Что известно микробиологии о бактериях

Человек, который не сталкивался с изучением микроскопической жизни, редко может представить всю ту биологическую насыщенность, которая сопровождает цикл жизни на планете Земля. Но иногда жизнь буквально заставляет человека вникать в подробности микромира и вести его учет. Страх инфекции, необходимость освоения новых технологий, да и простое желание узнать больше о себе и о мире обращают взгляд к основам микробиологии. Что же может современная микробиология рассказать о бактериях, вирусах и прочих невидимых глазу живых организмах?

Колонии бактерий в чашке Петри

Разнообразие микроорганизмов

Микробиология – наука с глубокими корнями и с глобальными планами на будущее. Можно сказать, что сейчас микробиология только осваивает те инструменты и методы, которые позволят человеку в ближайшем будущем совершить биотехнологическую революцию.

Что же представляют собой эти микроскопические объекты, с которыми человечество связывает свои лучшие чаяния на будущее и почему именно микроорганизмы помогут человеку решить ряд глобальных проблем?

  1. От микроорганизмов практически полностью зависит здоровье и жизнь человека.
  2. Некоторые микроорганизмы демонстрируют чудеса приспособляемости к меняющимся условиям. Изучение этих биологических методов дает человеку материал для решения основных проблем человечества.
  3. Микроорганизмы формируют среду, в которой живет человек, и человеку важно иметь хотя бы частичный контроль над процессами формирования тех или иных элементов окружающей среды.

Разнообразие микробов

Эти три аспекта имеют для физиологии человека первостепенную важность. Вот почему микробиология главным образом изучает возможности поставить биологические механизмы на службу человеческому обществу.

Для понимания основ общей микробиологии следует учесть, что микроорганизмы – это не только бактерии. Представители микробов есть во всех четырех царствах живой природы (царство – таксон):

  • бактерии – безъядерные одноклеточные организмы;
  • археи – тоже безъядерные одноклеточные организмы, но отличающиеся от бактерий и по химическому составу некоторых органоидов, и по биохимии;
  • эукариоты – клетки с ядром, в это царство входят как микроорганизмы, так и высшие организмы (растения, животные), среди микроорганизмов в царстве эукариот рассматриваются одноклеточные грибы, протисты, хромисты;
  • вирусы – особая форма жизни, которая не имеет собственной клетки, но обладает генетическим аппаратом, который может встраиваться в другие живые клетки, благодаря чему вирусы получают возможность размножаться.

Из перечисленных групп микробов самыми безопасными для человека являются археи. Исследования не зафиксировали ни одного патогена для человека в составе царства архей.

Архебактерии

Однако это обстоятельство не умаляет той опасности, которую несут в себе для человека бактерии, вирусы и грибы.

Несмотря на огромное значение для жизни и здоровья человека таких микроорганизмов, как вирусы и грибы, особый интерес представляют для микробиологии именно бактерии, поскольку они глобально влияют на работу всего организма человека, являются его биологическим щитом и контролируют работу иммунной системы человека.

Форма и строение бактерии

Несмотря на многообразие видов, по своему строению бактерии очень похожи. В состав бактериальной клетки обязательно входят:

  • клеточная стенка;
  • цитоплазматическая мембрана;
  • кольцевая ДНК;
  • рибосома;
  • цитоплазма.

Макет бактерии

Есть бактерии, которые могут образовывать споры или капсулы. Есть те, у которых в цитоплазме находятся пигменты, например, хлорофилл. Есть подвижные, в состав которых входят жгутики и реснички, а есть неподвижные. Есть еще множество отличий по типам дыхания, форме, вырабатываемым ферментам и способам питания, но указанная пятерка органоидов обязательна для любой бактерии.

Если говорить о классификации бактерий по форме и строению, то общая микробиология допускает возможность классификации на такие основные группы:

  • кокки (круглая форма);
  • бациллы (форма палочки);
  • извитые или спириллы (спиральная форма);
  • вибрионы (форма запятой).

формы бактерий

Кроме строения одной бактерии, для классификации групп микроорганизмов важно, какие колонии они могут образовывать. По форме колонии бывают диплококковые, стрептококковые, стафилококковые и т.д.

Извитые бактерии чаще всего не объединяются в стабильные колонии, а ведут обособленную жизнь.

Пигментный состав (красящие вещества) более индивидуальное свойство каждого вида бактерий. Так, наиболее распространенными пигментами бактерий являются:

  • пигменты каротиноиды (желтые, красные);
  • пирогаллоловые пигменты (красный цвет);
  • пигмент пиоцианин (синий цвет).

От пигментного состава зависит цвет бактерий, его можно различить при микроскопировании.

Еще одна важная особенность бактерий – споры. Спора – это видоизмененная форма бактерии, которую последняя принимает с целью пережить неблагоприятные времена. Спора образуется внутри бактерии, заключая в себя кольцевую ДНК и минимум материала для возможности «ожить» при наступлении благоприятных времен.

споры бактерий

Стенки споры прочны. Спора не боится не ультрафиолета, ни температур, ни воздействия реактивов. Спору практически невозможно уничтожить. В состоянии споры бактерия может существовать ни один десяток лет. Попав на питательную среду, спора сбрасывает свой защитный кокон и возрождается к новой жизни.

Окрашивание по Граму

Окрашивание по Граму – один из первых методов, благодаря которому микробиологи научились идентифицировать патогенные бактерии.

Судя по микробиологическим исследованиям, патогенными для человека являются именно грамотрицательные микробы. Но это совершенно не значит, что если микроб грамотрицательный, значит, он опасен для человека. Есть целый ряд микроорганизмов, которые никакого отношения к здоровью человека не имеют и все-таки являются грамотрицательными.

Грамположительные же, наоборот, редко могут становиться возбудителями инфекционных заболеваний.

Окраска микроорганизмов по Граму

Для окончательного определения вида бактерии, которая стала причиной того или иного заболевания, необходимо проводить ряд исследований на наличие опасных для человека ферментов и на способность микроба образовывать споры.

Исследования бактерий методом окрашивания по Граму – это главным образом определение того, как устроена клеточная стенка изучаемого штамма бактерий.

У грамотрицательных микроорганизмов клеточная стенка представляет собой несколько плотных слоев, которые сообщаются друг с другом, у грамположительных клеточная стенка – единственный, но более широкий слой липидов, который положительно реагирует на воздействие органических красителей.

Структура клеточной стенки грамотрицательных микроорганизмов

Типы питания микробов

По типам питания бактерии – одни из самых разнообразных живых организмов.

Питание для организмов – это способ получить энергию и углеводы из окружающей среды. Только в царстве бактерий присутствуют все нижеперечисленные типы питания:

  • фототрофы (используют энергию солнечного света и в этом схожи с растениями);
  • хемотрофы (используют энергию химических реакций);
  • гетеротрофы (сапрофиты и паразиты, используют энергию и получают углеводы за счет органических соединений, которые уже есть в природе).

Виды бактерий по способу питания

Эти процессы жизни бактерий изучает биохимия. Основными методами биохимии являются метод микроскопирования и метод исследования ферментативной активности.

Следует пояснить, что многие виды бактерий могут изменять способ получения необходимой для жизни энергии в зависимости от условий.

Например, если нет возможности получать готовые органические соединения, гетеротрофы могут стать хемотрофами, а если нет солнечного света, но есть готовые органические остатки, фототрофы могут перейти на питание готовой органикой.

Опасными для здоровья человека являются гетеротрофы. Разлагая органические остатки на простые химические соединения, эти бактерии вырабатывают такие ферменты, которые разрушают клетки органов и тканей организма человека.

Бактерии сапрофиты

Наиболее опасны для человека бактерии, которые синтезируют протеолитические ферменты:

  • расщепляющие белки – фермент коллагеназа;
  • расщепляющие жиры – фермент липаза;
  • расщепляющие клетки тканей – фермент гиалуронидаза (способствует распространению инфекции);
  • плазмокоагулаза – фермент, который свертывает кровь.

Это далеко не весь перечень вырабатываемых бактериями биохимических ферментов, которые способны причинить огромный вред человеку.

Но далеко не все бактериальные ферменты опасны для человека. Так, например, многочисленные виды молочнокислых микробов, которые входят в состав полезной микрофлоры кишечника человека. Эти виды бактерий вырабатывают биохимические ферменты группы каталаз, которые положительно влияют на процессы пищеварения и на общее состояние ЖКТ.

Бактерии в организме человека

Дыхательные механизмы

Для живого организма дыхание – это возможность поддерживать внутренний метаболизм. У человека и у прочих высших животных дыхание представляет собой процесс окисления кислородом. Метаболизм многих видов бактерии также поддерживается за счет окисления, однако в отличие от всего остального живого мира это окисление у микробов не всегда осуществляется за счет кислорода.

Те бактерии, у которых дыхание – окисление кислородом, называются аэробными.

Кроме аэробных, есть еще и анаэробные микроорганизмы. Анаэробы – это бактерии, метаболизм которых поддерживается за счет окисления других химических соединений.

способы дыхания бактерий

Есть также микроорганизмы, которые в присутствии кислорода используют механизм аэробного окисления, а в отсутствие кислорода осуществляют окисление, используя доступные химические соединения. Такие бактерии называются факультативно-анаэробными.

Те бактерии, которые погибают в присутствии кислорода, – облигатные микроорганизмы.

Среда, в которой могут жить бактерии

среда обитания бактерий

На физиологию бактерий, на их рост и размножение влияет не только химический состав окружающей среды, а также такие факторы, как:

  • температура;
  • кислотность;
  • кислород;
  • соленость.

Используя каждый из этих параметров, можно осуществлять контроль над составом микрофлоры.

Именно на этих особенностях физиологии живого организма и основывается естественный контроль в природе:

  • контроль над состоянием ЖКТ;
  • контроль над состоянием кожи;
  • контроль над состоянием носоглотки.

Все эти виды контроля позволяют удерживать в рабочем состоянии биологический щит, защищающий человека от агрессивной окружающей среды.

защита от бактерий

Так, чересчур повышенная температура тела может губительно повлиять на те молочнокислые бактерии, которые входят в состав микрофлоры ЖКТ. Не только замедлится размножение молочнокислых бацилл, но и число жизнеспособных организмов значительно уменьшится.

Как известно, молочнокислые бациллы выживают в очень небольшом температурном диапазоне от 34 до 40 градусов по Цельсию. 40ºС – верхний предел для молочнокислых. Вот почему при более высоких температурах человек становится беззащитным перед патогенами, число которых может в этот период расти, поскольку патогены не так чувствительны к перепадам температуры, как молочнокислые бактерии.

Еще одним фактором, который формирует естественную защиту человека, является уровень кислотности. Кислотность – основной враг опасных для человека микробов, в то время как для молочнокислых бактерий повышенная кислотность – нормальная среда обитания.

Кислород не всегда благоприятно влияет на физиологию и темпы размножения бактерий. Так, например, некоторые бактерии брожения являются факультативно-анаэробными, и кислород может мешать им переключиться на более эффективную для этого вида бактерий программу жизни в бескислородных условиях.

Брожение

Осуществление контроля над подачей кислорода – один из технологических процессов на некоторых биохимических производствах.

Щелочная среда сдерживает рост и размножение некоторых патогенных бактерий, вот поэтому для контроля размножения патогенной микрофлоры врачи рекомендуют при появлении первых симптомов заболеваний горла полоскать его содой.

Однако такие методы не всегда могут помочь избежать инфекционного заболевания. Если в верхние дыхательные пути попала гемофильная бацилла, то бороться с ней можно только антибиотиками. Гемофильная палочка – возбудитель гемофильной пневмонии, которая весьма распространена среди детей младшей возрастной группы (до 4 лет).

Haemophilus ducreyi

Защитная система бактерии (антигены)

Чтобы бороться с болезнетворными микроорганизмами, а также учиться у них, микробиология активно изучает генетику бактерий и механизмы выработки ими антигенов.

Антиген – молекула, которая вырабатывается организмом в ответ на внешнее или внутреннее неблагоприятное воздействие.

Каждая система бактерии имеет свой персональный антиген:

  • капсульный антиген (защищает микроб от проникновения вирусов внутрь бактерии);
  • соматический антиген (защищает строительный механизм от вирусов);
  • жгутиковый антиген (защищает двигательный аппарат микроорганизма от вирусов).

Пневмококки

Кроме вирусов, антигены защищают бактерию и от антибиотиков.

Приспособленческая особенность генетики бактерий такова, что они могут обмениваться друг с другом генетической информацией о том, какой антиген наиболее эффективен в борьбе с конкретным вирусом или с конкретным антибиотиком.

Так, благодаря уникальной генетике бактерии могут очень быстро вырабатывать нужные антигены, которые блокируют разрушение бактериальной клетки вирусом или антибиотиком.

Эти особенности генетики микроорганизмов и намерен человек поставить себе на службу.

Ведь количество инфекций, которые окружают человека ежедневно, просто колоссально. Учет бактерии в обыкновенной ране внешних кожных покровов показывает, что в такой ране до 10⁵ стафилококков. И это притом, что стафилококки из раны могут быть довольно легко удалены путем обработки раны антибактериальными препаратами.

Золотистый стафилококк

Ситуация усложняется, когда речь идет о внутренних или глубоких ранах, которые сложно полностью дезинфицировать.

Через очень короткое время в такой ране создается среда, которая является благоприятной для грамотрицательных клостридий.

Клостридия – это не экзотический микроб. Они находятся повсюду, а, попав в рану, становятся причиной гангрены. Заражение раны клостридией может стать причиной ампутации конечности, а в некоторых случаях и причиной летального исхода.

Похожие статьи:
Загрузка...

__________________________

Остались вопросы? Задайте их в комментариях к статье, мы обязательно ответим