Ismert baktériumnevek. Baktériumok, sokféleségük
Rizs. 1. Az emberi test 90%-ban mikrobasejtekből áll. 500-1000 különböző típusú baktériumot vagy több billiónyi lakost tartalmaz, ami akár 4 kg össztömegnek felel meg.
Rizs. 2. A szájüregben élő baktériumok: Streptococcus mutánsok (zöld). Bakteroides gingivalis, parodontitist okoz (lila színű). Candida albicus (sárga színű). A bőr és a belső szervek candidiasisát okozza.
Rizs. 7. Mycobacterium tuberculosis. A baktériumok évezredek óta okoznak betegségeket emberekben és állatokban. A tuberkulózisbacilus rendkívül stabil a külső környezetben. Az esetek 95%-ában levegőben lévő cseppekkel terjed. Leggyakrabban a tüdőt érinti.
Rizs. 8. A diftéria kórokozója a corynebacteria vagy a Leffler-bacillus. Leggyakrabban a mandulák nyálkás rétegének hámjában, ritkábban a gégeben alakul ki. A gége duzzanata és a megnagyobbodott nyirokcsomók fulladáshoz vezethetnek. A kórokozó toxinja a szívizom, a vese, a mellékvesék és az ideg ganglionok sejtjeinek membránján rögzítve elpusztítja azokat.
Rizs. 9. Staphylococcus fertőzés kórokozói. A patogén staphylococcusok kiterjedt károsodást okoznak a bőrben és függelékeiben, számos belső szervet károsítanak, élelmiszer eredetű toxikus fertőzést, bélgyulladást és vastagbélgyulladást, szepszist és toxikus sokkot okoznak.
Rizs. 10. A meningococcusok a meningococcus fertőzés kórokozói. Az esetek 80%-a gyermekek. A fertőzést a baktériumok beteg és egészséges hordozóitól származó levegőcseppek továbbítják.
Rizs. 11. Bordetella pertussis.
Rizs. 12. A skarlát kórokozója a streptococcus pyogenes.
A víz mikroflórájának káros baktériumai
A víz számos mikroba élőhelye. 1 cm3 vízben akár 1 millió mikrobatest is megszámolható. A kórokozó mikroorganizmusok ipari vállalkozásokból, lakott területekről és állattartó telepekről jutnak a vízbe. A patogén mikrobákat tartalmazó víz forrás lehet vérhas, kolera, tífusz, tularemia, leptospirosis stb. Vibrio cholerae és elég hosszú ideig vízben maradhat.
Rizs. 13. Shigella. A kórokozók baciláris vérhasat okoznak. A Shigella elpusztítja a vastagbél nyálkahártyájának hámrétegét, súlyos vastagbélgyulladást okozva. Méreganyagaik hatással vannak a szívizomra, az ideg- és érrendszerre.
Rizs. 14. . A vibrációk nem pusztítják el a vékonybél nyálkahártya rétegének sejtjeit, hanem azok felszínén helyezkednek el. A koleragén nevű toxint választják ki, amelynek hatása a víz-só anyagcsere megzavarásához vezet, aminek következtében a szervezet napi 30 liter folyadékot veszít.
Rizs. 15. A szalmonella a tífusz és a paratífusz kórokozója. A vékonybél hámja és limfoid elemei érintettek. A vérárammal a csontvelőbe, a lépbe és az epehólyagba jutnak, ahonnan a kórokozók ismét a vékonybélbe jutnak. Az immungyulladás következtében a vékonybél fala megreped, hashártyagyulladás lép fel.
Rizs. 16. A tularemia kórokozói (kék coccobacteriumok). Befolyásolják a légutakat és a beleket. Képesek behatolni az emberi testbe az ép bőrön és a szem nyálkahártyáján, a nasopharynxen, a gégen és a belekben. A betegség sajátossága a nyirokcsomók károsodása (primer bubo).
Rizs. 17. Leptospira. Befolyásolják az emberi kapilláris hálózatot, gyakran a májat, a veséket és az izmokat. A betegséget fertőző sárgaságnak nevezik.
A talaj mikroflórájának káros baktériumai
"Rossz" baktériumok milliárdjai élnek a talajban. 1 hektárnyi területen 30 centiméter vastagságban akár 30 tonna baktérium is előfordulhat. Erőteljes enzimkészlettel rendelkeznek, részt vesznek a fehérjék aminosavakra történő lebontásában, ezáltal aktívan részt vesznek a bomlási folyamatokban. Ezek a baktériumok azonban sok bajt okoznak az embernek. E mikrobák tevékenységének köszönhetően az élelmiszer nagyon gyorsan megromlik. Az ember megtanulta megvédeni az eltartható élelmiszereket sterilizálással, sózással, dohányzással és fagyasztással. Ezen baktériumok bizonyos típusai még a sózott és fagyasztott ételeket is elronthatják. beteg állatoktól és emberektől kerülhet a talajba. Egyes baktériumok és gombák évtizedekig a talajban maradnak. Ezt elősegíti e mikroorganizmusok spóraképző képessége, amely hosszú évekig megvédi őket a kedvezőtlen környezeti feltételektől. A legveszélyesebb betegségeket okozzák - lépfene, botulizmus és tetanusz.
Rizs. 18. A lépfene kórokozója. Spóraszerű állapotban évtizedekig megmarad a talajban. Különösen veszélyes betegség. Második neve rosszindulatú karbunkulus. A betegség prognózisa kedvezőtlen.
Rizs. 19. A botulizmus kórokozója erős méreganyagot termel. Ennek a méregnek 1 mikrogrammja megöl egy embert. A botulinum toxin hatással van az idegrendszerre, a szemmotoros idegekre, egészen a bénulásig és a koponyaidegekig. A botulizmus okozta halálozási arány eléri a 60%-ot.
Rizs. 20. A gáz gangréna kórokozói nagyon gyorsan elszaporodnak a test lágy szöveteiben anélkül, hogy levegő jutna, súlyos elváltozásokat okozva. Spóraszerű állapotban a külső környezetben sokáig megmarad.
Rizs. 21. Putrefaktív baktériumok.
Rizs. 22. A rothasztó baktériumok által okozott kártétel az élelmiszerekben.
Káros baktériumok, amelyek károsítják a fát
Számos baktérium és gomba intenzíven lebontja a rostokat, és fontos egészségügyi szerepet tölt be. Vannak azonban köztük olyan baktériumok, amelyek súlyos betegségeket okoznak az állatokban. A penészgombák elpusztítják a fát. Fafestő gomba festeni a fát különböző színekben. Házi gomba korhadt állapotba vezeti a fát. A gomba létfontosságú tevékenysége következtében a faépületek elpusztulnak. E gombák tevékenysége nagy károkat okoz az állattartó épületek tönkretételében.
Rizs. 23. A képen látható, hogy a házi gomba hogyan pusztította el a fa padlógerendákat.
Rizs. 24. Fafoltozó gomba által érintett rönkök károsodott megjelenése (kékség).
Rizs. 25. Házi gomba Merulius Lacrimans. a – vatta micélium; b – fiatal termőtest; c – régi termőtest; d – régi micélium, zsinórok és fa rothadás.
Káros baktériumok az élelmiszerekben
A veszélyes baktériumokkal szennyezett termékek bélbetegségek forrásaivá válnak: tífusz, szalmonellózis, kolera, vérhas stb. Felszabaduló toxinok staphylococcusok és botulizmusbacilusok, mérgező fertőzéseket okoznak. A sajtokat és az összes tejterméket érintheti vajsavbaktériumok, amelyek vajsavas erjedést okoznak, aminek következtében a termékek kellemetlen szagúak és színűek. Ecetes rudak ecetsav erjedést okoz, ami savanyú borhoz és sörhöz vezet. Baktériumok és mikrococcusok, amelyek rothadást okoznak proteolitikus enzimeket tartalmaznak, amelyek lebontják a fehérjéket, ami bűzös szagot és keserű ízt ad a termékeknek. A termékek megsérülése következtében penészesedik penészgombák.
Rizs. 26. Penészgomba által érintett kenyér.
Rizs. 27. Penészgomba és rothasztó baktériumok által érintett sajt.
Rizs. 28. „Vad élesztő” Pichia pastoris. A kép 600x nagyítással készült. A sör legrosszabb kártevője. A természetben mindenhol megtalálható.
Káros baktériumok, amelyek lebontják az étkezési zsírokat
Vajsav mikrobák mindenhol vannak. 25 fajuk vajsavas erjedést okoz. Élettevékenység zsíremésztő baktériumok az olaj avasodásához vezet. Hatásukra a szójabab és a napraforgómag avasodik. A vajsavas erjedés, amelyet ezek a mikrobák okoznak, tönkreteszi a szilázst, és az állatállomány rosszul fogyasztja. A nedves gabona és széna pedig, vajsavmikrobákkal fertőzött, önmelegszik. A vajban lévő nedvesség jó környezet a szaporodáshoz. rothadó baktériumok és élesztőgombák. Emiatt az olaj nem csak kívül, hanem belül is romlik. Ha az olajat hosszú ideig tárolják, akkor leülepedhet a felületén. penészgombák.
Rizs. 29. A zsírbontó baktériumok által érintett kaviárolaj.
A tojást és tojástermékeket érintő káros baktériumok
A baktériumok és gombák a külső héj pórusain és annak sérülésein keresztül behatolnak a tojásokba. Leggyakrabban a tojás szalmonella baktériumokkal és penészgombákkal fertőzött, tojáspor - szalmonella és .
Rizs. 30. Romlott tojás.
Káros baktériumok a konzervekben
az emberek számára méreganyagok botulinum bacillus és perfringens bacillus. Spóráik nagy hőállóságot mutatnak, ami lehetővé teszi, hogy a mikrobák életképesek maradjanak a konzervek pasztőrözése után is. Az edény belsejében, oxigénhez való hozzáférés nélkül elkezdenek szaporodni. Így szén-dioxid és hidrogén szabadul fel, ami az edény megduzzadását okozza. Egy ilyen termék fogyasztása súlyos élelmiszer-toxikózist okoz, amelyet rendkívül súlyos lefolyás jellemez, és gyakran a beteg halálával végződik. A konzerv hús és zöldség csodálatos ecetsav baktériumok,Rizs. 32. A megduzzadt konzervek tartalmazhatnak botulinum bacillusokat és perfringens bacillusokat. Az edényt szén-dioxid fújja fel, amelyet a baktériumok a szaporodás során bocsátanak ki.
Káros baktériumok a gabonatermékekben és a kenyérben
Anyarozsés a gabonákat megfertőző egyéb penészgombák a legveszélyesebbek az emberre. Ezeknek a gombáknak a méreganyagai hőstabilak, és a sütés nem pusztul el. Az ilyen termékek használata által okozott toxikózisok súlyosak. Kín, sújtott tejsav baktérium, kellemetlen ízű és sajátos szagú, csomós megjelenésű. A már megsütött kenyér érintett Bacillus subtilis(Bac. subtilis) vagy "gravitációs betegség". A bacilusok olyan enzimeket választanak ki, amelyek lebontják a kenyérkeményítőt, ami először a kenyérre nem jellemző szagban, majd a zsemlemorzsa ragadósságában és viszkózusságában nyilvánul meg. Zöld, fehér és fejes penész a már megsült kenyeret érinti. A levegőben terjed.
Rizs. 33. A képen lila anyarozs látható. Alacsony dózisú anyarozs súlyos fájdalmat, mentális zavarokat és agresszív viselkedést okoz. A nagy dózisú anyarozs fájdalmas halált okoz. Hatása az izomösszehúzódáshoz kapcsolódik gombás alkaloidok hatására.
Rizs. 34. Penészmicélium.
Rizs. 35. A zöld-, fehér- és nagypenészgombák spórái a levegőből a már megsült kenyérre eshetnek és megfertőzhetik azt.
Gyümölcsöket, zöldségeket és bogyókat károsító baktériumok
Gyümölcsök, zöldségek és bogyók magvak talajbaktériumok, penészgombákés élesztőgombák, amelyek bélfertőzést okoznak. A mikotoxin patulin, amely kiválasztódik a Penicillium nemzetséghez tartozó gombák, rákot okozhat az emberben. Yersinia enterocolitica yersiniosist vagy pszeudotuberkulózist okoz, amely a bőrt, a gyomor-bélrendszert és más szerveket és rendszereket érinti.
Rizs. 36. A bogyók károsodása penészgombák által.
Rizs. 37. yersiniosis okozta bőrelváltozások.
A káros baktériumok táplálékkal, levegővel, sebekkel és nyálkahártyákkal jutnak be az emberi szervezetbe. A kórokozó mikrobák által okozott betegségek súlyossága az általuk termelt mérgektől és a tömeges elpusztulásukkor keletkező méreganyagoktól függ. Évezredek során számos olyan adaptációra tettek szert, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy behatoljanak egy élő szervezet szöveteibe, ott maradjanak, és ellenálljanak az immunitásnak.
A mikroorganizmusok szervezetre gyakorolt káros hatásainak tanulmányozása és a megelőző intézkedések kidolgozása az ember feladata!
Ebben a pillanatban, ember, amikor ezeket a sorokat olvassa, hasznot húz a baktériumok munkájából. A belélegzett oxigéntől a táplálékunkból a gyomrunk által kivont tápanyagokig baktériumokat köszönhetünk, hogy virágoznak ezen a bolygón. Szervezetünkben körülbelül tízszer több mikroorganizmus található, beleértve a baktériumokat is, mint a saját sejtjeink. Lényegében inkább mikrobák vagyunk, mint emberek.
Csak a közelmúltban kezdtünk egy kicsit megérteni a mikroszkopikus élőlényeket, valamint bolygónkra és egészségünkre gyakorolt hatásukat, de a történelem azt mutatja, hogy őseink már évszázadokkal ezelőtt is hasznosították a baktériumok erejét ételek és italok fermentálására (aki hallott a kenyérről és az egészségről). sör?).
A 17. században kezdtük el közvetlenül a szervezetünkben, velünk szoros kapcsolatban - a szájban - lévő baktériumok tanulmányozását. Antoni van Leeuwenhoek kíváncsisága baktériumok felfedezéséhez vezetett, amikor megvizsgált egy lepedéket a saját fogai között. Van Leeuwenhoek költőien gyantázta a baktériumokat, és a fogain lévő baktériumkolóniát „egy kis fehér anyagnak, mint a megkeményedett tészta” jellemezte. A mintát mikroszkóp alá helyezve van Leeuwenhoek látta, hogy a mikroorganizmusok mozognak. Tehát élnek!
Tudnia kell, hogy a baktériumok kritikus szerepet játszottak a Földön, kulcsfontosságúak a lélegző levegő megteremtésében és az általunk otthonnak nevezett bolygó biológiai gazdagságában.
Ebben a cikkben áttekintést nyújtunk ezekről az apró, de nagyon befolyásos mikroorganizmusokról. Megvizsgáljuk a jót, a rosszat és a kifejezetten bizarr módokat, ahogyan a baktériumok alakítják az emberiség és a környezet történelmét. Először is nézzük meg, miben különböznek a baktériumok más élettípusoktól.
A baktériumok alapjai
Nos, ha a baktériumok szabad szemmel láthatatlanok, honnan tudhatunk róluk ennyit?
A tudósok nagy teljesítményű mikroszkópokat fejlesztettek ki, hogy megvizsgálják a baktériumokat – amelyek mérete egy mikrontól néhány mikronig (a méter milliomod része) terjed –, és kitalálja, hogyan viszonyulnak más életformákhoz, növényekhez, állatokhoz, vírusokhoz és gombákhoz.
Amint azt bizonyára tudod, a sejtek az élet építőkövei, testünk szöveteitől az ablakon kívül növekvő fáig. Az emberek, állatok és növények genetikai információval rendelkező sejtjei egy sejtmagban találhatók. Az ilyen típusú sejtek, amelyeket eukarióta sejteknek neveznek, speciális organellumokkal rendelkeznek, amelyek mindegyike egyedi feladattal segíti a sejt működését.
A baktériumoknak azonban nincs magjuk, és genetikai anyaguk (DNS) szabadon lebeg a sejtben. Ezeknek a mikroszkopikus sejteknek nincs organellumuk, és más módszerekkel rendelkeznek a genetikai anyag szaporítására és átvitelére. A baktériumokat prokarióta sejteknek tekintik.
A baktériumok túlélnek oxigénnel vagy anélkül?
Alakjuk: rudak (bacillusok), körök (coccusok) vagy spirálok (spirillum)
A baktériumok Gram-negatívak vagy Gram-pozitívak, vagyis van-e külső védőmembránjuk, amely megakadályozza a sejt belsejének elfestődését?
A baktériumok mozgása és környezetük felfedezése (sok baktériumnak flagellája van, apró ostorszerű szerkezetek, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy mozogjanak a környezetükben)
A mikrobiológia – a mikrobák minden típusának tanulmányozása, beleértve a baktériumokat, archaeákat, gombákat, vírusokat és protozoákat – megkülönbözteti a baktériumokat mikrobiális rokonaiktól.
A ma archaeáknak minősített baktériumszerű prokarióták egykor együtt voltak baktériumokkal, de ahogy a tudósok többet megtudtak róluk, saját kategóriákat adtak a baktériumoknak és az archaeáknak.
Mikrobás táplálkozás (és miazma)
Az emberekhez, az állatokhoz és a növényekhez hasonlóan a baktériumoknak is táplálékra van szükségük a túléléshez.
Egyes baktériumok – autotrófok – olyan alapvető erőforrásokat használnak fel, mint a napfény, a víz és a környezeti vegyszerek, hogy táplálékot hozzanak létre (gondoljunk csak a cianobaktériumokra, amelyek 2,5 millió éve alakítják át a napfényt oxigénné). Más baktériumokat heterotrófoknak neveznek a tudósok, mivel energiájukat a meglévő szerves anyagokból nyerik táplálékként (például az erdő talaján elhalt levelekből).
Az igazság az, hogy ami ízletes lehet a baktériumok számára, az számunkra undorító lesz. Úgy fejlődtek, hogy minden típusú terméket elnyeljenek, az olajszennyezésektől és a nukleáris melléktermékektől az emberi hulladékokig és a bomlástermékekig.
De a baktériumok affinitása egy adott táplálékforráshoz a társadalom hasznára válhat. Például Olaszországban művészeti szakértők olyan baktériumok felé fordultak, amelyek megeszik a felesleges só- és ragasztórétegeket, csökkentve ezzel a felbecsülhetetlen értékű műalkotások tartósságát. A baktériumok szervesanyag-feldolgozó képessége is nagyon előnyös a Föld számára, mind a talajban, mind a vízben.
A napi tapasztalatok alapján jól ismeri a baktériumok által okozott szagokat, mivel ezek elfogyasztják a szemetesed tartalmát, megemésztik a megmaradt ételt, és saját gáznemű melléktermékeiket bocsátják ki. Ez azonban még nem minden. Azt is hibáztathatja, hogy a baktériumok okozzák azokat a kínos pillanatokat, amikor önmaga gázt bocsát ki.
Egy nagy család
A baktériumok szaporodnak és kolóniákat alkotnak, ha lehetőség nyílik rá. Ha az élelmiszer- és környezeti feltételek kedvezőek, akkor szaporodnak, és ragacsos csomókat, úgynevezett biofilmeket képeznek, hogy életben maradjanak a szikláktól a szájfogakig.
A biofilmeknek megvannak az előnyei és hátrányai. Egyrészt kölcsönösen előnyösek a természeti objektumok számára (mutalizmus). Másrészt komoly veszélyt jelenthetnek. Például azoknak az orvosoknak, akik orvosi implantátumokkal és eszközökkel kezelik a betegeket, komoly aggodalmaik vannak a biofilmekkel kapcsolatban, mivel ezek ingatlant biztosítanak a baktériumok számára. Miután megtelepedtek, a biofilmek olyan melléktermékeket termelhetnek, amelyek mérgezőek – és néha végzetesek – az emberre.
A városokban élő emberekhez hasonlóan a biofilm sejtjei is kommunikálnak egymással, információt cserélnek az élelmiszerekről és a lehetséges veszélyekről. De ahelyett, hogy a szomszédokat telefonon hívnák, a baktériumok vegyi anyagokkal küldenek jegyzeteket.
Ezenkívül a baktériumok nem félnek önmagukban élni. Egyes fajok érdekes módokat fejlesztettek ki a zord környezetben való túlélésre. Ha nincs több táplálék, és elviselhetetlenné válnak a körülmények, a baktériumok megőrzik magukat egy kemény héj, endospóra létrehozásával, amely nyugalmi állapotba hozza a sejtet és megőrzi a baktérium genetikai anyagát.
A tudósok baktériumokat találnak ilyen időkapszulákban, amelyeket 100 vagy akár 250 millió évig tároltak. Ez arra utal, hogy a baktériumok hosszú ideig képesek önmagukban tárolni.
Most, hogy tudjuk, milyen lehetőségeket kínálnak a telepek a baktériumok számára, nézzük meg, hogyan jutnak el oda – osztódáson és szaporodáson keresztül.
Baktériumok szaporodása
Hogyan hoznak létre telepeket a baktériumok? Más földi életformákhoz hasonlóan a baktériumoknak is szaporodniuk kell a túléléshez. Más szervezetek nemi szaporodás útján teszik ezt, de nem baktériumok. De először beszéljük meg, miért jó a sokszínűség.
Az élet természetes kiválasztódáson megy keresztül, vagy egy bizonyos környezet szelektív erői lehetővé teszik, hogy az egyik típus jobban virágozzon és szaporodjon, mint a másik. Talán emlékszel arra, hogy a gének az a gépezet, amely utasítja a sejtet, hogy mit tegyen, és meghatározza, hogy milyen színű legyen a haja és a szeme. A géneket a szüleidtől kapod. A szexuális szaporodás mutációkat vagy véletlenszerű változásokat eredményez a DNS-ben, ami sokféleséget hoz létre. Minél nagyobb a genetikai sokféleség, annál nagyobb az esélye annak, hogy egy szervezet képes lesz alkalmazkodni a környezeti korlátokhoz.
A baktériumok esetében a szaporodás nem a megfelelő mikrobával való találkozáson múlik; egyszerűen lemásolják saját DNS-üket, és két egyforma sejtre osztódnak. Ez a bináris hasadásnak nevezett folyamat akkor következik be, amikor az egyik baktérium ketté válik, lemásolja a DNS-t, és továbbadja azt a megosztott sejt mindkét részére.
Mivel a kapott sejt végső soron azonos lesz azzal, amelyből született, ez a szaporítási módszer nem a legjobb változatos génállomány létrehozására. Hogyan szereznek új géneket a baktériumok?
Kiderült, hogy a baktériumok egy ügyes trükköt alkalmaznak: horizontális géntranszfert, vagy genetikai anyag cseréjét szaporodás nélkül. A baktériumok többféle módon is megtehetik ezt. Az egyik módszer a genetikai anyag összegyűjtése a sejten kívüli környezetből – más mikrobáktól és baktériumoktól (plazmidoknak nevezett molekulákon keresztül). Egy másik módszer a vírusok, amelyek baktériumokat használnak otthonként. Amikor a vírusok megfertőznek egy új baktériumot, az előző baktérium genetikai anyagát az újban hagyják.
A genetikai anyagcsere rugalmasságot ad a baktériumoknak az alkalmazkodáshoz, és alkalmazkodnak, ha stresszes változásokat érzékelnek a környezetben, például élelmiszerhiányt vagy kémiai változásokat.
A baktériumok alkalmazkodásának megértése rendkívül fontos az ellenük való leküzdéshez és az antibiotikumok előállításához az orvostudomány számára. A baktériumok olyan gyakran képesek genetikai anyagot cserélni, hogy néha a korábban bevált kezelések már nem működnek.
Nincsenek magas hegyek, nincsenek nagy mélységek
Ha felteszi a kérdést, hogy „hol vannak a baktériumok?”, könnyebben feltehetjük a kérdést: „hol nincsenek baktériumok?”
A baktériumok szinte mindenhol megtalálhatók a Földön. Lehetetlen elképzelni a bolygón élő baktériumok számát egy időben, de egyes becslések szerint számukat (baktériumok és archaeák együtt) 5 oktilillióra teszik – ez a szám 27 nullával.
A baktériumfajok osztályozása nyilvánvaló okokból rendkívül nehéz. Jelenleg megközelítőleg 30 000 hivatalosan azonosított faj létezik, de a tudásbázis folyamatosan bővül, és vannak olyan vélemények, hogy mi csak a jéghegy csúcsa vagyunk minden típusú baktérium esetében.
Az igazság az, hogy a baktériumok nagyon régóta léteznek. Ők állították elő a legrégebbi, 3,5 milliárd éves kövületeket. Tudományos kutatások azt sugallják, hogy a cianobaktériumok körülbelül 2,3-2,5 milliárd évvel ezelőtt kezdték meg az oxigéntermelést a világ óceánjaiban, telítve ezzel a Föld légkörét a mai napig belélegzett oxigénnel.
A baktériumok életben maradhatnak a levegőben, vízben, talajban, jégben, hőben, növényeken, a belekben, a bőrön – mindenhol.
Egyes baktériumok extremofilek, ami azt jelenti, hogy ellenállnak a szélsőséges körülményeknek, amelyek akár nagyon melegek, akár hidegek, vagy nem rendelkeznek olyan tápanyagokkal és vegyi anyagokkal, amelyeket általában az élettel társítunk. A kutatók ilyen baktériumokat találtak a Mariana-árokban, a Föld legmélyebb pontjában, a Csendes-óceán fenekén, a vízben és a jégben lévő hidrotermális szellőzőnyílások közelében. Vannak olyan baktériumok is, amelyek szeretik a magas hőmérsékletet, például azok, amelyek színezik a Yellowstone Nemzeti Park opálos medencéjét.
Rossz (nekünk)
Noha a baktériumok jelentős mértékben hozzájárulnak az emberi és a bolygó egészségéhez, van egy sötét oldaluk is. Egyes baktériumok patogének lehetnek, vagyis betegségeket és betegségeket okoznak.
Az emberiség történelme során bizonyos baktériumok (érthető módon) rosszul repkedtek, pánikot és hisztériát okozva. Vegyük például a pestist. A pestist okozó baktérium, a Yersinia pestis nemcsak több mint 100 millió embert ölt meg, de hozzájárulhatott a Római Birodalom összeomlásához is. Az antibiotikumok, a bakteriális fertőzések elleni küzdelemben segítő gyógyszerek megjelenése előtt nagyon nehéz volt megállítani őket.
Ezek a kórokozó baktériumok még ma is komolyan megijesztenek bennünket. Az antibiotikum-rezisztencia kialakulásának köszönhetően mindig veszélyt jelentenek ránk a lépfenét, tüdőgyulladást, agyhártyagyulladást, kolerát, szalmonellózist, mandulagyulladást és egyéb, még mindig közelünkben maradt betegségeket okozó baktériumok.
Ez különösen igaz a Staphylococcus aureusra, a staph fertőzésekért felelős baktériumra. Ez a „szuperbaktérium” számos problémát okoz a klinikákon, mivel a betegek nagyon gyakran kapnak fertőzést orvosi implantátumok és katéterek beültetésekor.
Már beszéltünk a természetes szelekcióról és arról, hogy egyes baktériumok különféle géneket termelnek, amelyek segítenek megbirkózni a környezeti feltételekkel. Ha fertőzése van, és a szervezetben lévő baktériumok némelyike eltér a többitől, az antibiotikumok a baktériumpopuláció nagy részét érinthetik. De azok a baktériumok, amelyek túlélik, rezisztenciát fejlesztenek ki a gyógyszerrel szemben, és ott maradnak, várva a következő esélyt. Ezért az orvosok azt javasolják, hogy az antibiotikumok kúráját a végéig fejezzék be, és általában a lehető legritkább esetben, csak végső esetben használják őket.
A biológiai fegyverek egy másik ijesztő aspektusa ennek a beszélgetésnek. A baktériumok bizonyos esetekben fegyverként is használhatók, különösen a lépfenét használták egy időben. Ráadásul nem csak az emberek szenvednek baktériumoktól. Egy másik faj, a Halomonas titanicae étvágyat mutatott az elsüllyedt óceánjáró, a Titanic iránt, és felemészti a történelmi hajó fémét.
Természetesen a baktériumok nemcsak károkat okozhatnak.
Heroikus baktériumok
Fedezzük fel a baktériumok jó oldalát. Végül is ezek a mikrobák olyan finom ételeket adtak nekünk, mint a sajt, a sör, a kovász és más erjesztett elemek. Az emberi egészséget is javítják, és a gyógyászatban is használják.
Az egyes baktériumoknak köszönhetjük az emberi evolúció alakítását. A tudomány egyre több adatot gyűjt a mikroflóráról – a szervezetünkben, különösen az emésztőrendszerben és a belekben élő mikroorganizmusokról. A kutatások azt mutatják, hogy a baktériumok, az új genetikai anyagok és az általuk szervezetünkbe hozott sokféleség lehetővé teszi az emberek számára, hogy alkalmazkodjanak az új táplálékforrásokhoz, amelyeket korábban nem használtak ki.
Nézzük ezt így: a gyomor és a belek felszínét bevonva a baktériumok „dolgoznak” helyetted. Amikor eszik, a baktériumok és más mikrobák segítenek lebontani és kivonni a tápanyagokat, különösen a szénhidrátokat. Minél változatosabb baktériumokat fogyasztunk, szervezetünk annál változatosabbá válik.
Bár saját mikrobáinkról ismereteink nagyon korlátozottak, okkal feltételezhetjük, hogy bizonyos mikrobák és baktériumok hiánya a szervezetben összefüggésbe hozható az emberi egészséggel, az anyagcserével és az allergénekkel szembeni érzékenységgel. Az egereken végzett előzetes vizsgálatok kimutatták, hogy az olyan anyagcsere-betegségek, mint az elhízás, inkább a változatos és egészséges mikrobiotához kapcsolódnak, mint a mi uralkodó „kalóriát be, kalóriát ki” mentalitásunkhoz.
Jelenleg aktívan vizsgálják bizonyos mikrobák és baktériumok emberi szervezetbe történő bejuttatásának lehetőségét, amelyek bizonyos előnyökkel járhatnak, de a cikk írásakor még nem születtek általános ajánlások felhasználásukra.
Ezenkívül a baktériumok fontos szerepet játszottak a tudományos gondolkodás és a humán gyógyászat fejlődésében. A baktériumok vezető szerepet játszottak Koch 1884-es posztulátumainak kidolgozásában, ami ahhoz az általános megértéshez vezetett, hogy a betegséget egy bizonyos típusú mikroba okozza.
A baktériumokat kutató kutatók véletlenül felfedezték a penicillint, egy antibiotikumot, amely sok életet mentett meg. Szintén a közelmúltban, ennek kapcsán fedezték fel az élőlények genomjának szerkesztésének egyszerű módját, amely forradalmasíthatja az orvostudományt.
Valójában csak most kezdjük megérteni, hogyan profitálhatunk a kis barátokkal való együttélésből. Ráadásul nem világos, hogy ki a Föld igazi tulajdonosa: emberek vagy mikrobák.
A mikrobiológia a legkisebb élőlények, úgynevezett mikrobák vagy mikroorganizmusok szerkezetét, élettevékenységét, életkörülményeit és fejlődését vizsgálja.
„Láthatatlanok, állandóan elkísérik az embert, akár barátként, akár ellenségként behatolnak az életébe” – mondta V. L. Omeljanszkij akadémikus. Valójában a mikrobák mindenhol megtalálhatók: a levegőben, a vízben és a talajban, az emberek és állatok testében. Hasznosak lehetnek, és számos élelmiszertermékben használják. Károsak lehetnek, megbetegedést okozhatnak az emberekben, megromolhatják az élelmiszereket stb.
A mikrobákat a holland A. Leeuwenhoek (1632-1723) fedezte fel a 17. század végén, amikor elkészítette az első lencséket, amelyek legalább 200-szoros nagyítást biztosítanak. A mikrokozmosz, amit látott, lenyűgözte; Leeuwenhoek leírta és felvázolta a mikroorganizmusokat, amelyeket különféle tárgyakon fedezett fel. Letette az alapjait az új tudomány leíró jellegének. Louis Pasteur (1822-1895) felfedezései bebizonyították, hogy a mikroorganizmusok nemcsak alakjukban és szerkezetükben különböznek egymástól, hanem létfontosságú funkcióikban is. Pasteur megállapította, hogy az élesztő alkoholos erjedést okoz, egyes mikrobák pedig fertőző betegségeket okozhatnak emberekben és állatokban. Pasteur a veszettség és lépfene elleni oltási módszer feltalálójaként vonult be a történelembe. A mikrobiológia világhírű munkatársa R. Koch (1843-1910) - ő fedezte fel a tuberkulózis és kolera kórokozóit, I. I. Mechnikova (1845-1916) - kidolgozta az immunitás fagocita elméletét, a virológia megalapítója D. I. Ivanovsky (1864-) 1920), N F. Gamaleya (1859-1940) és sok más tudós.
A mikroorganizmusok osztályozása és morfológiája
Mikrobák- Ezek a legkisebb, többnyire egysejtű élőlények, csak mikroszkóppal láthatóak. A mikroorganizmusok méretét mikrométerben - mikronban (1/1000 mm) és nanométerben - nm-ben (1/1000 mikron) mérik.
A mikrobákat a fajok hatalmas változatossága jellemzi, amelyek szerkezetükben, tulajdonságaiban és különböző környezeti feltételek között való létezési képességében különböznek egymástól. Lehetnek egysejtű, többsejtűÉs nem sejtes.
A mikrobákat baktériumokra, vírusokra és fágokra, gombákra és élesztőgombákra osztják. Külön-külön vannak baktériumfajták - rickettsia, mikoplazma, és egy speciális csoport a protozoákból (protozoákból) áll.
Baktériumok
Baktériumok- túlnyomórészt egysejtű mikroorganizmusok, amelyek mérete a tized mikrométertől, például a mikoplazmától a több mikrométerig terjed, és a spirochetákban - legfeljebb 500 mikron.
A baktériumoknak három fő formája van: gömb alakú (coccusok), pálcika alakúak (bacillusok stb.), tekercsek (vibriók, spirocheták, spirilla) (1. ábra).
Globuláris baktériumok (coccusok)Általában gömb alakúak, de lehetnek enyhén oválisak vagy bab alakúak. A coccusok egyenként is elhelyezkedhetnek (mikrokokkuszok); párban (diplococcusok); láncok (streptococcusok) vagy szőlőfürtök (staphylococcusok) formájában, csomagban (sarcinok). A streptococcusok mandulagyulladást és erysipelát, míg a staphylococcusok különféle gyulladásos és gennyes folyamatokat okozhatnak.
Rizs. 1. A baktériumok formái: 1 - mikrococcusok; 2 - streptococcusok; 3 - szardínia; 4 — spórák nélküli rudak; 5 — spórás rudak (bacilusok); 6 - vibriók; 7- spirocheták; 8 - spirilla (flacellával); staphylococcusok
Rúd alakú baktériumok a leggyakrabban. A rudak lehetnek egyesek, párban (diplobaktériumok) vagy láncban (streptobaktériumok) kapcsolódnak össze. A rúd alakú baktériumok közé tartozik az Escherichia coli, a szalmonellózis, vérhas, tífusz, tuberkulózis stb. kórokozója. Egyes pálcika alakú baktériumok képesek képződni viták. A spóraképző rudakat ún bacilusok. Orsó alakú bacilusokat neveznek clostridia.
A sporuláció összetett folyamat. A spórák jelentősen eltérnek egy közönséges baktériumsejttől. Sűrű héjuk és nagyon kis vízmennyiségük van, nem igényelnek tápanyagot, és a szaporodás teljesen leáll. A spórák hosszú ideig bírják a kiszáradást, a magas és alacsony hőmérsékletet, és több tíz, száz évig is életképes állapotban maradhatnak meg (anthrax, botulizmus, tetanusz stb. spórái). Kedvező környezetbe kerülve a spórák kicsíráznak, azaz a szokásos vegetatív szaporító formába fordulnak.
Csavart baktériumok lehet vessző formájában - vibrios, több fürttel - spirilla, vékony csavart pálcika formájában - spirochetes. A vibriók közé tartozik a kolera kórokozója, a szifilisz kórokozója pedig a spirocheta.
bakteriális sejt sejtfala (hüvelye) van, gyakran nyálka borítja. A nyálka gyakran kapszulát képez. A sejt tartalmát (citoplazmát) a sejtmembrán választja el a membrántól. A citoplazma egy átlátszó fehérjetömeg kolloid állapotban. A citoplazma riboszómákat, DNS-molekulákkal ellátott nukleáris berendezést és tartalék tápanyagok (glikogén, zsír stb.) különféle zárványait tartalmazza.
Mikoplazmák- olyan baktériumok, amelyeknek nincs sejtfaluk, és fejlődésükhöz szükségük van az élesztőben található növekedési faktorokra.
Egyes baktériumok mozoghatnak. A mozgás flagella segítségével történik - különböző hosszúságú vékony szálak, amelyek forgó mozgásokat hajtanak végre. A flagella lehet egyetlen hosszú szál vagy köteg formájában, és a baktérium teljes felületén elhelyezkedhet. Sok pálcika alakú baktérium és szinte minden görbült baktérium rendelkezik flagellákkal. A gömb alakú baktériumok általában nem rendelkeznek flagellákkal, és mozdulatlanok.
A baktériumok két részre osztva szaporodnak. Az osztódás sebessége nagyon magas lehet (15-20 percenként), a baktériumok száma gyorsan növekszik. Ez a gyors osztódás az élelmiszereken és más tápanyagban gazdag szubsztrátumokon megy végbe.
Vírusok
Vírusok- a mikroorganizmusok speciális csoportja, amelyek nem rendelkeznek sejtszerkezettel. A vírusok méretét nanométerben (8-150 nm) mérik, így csak elektronmikroszkóppal láthatóak. Egyes vírusok csak egy fehérjéből és egy nukleinsavból (DNS vagy RNS) állnak.
A vírusok olyan gyakori emberi betegségeket okoznak, mint az influenza, a vírusos hepatitis, a kanyaró, valamint az állatbetegségek - ragadós száj- és körömfájás, állati pestis és sok más.
A bakteriális vírusokat ún bakteriofágok, gombás vírusok - mikofágok stb. A bakteriofágok mindenhol megtalálhatók, ahol mikroorganizmusok találhatók. A fágok a mikrobiális sejtek pusztulását okozzák, és bizonyos fertőző betegségek kezelésére és megelőzésére használhatók.
Gomba speciális növényi szervezetek, amelyek nem tartalmaznak klorofillt és nem szintetizálnak szerves anyagokat, de kész szerves anyagokat igényelnek. Ezért a gombák különféle tápanyagokat tartalmazó szubsztrátumokon fejlődnek ki. Egyes gombák betegségeket okozhatnak növényekben (rák és burgonya késői fertőzése stb.), rovarokban, állatokban és emberekben.
A gombasejtek magok és vakuolák jelenlétében különböznek a baktériumsejtektől, és hasonlóak a növényi sejtekhez. Leggyakrabban hosszú és elágazó vagy összefonódó szálak formájában vannak - hifák. Hifákból alakult ki micélium, vagy micélium. A micélium állhat egy vagy több maggal rendelkező sejtekből, vagy nem sejtes, egy óriási többmagvú sejtet képviselve. A micéliumon termőtestek fejlődnek ki. Egyes gombák teste egyetlen sejtből állhat, micélium (élesztő stb.) képződése nélkül.
A gombák többféleképpen szaporodhatnak, ideértve a vegetatívan is a hifális osztódás eredményeként. A legtöbb gomba ivartalanul és ivarosan szaporodik, speciális szaporítósejtek képződése révén - vita. A spórák általában hosszú ideig képesek fennmaradni a külső környezetben. Az érett spórák jelentős távolságokra szállíthatók. A tápközegbe kerülve a spórák gyorsan hifákká fejlődnek.
A gombák nagy csoportját a penészgombák képviselik (2. ábra). A természetben széles körben elterjedt, élelmiszertermékeken nőhetnek, jól látható, különböző színű plakkokat képezve. Az ételromlást gyakran nyálkagombák okozzák, amelyek pelyhes fehér vagy szürke masszát alkotnak. A Rhizopus nyálkahártya gomba a zöldségek és bogyók „puha rothadását” okozza, a botrytis gomba pedig bevonja és megpuhítja az almát, körtét és bogyókat. A termékek penészedésének kórokozói a Peniillium nemzetséghez tartozó gombák lehetnek.
Bizonyos típusú gombák nemcsak az élelmiszerek megromlásához vezethetnek, hanem az emberre mérgező anyagokat – mikotoxinokat – is termelhetnek. Ide tartozik az Aspergillus nemzetség, a Fusarium nemzetség stb. bizonyos gombái.
Bizonyos típusú gombák jótékony tulajdonságait az élelmiszer- és gyógyszeriparban, valamint más iparágakban hasznosítják. Például a Peniiillium nemzetséghez tartozó gombákat a penicillin antibiotikum előállítására, a sajtok (Roquefort és Camembert) előállítására használják, az Aspergillus nemzetséghez tartozó gombákat pedig citromsav és számos enzimkészítmény előállítására.
Actinomycetes- olyan mikroorganizmusok, amelyek baktériumokra és gombákra egyaránt jellemzőek. Szerkezetében és biokémiai tulajdonságaiban az aktinomyceták hasonlóak a baktériumokhoz, szaporodási jellegüket, hifa- és micéliumképző képességüket tekintve pedig a gombákhoz.
Rizs. 2. A penészgombák típusai: 1 - peniillium; 2- aspergillus; 3 - mukor.
Élesztő
Élesztő- egysejtű, mozdulatlan mikroorganizmusok, amelyek mérete legfeljebb 10-15 mikron. Az élesztősejt alakja gyakran kerek vagy ovális, ritkábban rúd, sarló vagy citrom alakú. Az élesztősejtek szerkezetükben hasonlóak a gombákhoz, van sejtmagjuk és vakuólumuk is. Az élesztő bimbózással, hasadással vagy spórákkal szaporodik.
Az élesztők a természetben elterjedtek, megtalálhatók a talajban és a növényeken, élelmiszereken és különféle cukrot tartalmazó ipari hulladékokon. Az élesztőképződés az élelmiszerekben romláshoz vezethet, ami erjedést vagy savanyúságot okozhat. Egyes élesztőfajták képesek a cukrot etil-alkohollá és szén-dioxiddá alakítani. Ezt a folyamatot alkoholos erjesztésnek nevezik, és széles körben alkalmazzák az élelmiszer- és boriparban.
A candida élesztőgombák bizonyos típusai candidiasisnak nevezett emberi betegséget okoznak.
BAKTÉRIUMOK
az egysejtű mikroorganizmusok nagy csoportja, amelyet a membránnal körülvett sejtmag hiánya jellemez. Ugyanakkor a baktérium genetikai anyaga (dezoxiribonukleinsav vagy DNS) nagyon specifikus helyet foglal el a sejtben - egy zónát, amelyet nukleoidnak neveznek. Az ilyen sejtszerkezettel rendelkező szervezeteket prokariótáknak („prenukleáris”) nevezik, ellentétben az összes többivel - eukariótáknak („igazi nukleáris”), amelyek DNS-e a héjjal körülvett magban található. A korábban mikroszkopikus növényeknek tekintett baktériumokat ma a független Monera birodalomba sorolták be – a jelenlegi osztályozási rendszerben a növények, állatok, gombák és protisták mellett az öt egyike.
Fosszilis bizonyítékok. A baktériumok valószínűleg az élőlények legrégebbi ismert csoportja. A réteges kőszerkezetek - stromatolitok - egyes esetekben az archeozoikum (archeai) elejére keltezhetők, i.e. 3,5 milliárd éve keletkezett, - a baktériumok létfontosságú, általában fotoszintetizáló tevékenységének eredménye, az ún. kék-zöld algák. Hasonló struktúrák (karbonátokkal impregnált baktériumfilmek) ma is kialakulnak, főleg Ausztrália partjainál, a Bahamáknál, a Kaliforniai- és a Perzsa-öbölben, de ezek viszonylag ritkák és nem érnek el nagy méretet, mert a növényevő szervezetek, például a haslábúak. , táplálkozik belőlük. Napjainkban a stromatolitok főleg ott nőnek, ahol a víz magas sótartalma vagy egyéb okok miatt hiányoznak ezek az állatok, de a növényevő formák megjelenése előtt az evolúció során hatalmas méreteket értek el, amelyek a modern óceáni sekély víz lényeges elemét alkották. korallzátonyok. Néhány ősi kőzetben apró, elszenesedett gömböket találtak, amelyekről úgy vélik, hogy szintén baktériumok maradványai. Az első nukleárisok, i.e. eukarióta, a sejtek körülbelül 1,4 milliárd évvel ezelőtt baktériumokból fejlődtek ki.
Ökológia. A talajban, a tavak és óceánok fenekén – mindenütt, ahol a szerves anyagok felhalmozódnak – bőségesen előfordulnak baktériumok. Hidegben élnek, amikor a hőmérő éppen nulla felett van, és forró savas forrásokban, ahol a hőmérséklet meghaladja a 90 °C-ot. Egyes baktériumok nagyon magas sótartalmat tolerálnak; különösen ők az egyetlen élőlények a Holt-tengerben. A légkörben vízcseppekben vannak jelen, és ottani mennyiségük általában a levegő porosodásával korrelál. Így a városokban az esővíz sokkal több baktériumot tartalmaz, mint a vidéki területeken. A magashegységek és sarkvidékek hideg levegőjében kevés van belőlük, azonban még a sztratoszféra alsó rétegében is megtalálhatók 8 km-es magasságban. Az állatok emésztőrendszere sűrűn lakott baktériumokkal (általában ártalmatlan). Kísérletek kimutatták, hogy a legtöbb faj életéhez nem szükségesek, bár bizonyos vitaminokat képesek szintetizálni. A kérődzőknél (tehén, antilop, birka) és sok termesznél azonban részt vesznek a növényi táplálék emésztésében. Ezenkívül a steril körülmények között nevelt állatok immunrendszere nem fejlődik normálisan a bakteriális stimuláció hiánya miatt. A belek normál baktériumflórája az oda bejutó káros mikroorganizmusok visszaszorításában is fontos.
A BAKTÉRIUMOK FELÉPÍTÉSE ÉS ÉLETTEvékenysége
A baktériumok sokkal kisebbek, mint a többsejtű növények és állatok sejtjei. Vastagságuk általában 0,5-2,0 mikron, hosszuk 1,0-8,0 mikron. Egyes formák a szabványos fénymikroszkópok felbontásán (kb. 0,3 mikron) alig láthatók, de ismertek olyan fajok is, amelyek hossza meghaladja a 10 mikrométert és a szélessége is meghaladja a megadott határokat, és számos nagyon vékony baktérium is képes. hossza meghaladja az 50 mikront. A ceruzával jelölt pontnak megfelelő felületen ennek a királyságnak negyedmillió közepes méretű képviselője fér el.
Szerkezet. Morfológiai jellemzőik alapján a következő baktériumcsoportokat különböztetjük meg: coccusok (többé-kevésbé gömb alakúak), bacillusok (lekerekített végű rudak vagy hengerek), spirilla (merev spirálok) és spirocheták (vékony és hajlékony szőrszerű formák). Egyes szerzők hajlamosak az utolsó két csoportot egy spirillává egyesíteni. A prokarióták főként abban különböznek az eukariótáktól, hogy nincs kialakult sejtmag, és jellemzően csak egy kromoszóma van jelen – egy nagyon hosszú, kör alakú DNS-molekula, amely egy ponton kapcsolódik a sejtmembránhoz. A prokariótáknak nincsenek membránnal körülvett intracelluláris szervei, úgynevezett mitokondriumok és kloroplasztiszok. Az eukariótákban a mitokondriumok energiát termelnek a légzés során, a fotoszintézis pedig a kloroplasztiszokban megy végbe (lásd még: SEJT). A prokariótákban a teljes sejt (és elsősorban a sejtmembrán) mitokondrium, fotoszintetikus formákban pedig kloroplasztisz funkciót is átvesz. Az eukariótákhoz hasonlóan a baktériumok belsejében is vannak kis nukleoprotein struktúrák - riboszómák, amelyek szükségesek a fehérjeszintézishez, de nem kapcsolódnak semmilyen membránhoz. Nagyon kevés kivételtől eltekintve a baktériumok nem képesek szintetizálni a szterolokat, az eukarióta sejtmembránok fontos összetevőit. A sejtmembránon kívül a baktériumok többségét sejtfal borítja, amely némileg a növényi sejtek cellulózfalára emlékeztet, de más polimerekből áll (nem csak szénhidrátokat, hanem aminosavakat és baktériumspecifikus anyagokat is tartalmaznak). Ez a membrán megakadályozza, hogy a baktériumsejt szétrepedjen, amikor az ozmózison keresztül víz kerül beléjük. A sejtfal tetején gyakran egy védő nyálkahártya-kapszula található. Sok baktérium flagellával van felszerelve, amellyel aktívan úszik. A bakteriális flagellák felépítése egyszerűbb és némileg eltér az eukarióták hasonló szerkezetétől.
"TIPIKUS" BAKTERIÁLIS SEJTés alapvető szerkezetei.
Érzékszervi funkciók és viselkedés. Sok baktériumnak vannak olyan kémiai receptorai, amelyek érzékelik a környezet savasságának változását és a különféle anyagok, például cukrok, aminosavak, oxigén és szén-dioxid koncentrációjának változásait. Minden anyagnak megvannak a saját típusú ilyen „íz” receptorai, és ezek egyikének mutáció következtében bekövetkező elvesztése részleges „ízlési vaksághoz” vezet. Számos mozgékony baktérium reagál a hőmérséklet-ingadozásokra is, a fotoszintetikus fajok pedig a fényintenzitás változásaira. Egyes baktériumok érzékelik a mágneses erővonalak irányát, beleértve a Föld mágneses terét is, a sejtjeikben lévő magnetit (mágneses vasérc - Fe3O4) részecskéinek segítségével. A vízben a baktériumok ezt a képességüket arra használják, hogy az erővonalak mentén úszva kedvező környezetet keressenek. A baktériumok kondicionált reflexei nem ismertek, de van egy bizonyos fajta primitív memóriájuk. Úszás közben összehasonlítják az inger észlelt intenzitását a korábbi értékével, azaz. megállapítani, hogy nagyobb vagy kisebb lett, és ennek alapján tartsa meg a mozgás irányát, vagy változtassa meg.
Szaporodás és genetika. A baktériumok ivartalanul szaporodnak: a sejtjükben lévő DNS replikálódik (megkettőződik), a sejt kettéosztódik, és minden leánysejt megkapja a szülő DNS egy példányát. A bakteriális DNS is átvihető nem osztódó sejtek között. Ugyanakkor fúziójuk (mint az eukariótáknál) nem következik be, az egyedszám nem növekszik, és általában a genomnak csak egy kis része (a gének teljes készlete) kerül át egy másik sejtbe, ellentétben a „igazi” szexuális folyamat, amelyben a leszármazottak egy teljes génkészletet kapnak minden szülőtől. Ez a DNS-átvitel háromféleképpen történhet. Az átalakulás során a baktérium „csupasz” DNS-t szív fel a környezetből, amely más baktériumok pusztulása során került oda, vagy szándékosan „elcsúszott” a kísérletező által. A folyamatot transzformációnak nevezik, mert a vizsgálat kezdeti szakaszában a fő figyelem az ártalmatlan élőlények virulenssé történő átalakulására (transzformációjára) irányult. A DNS-fragmenseket speciális vírusok – bakteriofágok – is átvihetik a baktériumokból a baktériumokba. Ezt transzdukciónak hívják. Ismert egy, a megtermékenyítésre emlékeztető, konjugációnak nevezett folyamat is: a baktériumok átmeneti tubuláris projekciókkal (kopulációs fimbriák) kapcsolódnak egymáshoz, amelyeken keresztül a DNS a „férfi” sejtből a „nősténybe” kerül. Néha a baktériumok nagyon kicsi további kromoszómákat - plazmidokat - tartalmaznak, amelyek egyedről egyedre is átvihetők. Ha a plazmidok olyan géneket tartalmaznak, amelyek antibiotikumokkal szembeni rezisztenciát okoznak, akkor fertőző rezisztenciáról beszélnek. Orvosi szempontból azért fontos, mert különböző fajok, sőt baktériumnemzetségek között is elterjedhet, aminek következtében mondjuk a belek teljes baktériumflórája ellenállóvá válik bizonyos gyógyszerek hatására.
ANYAGCSERE
Részben a baktériumok kis méretének köszönhetően metabolikus sebességük sokkal gyorsabb, mint az eukariótáké. A legkedvezőbb körülmények között egyes baktériumok körülbelül 20 percenként megduplázhatják össztömegüket és számukat. Ez azzal magyarázható, hogy számos legfontosabb enzimrendszerük nagyon nagy sebességgel működik. Így a nyúlnak néhány percre van szüksége egy fehérjemolekula szintetizálásához, míg a baktériumoknak másodpercekbe telik. Természetes környezetben, például talajban azonban a legtöbb baktérium „éhgyomorra tart”, így ha sejtjei osztódnak, akkor nem 20 percenként, hanem néhány naponta egyszer.
Táplálás. A baktériumok autotrófok és heterotrófok. Az autotrófoknak („öntápláló”) nincs szükségük más szervezetek által termelt anyagokra. A szén-dioxidot (CO2) használják fő vagy egyetlen szénforrásként. A CO2 és más szervetlen anyagok, különösen az ammónia (NH3), a nitrátok (NO-3) és a különféle kénvegyületek összetett kémiai reakciókba történő beépítésével az összes szükséges biokémiai terméket szintetizálják. A heterotrófok („másokból táplálkoznak”) más szervezetek által szintetizált szerves (széntartalmú) anyagokat, különösen cukrokat használnak fő szénforrásként (egyes fajoknak CO2-ra is szükségük van). Oxidálva ezek a vegyületek energiát és molekulákat szolgáltatnak a sejtek növekedéséhez és működéséhez. Ebben az értelemben a heterotróf baktériumok, amelyek a prokarióták túlnyomó többségét tartalmazzák, hasonlóak az emberhez.
Fő energiaforrások. Ha elsősorban fényenergiát (fotonokat) használnak fel a sejtösszetevők képződésére (szintézisére), akkor a folyamatot fotoszintézisnek, az erre képes fajokat pedig fototrófoknak nevezzük. A fototróf baktériumokat fotoheterotrófokra és fotoautotrófokra osztják, attól függően, hogy mely vegyületek – szerves vagy szervetlenek – szolgálják fő szénforrásukat. A fotoautotróf cianobaktériumok (kék-zöld algák) a zöld növényekhez hasonlóan fényenergia felhasználásával bontják le a vízmolekulákat (H2O). Ez felszabadítja a szabad oxigént (1/2O2) és hidrogént (2H+) termel, amelyről elmondható, hogy a szén-dioxidot (CO2) szénhidráttá alakítja. A zöld és lila kénbaktériumok a víz helyett fényenergiát használnak más szervetlen molekulák, például a hidrogén-szulfid (H2S) lebontására. Az eredmény hidrogént is termel, ami csökkenti a szén-dioxidot, de oxigén nem szabadul fel. Ezt a típusú fotoszintézist anoxigénnek nevezik. A fotoheterotróf baktériumok, például a bíbor nem kénbaktériumok fényenergiával hidrogént állítanak elő szerves anyagokból, különösen izopropanolból, de forrásuk lehet H2 gáz is. Ha a sejtben a fő energiaforrás a vegyi anyagok oxidációja, a baktériumokat kemoheterotrófoknak vagy kemoautotrófoknak nevezik, attól függően, hogy a molekulák a fő szénforrásként szolgálnak - szerves vagy szervetlen. Az előbbiek számára a szerves anyag energiát és szenet is biztosít. A kemoautotrófok szervetlen anyagok, például hidrogén (vízzé: 2H4 + O2 2H2O-ban), vas (Fe2+ Fe3+-ban) vagy kén (2S + 3O2 + 2H2O 2SO42- + 4H+-ban) és szén a CO2-ból nyernek energiát. Ezeket az organizmusokat kemolitotrófoknak is nevezik, ezzel is hangsúlyozva, hogy kőzetekből „táplálnak”.
Lehelet. A sejtlégzés az a folyamat, amely során az „élelmiszer” molekulákban tárolt kémiai energia felszabadul, hogy azt a létfontosságú reakciókban felhasználhassák. A légzés lehet aerob és anaerob. Az első esetben oxigénre van szükség. A munkájához szükséges az ún. elektronszállító rendszer: az elektronok egyik molekulából a másikba mozognak (energia szabadul fel), és végül a hidrogénionokkal együtt oxigénnel csatlakoznak - víz képződik. Az anaerob szervezeteknek nincs szükségük oxigénre, sőt ebbe a csoportba tartozó fajok számára még mérgező is. A légzés során felszabaduló elektronok más szervetlen akceptorokhoz, például nitráthoz, szulfáthoz vagy karbonáthoz kötődnek, vagy (az ilyen légzés egyik formája - fermentáció) egy meghatározott szerves molekulához, különösen a glükózhoz. Lásd még ANYAGCSERE.
OSZTÁLYOZÁS
A legtöbb organizmusban egy fajt egyedek szaporodási szempontból elszigetelt csoportjának tekintenek. Tágabb értelemben ez azt jelenti, hogy egy adott faj képviselői csak saját fajtájukkal párosodva tudnak termékeny utódokat létrehozni, más fajok egyedeivel nem. Így egy adott faj génjei általában nem nyúlnak túl a határain. A baktériumokban azonban nemcsak a különböző fajok, hanem a különböző nemzetségek egyedei között is létrejöhet géncsere, így nem teljesen világos, hogy itt jogos-e az evolúciós eredet és rokonság szokásos fogalmait alkalmazni. Emiatt és más nehézségek miatt a baktériumoknak még nincs általánosan elfogadott osztályozása. Az alábbiakban az egyik széles körben használt változat látható.
MONERA KIRÁLYSÁG
Phylum Gracilicutes (vékony falú gram-negatív baktériumok)
Scotobacteria osztály (nem fotoszintetikus formák, például myxobaktériumok) Anoxyphotobacteria osztály (oxigént nem termelő fotoszintetikus formák, például lila kénbaktériumok) Oxyphotobacteria osztály (oxigéntermelő fotoszintetikus formák, például cianobaktériumok)
Phylum Firmicutes (vastag falú gram-pozitív baktériumok)
Firmibaktériumok osztálya (kemény sejtű formák, például clostridiumok)
A tallobaktériumok osztálya (elágazó formák, például aktinomyceták)
Phylum Tenericutes (Gram-negatív baktériumok sejtfal nélkül)
Mollicutes osztály (lágy sejtes formák, például mikoplazmák)
Phylum Mendosicutes (hibás sejtfalú baktériumok)
Archaebacteria osztály (ősi formák, pl. metánképzők)
Domains. A közelmúltban végzett biokémiai vizsgálatok kimutatták, hogy minden prokarióta egyértelműen két kategóriába sorolható: az archaebaktériumok egy kis csoportjára (Archaebacteria - "ősi baktériumok") és az összes többire, az úgynevezett eubaktériumokra (Eubacteria - "igazi baktériumok"). Úgy gondolják, hogy az archaebaktériumok az eubaktériumokhoz képest primitívebbek, és közelebb állnak a prokarióták és eukarióták közös őséhez. Számos jelentős tulajdonságban különböznek a többi baktériumtól, többek között a fehérjeszintézisben részt vevő riboszómális RNS (rRNS) molekulák összetételében, a lipidek (zsírszerű anyagok) kémiai szerkezetében, valamint abban, hogy a sejtfalban a sejtfalban más anyagok jelenléte nem. fehérje-szénhidrát polimer murein. A fenti besorolási rendszerben az archaebaktériumokat csak az egyik típusnak tekintik ugyanannak a királyságnak, amely az összes eubaktériumot egyesíti. Egyes biológusok szerint azonban az archaebaktériumok és az eubaktériumok közötti különbségek olyan mélyek, hogy helyesebb a Monerán belüli archaebaktériumokat egy speciális albirodalomnak tekinteni. A közelmúltban egy még radikálisabb javaslat jelent meg. A molekuláris analízis olyan jelentős különbségeket tárt fel a génszerkezetben a prokarióták két csoportja között, hogy egyesek logikátlannak tartják jelenlétüket az élőlények ugyanazon birodalmában. Ebben a tekintetben azt javasolják, hogy hozzanak létre egy még magasabb rangú taxonómiai kategóriát (taxont), amelyet tartománynak neveznek, és az összes élőlényt három tartományra osztják: Eukarióták (eukarióták), Archaea (archaebacteriumok) és Baktériumok (jelenlegi eubaktériumok). .
ÖKOLÓGIA
A baktériumok két legfontosabb ökológiai funkciója a nitrogénmegkötés és a szerves maradványok mineralizációja.
Nitrogén rögzítés. A molekuláris nitrogén (N2) ammóniává (NH3) történő megkötését nitrogénkötésnek, az utóbbi nitritté (NO-2) és nitráttá (NO-3) történő oxidációját nitrifikációnak nevezzük. Ezek létfontosságú folyamatok a bioszféra számára, hiszen a növényeknek nitrogénre van szükségük, de csak a kötött formáit tudják felvenni. Jelenleg az ilyen „rögzített” nitrogén éves mennyiségének körülbelül 90%-át (kb. 90 millió tonnát) a baktériumok adják. A többit vegyi üzemek állítják elő, vagy villámcsapáskor fordul elő. Nitrogén a levegőben, ami kb. A légkör 80%-át főként a Gram-negatív Rhizobium nemzetség és a cianobaktériumok kötik meg. A Rhizobium fajok körülbelül 14 000 hüvelyes növényfajjal (Leguminosae család) lépnek szimbiózisba, köztük például a lóhere, a lucerna, a szója és a borsó. Ezek a baktériumok az ún. csomók - jelenlétükben a gyökereken kialakuló duzzanat. A baktériumok szerves anyagokat (tápanyagot) nyernek a növényből, és cserébe fix nitrogénnel látják el a gazdát. Egy év leforgása alatt hektáronként akár 225 kg nitrogént is rögzítenek így. A nem hüvelyes növények, mint például az éger, szintén szimbiózisba lépnek más nitrogénmegkötő baktériumokkal. A cianobaktériumok a zöld növényekhez hasonlóan fotoszintetizálnak, oxigént szabadítanak fel. Sokan közülük képesek a légköri nitrogén megkötésére is, amelyet aztán a növények, végső soron az állatok fogyasztanak el. Ezek a prokarióták fontos fix nitrogénforrásként szolgálnak a talajban általában, és különösen a keleti rizsföldeken, valamint fő beszállítói az óceáni ökoszisztémáknak.
Mineralizáció.Így nevezik a szerves maradványok szén-dioxiddá (CO2), vízzé (H2O) és ásványi sókká bomlását. Kémiai szempontból ez a folyamat egyenértékű az égéssel, tehát nagy mennyiségű oxigént igényel. A talaj felső rétege 100 000-1 milliárd baktériumot tartalmaz 1 grammonként, azaz. körülbelül 2 tonna hektáronként. Jellemzően minden szerves maradékot a talajba kerülve gyorsan oxidálnak a baktériumok és gombák. A bomlásnak ellenállóbb a barnás színű szerves anyag, a huminsav, amely főleg a fában lévő ligninből képződik. Felhalmozódik a talajban és javítja annak tulajdonságait.
BAKTÉRIUMOK ÉS IPAR
Tekintettel a baktériumok által katalizált kémiai reakciók sokféleségére, nem meglepő, hogy széles körben alkalmazzák a gyártásban, bizonyos esetekben az ősidők óta. A prokarióták az ilyen mikroszkopikus emberi asszisztensek dicsőségében osztoznak a gombákkal, elsősorban az élesztővel, amelyek biztosítják az alkoholos erjesztési folyamatok többségét, például a bor- és sörgyártás során. Most, hogy lehetővé vált hasznos gének bejuttatása a baktériumokba, amelyek révén értékes anyagokat, például inzulint szintetizálnak, ezen élő laboratóriumok ipari alkalmazása új, erőteljes ösztönzést kapott. Lásd még GÉNÉSZET.
Élelmiszeripar. Jelenleg ez az iparág a baktériumokat elsősorban sajtok, egyéb erjesztett tejtermékek és ecet előállításához használja fel. A fő kémiai reakciók itt a savak képződése. Így az ecet előállítása során az Acetobacter nemzetséghez tartozó baktériumok az almaborban vagy más folyadékokban lévő etil-alkoholt ecetsavvá oxidálják. Hasonló folyamatok mennek végbe, amikor a káposzta savanyú káposzta: az anaerob baktériumok a növény leveleiben található cukrokat tejsavvá, valamint ecetsavvá és különféle alkoholokká erjesztik.
Érckimosás. A baktériumokat a gyenge minőségű ércek kilúgozására használják, pl. értékes fémek, elsősorban réz (Cu) és urán (U) sóinak oldatává alakítva őket. Ilyen például a kalkopirit vagy rézpirit (CuFeS2) feldolgozása. Ennek az ércnek a halmait rendszeresen öntözik vízzel, amely a Thiobacillus nemzetséghez tartozó kemolitotróf baktériumokat tartalmazza. Élettevékenységük során a ként (S) oxidálják, oldható réz- és vas-szulfátokat képezve: CuSO4 + FeSO4-ben CuFeS2 + 4O2. Az ilyen technológiák nagyban leegyszerűsítik az értékes fémek ércekből való kinyerését; elvileg egyenértékűek a természetben a kőzetek mállása során fellépő folyamatokkal.
Újrafeldolgozás. A baktériumok arra is szolgálnak, hogy a hulladékanyagokat, például a szennyvizet kevésbé veszélyes vagy akár hasznos termékekké alakítsák. A szennyvíz a modern emberiség egyik legégetőbb problémája. Teljes mineralizációjukhoz óriási mennyiségű oxigénre van szükség, és a közönséges tározókban, ahová ezt a hulladékot szokás lerakni, már nincs elég oxigén a „semlegesítéséhez”. A megoldás a szennyvíz speciális medencékben (levegőztető tartályokban) történő további levegőztetésében rejlik: ennek eredményeként a mineralizálódó baktériumok elegendő oxigénnel rendelkeznek a szerves anyagok teljes lebontásához, és a legkedvezőbb esetekben az ivóvíz válik a folyamat egyik végtermékévé. Az útközben visszamaradt oldhatatlan üledék anaerob fermentációnak vethető alá. Ahhoz, hogy az ilyen víztisztító telepek a lehető legkevesebb helyet és pénzt foglalják el, jó bakteriológiai ismeretekre van szükség.
Egyéb felhasználások. A baktériumok ipari alkalmazásának további fontos területei közé tartozik például a lenlebeny, azaz a lenlebeny. fonódó rostjainak elválasztása a növény többi részétől, valamint antibiotikumok, különösen sztreptomicin (a Streptomyces nemzetségbe tartozó baktériumok) előállítása.
KÜZDELEM A BAKTÉRIUMOKKAL AZ IPARBAN
A baktériumok nemcsak hasznosak; A tömeges szaporodásuk elleni küzdelem, például az élelmiszerekben vagy a cellulóz- és papírgyárak vízrendszerében, egész tevékenységi területté vált. Az étel megromlik a baktériumok, gombák és saját enzimjei hatására, amelyek autolízist ("önemésztést") okoznak, kivéve, ha hő hatására vagy más módon inaktiválják őket. Mivel a baktériumok a romlás fő okai, a hatékony élelmiszertároló rendszerek kifejlesztéséhez ismerni kell ezen mikroorganizmusok toleranciahatárait. Az egyik legelterjedtebb technológia a tej pasztőrözése, amely elpusztítja például a tuberkulózist és a brucellózist okozó baktériumokat. A tejet 61-63°C-on 30 percig, vagy 72-73°C-on csak 15 másodpercig tartják. Ez nem rontja a termék ízét, de inaktiválja a kórokozó baktériumokat. A bor, a sör és a gyümölcslevek is pasztőrözhetők. Az élelmiszerek hidegben való tárolásának előnyei régóta ismertek. Az alacsony hőmérséklet nem pusztítja el a baktériumokat, de megakadályozza növekedésüket és szaporodásukat. Igaz, ha például -25 °C-ra fagyasztják, a baktériumok száma néhány hónap múlva csökken, de ezeknek a mikroorganizmusoknak nagy része továbbra is életben marad. Valamivel nulla alatti hőmérsékleten a baktériumok tovább szaporodnak, de nagyon lassan. Életképes tenyészeteiket liofilizálás (fagyasztva szárítás) után szinte korlátlan ideig tárolhatjuk fehérjetartalmú tápközegben, például vérszérumban. Egyéb ismert élelmiszerek tárolási módszerei közé tartozik a szárítás (szárítás és füstölés), nagy mennyiségű só vagy cukor hozzáadása, ami fiziológiailag egyenértékű a dehidratációval, valamint a pácolás, azaz tömény savas oldatba tesszük. Ha a környezet savassága 4-es és az alatti pH-értéknek felel meg, a baktériumok létfontosságú tevékenysége általában nagymértékben gátolt vagy leáll.
BAKTÉRIUMOK ÉS BETEGSÉGEK
BAKTÉRIUMOK TANULMÁNYA
Sok baktérium könnyen szaporodik az ún. táptalaj, amely tartalmazhat húslevest, részben emésztett fehérjét, sókat, dextrózt, teljes vért, annak szérumát és egyéb összetevőit. A baktériumok koncentrációja ilyen körülmények között általában eléri a köbcentiméterenként körülbelül egymilliárdot, ami miatt a környezet zavarossá válik. A baktériumok tanulmányozásához meg kell tudni nyerni tiszta tenyészeteiket vagy klónjaikat, amelyek egyetlen sejt utódai. Ez szükséges például annak megállapításához, hogy milyen típusú baktérium fertőzte meg a beteget, és milyen antibiotikumra érzékeny ez a típus. A mikrobiológiai mintákat, például a torok- vagy sebtamponokat, vérmintákat, vízmintákat vagy egyéb anyagokat erősen hígítjuk, és félszilárd táptalaj felületére visszük fel, ahol az egyes sejtekből kerek telepek fejlődnek ki. A táptalaj keményítőszere általában az agar, bizonyos hínárokból nyert poliszacharid, amelyet szinte bármilyen típusú baktérium nem emészt. Az agar táptalajt „rajok”, azaz „rajok” formájában használják. az olvadt táptalaj megszilárdulásakor nagy szögben álló kémcsövekben kialakuló ferde felületek, vagy vékony rétegek formájában üveg Petri-csészékben - lapos kerek edények, azonos alakú, de kissé nagyobb átmérőjű fedéllel zárva. Általában egy napon belül a baktériumsejtnek sikerül annyira elszaporodnia, hogy szabad szemmel is jól látható telepet képez. Átvihető egy másik környezetbe további tanulmányozás céljából. Minden táptalajnak sterilnek kell lennie a baktériumok szaporításának megkezdése előtt, és a jövőben intézkedéseket kell tenni a nem kívánt mikroorganizmusok megtelepedésének megakadályozására. Az így szaporodó baktériumok vizsgálatához egy vékony dróthurkot melegítsen lángban, érintse először egy telephez vagy kenethez, majd egy tárgylemezre felvitt vízcsepphez. A felvett anyagot ebben a vízben egyenletesen eloszlatva az üveget megszárítják, és gyorsan kétszer-háromszor átengedik az égő lángján (a baktériumok oldala legyen felfelé): ennek eredményeként a mikroorganizmusok károsodás nélkül szilárdan megmaradnak. az aljzathoz rögzítve. A készítmény felületére festéket csepegtetünk, majd az üveget vízben mossuk és ismét szárítjuk. Most már mikroszkóp alatt is megvizsgálhatja a mintát. A tiszta baktériumkultúrákat főként biokémiai jellemzőik alapján azonosítják, pl. meghatározzák, hogy bizonyos cukrokból gázt vagy savakat képeznek-e, képesek-e megemészteni a fehérjét (folyékony zselatint), szükségük van-e oxigénre a növekedéshez stb. Azt is ellenőrzik, hogy nem festettek-e speciális festékekkel. Bizonyos gyógyszerekkel, például antibiotikumokkal szembeni érzékenység úgy határozható meg, hogy ezekkel az anyagokkal átitatott kis szűrőpapírkorongokat helyezünk a baktériumokkal fertőzött felületre. Ha bármely kémiai vegyület elpusztítja a baktériumokat, akkor a megfelelő korong körül baktériummentes zóna képződik.
Collier enciklopédiája. - Nyílt társadalom. 2000 .
A mikroorganizmusok (mikrobák) 0,1 mm-nél kisebb méretű egysejtűek, amelyek szabad szemmel nem láthatók. Ide tartoznak a baktériumok, mikroalgák, néhány alsóbbrendű fonalas gomba, élesztő és protozoa (1. ábra). A mikrobiológia tanulmányozza őket.
Rizs. 1. Mikrobiológiai objektumok.
ábrán. 2. Az egysejtű protozoák néhány képviselője látható. Néha ennek a tudománynak a tárgyai közé tartoznak a Föld legprimitívebb szervezetei - olyan vírusok, amelyek nem rendelkeznek sejtszerkezettel, és nukleinsavak (genetikai anyag) és fehérje komplexei. Gyakrabban elkülönítik őket egy teljesen külön kutatási területre (Virológia), mivel a mikrobiológia inkább a mikroszkopikus egysejtű szervezetek tanulmányozására irányul.
Rizs. 2. Az egysejtű eukarióták (protozoák) egyes képviselői.
Az algák és gombák vizsgálatával foglalkozó algológia és mikológia tudományok külön tudományágak, amelyek átfedésben vannak a mikrobiológiával a mikroszkopikus élő objektumok vizsgálatában. A bakteriológia a mikrobiológia igazi ága. Ez a tudomány kizárólag a prokarióta mikroorganizmusok vizsgálatával foglalkozik (3. ábra).
Rizs. 3. Prokarióta sejt vázlata.
Az eukariótáktól eltérően, amelyek magukban foglalják az összes többsejtű szervezetet, valamint a protozoonokat, mikroszkopikus algákat és gombákat, a prokariótáknak nincs kialakult magja, amely genetikai anyagot és valódi organellumokat (a sejt állandó speciális struktúráit) tartalmazna.
A prokarióták közé tartoznak a valódi baktériumok és archaeák, amelyeket a modern besorolás szerint doméneknek (szuperkirályságoknak) neveznek Archaea és Eubacteria (4. ábra).
Rizs. 4. A modern biológiai osztályozás területei.
A baktériumok szerkezeti jellemzői
A baktériumok fontos láncszemei a természetben előforduló anyagok körforgásában, lebontják a növényi és állati maradványokat, megtisztítják a szerves anyagokkal szennyezett víztesteket, módosítják a szervetlen vegyületeket. Nélkülük nem létezhetne élet a földön. Ezek a mikroorganizmusok mindenhol elterjedtek, talajban, vízben, levegőben, állati és növényi szervezetekben.
A baktériumok a következő morfológiai jellemzőkben különböznek egymástól:
- Sejtforma (kerek, rúd alakú, fonalas, tekercses, spirális, valamint különféle átmeneti lehetőségek és csillag alakú konfiguráció).
- Mozgást segítő eszközök jelenléte (mozgásképtelen, lobogó, nyálkakiválasztás miatt).
- A sejtek egymás közötti artikulációja (izolált, párok, granulátumok, elágazó formák formájában összekapcsolva).
A gömbölyű baktériumok (coccusok) által alkotott struktúrák között vannak olyan sejtek, amelyek az osztódás után párban állnak, majd egyes képződményekre bomlanak (mikrokokkuszok), vagy folyamatosan együtt maradnak (diplococcusok). A négy sejtből álló négyzetes szerkezetet a tetracoccusok, a láncot a streptococcusok, a 8-64 egységből álló granulátumot a sarcina, a klasztereket a staphylococcusok alkotják.
A pálcika alakú baktériumok változatos alakban jelennek meg a sejt hossza (0,1-15 µm) és vastagsága (0,1-2 µm) nagy eltérése miatt. Ez utóbbi alakja attól is függ, hogy a baktériumok képesek-e spórákat képezni - olyan vastag héjú szerkezeteket, amelyek lehetővé teszik a mikroorganizmusok számára, hogy túléljék a kedvezőtlen körülményeket. Az ezzel a képességgel rendelkező sejteket bacilusoknak, az ilyen tulajdonságokkal nem rendelkező sejteket pedig egyszerűen pálcika alakú baktériumoknak nevezzük.
A pálcika alakú baktériumok speciális módosulatai a fonalas (megnyúlt) formák, láncok és elágazó szerkezetek. Ez utóbbit az aktinomicéták képezik egy bizonyos fejlődési szakaszban. Az „ívelt” rudakat hullámos baktériumoknak nevezik, amelyek között vibriókat izolálnak; két ívű spirilla (15-20 µm); hullámos vonalakra emlékeztető spirocheták. Sejthosszuk 1-3, 15-20 és 20-30 µm. ábrán. Az 5. és 6. ábra a baktériumok főbb morfológiai formáit, valamint a sejtben a spórák elrendezésének típusait mutatja be.
Rizs. 5. A baktériumok alapformái.
Rizs. 6. Baktériumok a sejtben a spórák elhelyezkedésének típusa szerint. 1, 4 – középen; 2, 3, 5 – véghely; 6 – oldalról.
A baktériumok fő sejtszerkezetei: nukleoid (genetikai anyag), fehérjeszintézisre szánt riboszómák, citoplazmatikus membrán (a sejtmembrán része), amely sok képviselőben felülről is védett, kapszula és nyálkahártya (7. ábra).
Rizs. 7. Egy baktériumsejt vázlata.
A baktériumok osztályozása szerint több mint 20 típus létezik. Például rendkívül termofil (magas hőmérsékletet kedvelők) Aquificae, anaerob pálca alakú baktériumok Bacteroidetes. A legdominánsabb törzs azonban, amely változatos képviselőket tartalmaz, az Actinobacteria. Ide tartoznak a bifidobaktériumok, a laktobacillusok és az aktinomicéták. Ez utóbbi egyedisége abban rejlik, hogy egy bizonyos fejlődési szakaszban micéliumot képez.
A köznyelvben ezt micéliumnak hívják. Valójában az aktinomyceták elágazó sejtjei gombahifákra hasonlítanak. Ennek ellenére az aktinomicétákat a baktériumok közé sorolják, mivel prokarióták. Természetesen sejtjeik szerkezetükben kevésbé hasonlítanak a gombákhoz.
Az Actinomycetes (8. ábra) lassan növekvő baktériumok, ezért nem képesek versenyezni a könnyen hozzáférhető szubsztrátumokért. Képesek lebontani olyan anyagokat, amelyeket más mikroorganizmusok nem tudnak szénforrásként felhasználni, különösen a kőolaj-szénhidrogéneket. Ezért az aktinomicétákat intenzíven tanulmányozzák a biotechnológia területén.
Egyes képviselők az olajmezők területére koncentrálnak, és speciális bakteriális szűrőt hoznak létre, amely megakadályozza a szénhidrogének behatolását a légkörbe. Az aktinomyceták gyakorlatilag értékes vegyületek aktív termelői: vitaminok, zsírsavak, antibiotikumok.
Rizs. 8. Reprezentatív aktinomyceta Nocardia.
Gombák a mikrobiológiában
A mikrobiológia tárgya csak az alsóbbrendű penészgombák (különösen a rhizopus, mucor). Mint minden gomba, nem képes önmagukban anyagokat szintetizálni, és tápközeget igényel. Ennek a királyságnak az alsóbb képviselőinek micéliuma primitív, nincs válaszfalakkal osztva. A mikrobiológiai kutatásban egy speciális rést foglal el az élesztő (9. ábra), amelyet a micélium hiánya jellemez.
Rizs. 9. Élesztőtenyészetek telepformái táptalajon.
Jelenleg sok ismeretet gyűjtöttek össze jótékony tulajdonságaikról. Az élesztőt azonban továbbra is tanulmányozzák gyakorlatilag értékes szerves vegyületek szintézisére való képessége miatt, és aktívan használják modellszervezetként a genetikai kísérletekben. Az ókor óta az élesztőt az erjesztési folyamatokban használták. Az anyagcsere a különböző képviselők között eltérő. Ezért egyes élesztők alkalmasabbak egy adott folyamatra, mint mások.
Például a Saccharomyces beticust, amely jobban ellenáll a magas alkoholkoncentrációnak, erős borok készítésére használják (akár 24%). Míg a S. cerevisiae élesztő kisebb koncentrációjú etanolt képes előállítani. Felhasználási területük szerint az élesztőket takarmányozásra, pékekre, sörfőzdékre, szeszes italokra és borokra osztják.
Patogén mikroorganizmusok
Betegséget okozó vagy kórokozó mikroorganizmusok mindenhol megtalálhatók. A jól ismert vírusok: influenza, hepatitis, kanyaró, HIV stb. mellett veszélyes mikroorganizmusok a rickettsia, valamint a streptococcusok és a staphylococcusok, amelyek vérmérgezést okoznak. A pálcika alakú baktériumok között számos kórokozó található. Például diftéria, tuberkulózis, tífusz (10. ábra). Az emberre veszélyes mikroorganizmusok számos képviselője megtalálható a protozoonok között, különösen a maláriás plazmódium, a toxoplazma, a leishmania, a lamblia, a trichomonas és a patogén amőbák.
Rizs. 10. Fénykép a lépfenét okozó Bacillus anthracis baktériumról.
Sok aktinomyceta nem veszélyes emberre és állatra. A tuberkulózist és leprát okozó mikobaktériumok között azonban számos patogén képviselő található. Egyes aktinomicéták olyan betegséget indítanak el, mint például az aktinomikózis, amelyet granulomák képződése és néha a testhőmérséklet emelkedése kísér. A penészgombák bizonyos típusai képesek az emberre mérgező anyagokat - mikotoxinokat - termelni. Például az Aspergillus nemzetség néhány képviselője, a Fusarium. A kórokozó gombák a mikózisoknak nevezett betegségek csoportját okozzák. Így a candidiasist vagy egyszerűen fogalmazva a rigót élesztőszerű gombák okozzák (11. ábra). Mindig jelen vannak az emberi szervezetben, de csak akkor aktiválódnak, ha az immunrendszer legyengül.
Rizs. 11. A Candida gomba a rigó kórokozója.
A gombák különféle bőrelváltozásokat okozhatnak, különösen mindenféle zuzmót, kivéve a herpes zoster-t, amelyet vírus okoz. A Malassezia élesztő, az emberi bőr állandó lakója, csökkentheti az immunrendszer aktivitását. Ne rohanjon azonnal kezet mosni. Az egészséges élesztők és opportunista baktériumok fontos funkciót töltenek be, megakadályozva a kórokozók kialakulását.
A vírusok mint a mikrobiológia tárgya
A vírusok a legprimitívebb élőlények a Földön. Szabad állapotban nem mennek végbe bennük anyagcsere-folyamatok. A vírusok csak akkor kezdenek el szaporodni, amikor belépnek a gazdasejtbe. Minden élő szervezetben a genetikai anyag hordozója a dezoxiribonukleinsav (DNS). Csak a vírusok között vannak olyan genetikai szekvenciával rendelkező képviselők, mint a ribonukleinsav (RNS).
A vírusokat gyakran nem az igazán élő szervezetek közé sorolják.
A vírusok morfológiája igen változatos (12. ábra). Átmérőjük jellemzően 20-300 nm.
Rizs. 12. A vírusrészecskék sokfélesége.
Egyes képviselők 1-1,5 mikron hosszúságot érnek el. A vírus szerkezete abból áll, hogy a genetikai anyagot egy speciális fehérjekerettel (kapszid) veszi körül, amelyet sokféle forma (spirál, ikozaéder, gömb) jellemez. Egyes vírusok tetején a gazdasejt membránjából (superkapszid) képződött burok is található. Például (13. ábra) az úgynevezett (AIDS) betegség kórokozójaként ismert. Genetikai anyagként RNS-t tartalmaz, és az immunrendszer bizonyos típusú sejtjére (segítő T-limfocitákra) hat.
Rizs. 13. A humán immundeficiencia vírus szerkezete.
