко через 10-12 год, деякі раси утворюють антибіотик низин.
C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 CHOHCOOH
Вершковий стрептокок S. cremorisутворює зі сферичних клітин довгі ланцюжки, неактивний кислотоутворювач, використовують при сквашуванні вершків у виробництві сметани.
Ацидофільна паличка Lactobacillus acidophilusутворюють довгі ланцюжки з паличкоподібних клітин, при сквашуванні накопичує до 2,2% молочної кислоти та антибіотичні речовини, активні щодо збудників кишкових захворювань. На основі їх готують медичні біопрепарати для профілактики та лікування шлунково-кишкових захворювань с/г тварин.
Молочно-кисла паличка L. plantatumмають зчеплені попарно або в клітини ланцюжки. Збудники бродіння при квашенні овочів та силосуванні кормів. L. brevisзброджують цукру при квашенні капусти, огірків, утворюючи кислоти, етанол, CO 2 .
Безспорові, нерухомі, грам+ палички роду Propionibacteriumсімейства Propionibacteriaceae– збудники пропіоновокислого бродіння, викликають перетворення цукру або молочної кислоти та її солей на пропіонову та оцтову кислоту.
3C 6 H 12 O 6 →4CH 3 CH 2 COOH+2CH 3 COOH+2CO 2 +2H 2 O
Пропіоново-кисле бродіння є основою дозрівання сичужних сирів. Деякі види пропіоновокислих бактерій використовують для отримання вітаміну B 12 .
Спороутворюючі бактерії сімейства Bacilloceaeроду Clostridiumє збудниками масляно-кислого бродіння, перетворюючи цукру на масляну кислоту.
C 6 H 12 O 6 → CH 3 (CH 2)COOH+2CO 2 +2H 2
Олійна кислота
Місця проживання- грунт, мулисті відкладення водойм, скупчення органічних залишків, що розкладаються, харчові продукти.
Ці м/о застосовують при виробництві масляної кислоти, що володіє неприємним запахом, На відміну від її ефірів:
Метиловий ефір – яблучний запах;
Етиловий – грушевий;
Аміловий – ананасовий.
Їх використовують як ароматизатор.
Олійно-кислі бактерії можуть викликати псування продовольчої сировини та продуктів: спучування сирів, прогоркання молока, олії, бомбаж консервів, загибель картоплі та овочів. Масляна кислота, що утворюється, надає гострого прогорклого смаку, різкого неприємного запаху.
Оцтово-кислі бактерії – безспорові грам- палички з полярними джгутиками, відносяться до роду Gluconobacter (Acetomonas); утворюють з етанолу оцтову кислоту
CH 3 CH 2 OH+O 2 →CH 3 COOH+H 2 O
Палички роду Acetobacter– перитрихи, здатні окислювати оцтову кислоту до CO2 та H2O.
Оцтово-кислим бактеріям властива мінливість форми, у несприятливих умовах набувають форми товстих довгих ниток, іноді роздутих. Оцтово-кислі бактерії поширені лежить на поверхні рослин, їх плодах, в квашених овочах.
Процес окислення етанолу до оцтової кислоти є основою отримання оцту. Мимовільний розвиток оцтово-кислих бактерій у вині, пиві, квасі призводить до їх псування – прокисання, помутніння. Ці бактерії поверхні рідин утворюють сухі зморшкуваті плівки, острівці чи кільце біля стінок судини.
Поширений вид псування – гниття – процес глибокого розкладання білкових речовин мікроорганізмами.Найбільш активними збудниками гнильних процесів є бактерії.
Сінна та картопляна паличкаBacillus subtilis - аеробна грам+ спороутворююча паличка. Спори термостійкі овальні. Клітини чутливі до кислого середовища та підвищеного вмісту NaCl.
Бактерії родуPseudomonus - аеробні рухливі палички з полярними джгутиками, не утворюють суперечки, грам-. Деякі види синтезують пігменти, їх називають флуоресцентні псевдомонаси, є холодостійкі, викликають псування білкових продуктів у холодильниках. Збудники бактеріозів культурних рослин.
Спороутворюючі палички роду Clostridiumрозкладають білки з утворенням великої кількості газу NH 3 , H 2 S кислоти, особливо небезпечні для консервів. Тяжкі харчові отруєння викликає токсин великих рухомих грам+ паличок Clostridium botulinum. Суперечки надають вигляду ракетки. Екзотоксин цих бактерій вражає центральну нервову та серцево-судинну систему(Ознаки - розлад зору, промови, паралічі, дихальна недостатність).
Велике значення у ґрунтоутворенні відіграють нітрифікуючі, денітрифікуючі, азотфіксуючі бактерії. В основному це неспоротворні клітини. Їх вирощують у штучних умовах та вносять у вигляді землеудобрювальних препаратів.
Бактерії використовують у виробництві гідролітичних ферментів, амінокислот для харчових виробництв.
Серед бактерій особливо треба виділити збудників харчових інфекцій та харчових отруєнь . Харчові інфекції викликають патогенні бактерії, які є в їжі, воді. Кишкові інфекції – холера – холерний віріон;
Це примітивні одноклітинні живі організми. Вони поширені повсюдно: на поверхні або всередині інших організмів (тварини, рослини, людини), у великій кількості зустрічаються в грунті, водоймах. Прямо чи опосередковано бактерії грають значної ролі у житті.
Однією із середовищ життя бактерій є інші живі організми, зокрема людина. Відносини, які виникають при цьому, можуть бути різними. Є бактерії, які приносять користь. Так, у кишечнику людини живуть бактерії (наприклад, кишкова паличка), які сприяють процесам травлення, синтезують деякі вітаміни та перешкоджають діяльності хвороботворних бактерій. У разі надмірного прийому антибактеріальних препаратів ці корисні бактерії гинуть, що негативно позначається на здоров'ї. Сама ж кишкова паличка завдяки поселенню в кишечнику людини постійно забезпечена поживними речовинами.
У кишечнику свійських жуйних тварин, які становлять основу тваринництва, (корів, кіз, овець) також живуть бактерії. Жуйні тварини вживають рослинну їжу, багату на клітковину, але самостійно перетравлювати клітковину не здатні. Цю функцію виконують бактерії.
Боліснотворні бактерії можуть переносити і комахи. Так, збудника чуми переносять блохи, а висипного тифу – воші.
У людини бактерії викликають такі захворювання, як ангіну, дифтерію, туберкульоз, тиф, дизентерію, холеру, та багато інших, у тварин – бруцельоз, сибірку, тощо. Бактеріальні захворюваннялікують за допомогою антибіотиків та інших лікарських засобів.
Бактерії широко використовуються у господарстві людини. Так, з давніх-давен людина застосовує здатність деяких бактерій викликати бродіння для отримання певних продуктів: молочнокислої продукції (йогуртів, сирів, кефіру), масляної та оцтової кислот, т.д. Без бактерій неможливе дублення шкіри та виготовлення лляного волокна.
Застосовують певні групи бактерій та в мікробіологічній промисловості для отримання антибіотиків, вітамінів та деяких інших речовин. У сільське господарство їх використовують із силосування зелених кормів.
Одна з важливих проблем сучасності – це очищення стічних вод. В очисних спорудах використовують бактерії, що розкладають органічні залишки. Крім того, вивчаючи чисельність та видовий склад бактерій у воді можна визначити ступінь забрудненості водойм. За допомогою деяких бактерій людина бореться з кровососними тваринами, шкідниками сільського та лісового господарства. Винайдено спеціальні бактеріальні препарати, які вражають лише певні види шкідливих бактерій.
Бактерії можуть завдавати шкоди господарську діяльність людини, наприклад, псувати продукти харчування. При цьому бактерії виробляють отруйні речовини, які можуть отруїти організм людини або тварини, якщо вони вживатимуть зіпсовані продукти. Наприклад, паличка ботулізму може розвиватися в консервованих м'ясних та рослинних продуктах, рибі, ковбасі, якщо при консервуванні не дотримуватись суворих правил технологічного процесу. Щоб повністю позбавитися бактерій у харчових продуктах, призначених для тривалого зберігання, їх стерилізують або пастеризують.
Вступ
Сучасна біотехнологія спирається досягнення природознавства, техніки, технології, біохімії, мікробіології, молекулярної біології, генетики. Біологічні методи використовуються у боротьбі із забрудненням навколишнього середовища та шкідниками рослинних та тварин організмів. До досягнень біотехнології можна віднести застосування іммобілізованих ферментів, отримання синтетичних вакцин, використання клітинної технології в племінній справі.
Бактерії, гриби, водорості, лишайники, віруси, найпростіші життя людей відіграють значну роль. З давніх-давен люди використовували їх у процесах хлібопечення, приготування вина та пива, в різних виробництвах.
Мікроорганізми допомагають людям у виробництві ефективних поживних білкових речовин та біологічного газу. Їх використовують при застосуванні біотехнічних методів очищення повітря та стічних вод, при використанні біологічних методів знищення сільськогосподарських шкідників, при отриманні лікувальних препаратів, при знищенні сировини.
Основна мета даної роботи – вивчити методи та умови культивування мікроорганізмів
· Ознайомитись з областями застосування мікроорганізмів
· Вивчити морфологію та фізіологію мікроорганізмів
· Вивчити основні види та склад поживних середовищ
· Дати поняття та ознайомитися з біореактором
· Розкрити основні методи культивування мікроорганізмів
Морфологія та фізіологія мікроорганізмів
Морфологія
Класифікація мікроорганізмів
Бактерії
Бактерії – це одноклітинні прокаріотні мікроорганізми. Розмір їх вимірюється в мікрометрах (мкм). Розрізняють три основні форми: кулясті бактерії - коки, паличкоподібні та звивисті.
Кокі(грец. kokkos – зерно) мають кулясту або злегка витягнуту форму. Розрізняються між собою в залежності від того, як вони розташовуються після розподілу. Одиночно розташовані коки - мікрококи, розташовані попарно - диплококи. Стрептококи діляться в одній площині і після поділу не розходяться, утворюючи ланцюжки (грецьк. streptos - ланцюжок). Тетракоки утворюють поєднання з чотирьох коків в результаті розподілу у двох взаємно перпендикулярних площинах, сарцини (лат. sarcio - зв'язувати) утворюються при розподілі в трьох взаємно перпендикулярних площинах і мають вигляд скупчень по 8-16 коків. Стафілококи в результаті безладного поділу утворюють скупчення, що нагадують гроно винограду (грецьк. staphyle - виноградне гроно).
Паличкоподібнібактерії (грец. bacteria - паличка), здатні утворювати суперечки, називають бацилами в тому випадку, якщо суперечки не ширші за саму паличку, і клостридіями, якщо діаметр суперечки перевищує діаметр палички. Паличкоподібні бактерії, на відміну від коків, різноманітні за величиною, формою та розташуванням клітин: короткі (1 -5 мкм) товсті, із закругленими кінцями бактерії кишкової групи; тонкі, злегка вигнуті палички туберкульозу; тонкі палички дифтерії, що розташовуються під кутом; великі (3-8 мкм) палички сибірки з "обрубаними" кінцями, що утворюють довгі ланцюжки - стрептобацили.
До звивистимдо форм бактерій відносяться вібріони, що мають злегка вигнуту форму у вигляді коми (холерний вібріон) і спірили, що складаються з декількох завитків. До звивистих форм також відносяться кампілобактери, схожі під мікроскопом на крила чайки, що летить.
Структура бактеріальної клітки.
Структурні елементи бактеріальної клітини можна умовно поділити на:
а) постійні структурні елементи - є в кожного виду бактерій протягом усього життя бактерії; це клітинна стінка, цитоплазматична мембрана, цитоплазма, нуклеоїд;
Б) непостійні структурні елементи, які здатні утворювати не всі види бактерій, а ті бактерії, які утворюють їх, можуть втрачати їх і знову набувати залежно від умов існування. Це капсула, включення, пили, суперечки, джгутики.
Мал. 1.1. Структура бактеріальної клітини
Клітинна стінкапокриває всю поверхню клітини. У грампозитивних бактерій клітинна стінка товстіша: до 90% - це полімерне з'єднання пептидоглікан, пов'язаний з тейхоєвими кислотами, і шар білка. У грамнегативних бактерій клітинна стінка тонша, але складніша за складом: складається з тонкого шару пептидоглікану, ліпополісахаридів, білків; вона вкрита зовнішньою мембраною.
Функції клітинної стінкиполягають у тому, що вона:
Є осмотичним бар'єром,
Визначає форму бактеріальної клітини,
Захищає клітину від впливів навколишнього середовища,
Несе різноманітні рецептори, що сприяють прикріпленню фагів, коліцинів, а також різних хімічних сполук,
Через клітинну стінку в клітину надходять поживні речовини та виділяються продукти обміну,
У клітинній стінці локалізовано О-антиген і з нею пов'язаний ендотоксин (ліпід А) бактерій.
Цитоплазматична мембрана
До клітинної стінки бактерій примикає цитоплазматична мембрана , будова якої аналогічна мембранам еукаріотів ( складається з подвійного шару ліпідів, головним чином фосфоліпідів із вбудованими поверхневими та інтегральними білками). Вона забезпечує:
Селективну проникність та транспорт розчинних речовин у клітину,
Транспорт електронів та окисне фосфорилювання,
Виділення гідролітичних екзоферментів, біосинтез різних полімерів.
Цитоплазматична мембрана обмежує цитоплазму бактерій , яка є гранулярну структуру. У цитоплазмі локалізовані рибосоми та бактеріальний нуклеоїд, в ній також можуть знаходитися включення та плазміди(Позахромосомна ДНК). Крім обов'язкових структур, бактеріальні клітини можуть мати суперечки.
Цитоплазма- внутрішній гелеподібний вміст бактеріальної клітини, пронизаний мембранними структурами, що створюють жорстку систему. У цитоплазмі містяться рибосоми (у яких здійснюється біосинтез білків), ферменти, амінокислоти, білки, рибонуклеїнові кислоти.
Нуклеоїд- це хромосома бактерій, подвійна нитка ДНК, кільцеподібно замкнута, пов'язана з мезосомою. На відміну від ядра еукаріотів, нитка ДНК вільно розташовується в цитоплазмі, не має ядерної оболонки, ядерця, білків-гістонів. Нитка ДНК у багато разів довша за саму бактерію (наприклад, у кишкової палички довжина хромосоми більше 1 мм).
Крім нуклеоїду, в цитоплазмі можуть бути позахромосомні фактори спадковості, які називаються плазмідами. Це короткі кільцеподібні нитки ДНК, що прикріплені до мезосомів.
Увімкненнямістяться у цитоплазмі деяких бактерій у вигляді зерен, які можна виявити при мікроскопії. Здебільшого це запас поживних речовин.
Пили(лат. pili – волоски) інакше вії, фімбрії, бахромки, ворсинки – короткі ниткоподібні відростки на поверхні бактерій.
Джгутики.Багато видів бактерій здатні пересуватися завдяки наявності джгутиків. З патогенних бактерій тільки серед паличок та звивистих форм є рухомі види. Джгутики являють собою тонкі еластичні нитки, довжина яких у деяких видів у кілька разів більша за довжину тіла самої бактерії.
Число та розташування джгутиків є характерною видовою ознакою бактерій. Розрізняють бактерії: монотрихи – з одним джгутиком на кінці тіла, лофотрихи – з пучком джгутиків на кінці, амфітрихи, що мають джгутики на обох кінцях, та перитрихи, у яких джгутики розташовані по всій поверхні тіла. До монотрих відноситься холерний вібріон, до перитріх - сальмонели черевного тифу.
Капсула- зовнішній слизовий шарякий є у багатьох бактерій. В одних видів він настільки тонкий, що виявляється тільки в електронному мікроскопі- Це мікрокапсула. В інших видів бактерій капсула добре виражена і видно у звичайному оптичному мікроскопі – це макрокапсула.
Мікоплазми
Мікоплазми належать до прокаріотів, розміри їх 125-200 нм. Це найдрібніші з клітинних бактерій, величина їх близька до межі роздільної здатності оптичного мікроскопа. У них відсутня клітинна стінка. З відсутністю клітинної стінки пов'язані характерні риси мікоплазм. Вони мають постійної форми, тому зустрічаються сферичні, овальні, ниткоподібні форми.
Ріккетсії
Хламідії
Актиноміцети
Актиноміцети - одноклітинні мікроорганізми, що належать до прокаріотів. Їхні клітини мають таку ж структуру, як бактерії: клітинну стінку, що містить пептидоглікан, цитоплазматичну мембрану; у цитоплазмі розташовані нуклеоїд, рибосоми, мезосоми, внутрішньоклітинні включення. Тому патогенні актиноміцети чутливі до антибактеріальних препаратів. У той же час вони мають подібну з грибами форму ниток, що гілкуються, а деякі актиноміцети, що відносяться до сімейства стрентоміцет, розмножуються спорами. Інші сімейства актиноміцет розмножуються шляхом фрагментації, тобто розпаду ниток на окремі фрагменти.
Актиноміцети широко поширені у навколишньому середовищі, особливо у ґрунті, беруть участь у кругообігу речовин у природі. Серед актиноміцетів є продуценти антибіотиків, вітамінів, гормонів. Більшість антибіотиків, що застосовуються зараз, продукується актиноміцетами. Це стрептоміцин, тетрациклін та інші.
Спірохети.
Спірохети відносяться до прокаріотів. Мають ознаки, загальні як із бактеріями, так і з найпростішими мікроорганізмами. Це одноклітинні мікроби, що мають форму довгих тонких спірально вигнутих клітин, здатні до активному руху. У несприятливих умовах деякі можуть переходити у форму цисти.
Дослідження в електронному мікроскопі дозволили встановити структуру клітин спірохет. Це цитоплазматичні циліндри, оточені цитоплазматичною мембраною та клітинною стінкою, що містить пептидоглікан. У цитоплазмі знаходяться нуклеоїд, рибосоми, мезосоми, включення.
Під цитоплазматичною мембраною розташовані фібрили, що забезпечують різноманітний рух спірохет - поступальний, обертальний, згинальний.
Патогенні представники спірохет: Treponema pallidum - викликає сифіліс, Borrelia recurrentis - зворотний тиф, Borrelia burgdorferi - хвороба Лайма, Leptospira interrogans - лептоспіроз.
Гриби
Гриби (Fungi, Mycetes) – еукаріоти, нижчі рослини, позбавлені хлорофілу, у зв'язку з чим вони не синтезують органічні сполуки вуглецю, тобто це гетеротрофи, мають диференційоване ядро, вкрите оболонкою, що містить хітин. На відміну від бактерій, гриби не мають у складі оболонки пептидоглікану, тому нечутливі до пеніцилінів. Для цитоплазми грибів характерна присутність великої кількості різноманітних включень та вакуолей.
Серед мікроскопічних грибів (мікроміцетів) є одноклітинні та багатоклітинні мікроорганізми, що різняться між собою за морфологією та способами розмноження. Для грибів характерна різноманітність способів розмноження: розподіл, фрагментація, брунькування, утворення спор - безстатевих та статевих.
При мікробіологічних дослідженнях найчастіше доводиться стикатися з пліснявами, дріжджами та представниками збірної групи про недосконалих грибів.
Цвіліутворюють типовий міцелій, що стелиться по поживному субстрату. Від міцелію вгору піднімаються повітряні гілки, які закінчуються плодоносними тілами. різної форминесуть суперечки.
Мукорові або головчасті плісняви (Mucor) - одноклітинні гриби з кулястим плодоносним тілом, наповненим ендоспорами.
Цвілі роду Aspergillus - багатоклітинні гриби з плодоносним тілом, що при мікроскопії нагадує наконечник лійки, що розбризкує цівки води; звідси назва "лійкова пліснява". Деякі види аспергілл використовуються в промисловості для виробництва лимонної кислоти та інших речовин. Є види, що викликають захворювання шкіри та легень у людини – аспергільози.
Цвілі роду Penicillum, або кистевики - багатоклітинні гриби з плодоносним тілом у вигляді пензлика. З деяких видів зеленої плісняви було отримано перший антибіотик - пеніцилін. Серед пеніцилів є патогенні для людини види, що спричиняють пеніциліоз.
Різні види плісняв можуть бути причиною псування харчових продуктів, медикаментів, біологічних препаратів.
Дріжджі - дріжджові гриби (Saccharomycetes, Blastomycetes) мають форму круглих або овальних клітин, у багато разів більші за бактерії. Середній розмірдріжджових клітин приблизно дорівнює діаметру еритроциту (7-10 мкм).
Віруси
Віруси- (лат. virus отрута) - дрібні мікроорганізми, що не мають клітинної будови, білоксинтезуючої системи та здатні до відтворення лише у клітинах високоорганізованих форм життя. Вони широко поширені у природі, вражають тварин, рослини та інші мікроорганізми.
Зріла вірусна частка, відома як віріон, складається з нуклеїнової кислоти - генетичний матеріал (ДНК або РНК), який несе інформацію про декілька типів білків, необхідні для утворення нового вірусу - покритої захисною білковою оболонкою - капсидом. Капсид складається з однакових білкових субодиниць, званих капсомірами. Віруси можуть мати ліпідну оболонку поверх капсиду ( суперкапсид), утворену з мембрани клітини-господаря. Капсид складається з білків, що кодуються вірусним геномом, яке форма лежить в основі класифікації вірусів за морфологічною ознакою . Складноорганізовані віруси, крім того, кодують спеціальні білки, що допомагають у збиранні капсиду. Комплекси білків та нуклеїнових кислот відомі як нуклеопротеїниа комплекс білків вірусного капсиду з вірусною нуклеїновою кислотою називається нуклеокапсидом.
Мал. 1.4. Схематична будова вірусу: 1 – серцевина (однониткова РНК); 2 – білкова оболонка (Капсид); 3 - додаткова ліпопротеїдна оболонка; 4 – Капсомери (структурні частини Капсиду).
Фізіологія мікроорганізмів
Фізіологія мікроорганізмів вивчає життєдіяльність мікробних клітин, процеси їх живлення, дихання, зростання, розмноження, закономірності взаємодії з довкіллям.
Метаболізм
Метаболізм- Сукупність біохімічних процесів, спрямованих на отримання енергії та відтворення клітинного матеріалу.
Особливості метаболізму у бактерій:
1) різноманітність використовуваних субстратів;
2) інтенсивність процесів метаболізму;
4) переважання процесів розпаду над процесами синтезу;
5) наявність екзо- та ендоферментів метаболізму.
Метаболізмскладається з двох взаємопов'язаних процесів: катаболізму та анаболізму.
Катаболізм(енергетичний метаболізм) - це процес розщеплення великих молекул до більш простих, в результаті якого виділяється енергія, що накопичується у формі АТФ:
а) дихання;
б) бродіння.
Анаболізм(Конструктивний метаболізм) – забезпечує синтез макромолекул, з яких будується клітина:
а) анаболізм (із витратами енергії);
б) катаболізм (з виділенням енергії);
При цьому використовується енергія, одержана в процесі катаболізму. Для метаболізму бактерій характерні висока швидкість процесу і швидка адаптація до умов навколишнього середовища.
У мікробній клітині ферменти є біологічними каталізаторами. За будовою виділяють:
1) прості ферменти (білки);
2) складні; складаються з білкової (активного центру) та небілкової частин; необхідні активізації ферментів.
За місцем дії виділяють:
1) екзоферменти (діють поза клітиною; беруть участь у процесі розпаду великих молекул, які не можуть проникнути всередину бактеріальної клітини; характерні для грампозитивних бактерій);
2) ендоферменти (діють у самій клітині, забезпечують синтез та розпад різних речовин).
Залежно від каталізованих хімічних реакційвсі ферменти ділять на шість класів:
1) оксидоредуктази (каталізують окисно-відновні реакції між двома субстратами);
2) трансферази (здійснюють міжмолекулярне перенесення хімічних груп);
3) гідролази (здійснюють гідролітичне розщеплення внутрішньомолекулярних зв'язків);
4) ліази (приєднують хімічні групи з двох зв'язків, а також здійснюють зворотні реакції);
5) ізомерази (здійснюють процеси ізомеризації, забезпечують внутрішню конверсію з утворенням різних ізомерів);
6) лігази, або синтетази (з'єднують дві молекули, внаслідок чого відбувається розщеплення пірофосфатних зв'язків у молекулі АТФ).
живлення
Під харчуванням розуміють процеси надходження та виведення поживних речовин у клітину та з клітини. Харчування в першу чергу забезпечує розмноження та метаболізм клітини.
Різні органічні та неорганічні речовини надходять у бактеріальну клітину у процесі харчування. Спеціальних органів харчування у бактерій немає. Речовини проникають крізь усю поверхню клітини, як дрібних молекул. Такий спосіб харчування називається голофітним. Необхідною умовою для проходження поживних речовин у клітину є їх розчинність у воді та мала величина (тобто білки мають бути гідролізовані до амінокислот, вуглеводи – до ді-або моносахаридів тощо).
Основним регулятором надходження речовин до бактеріальної клітини є цитоплазматична мембрана. Існує чотири основні механізми надходження речовин:
-пасивна дифузія- за градієнтом концентрації, енергоневитратною, що не має субстратної специфічності;
- полегшена дифузія- за градієнтом концентрації, субстратспецифічна, енергоневитратна, здійснюється за участю спеціалізованих білків пермеаз;
- активний транспорт-проти градієнта концентрації, субстратспецифічний (спеціальні зв'язуючі білки в комплексі з пермеазами), енерговитратний (за рахунок АТФ), речовини надходять у клітину у хімічно незміненому вигляді;
- транслокація (перенесення груп) -проти градієнта концентрації, за допомогою фосфотрансферазної системи, енерговитратна, речовини (переважно цукру) надходять у клітину у форфорильованому вигляді.
Основні хімічні елементи-органогени, необхідні синтезу органичеких сполук- вуглець, азот, водень, кисень.
Типи живлення.Широкому поширенню бактерій сприяє різноманітні типи харчування. Мікроби потребують вуглецю, кисню, азоту, водню, сірки, фосфору та інших елементів (органогенів).
Залежно від джерела одержання вуглецю бактерії поділяють на:
1) аутотрофи (використовують неорганічні речовини – СО2);
2) гетеротрофи;
3) метатрофи (використовують органічні речовини неживої природи);
4) паратрофи (використовують органічні речовини живої природи).
Процеси харчування мають забезпечувати енергетичні потреби бактеріальної клітини.
За джерелами енергії мікроорганізми поділяють на:
1) фототрофи (спроможні використовувати сонячну енергію);
2) хемотрофи (одержують енергію за рахунок окисно-відновних реакцій);
3) хемолітотрофи (використовують неорганічні сполуки);
4) хемоорганотрофи (використовують органічні речовини).
Серед бактерій виділяють:
1) прототрофи (спроможні самі синтезувати необхідні речовиниіз низькоорганізованих);
2) ауксотрофи (є мутантами прототрофів, які втратили гени; відповідальні за синтез деяких речовин – вітамінів, амінокислот, тому потребують цих речовин готовому вигляді).
Мікроорганізми асимілюють поживні речовини у вигляді невеликих молекул, тому білки, полісахариди та інші біополімери можуть бути джерелами живлення тільки після розщеплення їх екзоферментами до більш простих сполук.
Дихання мікроорганізмів.
Шляхом дихання мікроорганізми видобувають енергію. Дихання - біологічний процес перенесення електронів через дихальний ланцюг від донорів до акцепторів з утворенням АТФ. Залежно від того, що є кінцевим акцептором електронів, виділяють аеробне та анаеробне дихання.При аеробному диханні кінцевим акцептором електронів є молекулярний кисень (О 2), при анаеробному-зв'язаний кисень (-NO 3 =SO 4 =SO 3).
Аеробне дихання донор водню H 2 O
Анаеробне дихання
Нітратне окиснення NO 3
(факультативні анаероби) донор водню N 2
Сульфатне окиснення SO 4
(облігатні анаероби) донор водню H 2 S
За типом дихання виділяють чотири групи мікроорганізмів.
1.Облігатні(Суворі) аероби. Їм потрібний молекулярний (атмосферний) кисень для дихання.
2.Мікроаерофілипотребують зменшеної концентрації (низького парціального тиску) вільного кисню. Для створення цих умов газову суміш для культивування зазвичай додають CO 2 наприклад до 10-відсоткової концентрації.
3.Факультативні анаеробиможуть споживати глюкозу та розмножуватися в аеробних та анаеробних умовах. Серед них є мікроорганізми, толерантні щодо відносно високих (близьких до атмосферних) концентрацій молекулярного кисню - тобто. аеротолерантні,
а також мікроорганізми, які здатні в певних умовах перемикатися з анаеробного на аеробне дихання.
4.Суворі анаеробирозмножуються лише у анаеробних умовах тобто. при дуже низьких концентраціях молекулярного кисню, що у великих концентраціях їм згубний. Біохімічно анаеробне дихання протікає на кшталт бродильних процесів, молекулярний кисень у своїй не використовується.
Аеробне дихання енергетично ефективніше (синтезується більша кількість АТФ).
В процесі аеробного дихання утворюються токсичні продукти окислення (H 2 O 2 - перекис водню, -О 2 - вільні кисневі радикали), від яких захищають специфічні ферменти, насамперед каталаза, пероксидаза, пероксиддисмутаза. У анаеробів ці ферменти відсутні, як і система регуляції окисно-відновного потенціалу (rH 2).
Зростання та розмноження бактерій
Зростання бактерій – збільшення бактеріальної клітини у розмірах без збільшення числа особин у популяції.
Розмноження бактерій – процес, який би збільшення числа особин у популяції. Бактерії характеризуються високою швидкістю розмноження.
Зростання завжди передує розмноженню. Бактерії розмножуються поперечним бінарним розподілом, у якому з однієї материнської клітини утворюються дві однакові дочірні.
Процес поділу бактеріальної клітини починається з реплікації хромосомної ДНК. У точці прикріплення хромосоми до цитоплазматичної мембрани (точці-реплікатор) діє білок-ініціатор, який викликає розрив кільця хромосоми, і далі йде деспіралізація її ниток. Нитки розкручуються і друга нитка прикріплюється до цитоплазматичної мембрани в точці-прореплікаторі, яка діаметрально протилежна точці-реплікатору. За рахунок ДНК-полімераз по матриці кожної нитки добудовується її точна копія. Подвоєння генетичного матеріалу – сигнал для подвоєння числа органел. У септальних мезосомах йде побудова перегородки, що ділить клітину навпіл. Двониткова ДНК спіралізується, скручується в кільце в точці прикріплення до цитоплазматичної мембрани. Це сигнал для розбіжності клітин по септі. Утворюються дві дочірні особини.
Розмноження бактерій визначається часом генерації. Це період, протягом якого здійснюється поділ клітини. Тривалість генерації залежить від виду бактерій, віку, складу живильного середовища, температури та ін.
Поживні середовища
Для культивування бактерій використовують живильні середовища, яких пред'являється ряд вимог.
1. Поживність. Бактерії повинні містити всі необхідні поживні речовини.
2. Ізотонічність. Бактерії повинні містити набір солей підтримки осмотичного тиску, певну концентрацію хлориду натрію.
3. Оптимальний рН (кислотність) середовища. Кислотність середовища забезпечує функціонування ферментів бактерій; більшість бактерій становить 7,2–7,6.
4. Оптимальний електронний потенціал, що свідчить про вміст розчиненого кисню в середовищі. Він має бути високим для аеробів та низьким для анаеробів.
5. Прозорість (спостерігалося зростання бактерій, особливо рідких середовищ).
6. Стерильність (відсутність інших бактерій).
Класифікація поживних середовищ
1. За походженням:
1) природні (молоко, желатин, картопля та ін);
2) штучні – середовища, виготовлені із спеціально підготовлених природних компонентів (пептону, амінопептиду, дріжджового екстракту тощо);
3) синтетичні – середовища відомого складу, виготовлені з хімічно чистих неорганічних та органічних сполук (солей, амінокислот, вуглеводів тощо).
2. За складом:
1) прості - м'ясопептонний агар, м'ясопептонний бульйон, агар Хоттінгера та ін;
2) складні – це прості з додаванням додаткового живильного компонента (кров'яного, шоколадного агару): цукровий бульйон,
жовчний бульйон, сироватковий агар, жовтково-сольовий агар, середовище Кітта-Тароцці, середовище Вільсона-Блера та ін.
3. За консистенцією:
1) тверді (містять 3-5% агар-агару);
2) напіврідкі (0,15-0,7% агар-агару);
3) рідкі (не містять агар-агару).
Агар-полісахарид складного складу з морських водоростей, основний затверджувач для щільних (твердих) середовищ.
4. Залежно від призначення ПС розрізняють:
Диференційно-діагностичні
Елективні
Селективні
Інгібіторні
Середовища підтримки культури
Накопичувальні (насичення, збагачення)
Консервуючи
Контрольні.
Диференціально-діагностичні - це складні середовища, на яких мікроорганізми різних видівзростають по-різному, залежно від біохімічних властивостей культури. Вони призначені для ідентифікації видової приналежності мікроорганізмів, що широко використовуються в клінічній бактеріології та проведенні генетичних досліджень.
Селективні, інгібіторні та елективні ПС призначені для вирощування певного виду мікроорганізму. Ці середовища служать виділення бактерій зі змішаних популяцій і диференціювання від подібних видів. До їх складу додають різні речовини, що пригнічують зростання одних видів і які впливають зростання інших.
Середовище можна зробити селективним за рахунок величини рН. Останнім часом як речовини, що надають середовищам селективний характер, застосовують антимікробні агенти, такі як антибіотики та інші хіміотерапевтичні речовини.
Елективні ПС знайшли широке застосування виділення збудників кишкових інфекцій. При додаванні малахітової або діамантової зелені, солей жовчних кислот (зокрема таурохолево-кислого натрію), значної кількості хлориду натрію або лимоннокислих солей пригнічується зростання кишкової палички, але зростання патогенних бактерій кишкової групи не погіршується. Деякі елективні середовища готують із додаванням антибіотиків.
Середовища підтримки культури становлять те щоб у них був селективних речовин, здатних викликати мінливість культур.
Накопичувальні ПС (збагачення, насичення) - це середовища, на яких певні види культур або групи культур ростуть швидше та інтенсивніше за супутні. При культивуванні цих середовищах зазвичай не застосовуються інгібіторні речовини, а, навпаки, створюють сприятливі умови для певного присутнього в суміші виду. Основою середовищ накопичення є жовч та її солі, тетратіонат натрію, різні барвники, селенітові солі, антибіотики та ін.
Консервуючі середовища служать для первинного посіву та транспортування досліджуваного матеріалу.
Виділяють також контрольні ПС, які застосовують для контролю стерильності та загальної бактеріальної обсіменіння антибіотиків.
5. За набором поживних речовин виділяють:
Мінімальні середовища, що містять лише джерела харчування, достатні для зростання;
Багаті середовища, до складу яких входять багато додаткових речовин.
6. За масштабами використання ПС поділяються на:
> виробничі (технологічні);
> середовища для наукових досліджень про обмеженим за обсягом застосуванням.
Виробничі ПС повинні бути доступними, економічними, зручними у приготуванні та використанні для великомасштабного культивування. p align="justify"> Середовища для наукових досліджень, як правило, бувають синтетичними і багатими за набором поживних речовин.
Вибір сировинних джерел для конструювання живильних середовищ
Якість ПС багато в чому визначається повноцінністю складу поживних субстратів та вихідної сировини, що використовується для їхнього приготування. Велика різноманітність видів сировинних джерел ставить складне завдання вибору найперспективніших, придатних конструювання ПС необхідної якості. Визначальну роль цьому питанні грають, передусім, біохімічні показники складу сировини, яких залежить вибір способу та режимів його переробки з єдиною метою найповнішого й ефективного використання які у ньому поживних речовин.
Для отримання ПС із особливо цінними властивостями застосовують передусім традиційні джерела білка тваринного походження, саме м'ясовеликого рогатої худоби(ВРХ), казеїн, рибу та продукти її переробки. Найбільш повно розроблені та широко застосовуються ПС на основі м'яса ВРХ.
Враховуючи дефіцит кільки каспійської, що широко застосовується в недалекому минулому, для отримання рибних поживних основ почала використовуватися більш дешева і доступна нехарчова продукція рибної промисловості - сухий криль, відходи переробки м'яса криля, філетований мінтай та його перезрілу ікру. Найбільшого ж поширення набула рибна кормова мука (РКМ), що задовольняє вимогам біологічної цінності, доступності та відносної стандартності.
Досить широкого поширення набули ПС на основі казеїну, який містить усі компоненти, що є в молоці: жир, лактозу, вітаміни, ферменти та солі. Однак необхідно відзначити, що у зв'язку з подорожчанням продуктів переробки молока, а також підвищенням попиту на казеїн на світовому ринку, застосування його має дещо обмежений характер.
З нехарчових джерел білка тваринного походження як сировина для конструювання повноцінних ПС необхідно виділити кров забійних тварин, яка багата біологічно активними речовинами та мікроелементами та містить продукти клітинного та тканинного обміну.
Гідролізати крові сільськогосподарських тварин використовуються як замінники пептон у диференціально-діагностичних поживних середовищах.
До інших видів білоквмісної сировини тваринного походження, які можуть бути використані для конструювання ПС, відносяться: плацента та селезінка ВРХ, сухий білковий концентрат - продукт переробки м'ясних відходів, спилковий обріз, одержуваний при обробці шкіри, ембріони свійських птахів - відхід вакцинного виробництва, кровозамінники закінчився термін придатності, сирова сироватка, м'які тканини молюсків і ластоногих.
Перспективне використання тушок хутрових звірів із звірогосподарств, крові ВРХ, що отримується на м'ясокомбінаті, знежиреного молока та молочної сироватки (відходи олійних заводів).
У цілому ж ПС, виготовлені з сировини тваринного походження, мають високий вміст основних поживних компонентів, є повноцінними та збалансованими за амінокислотним складом і досить добре вивчені.
З продуктів рослинного походження як білковий субстрат для ПС можливе використання кукурудзи, сої, гороху, картоплі, люпину та ін. Проте рослинна сільськогосподарська сировина містить білок, незбалансований склад якого залежить від умов вирощування культур, а також ліпіди у більших кількостях, ніж продукти. тваринного походження.
Велику групу складають ПС, що виготовляються з білкової сировини мікробного походження (дріжджі, бактерії тощо). Амінокислотний склад мікроорганізмів, що служать субстратом для приготування ПС, добре вивчений, а біомаса використовуваних мікроорганізмів є повноцінною за складом поживних речовин і характеризується підвищеним вмістом лізину та треоніну.
Розроблено цілу низку ПС комбінованого складу з білкових субстратів різного походження. До них відносяться дріжджова казеїнова живильне середовище, дріжджова м'ясна і т.д. Основою більшості відомих ПС є гідролізати казеїну, м'яса ВРХ та риби (до 80%).
Питома вага нехарчової сировини в технології конструювання ПС становить лише 15% і надалі вимагає збільшення.
Нехарчова сировина, що використовується для отримання поживної основи (ПС), повинна задовольняти певним вимогам, а саме бути:
^ повноцінним (кількісний та якісний склад сировини повинен, в основному, задовольняти поживним потребам мікроорганізмів та клітин, для яких розробляються ПС);
^ доступним (мати досить велику сировинну базу);
^ технологічним (витрати на впровадження у виробництво повинні здійснюватися з використанням наявного обладнання чи існуючої технології);
^ економічним (витрати використання технології під час переходу на нову сировину та її переробку нічого не винні перевищувати норми витрат за одержання цільового товару);
^ стандартним (мати тривалі терміни зберігання без зміни фізико-хімічних властивостейта поживної цінності)
Періодична система
Періодичною системою культивування називають систему, в якій після внесення бактерій (засіву) в живильне середовище не проводиться ні додавання, ні видалення будь-яких компонентів, крім газової фази. Звідси випливає, що періодична система може підтримувати розмноження клітин протягом обмеженого часу, протягом якого склад живильного середовища змінюється від сприятливого (оптимального) для зростання до несприятливого, аж до повного припинення п.
Одним із численних царств тварин є бактерії. У цій статті ми розповімо про роль бактерій у природі та житті людини, познайомимо із хвороботворними представниками цього царства.
Бактерії у природі
Ці живі організми одними з перших з'явилися на нашій планеті. Поширені вони повсюдно. Бактерії мешкають на дні водойм, у грунті можуть витримувати як низькі, так і високі температури.
Значення цих організмів у природі незаперечне. Саме бактерії забезпечують кругообіг речовин у природі, який є основним життям на Землі. Органічні сполуки під їх впливом змінюються та розпадаються на неорганічні речовини.
Ґрунтоосвітні процеси забезпечують ґрунтові мікроорганізми. Залишки рослин і тварин розпадаються і перетворюються на гумус та перегній лише завдяки бактеріям.
У водному середовищі представників даного царства використовують для очищення водойм, а також стічних вод. Завдяки своїй життєдіяльності бактерії із небезпечних органічних речовин роблять безпечні неорганічні.
Мал. 1. Роль бактерій у природі.
Хвороботворні мікроорганізми
Однак є бактерії, які шкодять іншим живим організмам. Боліснотворні мікроорганізми можуть викликати захворювання у рослин, тварин і людини. Наприклад:
- Сальмонелла викликає черевний тиф;
- Шигелла – дизентерію;
- Клостридіум - правець і гангрену;
- Туберкульозна паличка - туберкульоз
- Стафілококи та стрептококи – гноєння і т.д.
Шляхи передачі можуть бути різноманітні:
- при чханні, розмові, кашлі від хворої людини;
- при фізичному контакті;
- за допомогою переносників (комах, гризунів);
- через проникнення до ран.
Багато хвороб закінчуються летальним результатом, через свою здатність пристосовуватися до ліків, бактерії не так просто знищити. Сучасна наукаактивно бореться із хвороботворними мікроорганізмами, випускаючи нові лікарські препарати.
Мал. 2. Хворобливі мікроорганізми.
Вивчення фізіології бактерій заснував Луї Пастер ще 1850-х роках. Його дослідження продовжили М. В. Бейєрінк та С. Н. Виноградський, які досліджували значення мікроорганізмів у природі.
Використання бактерій
Людство навчилося використовувати бактерії собі на благо, наприклад:
- під час виробництва лікарських засобів;
Існують спеціальні види бактерій, які здатні виробляти найсильніші антибіотики, такі як тетрациклін та стрептоміцин. Своїм впливом вони вбивають багато хвороботворних мікроорганізмів.
- приготування нових продуктів;
- випуск органічних речовин;
- одержання кисломолочної продукції (йогурти, закваски, кефіри, ряжанки);
- виготовлення різних сортів сирів;
- виноробство;
- маринування та закваска овочів.
Мал. 3. Використання бактерій людиною.
Що ми дізналися?
У природі та житті людини бактерії мають велике значення. Без цих мікроорганізмів було б відбуватися кругообіг речовин у навколишньому середовищі. І хоча багато хто з них може завдавати шкоди життю та здоров'ю, використання бактерій людиною дозволило боротися з багатьма хворобами та виготовляти масу нових продуктів харчування.
Тест на тему
Оцінка доповіді
Середня оцінка: 4 . Усього отримано оцінок: 840.
Ксенобактерії успішно використовуються для очищення в природі грунту та води при розливі нафти та нафтопродуктів.
Очисні споруди
Людина використовує велику кількість води для власних потреб, вирішуючи питання очищення стічних вод використанням септиків.
Ефективність роботи очисних споруд забезпечують спеціальні бактерії, які у септиках.
Мікроорганізми, що використовуються в септиках, розкладають органічні сполуки будь-якого походження, при очищенні стічних вод вони успішно знищують специфічний запах.
За складом бактеріальна флора септика є поєднанням аеробної та анаеробної культур.
Анаеробні (безкисневі) мікроорганізми здійснюють первинне очищення води, а аеробні бактерії доочищують і освітлюють воду.
При використанні мікроорганізмів для септика існують певні правила для очищення стічних вод.
- необхідно підтримувати певний рівень мікроорганізмів у септиці;
- обов'язковою є наявність води – без неї мікроорганізми загинуть;
- не можна використовувати для очищення агресивні хімічні засоби – вони вб'ють мікроорганізми.
Інструменти біотехнологічних процесів
Основними інструментами біотехнології для отримання найефективніших мікроорганізмів є селекція та генна інженерія.
Селекція - спрямований відбір високоефективних особин у популяції внаслідок природної мутації мікроорганізмів.
У природі процес досить тривалий, але під впливом мутагенних чинників (жорстке випромінювання, азотиста кислота та інших.) то, можливо значно прискорений.
Плюсами селекції є екологічність, натуральність продукту.
- тривалість процесу;
- неможливість контролювати напрямок мутації - визначається за кінцевим результатом.
Генно-інженерні методи у біотехнології
Методи генно-інженерного втручання змінюють клітини мікроорганізмів та дріжджів, перетворюючи їх на ефективних виробників будь-якого білка. Що відкриває широкі можливості використання генно-модифікованих клітин мікробів та дріжджів для отримання кінцевого організму із заданими характеристиками.
Використання генно-мутованих клітин мікробів і дріжджів людиною у повсякденному житті викликає обгрунтовані побоювання – багато як прибічників генно-змінених речовин, і їх противників.
Проте фактом залишається відсутність інформації про вплив генно-модифікованих клітин бактерій та дріжджів на організм людини та природу загалом.
Генно-модифіковані бактерії та енергія
Генетики працюють над питанням альтернативного джерела енергії. Основним завданням є створення хімічної сировини, а далі палива як продукту бактеріального метаболізму.
Одним із напрямків отримання людиною енергії від бактерій є робота з генно-модифікованими ціанобактеріями.
Біологи Тюбінгенського університету виявили мікроорганізми, що мають властивості батарейки і здатні як акумулювати енергію, так і передавати її іншим бактеріям.
Енергію, яку виробляють ці бактерії, людина може використовувати для наноприладів.
У Китаї побудований прилад, в якому бактерії отримують водень з ацетатів, при цьому зовнішнього джерела енергії апарат не має, а сировиною служать дешеві відходи виробництва. У свою чергу, водень є джерелом енергії для еко-автомобілів.
Мікробіологи в університеті Південної Кароліни виявили бактерію, здатну виробляти енергію, харчуючись токсичними відходами, такими проблемними як поліхлоровані біфеніли та агресивні розчинники.
Каліфорнійські дослідники запропонували методику переробки бурих водоростей модифікованою кишковою паличкою, отримуючи на виході етиловий спирт – чудове джерело енергії.
Водень, як джерело енергії, отримали американські вчені під час розкладання анаеробних бактерій глюкози.
Плюси та мінуси ГМО (генетично модифікований організм)
Використання людиною в повсякденному життігенно-модифікованих бактерій та дріжджів для отримання змінених організмів має як позитивні, так і негативні сторони.
До плюсів генно-модифікованих організмів відносять:
- виробництво будь-яких органів для трансплантації, які не відторгатимуться;
- виробництво вихідного матеріалу для біопалива;
- виробництво лікарських препаратів;
- створення рослин для технічних цілей (виробництво тканин тощо).
Відомі мінуси генно-модифікованих продуктів:
- собівартість генно-модифікованих овочів та фруктів майже на 30% вища за натуральні;
- насіння та плоди ГМ-рослин нежиттєздатні;
- поля з ГМ-посадками вимагають підвищеної кількості пестицидів та гербіцидів;
- культурні ГМ-рослини здатні виробляти гібриди із дикими рослинами.
Використання людиною мікроорганізмів у повсякденному житті та на виробництвах може бути обмежене лише властивостями самих бактерій. А чим більше вчені приділяють увагу бацил, тим більше цікавих і корисних властивостей мікроорганізмів виявляють.
Бактерії виробляють енергію, видобувають корисні копалини, очищають воду та грунт – нещодавно виявлено бактерії, що поїдають навіть пластикові пакети (!) – каталізують виробничі процеси, використовуються у синтезі фармацевтичних препаратів та у багатьох інших сферах життя людини.
?Шкідливі та корисні бактерії
Бактерії – це мікроорганізми, які утворюють величезний невидимий світ навколо та всередині нас. Через згубні впливи вони користуються поганою славою, тоді як про сприятливі ефекти, які вони викликають, говорять рідко. У цій статті дається загальний опис деяких поганих та добрих бактерій.
“Протягом першої половини геологічного часу нашими предками були бактерії. Більшість створень, як і раніше, є бактеріями, і кожен із трильйонів наших клітин - це колонія бактерій», - Річард Доукінс.
Бактерії- найдавніші живі організми Землі - всюдисущі. Людське тіло, повітря, яким ми дихаємо, поверхні, до яких ми торкаємося, вживана нами їжа, рослини, що оточують нас, наше довкілля, і т.д. - Усе це населено бактеріями.
Приблизно 99% цих бактерій корисні, тоді як ті, що залишилися, мають погану репутацію. Насправді деякі бактерії дуже важливі для належного розвитку інших живих організмів. Вони можуть існувати або власними силами, або в симбіозі з тваринами і рослинами.
Нижче наведений список шкідливих і корисних бактерій включають деякі з найбільш відомих благотворних і смертельно небезпечних бактерій.
Корисні бактерії
Молочнокислі бактерії/палички Дедерляйну
Характеристика:грампозитивні, паличкоподібні.
Середовище проживання:Різновиди молочнокислих бактерій присутні в молоці та молочних продуктах, ферментованих продуктах, а також є частиною мікрофлори ротової порожнини, кишечника і піхви. Найбільш переважаючими видами є L. acidophilus, L. reuteri, L. plantarum та ін.
Користь:Молочнокислі бактерії відомі своєю здатністю використовувати лактозу та виробляти молочну кислоту як побічний продукт життєдіяльності. Ця здатність ферментувати лактозу робить молочнокислі бактерії важливим інгредієнтом у приготуванні ферментованих продуктів. Вони також є невід'ємною частиною процесу засолювання, оскільки молочна кислота може бути консервантом. Через те, що називається ферментацією, здійснюється отримання з молока йогурту. Певні штами навіть використовуються для виробництва йогуртів у промислових масштабах. У ссавців молочнокислі бактерії сприяють розщепленню лактози під час травлення. Виникає в результаті кисле середовище запобігає зростанню інших бактерій у тканинах організму. Тому молочнокислі бактерії – це важлива складова пробіотичних препаратів.
Біфідобактерії
Характеристика:грампозитивні, розгалужені, паличкоподібні.
Середовище проживання:Біфідобактерії присутні в шлунково-кишковому трактілюдини.
Користь:Як і молочнокислі бактерії, біфідобактерії також виробляють молочну кислоту. Крім того, вони виробляють оцтову кислоту. Ця кислота пригнічує ріст патогенних бактерій, контролюючи рівень рН у кишечнику. Бактерія B. longum, різновид біфідобактерій, сприяє руйнуванню рослинних полімерів, що важко засвоюються. Бактерії B. longum і B. infantis допомагають запобігати діареї, кандидозам і навіть грибковим інфекціям у немовлят і дітей. Завдяки цим корисним властивостям, їх також нерідко включають в пробіотичні препарати, що продаються в аптеках.
Кишкова паличка (E. coli)
Характеристика:
Середовище проживання: E. coli є частиною нормальної мікрофлори товстого та тонкого кишечника.
Користь: E. coli допомагає у розщепленні незасвоєних моносахаридів, таким чином, сприяючи травленню. Ця бактерія виробляє вітамін K та біотин, які необхідні для різних клітинних процесів.
Примітка:Певні штами E. coli можуть викликати серйозні токсичні ефекти, діарею, анемію та ниркову недостатність.
Стрептоміцети
Характеристика:грампозитивні, ниткоподібні.
Середовище проживання:Ці бактерії присутні в грунті, воді та органічних речовин, що розкладаються.
Користь:Певні стрептоміцети (Streptomyces spp.) відіграють важливу роль в екології ґрунту, здійснюючи розкладання органічних речовин, присутніх у ньому. З цієї причини їх вивчають як біовідновлювальний агент. S. aureofaciens, S. rimosus, S. griseus, S. erythraeus та S. venezuelae – це комерційно важливі різновиди, які використовуються для виробництва антибактеріальних та протигрибкових сполук.
Мікорізи/Голубенькові бактерії
Характеристика:
Середовище проживання:Мікорізи присутні в грунті, існуючи в симбіозі з кореневими бульбочками бобових рослин.
Користь:Бактерії Rhizobium etli, Bradyrhizobium spp., Azorhizobium spp. та багато інших різновидів корисні для фіксації атмосферного азоту, у тому числі аміаку. Цей процес робить цю речовину доступною для рослин. Рослини не мають здатності використовувати атмосферний азот і залежать від бактерій, що його фіксують, які присутні в грунті.
Ціанобактерії
Характеристика:грамнегативні, паличкоподібні.
Середовище проживання:Ціанобактерії - це в основному водні бактерії, проте також вони зустрічаються на голих скелях та у ґрунті.
Користь:Ціанобактерії, також відомі як синьо-зелені водорості, є групою бактерій, дуже важливих для навколишнього середовища. Вони здійснюють фіксацію азоту у водному середовищі. Їхні здатності до кальцифікації та декальцифікації роблять їх важливими для підтримки балансу в екосистемі коралового рифу.
Шкідливі бактерії
Мікобактерії
Характеристика:не є ні грампозитивними, ні грамнегативними (через високий вміст ліпідів), паличкоподібні.
Захворювання:Мікобактерії – це патогени, що мають тривалий час подвоєння. M. tuberculosis і M. leprae, найбільш небезпечні їх різновиди, є збудниками туберкульозу та прокази відповідно. M. ulcerans викликає появу покритих виразками і невиразки вузликів на шкірі. M. bovis може спричиняти туберкульоз у худоби.
Повна паличка
Характеристика:
Середовище проживання:Суперечки правцевої палички зустрічаються в ґрунті, на шкірі, і в травному тракті.
Захворювання:Стовпнячна паличка - це збудник правця. Вона потрапляє в організм через рану, розмножується в ній та вивільняє токсини, зокрема тетаноспазмін (також відомий як спазмогенний токсин) та тетанолізин. Це призводить до м'язових спазмів та дихальної недостатності.
Паличка чуми
Характеристика:
Середовище проживання:Паличка чуми може виживати лише в організмі господаря, зокрема в організмі гризунів (бліх) та ссавців.
Захворювання:Паличка чуми викликає бубонну чуму та чумну пневмонію. Шкірна інфекція, що викликається цією бактерією, набуває бубонної форми, що характеризується нездужанням, жаром, ознобом і навіть судомами. Інфекція легень, що викликається збудником бубонної чуми, призводить до чумної пневмонії, що викликає кашель, утруднене дихання та жар. Відповідно до ВООЗ, у світі щорічно виникає від 1000 до 3000 випадків чуми. Збудник чуми визнається та вивчається як потенційна біологічна зброя.
Хелікобактер пилори
Характеристика:грамнегативна, паличкоподібна.
Середовище проживання:Хелікобактер пілорі колонізує слизову оболонку шлунка людини.
Захворювання:Ця бактерія є основною причиною розвитку гастриту та виразки. Вона виробляє цитотоксини та аміак, які ушкоджують епітелій шлунка, викликаючи біль у животі, нудоту, блювання та здуття живота. Хелікобактер пилори є у половини населення Землі, проте більшість людей залишаються асимптоматичними, і гастрит та виразки з'являються лише у деяких.
Сибіркова виразкова паличка
Характеристика:грампозитивна, паличкоподібна.
Середовище проживання:Сибірка виразкова паличка широко поширена в грунті.
Захворювання:Результатом інфікування сибірковою паличкою є смертельне захворювання під назвою сибірка. Інфікування відбувається в результаті вдихання ендоспор сибірки. Сибірська виразка переважно виникає в овець, кіз, великої рогатої худоби тощо. Однак у поодиноких випадках відбувається передача бактерії від худоби людині. Найбільш поширеними симптомами сибірки є поява виразок, жар, головний біль, біль у животі, нудота, діарея і т.д.
Ми оточені бактеріями, деякі з них є шкідливими, інші приносять користь. І тільки від нас залежить, наскільки ефективно ми співіснуємо із цими крихітними живими організмами. У наших силах отримувати вигоду від корисних бактерій, уникаючи надмірного та недоцільного застосування антибіотиків, і триматися подалі від шкідливих бактерій, вживаючи відповідних профілактичних заходів, таких як дотримання правил особистої гігієни та проходження планових медоглядів.
Бактерії з'явилися приблизно 3,5-3,9 млрд. років тому, вони були першими живими організмами на нашій планеті. Згодом життя розвивалося і ускладнювалося - з'являлися нові, щоразу складніші форми організмів. Бактерії весь цей час не стояли осторонь, а вони були найважливішою складовою еволюційного процесу. Саме вони першими виробили нові форми життєзабезпечення, такі як дихання, бродіння, фотосинтез, каталіз... а також знайшли ефективні способи співіснування практично з кожною живою істотою. Винятком не стала і людина.
Але бактерії – цілий домен організмів, що налічує понад 10 000 видів. Кожен вид унікальний і йшов своїм еволюційним шляхом, як наслідок, виробив свої унікальні форми співіснування з іншими організмами. Одні бактерії пішли на тісну взаємовигідну співпрацю з людиною, тваринами та іншими істотами – їх можна назвати корисними. Інші види навчилися існувати за рахунок інших, використовуючи енергію та ресурси організмів-донорів, – їх прийнято вважати шкідливими чи патогенними. Треті пішли ще далі і стали практично самодостатніми, все необхідне для життєдіяльності вони одержують від довкілля.
Усередині людини, як і всередині інших ссавців, живе неймовірно велика кількість бактерій. У наших тілах їх у 10 разів більше, ніж у всіх клітин організму разом узятих. Серед них абсолютна більшість – корисні, але парадокс у тому, що їхня життєдіяльність, їхня присутність усередині нас – це нормальний стан справ, вони залежать від нас, ми у свою чергу від них і при цьому ознак цієї співпраці ми ніяк не відчуваємо. Інша справа - шкідливі, наприклад патогенні бактерії, опинившись усередині нас, їх присутність відразу стає помітною, а наслідки їх активності можуть стати дуже серйозними.
Корисні бактерії
Переважна більшість із них - це істоти, що живуть у симбіотичних або мутуалістичних зв'язках з організмами-донорами (всередині яких живуть). Зазвичай такі бактерії беруть він частина функцій, куди не здатний організм господаря. Прикладом можуть бути бактерії, що у травному тракті людини і переробні частина їжі, впоратися з якою сам шлунок неспроможна.
Деякі види корисних бактерій:
Кишкова паличка (лат. Escherichia coli)
Є невід'ємною частиною флори кишечника людини та більшості тварин. Її користь важко переоцінити: розщеплює незасвоювані моносахариди, сприяючи травленню; синтезує вітаміни групи K; запобігає розвитку патогенних та хвороботворних мікроорганізмів у кишечнику.
Макрофотографія: колонія бактерій Escherichia coli
Молочнокислі бактерії (Lactococcus lactis, Lactobacillus acidophilus та ін.)
Представники цього загону присутні в молоці, молочних та ферментованих продуктах, і водночас є частиною мікрофлори кишечника та ротової порожнини. Здатні зброджувати вуглеводи і зокрема лактозу та виробляти молочну кислоту, яка є основним джерелом вуглеводів для людини. З допомогою постійно кислого середовища стримують зростання несприятливих бактерій.
Біфідобактерії
Найбільш значний вплив біфідобактерії надають на грудних дітей та ссавців, становлячи до 90% їх кишкової мікрофлори. За допомогою вироблення молочної та оцтових кислот вони повністю запобігають розвитку гнильних та хвороботворних мікробів у дитячому організмі. Крім того, біфідобактерії: сприяють перетравленню вуглеводів; забезпечують захист кишкового бар'єру від проникнення мікробів та токсинів у внутрішнє середовище організму; синтезують різні амінокислоти та білки, вітаміни групи K та B, корисні кислоти; сприяють всмоктуванню кишечником кальцію, заліза та вітаміну D.
Шкідливі (патогенні) бактерії
Деякі види патогенних бактерій:
Salmonella typhi
Ця бактерія є збудником дуже гострої кишкової інфекції, черевного тифу. Salmonella typhi виробляє небезпечні токсини виключно для людей. При зараженні відбувається загальна інтоксикація організму, що призводить до сильної лихоманки, висипання по всьому тілу, у важких випадках – до ураження лімфатичної системи та як наслідок до смерті. Щорічно у світі фіксується 20 млн випадків захворювання на черевний тиф, 1% випадків призводить до смерті.
Колонія бактерій Salmonella typhi
Стовпнячна паличка (Clostridium tetani)
Ця бактерія - одна з найстійкіших і водночас найнебезпечніших у світі. Clostridium tetani виробляє надзвичайно токсичну отруту, правцевий екзотоксин, що призводить до практично повного ураження нервової системи. Люди, які захворіли на правець, відчувають страшні муки: мимоволі до краю напружуються всі м'язи тіла, відбуваються потужні судоми. Смертність надзвичайно висока – у середньому близько 50% інфікованих гинуть. На щастя, ще в 1890 році було винайдено вакцину від правця, її роблять новонародженим у всіх розвинених країнах світу. У слаборозвинених країнах від правця щороку гине 60 000 людей.
Мікобактерії (Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae та ін.)
Мікобактерії – сімейство бактерій, частина з яких є патогенними. Різні представники цього сімейства викликають такі небезпечні захворювання як туберкульоз, мікобактеріоз, лепра (проказа) – всі вони передаються повітряно-краплинним шляхом. Щорічно мікобактерії спричиняють понад 5 млн смертей.
: корисні та шкідливі? Різновиди бактерій, які допомагають організму, а які шкодять?
Розглянемо всі бактерії, що живуть у тілі. І розповімо все про бактерії.
Дослідники свідчать, що землі близько 10 тис. різновидів мікробів. Проте існує думка, що їх різновид досягає 1 млн.
У зв'язку зі своєю простотою та невибагливістю, існують вони скрізь. Завдяки маленьким розмірам, проникають куди завгодно, навіть у найменшу лужок. Мікроб пристосовані до будь-якого середовища проживання, вони є всюди, чи це хоч засохлий острів, хоч мороз, хоч спека 70 градусів, вони все одно не втратить своєї життєздатності.
У тіло людини мікроби потрапляють із довкілля. І лише потрапивши у сприятливі їм умови, вони дають себе знати, або допомагаючи, або викликаючи починаючи від легких шкірних захворювань і закінчуючи серйозними інфекційними, які призводять до смертельних наслідків організму. У бактерій бувають різні назви.
Ці мікроби найдавніший вид істот, що живе на нашій планеті. З'явилися приблизно 3,5 мільярда років тому. Вони настільки дрібні, що їх видно тільки під мікроскопом.
Оскільки це перші представники життя землі, вони досить примітивне. З часом їх будова стала складнішою, хоча деякі зберегли свою примітивну будову. Багато мікробів прозорі, але деякі з них мають червоний або зелений відтінок. Мало хто набуває кольору навколишнього середовища.
Мікроби відносяться до прокаріотів, і тому мають окреме царство - Бактерій. Давайте розглянемо які бактерії нешкідливі та шкідливі.
Лактобактерії (Lactobacillus plantarum)
Лактобактерії є захисниками тіла від вірусів. Вони проживають у животі з давніх часів, виконуючи дуже важливі та корисні функції. Lactobacillus plantarum захищають травний тракт від непотрібних мікроорганізмів, які можуть оселитися в шлунку та погіршити стан.
Lactobacillus допомагають позбутися тяжкості та здуття в животі, боротися з алергією, викликаною різними продуктами. Також лактобактерії допомагають виведенню шкідливих речовин із кишечника. Очищає весь організм від токсинів.
Біфідобактерії (лат. Bifidobacterium)
Це мікроорганізм, який проживає також у животі. Це корисні бактерії. За несприятливих умов для існування Bifidobacterium помирають. Bifidobacterium виробляють такі кислоти як, молочна, оцтова, янтарна та мурашина.
Bifidobacterium виконують провідну роль нормалізації роботи кишечника. Так само при достатній кількості їх вмісту, зміцнюють імунітет і сприяють кращому засвоєнню корисних речовин.
Вони дуже корисні, тому що виконують ряд найважливіших функцій, розглянемо список:
- Поповнюють організм вітамінами К, В1, В2, В3, В6, В9, білків та амінокислот.
- Захищають від шкідливих мікроорганізмів.
- Перешкоджають попаданню шкідливих токсинів зі стінок кишківника.
- Прискорюють процес травлення. - Допомагають всмоктування іонів Ca, Fe та вітаміну D.
На сьогоднішній день існує безліч лікарських препаратів із вмістом біфідобактерій. Але це не означає, що при їх використанні з лікувальною метою буде сприятливий вплив на організм, оскільки корисність препаратів не доведена.
Несприятливий мікроб Corynebacterium minutissimum
Шкідливі типи бактерій можуть виникнути в найбільш невідповідному місці, де ви не очікуєте їх зустріти.
Цей вид Corynebacterium minutissimum дуже люблять жити та розмножуватися на телефонах та планшетах. Вони викликають висипання по всьому тілу. Дуже багато програм по боротьбі з вірусами для планшетів і телефонів, але так і не вигадали кошти від шкідливої Corynebacterium minutissimum.
Так що слід зменшити контакт з телефонами та планшетами, щоб у вас не з'явилася алергія на Corynebacterium minutissimum. І пам'ятайте, що після миття рук, не слід терти долоні один про одного, оскільки зменшується кількість бактерій на 37%.
Рід бактерій, що включає понад 550 видів. У сприятливих умовах стрептоміцети утворюють ниточки схожі на грибний міцелій. Мешкають переважно у грунті.
У 1940 році стрептоміцини застосовувалися у виробництві лікарських препаратів:
- Фізостигмін.Болезаспокійливе використовується в маленьких дозах для зниження очного тиску при глаукомах. У великих кількостях може стати отрутою.
- Такролімус.Лікарський засіб природного походження. Застосовується для лікування та профілактики при пересадці нирок, кісткового мозку, серця та печінки.
- Аллозамідін.Препарат для запобігання формуванню деградації хітину. Благополучно використовується при знищенні комарів, мух тощо.
Але слід зауважити, що не всі бактерії цього благотворно впливають на організм людини.
Захисник живота Helicobacter pylori
Мікроби, що існують у животі. Вона існує і розмножується у слизовій оболонці шлунка. Helicobacter pylori, з'являються в організмі людини змалку і живуть протягом усього життя. Допомагають підтримці стабільної ваги, контролює гормони та відповідає за почуття голоду.
Так само цей підступний мікроб може сприяти розвитку виразки та гастриту. Деякі вчені вважають, що Helicobacter pylori, корисна, але незважаючи на ряд існуючих теорій, ще не доведено чим вона корисна. Не дарма його можна називати захисником живота.
Хороша погана бактерія Escherichia coli
Бактерії Escherichia coli ще називаються кишкові палички. Escherichia coli, який мешкає в нижній частині живота. Вони заселяються в тіло людини при народженні і живуть разом із нею все його життя. Велика кількість мікробів, даного виду нешкідливі, але деякі з них можуть спричинити серйозне отруєння організму.
Escherichia coli є частим фактором багатьох інфекційних захворювань, пов'язаних з животом. Але вона нагадує про себе і завдає дискомфорту тоді, коли збирається покинути наш організм, у більш сприятливе для неї середовище. А так вона навіть корисна для людини.
Escherichia coli насичує організм вітаміном К, який стежить за здоров'ям артерій. Також Escherichia coli дуже довгий час можуть проживати у воді, грунті і навіть у продуктах харчування, наприклад, у молоці.
Шкідливі бактерії. Золотистий стафілокок (Staphylococcus aureus)
Staphylococcus aureusє збудником гнійних утворень на шкірі. Часто фурункули та прищики викликані Staphylococcus aureus, яка мешкає на шкірі великої кількості людей. Staphylococcus aureus є збудником багатьох інфекційних захворювань.
Прищики - це дуже неприємно, але тільки уявіть, що проникнувши через шкіру всередину тіла Staphylococcus aureus може набути серйозних наслідків, пневмонії або менінгіту.
Він є практично на всьому тілі, але здебільшого існує в носових проходах і пахвових складках, але так само може з'явитися і в області гортані, промежини та животі.
Staphylococcus aureus має золотий відтінок, через що і отримала свою назву золотистий стафілокок. Він є одним з чотирьох найчастіших причин внутрішньолікарняних інфекцій, які отримують після операції.
Синьогнійна паличка (Pseudomonas aeruginosa)
Цей мікроб може існувати і розмножується у воді та ґрунті. Дуже любить теплу воду та басейн. Є одним із збудників гнійних захворювань. Отримали свою назву через синьо-зелений відтінок. Pseudomonas aeruginosa проживаючи в теплій воді, потрапляє під шкіру та розвиває інфекцію, що супроводжується свербінням, болем та почервонінням у уражених ділянках.
Цей мікроб може вражати різні види органів та викликає купу інфекційних захворювань. Синьогнійна інфекція вражає кишечник, серце, органи сечостатевої. Мікроорганізм часто є фактором для появи абсцесів та флегмон. Pseudomonas aeruginosa дуже важко позбутися, оскільки вона стійка до антибіотиків.
Мікроби є найпростішими живими мікроорганізмами, що існують на Землі, які з'явилися багато мільярдів років тому, пристосовані до будь-яких умов довкілля. Але треба пам'ятати, що бактерії бувають корисними та шкідливими.
Отже, ми з вами розібралися з різновидами мікроорганізмів, на прикладі розглянули якісь корисні бактерії, допомагають організму і які шкідливі, що викликають інфекційні захворювання.
Пам'ятайте, що дотримання правил особистої гігієни буде кращою профілактикою від зараження шкідливими мікроорганізмами.
