Бактерии такие разные: виды, формы, способы выживания

Бактерии – мельчайшие древнейшие микроорганизмы, невидимые невооруженным глазом. Лишь под микроскопом можно рассмотреть их строение, вид и взаимодействие друг с другом. Первые микроорганизмы имели примитивное строение, они развивались, мутировали, создавали колонии, приспосабливались под меняющуюся среду обитания. Бактерии разных видов обмениваются друг с другом аминокислотами, которые необходимы для роста и развития.

Разновидности бактерий

Ученые насчитали более миллиона видов бактерий – это самые распространенные микроорганизмы, их названия разнообразны. Их преимущество – количество, они живут колониями, взаимодействуют друг с другом, являются хорошими приспособленцами к меняющейся среде. Некоторые бактерии полезны для человека, другие же паразитируют, способствуют развитию болезней.

Содержание скрыть

1 Виды бактерий

1.1 Грам(+) и грам (-)

1.2 Аэробные и анаэробные

2 Как живут бактерии

Виды бактерий

В школьных учебниках биологии размещены изображения разных видов бактерий, отличающихся по форме:

Кокки – шарообразные организмы, отличающиеся по взаимному расположению. Под микроскопом заметно, что стрептококки представляют цепочку шариков, диплококки живут попарно, стафилококки – скопления произвольной формы. Ряд кокков вызывает различные воспалительные процессы, попадая в организм человека (гонококк, стафилококк, стрептококк). Не все кокки, живущие в организме человека, являются патогенными. Условно патогенные виды принимают участие в формировании защиты организма от внешних воздействий и безопасны при соблюдении баланса флоры.
Палочковидные отличаются формой, размером и способностью к спорообразованию. Спорообразующие виды называются бациллами. К бациллам относятся: палочка столбняка, палочка сибирской язвы. Споры – это образования внутри микроорганизма. Споры нечувствительны к химической обработке, их устойчивость к внешним воздействиям – залог сохранения вида. Известно, что споры разрушаются при высокой температуре (выше 120ºС).

Формы палочковидных микробов:

с заостренными полюсами, как у фузобактерии, входящей в состав нормальной микрофлоры верхних дыхательных путей;
с утолщенными полюсами, напоминающими булаву, как у коринебактерии – возбудителя дифтерии;
с закругленными концами, такими как у кишечной палочки, которая необходима для процесса пищеварения;
с прямыми концами, как у палочки-возбудителя сибирской язвы.

Большинство палочковидных бацилл и бактерий по отношению друг к другу располагаются хаотично. Можно выделить стрептобактерии (стрептобациллы), которые расположены цепочкой, и диплобактерии (диплобациллы), существующие в паре.

3. Спириллы и спирохеты – микроорганизмы извитой формы. Они не образуют спор, очень подвижны. Под микроскопом можно увидеть их быстрые движения. Большинство спирилл безопасны для человека и животных. Это сапрофиты, питаются неживыми субстратами. Исключение составляют виды, вызывающие содоку. Спирохеты более опасны для человека и животных, способны вызывать заболевания кожных покровов, дыхательных путей, ЖКТ. Спириллы отличаются от спирохет меньшим количеством завитков и наличием жгутиков на полюсах.

4. Вибрионы – вибрирующие микробы. При рассмотрении под микроскопом можно увидеть их вибрирующие движения. Микроорганизм меняется в зависимости от условий среды обитания. Вибрионы бывают спиралевидной, палочковидной, нитевидной, шаровидной формы. Самым опасным для человека является вибрион холеры.

Грам(+) и грам (-)

Датский микробиолог Ганс Грам более 100 лет назад провел опыт, после которого все бактерии стали относиться к грамположительным и грамотрицательным. Грамположительные организмы создают с окрашивающим веществом длительную устойчивую связь, которая усиливается при воздействии йода. Грамотрицательные, наоборот, не восприимчивы к красителю, их оболочка прочно защищена.

К грамотрицательным микробам относятся хламидии, риккетсии, к грамположительным – стафилококки, стрептококки, коринебактерии.

Сегодня в медицине широко используется тест на грамм(+) и грамм(-) бактерии. Окрашивание по Граму является одной из методик исследования слизистых оболочек на определение состава микрофлоры.

Аэробные и анаэробные

Самые примитивные бактерии живут глубоко под водой. Для развития им не нужен доступ к кислороду. Более развитые колонии выбрались на сушу и живут на поверхностях. Для размножения и развития колонии этим микроорганизмам нужен кислород. Учитывая зависимость от кислорода, группы микроорганизмов носят названия аэробных и анаэробных.

Аэробные микроорганизмы нуждаются в кислороде для развития и дыхания:

Облигатные аэробы – эти бактерии свободно живут во внешней среде. В качестве примера можно привести туберкулезную палочку, которая устойчива к окружающей среде, сохраняется в воде до 5 месяцев, а во влажном, теплом и темном помещении до 7 лет.

Микроаэрофилы – этим микробам достаточно 2% содержания кислорода для нормальной жизни и развития. Ими являются стрептококки, вызывающие фарингит, скарлатину и живущие в дыхательных путях. При выращивании микробов в жидкой среде эти организмы скапливаются недалеко от поверхности, там, где содержание кислорода невысокое.

Анаэробные микроорганизмы способны расти и размножаться без кислорода:

облигатные анаэробы избегают молекулярного кислорода (например, фузобактерии);
факультативные способны к росту и развитию в присутствии кислорода и без него, это могут быть стрептококки, гонококки;
аэротолерантные микроорганизмы не используют кислород для развития, хотя растут в присутствии молекулярного кислорода, как бактерии молочнокислого брожения.

Как живут бактерии

Биологи определяют бактерии в отдельное царство, они отличаются от других живых существ. Это одноклеточный организм без ядра внутри. Их форма может быть в виде шарика, конуса, палочки, спирали. Для перемещения прокариоты пользуются жгутиками.

Большинство микроорганизмов являются безопасными для человека. Численность опасных видов не очень большая, как правило, это бактерии-оппортунисты, которые паразитируют среди других. Ведь бактерии вырабатывают вещества, которыми обмениваются друг с другом. Оппортунистический вид использует эти аминокислоты, но не дает ничего взамен. За миллиарды лет одноклеточные организмы научились распознавать и вытеснять «мошенников» из колонии на периферию биопленочного матрикса, где концентрация аминокислот минимальна. Дело в том, что большинство микроорганизмов существуют в биопленках, а не в виде свободных, отдельно плавающих клеток. Биопленки состоят из межбактериального матрикса и бактерий. Формирование биопленок – важный эволюционный шаг для сохранения вида колоний от неблагоприятного воздействия окружающей среды. Именно биопленка защищает бактерии от воздействия антибиотиков. Также биопленки защищают прокариот от воздействия агрессивных химических веществ, поэтому обработка поверхности хлором, дезраствором не всегда гарантирует чистоту.

Биопленка – это город для микроорганизмов, проходит несколько стадий формирования:

Адгезия или сорбция – прикрепление микроорганизма к поверхности. Как правило, пленки образуются на границе двух сред: жидкость и воздух, жидкость и жидкость. Первоначальный этап обратим, формирование пленки можно предотвратить.
Фиксация – бактерии выделяют полимеры, обеспечивая их прочное закрепление, формируют матрикс для прочности и защиты.
Созревание – микробы сливаются, обмениваются питательными веществами, развиваются микроколонии.
Этап роста – идет накопление бактерий, их слияние, вытеснение. Количество микроорганизмов составляет от 5 до 35%, все остальное пространство занимает межклеточный матрикс.
Дисперсия – от пленки периодически отрываются микроорганизмы, которые прикрепляются к другим поверхностям и образуют биопленку.

Процессы, происходящие в биопленке, отличаются от того, что происходит с микробом, который не является составной частью колонии. Колонии стабильны, микробы организуют единую систему поведенческих реакций, определяя взаимодействие членов внутри матрикса и вне пленки. Слизистые оболочки человека населены большим количеством микроорганизмов, которые продуцируют гель для защиты и обеспечивают стабильность функционирования органов. Примером может служить слизистая оболочка желудка. Известно, что хеликобактер пилори, которые считаются причиной язвенной болезни желудка, есть более чем у 80% обследованных людей, но при этом язвенная болезнь развивается не у всех. Предполагают, что хеликобактер пилори, являясь членами колонии, участвуют в пищеварении. Их способность приносить вред проявляется лишь после создания определенных условий.

Взаимодействие бактерий в биопленках еще мало изучено. Но уже сегодня некоторые микробы стали помощниками человека при проведении реставрационных работ, увеличении прочности покрытий. В Европе производители дезинфектантов предлагают обрабатывать поверхности бактериальными растворами, содержащими безопасные микроорганизмы, которые не дают развиваться патогенной флоре. Бактерии используются для создания полимерных соединений, а также в перспективе будут вырабатывать электричество.

В одном эксперименте наблюдали за мутациями кишечной палочки. Бактерии разделили на разные группы: «победителей» и «аутсайдеров». «Победители» изначально имели полезные мутации в генах. Больше 20 лет группа ученых ежедневно меняла среду, держала микробов в состоянии нехватки глюкозы. Вопреки ожиданиям, микроорганизмы-«аутсайдеры», не имеющие конкурентного преимущества сначала, в ходе эволюции значительно раньше приобрели дополнительные мутации, показали лучшие результаты по адаптации, чем колонии с более развитыми генами на старте. Бактерии доказали, что хорошие стартовые данные не влияют на конечный результат.