Кто такие бактерии? Бактерии наиболее полезные для человека.

Вся совокупность бактерий, которые живут в организме человека, получила название микробиоты. Здоровая микрофлора кишечника состоит из множества бактерий. Их насчитывается более миллиона. Каждый микроорганизм играет огромную роль в нормализации функционирования всего организма. Если нарушается баланс и происходит нехватка какой-либо бактерии, это приводит к нарушениям в работе ЖКТ. Болезнетворный процесс начинает стремительно развиваться. Все полезные микроорганизмы находятся по большей части в кишечнике, а также на поверхности кожи и слизистых. Иммунная система способна регулировать необходимое количество полезных бактерий.

Микрофлора организма человека населена как полезными, так и патогенными организмами. В определенной концентрации это считается нормой. Существуют полезные и патогенные бактерии. Конечно же, в кишечнике намного больше полезных микроорганизмов. Баланс соблюдается только в том случае, когда хорошая микрофлора составляет более 95 процентов всех микроорганизмов. Выделяют такие виды бактерий, которые живут в человеческом организме:

• лактобактерии;
• бифидобактерии;
• энтерококки;
• кишечные палочки.

Бифидобактерии

Являются самым распространенным видом бактерий. Принимают непосредственно участие в образовании молочной кислоты и ацетата. Бифидобактерии способствуют созданию кислой среды, что помогает нейтрализовать практически все болезнетворные бактерии. В этом случае патогенная флора уже не может дальше развиваться. В организме прекращаются процессы гниения и брожения.

Бифидобактерии очень важны для детского организма. Они отвечают за аллергические реакции на различные продукты питания. Также оказывают хорошее антиоксидантное действие, препятствуют развитию опухолей.

Данный вид бактерий принимает участие в синтезе витамина С. Они помогают быстрому усвоению витаминов В и Д, которые принимают участие в формировании детского организма. Если бифидобактерий в организме мало, то даже синтетические витамины не смогут в полной мере восполнить их необходимое количество.

Лактобактерии

Данные микроорганизмы также играют довольно важную роль в нормальном функционировании организма. Они способны взаимодействовать с другими хорошими бактериями, населяющими кишечник. При этом блокируют развитие патогенной микрофлоры и подавляют жизнедеятельность бактерий, вызывающих болезни кишечника.

Лактобактерии принимают участие в образовании лизоцима, молочной кислоты и некоторых витаминов. Они являются отличными помощниками для иммунной системы. Дефицит данных бактерий практически всегда приводит к развитию дисбактериоза.

Часто лактобактерии можно обнаружить не только в кишечнике, но и на слизистых. Это является очень важным фактором, особенно для женского здоровья. С их помощью поддерживается необходимая кислотность во влагалище. Это помогает предотвратить развитие такого заболевания, как бактериальный вагиноз.

Энтерококки

Появляются в организме человека в первые дни после рождения. Способствуют хорошему усвоению сахарозы. Чаще всего энтерококки обнаруживаются в тонком кишечнике. Взаимодействуя с другими хорошими бактериями, они защищают организм от развития патогенной микрофлоры. Однако данный вид микроорганизмов принято относить к условно безопасным. В случае превышения их концентрации развиваются болезни кишечника.

Кишечная палочка

Многие виды таких микроорганизмов не способствуют развитию каких-либо заболеваний. В некоторых случаях они выполняют и защитную функцию. Их полезность заключается в синтезе коцилина, который создает препятствие для размножения патогенной микрофлоры. Кишечная палочка принимает участие в синтезе многих витаминов, а также никотиновой и фолиевой кислоты. Это очень важно, поскольку фолиевая кислота отвечает за образование красных кровяных телец в организме, что способствует поддержанию уровня гемоглобина.

Положительное воздействие бактерий на человеческий организм

Хорошие бактерии имеют массу полезных и нужных свойств. Организм способен функционировать нормально пока в нем поддерживается нужный баланс между бактериями, населяющими кишечник и слизистые. Очень много их участвует в важнейшем процессе синтеза витаминов. Витамины группы В не могут нормально усваиваться без воздействия на них полезных бактерий. Из-за этого может понижаться уровень гемоглобина в крови, страдают кожные покровы, наблюдаются нарушения нервной системы.

Бактерии способны расщеплять непереваренные компоненты пищи, которые достигают толстого кишечника. Полезные микроорганизмы способствуют поддержанию водно-солевого баланса в организме.

Микрофлора кишечника принимает участие в формировании местного иммунитета. Помогает блокировать размножение патогенных микроорганизмов. Поэтому люди не ощущают вздутия живота и развития метеоризма. Рост числа лимфоцитов провоцирует работу фагоцитов, которая заключается в борьбе с вредоносными микробами. При этом некоторые бактерии активно участвуют в синтезе иммуноглобулина А.

Полезные микроорганизмы положительно влияют на работу толстого и тонкого кишечника. С их помощью возможно поддержание необходимой кислотности, вследствие чего эпителий становится более устойчивым к воздействию вредоносных факторов. От микроорганизмов зависит и перистальтика кишечника. Бифидобактерии принимают участие в блокировании процессов гниения и брожения в организме. Множество бактерий постоянно находятся в симбиозе с болезнетворными микроорганизмами, контролируя их влияние на организм.

Общий баланс организма поддерживается биохимическими реакциями, происходящими в организме при участии бактерий. При этом выделяется тепловая энергия. Основу питания полезных бактерий составляют остатки непереваренной пищи.

Дисбактериоз

Дисбактериозом принято называть изменения в количестве и качестве бактерий. В этом случае большое количество хороших бактерий просто погибает, а плохие начинают быстро размножаться. Дисбактериоз во многих случаях охватывает не только кишечник. Он может проявляться в полости рта или на слизистых. В анализах могут быть обнаружены стрепто- и стафилококки.

При нормальном состоянии организма полезные бактерии способны полностью регулировать размножение болезнетворных микроорганизмов. Обычно дыхательные пути и кожа находятся под защитой. Но в случае нарушения баланса человек начинает ощущать некоторые симптомы развивающегося заболевания. Появляется боль в животе, вздутие, возможно развитие метеоризма и диареи. Позже начинаются авитаминоз, анемия. Из-за отсутствия аппетита стремительно снижается вес. У женщин могут развиваться нарушения в половой сфере. Появляются обильные выделения из влагалища. Часто они имеют неприятный запах. Кожа становится сухой. На ней можно обнаружить шероховатости и трещинки. Практически во всех случаях дисбактериоз является одним из проявлений длительного приема антибиотиков.

При первых признаках заболевания желательно сразу обращаться к врачу. Доктор назначит все необходимые обследования, на основании которых будет определено максимально эффективное лечение дисбактериоза. Наиболее часто в лечебных целях применяют различные пробиотики.

Существуют бактерии, которые очень полезны. В организме каждого человека находится от полутора до двух с половиной килограмм таких бактерий. Сообщества бактерий называют микробиотой, их численность достигает нескольких миллионов. Они влияют на здоровую и нормальную жизнедеятельность организма. Без них кожа, ЖКТ, дыхательные пути были бы разрушены под действием патогенных микроорганизмов.

Полезные бактерии, живущие в кишечнике

От нормального функционирования желудочно-кишечного тракта зависит вся иммунная система организма. Защитные процессы снижаются и дестабилизируется иммунная система в случае, если видовой состав микробиоты в организме нарушен. Полезные бактерии создают в кишечнике кислую среду, которая является пагубной для болезнетворных микроорганизмов. Кроме этого, полезные бактерии помогают переваривать и усваивать растительную пищу, с которой кишечные ферменты сами по себе не справляются. Эти бактерии участвуют в выработке витаминов, поддерживающих обменные процессы в соединительной ткани, помогают добывать энергию из углеводов, регулируют деятельность нервной системы, способствуют выработке антигенов.

Когда говорят о полезных бактериях кишечника подразумевают два вида бактерий - это бифидо- и лактобактерии, которые составляют от 5% до 15% от общего числа бактерий кишечника. Их деятельность крайне важна, поскольку они положительно влияют на другие микроорганизмы, стабилизируют кишечную микрофлору. Важно поддерживать численность кисломолочных бактерий употребляя в пищу кефир и йогурты, которые будут способствовать размножению и укреплению кишечной микрофлоры. Крайне важно употреблять продукты, содержащие лактобактерии при дисбактериозе, после приема антибиотиков. В противном случае восстановить иммунные процессы очень сложно

Биологический щит

Много полезных бактерий населяют эпителиальные ткани человека, как внутренние, так и внешние. Они находятся в авангарде защиты и препятствуют проникновению патогенных микроорганизмов. Основными из таких бактерий являются стафилококки стрептококки и микрококки.

Микрофлора человека значительно изменилась, поскольку он перешел от жизни в естественных условиях к городской, и часто использует моющие средства. Таким образом, бактерии современного человека и человека жившего в прошлом значительно отличаются. Организм научился отличать опасные виды от не опасных, но при этом любой стрептококк при попадании в кровь может вызывать серьезные заболевания. Следует заметить, что избыток бактерий как на коже, так и в дыхательных путях может стать причиной появления различных недугов и неприятного запаха. На сегодняшний день выявлены специальные микроорганизмы способные окислять аммоний. Регулярное применение препаратов с такими бактериями способствует заселению кожи новыми организмами в результате чего не только исчезают заболевания и неприятный запах, но и меняется структура кожи, например, открываются поры.

Микрофлора каждого человека изменяется очень быстро в зависимости от индивидуальных особенностей организма и окружающей среды в которой он находится. В этом можно увидеть как плюсы, так и минусы, поскольку численность и видовой состав бактерий может изменяться самостоятельно. Различные микроорганизмы требуют различных веществ. Чем разнообразие пища человека, чем больше она привязана к сезонному спектру продуктов, тем больше будет полезных микроорганизмов. Но если еда насыщенна антибиотиками, консервантами, различными химическими красителями, то бактерии не выдерживают такой нагрузки и могут погибнуть. При этом исчезают как патогенные, так и полезные организмы. В результате микрофлора человека уничтожается, что влечет за собой появление различных болезней.

Однако микробам организма можно помочь. Для этого не нужно долгих месяцев и потребуется всего лишь несколько дней. Сегодня биотехнологическим производством создано большое количество пробиотиков, которые содержат живые бактерии и пребиотиков - продуктов, поддерживающих жизнедеятельность бактерий. Единственная проблема в том, что у каждого человека такие вещества действуют по-разному. Исследования показывают, что применение этих продуктов при дисбактериозе может улучшить состояние организма на 80%, а может вообще не оказывает никакого действия. Как только вещества начнут действовать - человек сразу почувствует улучшение своего состояния. Однако если ситуация не меняется, то стоит корректировать систему лечения. Существуют специальные тесты, которые направлены на определение генома бактерий. Они помогают выявить необходимый вариант питания и дополнительную бактериальную терапию для установления баланса микроорганизмов в организме.

Часто человек не ощущает нарушение бактериального микроклимата, однако если есть сонливость, частые болезни или аллергические реакции, то всё это указывает на дисбактериоз. Особенно к таким разладам микрофлоры организма подвержены жители городов и мегаполисов, и если ничего не делать, то непременно возникают проблемы со здоровьем. На микрофлору положительно влияют разгрузочные диеты, голодание, пища, обогащенная овощами, натуральными крупами и кашами, кисломолочными продуктами и т. д.

Вредные микроорганизмы

Первые микроорганизмы появились на Земле несколько миллиардов лет назад. Путем эволюции они совершенствовались и осваивали новые ареалы обитания. Сейчас прокариоты распространены повсеместно. Высокая степень выживаемости обусловлена наличием «прыгающих генов», которые несут в себе приобретённые достижения. Микроорганизмы способны передавать друг другу такие гены из поколения в поколение.

Микрофлора человека

Человек и бактерии существуют друг с другом нераздельно. Простейшие способны приносить как пользу, так и вред. Из всех известных бактерий, находящихся на поверхности и внутри человеческого организма 99% - это полезные и только 1% относится к патогенной микрофлоре. Однако именно эта малая часть наносит значительный ущерб здоровью и поэтому одно упоминание слова «бактерия» носит негативный характер. Микробы существуют везде: в мочевом пузыре, влагалище, дыхательных путях, кишечнике, на слизистых оболочках и т. д. Нужный баланс поддерживается специальными бактериями, обеспечивающими иммунитет, защищающими организм человека от действия патогенов.

Вредные бактерии, передающиеся по воздуху

Поскольку воздушная среда не является естественной средой обитания бактерий они пребывают в воздухе временно, попадая в него из почвы, от растений животных. Инфекция распространяется воздушно-капельным путем. Так могут передаваться бактериальные и вирусные инфекции, различные простейшие, грибы. Эти микроорганизмы вызывают такие заболевания, как ветряная оспа, грипп, скарлатина, туберкулез, коклюш, стрептококковые инфекции и др.

Вредоносные бактерии, находящиеся в воде

Водная среда является хорошим местом обитания для различных бактерий. В одном кубическом сантиметре насчитывается миллион различных микробов. Вредные микробы попадают в воду из промышленных предприятий, с сельскохозяйственными отходами, выбросами жизнедеятельности населённых пунктов. Зараженная вода является опасным источником холеры, дизентерии, дифтерии, кори и других опасных заболеваний. Нужно отметить, что возбудители холеры или туберкулеза в водной среде могут пребывать значительное количество времени.

Вредные почвенные бактерии

Почва является естественным местом обитания бактерий. В поверхностном слое (30 см) одного гектара земли находится около 30 тонн микроорганизмов. Среди них могут быть полезные, расщепляющие растительные остатки до аминокислот. Таким образом они берут активное участие в процессах гниения. Однако многие из бактерий являются вредными для человека, например, поражают продукты питания. Для предупреждения порчи нужна специальная обработка продуктов, например, стерилизация, копчение, замораживание или засолка. Некоторые виды настолько активны, что могут поражать даже замороженные или соленые продукты, вызывая опасные заболевания, например, ботулизм, столбняк, различные виды гангрен и сибирскую язву.

Вредные бактерии, повреждающие древесину

Микроорганизмы естественным путем, благодаря наличию специальных ферментов способны разлагать целлюлозную клетчатку. К таким сапрофитам относят грибы. Некоторые могут окрашивать древесину в разные цвета, при этом поражая деревянные постройки, что способствует скорейшему их разрушению. Особенно активна деятельность таких грибов в деревянных сельскохозяйственных сооружениях.

Вредные бактерии пищевых продуктов

Продукты в которых находятся вредные бактерии являются опасными источниками болезней и могут вызывать такие заболевания, как сальмонеллёз, дизентерия, брюшной тиф, холера и многие другие. Например, токсины ботулизма вызывают сильные токсикологические поражения организма, маслянокислые бактерии портят сыры и молочную продукцию вызывая их порчу, появление неприятного запаха, изменение цвета. Уксусная палочка вызывает прокисание слабоалкогольной продукции, например, пива и вина. Микрококки вызывают гниение белков, появление гнилостного запаха. Широко распространены плесневые грибы, поражающие белковую и углеводную продукцию, изготавливаемую человеком.

Царство «Бактерии» состоит из бактерий и сине-зеленых водорослей, общая характеристика которых заключается в малой величине и отсутствии разделенного мембраной от цитоплазмы ядра.

Кто такие бактерии

В переводе с греческого «bakterion» – палочка. Большей частью, микробы – это невидимые невооруженным глазом одноклеточные организмы, размножающиеся делением.

Кто их открыл

Впервые увидеть мельчайших одноклеточных в самодельный микроскоп смог исследователь из Голландии, живший в 17 веке, Антони Ван Левенгук. Изучать окружающий мир через увеличительное стекло лупы он начал во время работы в галантерейном магазине.

Антони Ван Левенгук (1632 — 1723)

В дальнейшем Левенгук сосредоточился на изготовлении линз, способных к увеличению до 300 раз. В них он рассматривал мельчайшие микроорганизмы, описывая полученную информацию и перенося увиденное на бумагу.

В 1676 году Левенгук обнаружил и изложил сведения о микроскопических существах, которым дал название «анималькули».

Чем питаются

Мельчайшие микроорганизмы существовали на Земле задолго до появления человека. Они имеют повсеместное распространение, питаясь органической пищей и неорганическими веществами.

По способам усвоения питательных веществ бактерии принято делить на автотрофные и гетеротрофные. Для существования и развития гетеротрофы используют отходы жизнедеятельности, органического разложения живых организмов.

Представители бактерий

Биологами выделено около 2500 групп различных бактерий.

По форме их подразделяют на:

• кокки, имеющие шарообразные очертания;
• бациллы – в форме палочки;
• вибрионы, имеющие изгибы;
• спириллы – спиральной формы;
• стрептококки, состоящие из цепочек;
• стафилококки, образующие грозди, напоминающие виноградные.

По степени влияния на организм человека прокариотов можно разделить на:

• полезные;
• вредные.

К опасным для человека микробам относятся стафилококки и стрептококки, вызывающие гнойные заболевания.

Полезными считаются бактерии бифидо, ацидофилус, стимулирующие иммунитет и защищающие желудочно-кишечный тракт.

Как размножаются настоящие бактерии

Размножение всех видов прокариотов происходит в основном делением, с последующим ростом до исходной величины. Достигая определенного размера, взрослый микроорганизм распадается на две части.

Реже воспроизведение себе подобных одноклеточных выполняется почкованием и коньюгацией. При почковании на материнском микроорганизме вырастает до четырех новых клеток, с последующим отмиранием взрослой части.

Коньюгация считается простейшим половым процессом у одноклеточных. Чаще таким способом размножаются бактерии, обитающие в животных организмах.

Бактерии симбионты

Микроорганизмы, участвующие в пищеварении в кишечнике человека, это яркий пример бактерий симбионтов. Впервые симбиоз был открыт голландским микробиологом Мартином Виллемом Бейеринком. В 1888 году он доказал взаимовыгодное тесное сожительство одноклеточных и растений бобовых.

Обитая в корневой системе, симбионты, питаясь углеводами, снабжают растение атмосферным азотом. Таким образом, бобовые повышают плодородие, не обедняя почву.

Известно множество успешных симбиотических примеров с участием бактерий и:

• человека;
• водорослей;
• членистоногих;
• морских животных.

Микроскопические одноклеточные оказывают помощь системам человеческого организма, способствуют очищению сточных вод, участвуют в круговороте элементов и работают на достижение общих целей.

Почему бактерии выделяют в особое царство

Для этих организмов характерны мельчайшие размеры, отсутствие оформленного ядра и исключительное строение. Поэтому, несмотря на внешнее сходство, их нельзя отнести к эукариотам, обладающим оформленным клеточным ядром, ограниченным от цитоплазмы оболочкой.

Благодаря всем особенностям в XX веке ученые выделили их в отдельное царство.

Самые древние бактерии

Мельчайшие одноклеточные считаются первой зародившейся жизнью на Земле. Исследователи в 2016 году обнаружили в Гренландии сохранившиеся в погребенном состоянии цианобактерии возрастом около 3,7 миллиарда лет.

В Канаде найдены следы микроорганизмов, живших примерно 4 миллиарда лет назад в океане.

Функции бактерий

В биологии между живыми организмами и средой обитания бактерии выполняют следующие функции:

• переработка органических веществ в минеральные;
• фиксация азота.

В жизни человека одноклеточные микроорганизмы играют важную роль с первых минут рождения. Они обеспечивают сбалансированную микрофлору кишечника, оказывают влияние на иммунитет, занимаются поддержанием водно-солевого баланса.

Запасное вещество бактерий

Запасные питательные вещества у прокариота скапливаются в цитоплазме. Их накапливание происходит в благоприятных условиях, а потребляется в период голодания.

К запасным веществам бактерий относятся:

• полисахариды;
• липиды;
• полипептиды;
• полифосфаты;
• отложения серы.

Главный признак бактерий

Функцию ядра у прокариота выполняет нуклеоид.

Поэтому главным признаком бактерий является сосредоточение наследственного материала в одной хромосоме.

Почему представителей царства бактерии относят к прокариотам

Отсутствие оформленного ядра послужило причиной отнесения бактерий к прокариотным организмам.

Как бактерии переносят неблагоприятные условия

Микроскопические прокариоты способны длительное время переносить неблагоприятные условия, превращаясь в споры. Происходит потеря воды клеткой, значительное уменьшение объема и изменение формы.

Споры становятся нечувствительны к механическим, температурным и химическим воздействиям. Таким образом сохраняется свойство жизнеспособности и осуществляется эффективное расселение.

Заключение

Бактерии – древнейшая форма жизни на Земле, известная задолго до появления человека. Они присутствуют повсеместно: в окружающем воздухе, воде, в поверхностном слое земной коры. Местом обитания служат растения, животные, человек.

Активное изучение одноклеточных началось в XIX веке и продолжается по сей день. Данные организмы являются основной частью повседневной жизни людей и оказывают непосредственное влияние на существование человека.

Бактерии живут на планете Земля более 3,5 млрд. лет. За это время они многому научились и ко многому приспособились. Теперь они помогают человеку. Бактерии и человек стали неразлучны. Суммарная масса бактерий огромна. Она составляет около 500 миллиардов тонн.

Полезные бактерии выполняют две самые важные экологические функции — они фиксируют азот и участвуют в минерализации органических остатков. Роль бактерий в природе носит глобальный характер. Они участвуют в перемещении, концентрации и рассеивании химических элементов в биосфере земли.

Велико значение бактерий, полезных для человека. Они составляют 99% всей популяции, которые заселяют его организм. Благодаря им человек живет, дышит и питается.

Важна . Они полностью обеспечивают его жизнедеятельность.

Бактерии довольно просто устроены. Ученые предполагают, что они первыми появились на планете Земля.

Полезные бактерии в организме человека

Человеческий организм населяют и полезные и . Существующий баланс между организмом человека и бактериями отшлифовывался веками.

Как подсчитали ученые, в организме человека содержится от 500 до 1000 всевозможных видов бактерий или триллионы этих удивительных жильцов, что составляет до 4-х кг совокупного веса. До 3-х килограмм микробных тел находится только в кишечнике. Остальная их часть находится в мочеполовых путях, на коже и других полостях человеческого тела. Микробы заполняют организм новорожденного уже с первых минут его жизни и окончательно формируют состав кишечной микрофлоры к 10-13 годам.

В кишечнике обитают стрептококки, лактобактерии, бифидобактерии, энтеробактерии, грибы, кишечные вирусы, непатогенные простейшие. Лактобактерии и бифидобактерии составляют 60% кишечной флоры. Состав этой группы всегда постоянный, они самые многочисленные и осуществляющие основные функции.

Бифидобактерии

Значение бактерий этого вида огромно.

• Благодаря им вырабатываются ацетат и молочная кислота. Закисляя среду обитания, они подавляют рост , вызывающих гниение и брожение.
• Благодаря бифидобактериям снижается риск развития аллергии к пищевым продуктам у малышей.
• Они обеспечивают антиоксидантный и противоопухолевый эффект.
• Бифидобактерии принимают участие в синтезе витамина С.
• Бифидо- и лактобактерии принимают участие в процессах по усвоению витамина Д, кальция и железа.

Рис. 1. На фото бифидобактерии. Компьютерная визуализация.

Кишечная палочка

Значение бактерий этого вида для человека большое.

• Особое значение уделяется представителю этого рода Escherichia coli M17. Она способна вырабатывать вещество коцилин, которое угнетает рост целого ряда болезнетворных микробов.
• При участии синтезируются витамины К, группы В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 и В12), фолиевая и никотиновая кислоты.

Рис. 2. На фото кишечная палочка (трехмерное компьютерное изображение).

Положительная роль бактерий в жизни человека

• При участии бифидо-, лакто-, и энтеробактерий синтезируются витамины К, С, группы В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 и В12), фолиевая и никотиновая кислоты.
• Благодаря расщепляются непереваренные компоненты пищи из верхних отделов кишечника – крахмал, целлюлоза, белковые и жировые фракции.
• Кишечная микрофлора поддерживает водно-солевой обмен и ионный гомеостаз.
• Благодаря секреции особых веществ микрофлора кишечника подавляет рост патогенных бактерий, вызывающих гниение и брожение.
• Бифидо-, лакто-, и энтеробактерии принимает участие в детоксикации веществ, попадающих извне и образующихся внутри самого организма.
• Кишечная микрофлора играет большую роль в восстановлении местного иммунитета. Благодаря ей увеличивается количество лимфоцитов, активность фагоцитов и выработка иммуноглобулина А.
• Благодаря кишечной микрофлоре стимулируется развитие лимфоидного аппарата.
• Повышается устойчивость эпителия кишечника к канцерогенам.
• Микрофлора защищают слизистую стенку кишечника и обеспечивает энергией кишечный эпителий.
• Они регулируют перистальтику кишечника.
• Кишечная флора приобретает навыки по захвату и выводу вирусов из организма хозяина, с которым долгие годы она находилась в симбиозе.
• Велико значение бактерий в поддержке теплового баланса организма. Кишечная микрофлора питается за счет веществ, непереваренных ферментативной системой, которые поступают из верхних отделов желудочно-кишечного тракта. В результате сложных биохимических реакций вырабатывается огромное количество тепловой энергии. Тепло с током крови разносится по всему организму и поступает во все внутренние органы. Вот почему при голодании человек всегда мерзнет.
• Кишечная микрофлора регулирует обратное всасывание компонентов желчных кислот (холестерина), гормонов и др.

Рис. 3. На фото полезные бактерии — лактобактерии (трехмерное компьютерное изображение).

Роль бактерий в производстве азота

Аммонифицирующие микробы (вызывающие гниение) с помощью ряда имеющихся у них ферментов способны разлагать останки погибших животных и растений. При разложении белков выделяются азот и аммиак.

Уробактерии разлагают мочевину, которую человек и все животные планеты выделяют ежесуточно. Ее количество огромно и достигает 50 млн. тонн в год.

Определенный вид бактерий участвует в окислении аммиака. Этот процесс называется нитрофикацией.

Денитрифицирующие микробы возвращают молекулярный кислород из почвы в атмосферу.

Рис. 4. На фото полезные бактерии — аммонифицирующие микробы. Они подвергают останки погибших животных и растений разложению.

Роль бактерий в природе: фиксация азота

Значение бактерий в жизнедеятельности человека, животных, растений, грибов и бактерий огромно. Как известно, для нормального их существования необходим азот. Но усваивать азот в газообразном состоянии бактерии не могут. Оказывается, связывать азот и образовывать аммиак умеют сине-зеленые водоросли (Цианобактерии ), свободноживущие азотофиксаторы и особые . Все эти полезные бактерии производят до 90% связанного азота и вовлекают до 180 млн. т. азота в азотный фонд почвы.

Клубеньковые бактерии прекрасно сожительствуют с бобовыми растениями и облепихой.

Такие растения, как люцерна, горох, люпин и другие бобовые имеют на своих корнях так называемые «квартиры» для клубеньковых бактерий. Эти растения высаживаются на истощенные почвы для обогащения их азотом.

Рис. 5. На фото клубеньковые бактерии на поверхности корневого волоска бобового растения.

Рис. 6. Фото корня бобового растения.

Рис. 7. На фото полезные бактерии — цианобактерии.

Роль бактерий в природе: круговорот углерода

Углерод является важнейшим клеточным веществом животного и растительного мира, а так же мира растений. Он составляет 50% сухого остатка вещества клетки.

Много углерода содержится в клетчатке, которой питаются животные. В их желудке клетчатка под действием микробов разлагается и далее, в виде навоза, попадает наружу.

Разлагают клетчатку целлюлозные бактерии . В результате их работы почва обогащается гумусом, что значительно повышает ее плодородие, а углекислота возвращается в атмосферу.

Рис. 8. Зеленым цветом окрашены внутриклеточные симбионты, желтым – масса перерабатываемой древесины.

Роль бактерий в превращении фосфора, железа и серы

В белках и липидах содержится большое количество фосфора, минерализация которого осуществляется Вас. megatherium (из рода гнилостных бактерий).

Железобактерии участвуют в процессах минерализации органических соединений, содержащих железо. В результате их деятельности в болотах и озерах образуется большое количество железной руды и железомарганцевых отложений.

Серобактерии живут в воде и почве. Их много в навозе. Они участвуют в процессе минерализации серосодержащих веществ органического происхождения. В процессе разложения органических серосодержащих веществ выделяется газ сероводород, который крайне ядовит для окружающей среды, в том числе для всего живого. Серобактерии в результате своей жизнедеятельности превращают этот газ в неактивное безвредное соединение.

Рис. 9. Несмотря на кажущуюся безжизненность, в реке Рио Тинто жизнь всё-таки есть. Это различные, окисляющие железо, бактерии и множество других их видов, которые можно встретить только в этом месте.

Рис. 10. Зелёные серобактерии в колонне Виноградского.

Роль бактерий в природе: минерализация органических остатков

Бактерии, принимающие активное участие в минерализации органических соединений, считаются чистильщиками (санитарами) планеты Земля. С их помощью органические вещества погибших растений и животных превращаются в перегной, который почвенные микроорганизмы превращают в минеральные соли, так необходимые для построения корневой, стеблевой и листовой систем растений.

Рис. 11. Минерализация органических веществ, поступающих в водоем, происходит в результате биохимического окисления.

Роль бактерий в природе: брожение пектиновых веществ

Клетки растительных организмов связываются друг с другом (цементируются) специальным веществом, которое называется пектин. Некоторые виды маслянокислых бактерий обладают способностью сбраживать это вещество, которое при нагревании превращая в студенистую массу (пектис). Эта особенность используется при замачивании растений, содержащих много волокон (лен, конопля).

Рис. 12. Существует несколько способов получения тресты. Самым распространённым является биологический способ, при котором связь волокнистой части с окружающими тканями разрушается под влиянием микроорганизмов. Процесс брожения пектиновых веществ лубяных растений называется мочкой, а вымоченная солома — трестой.

Роль бактерий в очистке воды

Бактерии, очищающие воду , стабилизируют уровень ее кислотности. С их помощью сокращаются донные отложения, улучшается здоровье рыб и растений, живущих в воде.

Недавно группой ученых из разных стран были обнаружены бактерии, которые разрушают детергенты, входящие в состав синтетических моющих средств и некоторые лекарственные препараты.

Рис. 13. Широко применяется деятельность ксенобактерий для очистки почв и водоемов, загрязненных нефтепродуктами.

Рис. 14. Пластиковые купола, очищающие воду. В них содержатся гетеротрофные бактерии, питаюшиеся углеродосодержащими материалами, и автотрофные бактерии, питаюшиеся аммиак- и азотсодержащие материалами. Система трубок поддерживает их жизнеобеспечение.

Использование бактерий при обогащении руд

Способность тионовых сероокисляющих бактерий используется для обогащения медных и урановых руд.

Рис. 15. На фото полезные бактерии — Тиобациллы и Acidithiobacillus ferrooxidans (электронная микрофотография). Они способны извлекать ионы меди для выщелачивания отходов, которые образуются при флотационном обогащении сульфидных руд.

Роль бактерий в маслянокислом брожении

Маслянокислые микробы находятся повсюду. Насчитывается более 25-и видов этих микробов. Они принимают участие в процессе разложения белков, жиров и углеводов.

Маслянокислое брожение вызывают анаэробные спорообразующие бактерии, относящиеся к роду клостридиум. Они способны сбраживать различные сахара, спирты, органические кислоты, крахмал, клетчатку.

Рис. 16. На фото маслянокислые микроорганизмы (компьютерная визуализация).

Роль бактерий в жизни животных

Множество видов животного мира питается растениями, основу которых составляет клетчатка. Переваривать клетчатку (целлюлозу) животным помогают особые микробы, местом пребывания которых являются определенные отделы желудочно-кишечного тракта.

Значение бактерий в животноводстве

Жизнедеятельность животных сопровождается выделением огромного количества навоза. Из него некоторые микроорганизмы могут производить метан («болотный газ»), который используется, как топливо и сырье в органическом синтезе.

Рис. 17. Газ метан как топливо для автомобилей.

Использование бактерий в пищевой промышленности

Роль бактерий в жизни человека огромна. Широко применяются в пищевой промышленности молочнокислые бактерии:

• при производстве простокваши, сыров, сметаны и кефира;
• при сквашивании капусты и засолке огурцов, принимают участие в мочении яблок и мариновании овощей;
• они придают особый аромат винам;
• вырабатывают молочную кислоту, сквашивающую молоко. Это свойство используется для производства простокваши и сметаны;
• при приготовлении сыров и йогуртов в промышленных масштабах;
• в процессе засаливания молочная кислота служит консервантом.

К молочнокислым бактериям относятся молочные стрептококки, сливочные стрептококки, палочки болгарская, ацидофильная, зерновая термофильная и огуречная . Бактерии рода стрептококков и лактобацилл придают продуктам более густую консистенцию. В результате их жизнедеятельности улучшается качество сыров. Именно они придают сыру определенный сырный аромат.

Рис. 18. На фото полезные бактерии — лактобактерии (розовый цвет), болгарская палочка и термофильный стрептококк.

Рис. 19. На фото полезные бактерии — кефирный (тибетский или молочный) гриб и молочнокислые палочки перед непосредственным внесением в молоко.

Рис. 20. Кисломолочная продукция.

Рис. 21. Термофильные стрептококки (Streptococcus thermophilus) применяются при приготовлении сыра моцарелла.

Рис. 22. Вариантов плесневого пенициллина множество. Бархатистая корочка, зеленоватые прожилки, неповторимый вкус и лекарственно-аммиачный аромат сыров уникален. Грибной вкус сыров зависит от места и длительности созревания.

Рис. 23. Бифилиз – биопрепарат для приема внутрь, содержащий массу живых бифидобактерий и лизоцим.

Использование дрожжей и грибов в пищевой промышленности

В пищевой промышленности используются преимущественно вид дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Они осуществляют спиртовое брожение, из-за чего широко применяются в хлебопекарном деле. Спирт при выпечке испаряется, а пузырьки углекислого газа формируют хлебный мякиш.

С 1910 года дрожжи стали добавлять в колбасы. Дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae применяются для производства вин, пива и кваса.

Рис. 24. Чайный гриб – это дружеский симбиоз уксусной палочки и дрожжевых грибков. Он появился в наших краях еще в прошлом веке.

Рис. 25. Дрожжи сухие и мокрые широко используются в хлебопекарной промышленности.

Рис. 26. Вид клеток дрожжей Saccharomyces cerevisiae под микроскопом и Saccharomyces cerevisiae — «настоящие» винные дрожжи.

Роль бактерий в жизни человека: уксуснокислое окисление

Еще Пастер доказал, что в уксуснокислом окислении принимают участие особые микроорганизмы — уксусные палочки , которые широко встречаются в природе. Они поселяются на растения, проникают в созревшие овощи и фрукты. Их много в квашеных овощах и фруктах, вине, пиве и квасе.

Способность уксусных палочек окислять этиловый спирт до уксусной кислоты используется сегодня для получения уксуса, применяемого в пищевых целях и при заготовке кормов для животных — силосовании (консервировании).

Рис. 27. Процесс силосования кормов. Силос — сочный корм, обладающий высокой кормовой ценностью.

Роль бактерий в жизни человека: производство лекарственных препаратов

Изучение жизнедеятельности микробов позволило ученым применять некоторые бактерии для синтеза антибактериальных препаратов, витаминов, гормонов и ферментов.

Они помогают бороться со многими инфекционными и вирусными заболеваниями. Чаще всего антибиотики продуцируют актиномицеты , реже – немицеллярные бактерии . Пенициллин, полученный из плесневых грибов, разрушает клеточную оболочку бактерий. Стрептомицеты продуцируют стрептомицин, который инактивирует рибосомы микробных клеток. Сенные палочки или Bacillus subtilis закисляют среду обитания. Они угнетают рост гнилостных и условно патогенных микроорганизмов за счет образования целого ряда веществ антимикробной направленности. Сенная палочка продуцирует ферменты, разрушающие вещества, которые образуются в результате гнилостного распада тканей. Они участвуют в синтезе аминокислот, витаминов и иммуноактивных соединений.

Используя технологию генной инженерии, сегодня ученые научились использовать для производства инсулина и интерферона.

Ряд бактерий предполагается использовать для получения специального белка, который можно будет добавлять в корм скоту и в пищу человеку.

Рис. 28. На фото споры сенной палочки или Bacillus subtilis (окрашены в синий цвет).

Рис. 29. Биоспорин-Биофарма — отечественный препарат, содержащий апатогенные бактерии рода Bacillus.

Использование бактерий для производства безопасных гербицидов

Сегодня широко используется методика применения фитобактерий для производства безопасных гербицидов. Токсины Bacillus thuringiensis выделяют опасные для насекомых Cry-токсины, что позволяет использовать эту особенность микроорганизмов в борьбе с вредителями растений.

Использование бактерий в производстве моющих средств

Протеазы или расщепляют пептидные связи между аминокислотами, из которых состоят белки. Амилаза расщепляет крахмал. Сенная палочка (B. subtilis ) продуцирует протеазы и амилазы. Бактериальные амилазы используются при производстве стирального порошка.

Рис. 30. Изучение жизнедеятельности микробов позволяет ученым применять некоторые их свойства для блага человека.

Значение бактерий в жизни человека огромно. Полезные бактерии являются постоянными спутниками человека много тысячелетий. Задача человечества — не нарушить это тонкое равновесие, которое сложилось между микроорганизмами, живущими внутри нас и в окружающей среде. Роль бактерий в жизни человека огромна. Ученые постоянно открывают полезные свойства микроорганизмов, использование которых в повседневной жизни и на производстве ограничивается только их свойствами.

Организм бактерии представлен одной единственной клеткой. Формы бактерий разнообразны. Строение бактерий отличается от строения клеток животных и растений.

В клетке отсутствует ядро, митохондрии и пластиды. Носитель наследственной информации ДНК, расположена в центре клетки в свернутом виде. Микроорганизмы, которые не имеют настоящего ядра, относятся к прокариотам. Все бактерии — прокариоты.

Предполагается, что на земле существует свыше миллиона видов этих удивительных организмов. К настоящему времени описано около 10 тыс. видов.

Бактериальная клетка имеет стенку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с включениями и нуклеотид. Из дополнительных структур некоторые клетки имеют жгутики, пили (механизм для слипания и удержания на поверхности) и капсулу. При неблагоприятных условиях некоторые бактериальные клетки способны образовывать споры. Средний размер бактерий 0,5-5 мкм.

Внешнее строение бактерий

Рис. 1. Строение бактериальной клетки.

Клеточная стенка

• Клеточная стенка бактериальной клетки является для нее защитой и опорой. Она придает микроорганизму свою, специфическую форму.
• Клеточная стенка проницаема. Через нее проходят питательные вещества внутрь и продукты обмена (метаболизма) наружу.
• Некоторые виды бактерий вырабатывают специальную слизь, которая напоминает капсулу, предохраняющую их от высыхания.
• У некоторых клеток имеются жгутики (один или несколько) или ворсинки, которые помогают им передвигаться.
• У бактериальных клеток, которые при окрашивании по Граму приобретают розовую окраску (грамотрицательные ), клеточная стенка более тонкая, многослойная. Ферменты, благодаря которым происходит расщепление питательных веществ, выделяются наружу.
• У бактерий, которые при окрашивании по Граму приобретают фиолетовую окраску (грамположительные ), клеточная стенка толстая. Питательные вещества, которые поступают в клетку, расщепляются в периплазматическом пространстве (пространство между клеточной стенкой и мембраной цитоплазмы) гидролитическими ферментами.
• На поверхности клеточной стенки имеются многочисленные рецепторы. К ним прикрепляются убийцы клеток — фаги, колицины и химические соединения.
• Липопротеиды стенки у некоторых видов бактерий являются антигенами, которые называются токсинами.
• При длительном лечении антибиотиками и по ряду других причин некоторые клетки теряют оболочку, но сохраняют способность к размножению. Они приобретают округлую форму — L-форму и могут длительно сохраняться в организме человека (кокки или палочки туберкулеза). Нестабильные L-формы обладают способностью принимать первоначальный вид (реверсия).

Рис. 2. На фото строение бактериальной стенки грамотрицательных бактерий (слева) и грамположительных (справа).

Капсула

При неблагоприятных условиях внешней среды бактерии образуют капсулу. Микрокапсула плотно прилегает к стенке. Ее можно увидеть только в электронном микроскопе. Макрокапсулу часто образуют патогенные микробы (пневмококки). У клебсиеллы пневмонии макрокапсула обнаруживаются всегда.

Рис. 3. На фото пневмококк. Стрелками указана капсула (электронограмма ультратонкого среза).

Капсулоподобная оболочка

Капсулоподобная оболочка представляет собой образование, непрочно связанное с клеточной стенкой. Благодаря бактериальным ферментам капсулоподобная оболочка покрывается углеводами (экзополисахаридами) внешней среды, благодаря чему обеспечивается слипание бактерий с разными поверхностями, даже совершенно гладкими.

Например, стрептококки, попадая в организм человека, способны слипаться с зубами и сердечными клапанами.

Функции капсулы многообразны:

• защита от агрессивных условий внешней среды,
• обеспечение адгезии (слипанию) с клетками человека,
• обладая антигенными свойствами, капсула оказывает токсический эффект при внедрении в живой организм.

Рис. 4. Стрептококки способны слипаться с эмалью зубов и вместе с другими микробами являются причиной кариеса.

Рис. 5. На фото поражение митрального клапана при ревматизме. Причина — стрептококки.

Жгутики

• У некоторых бактериальных клеток имеются жгутики (один или несколько) или ворсинки, которые помогают передвигаться. В составе жгутиков находится сократительный белок флагелин.
• Количество жгутиков может быть разным — один, пучок жгутиков, жгутики на разных концах клетки или по всей поверхности.
• Движение (беспорядочное или вращательное) осуществляется в результате вращательного движения жгутиков.
• Антигенные свойства жгутиков оказывают токсический эффект при заболевании.
• Бактерии, не имеющие жгутиков, покрываясь слизью, способны скользить. У водных бактерий содержатся вакуоли в количестве 40 — 60, наполненные азотом.

Они обеспечивают погружение и всплытие. В почве бактериальная клетка передвигается по почвенным каналам.

Рис. 6. Схема прикрепления и работы жгутика.

Рис. 7. На фото разные типы жгутиковых микробов.

Рис. 8. На фото разные типы жгутиковых микробов.

Пили

• Пили (ворсинки, фимбрии) покрывают поверхность бактериальных клеток. Ворсинка представляет собой винтообразно скрученную тонкую полую нить белковой природы.
• Пили общего типа обеспечивают адгезию (слипание) с клетками хозяина. Их количество огромно и составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч. С момента прикрепления начинается любой .
• Половые пили способствуют переносу генетического материала от донора реципиенту. Их количество от 1 до 4-х на одну клетку.

Рис. 9. На фото кишечная палочка. Видны жгутики и пили. Фото сделано при помощи туннельного микроскопа (СТМ).

Рис. 10. На фото видны многочисленные пили (фимбрии) у кокков.

Рис. 11. На фото бактериальная клетка с фимбриями.

Цитоплазматическая мембрана

• Цитоплазматическая мембрана располагается под клеточной стенкой и представляет собой липопротеин (до 30% липидов и до 70% протеинов).
• У разных бактериальных клеток разный липидный состав мембран.
• Мембранные белки выполняют множество функций. Функциональные белки представляют собой ферменты, благодаря которым на цитоплазматической мембране происходит синтез разных ее компонентов и др.
• Цитоплазматическая мембрана состоит из 3-х слоев. Двойной фосфолипидный слой пронизан глобулинами, которые обеспечивают транспорт веществ в бактериальную клетку. При нарушении ее работы клетка погибает.
• Цитоплазматическая мембрана принимает участие в спорообразовании.

Рис. 12. На фото отчетливо видна тонкая клеточная стенка (КС), цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) и нуклеотид в центре (бактерия Neisseria catarrhalis).

Внутреннее строение бактерий

Рис. 13. На фото строение бактериальной клетки. Строение клетки бактерии отличается от строения клеток животных и растений — в клетке отсутствует ядро, митохондрии и пластиды.

Цитоплазма

Цитоплазма на 75% состоит из воды, остальные 25% приходится на минеральные соединения, белки, РНК и ДНК. Цитоплазма всегда густая и неподвижная. В ней содержатся ферменты, некоторые пигменты, сахара, аминокислоты, запас питательных веществ, рибосомы, мезосомы, гранулы и всевозможные другие включения. В центре клетки концентрируется вещество, которое несет наследственную информацию — нуклеоид.

Гранулы

Гранулы состоят из соединений, которые являются источником энергии и углерода.

Мезосомы

Мезосомы — производные клетки. Имеют разную форму — концентрические мембраны, пузырьки, трубочки, петли и др. Мезосомы имеют связь с нуклеоидом. Участие в делении клетки и спорообразовании — их основное предназначение.

Нуклеоид

Нуклеоид является аналогом ядра. Он расположен в центре клетки. В нем локализована ДНК — носитель наследственной информации в свернутом виде. Раскрученная ДНК достигает в длину 1 мм. Ядерное вещество бактериальной клетки не имеет мембраны, ядрышка и набора хромосом, не делится митозом. Перед делением нуклеотид удваивается. Во время деления число нуклеотидов увеличивается до 4-х.

Рис. 14. На фото срез бактериальной клетки. В центральной части виден нуклеотид.

Плазмиды

Плазмиды представляют собой автономные молекулы, свернутые в кольцо, двунитевой ДНК. Их масса значительно меньше массы нуклеотида. Несмотря на то, что в ДНК плазмид закодирована наследственная информация, они не являются жизненно важными и необходимыми для бактериальной клетки.

Рис. 15. На фото бактериальная плазмида. Фото сделано с помощью электронного микроскопа.

Рибосомы

Рибосомы бактериальной клетки участвуют в синтезе белка из аминокислот. Рибосомы бактериальных клеток не объединены в эндоплазматическую сеть, как у клеток, имеющих ядро. Именно рибосомы часто становятся «мишенью» для многих антибактериальных препаратов.

Включения

Включения — продукты метаболизма ядерных и безъядерных клеток. Представляют собой запас питательных веществ: гликоген, крахмал, сера, полифосфат (валютин) и др. Включения часто при окраске приобретают иной вид, чем цвет красителя. По валютину можно диагностировать .

Формы бактерий

Форма бактериальной клетки и ее размер имеет большое значение при их идентификации (распознании). Самые распространенные формы — шаровидная, палочковидная и извитая.

Таблица 1. Основные формы бактерий.

Шаровидные бактерии

Шаровидные бактерии называют кокками (от греческого coccus — зерно). Располагаются по одному, по двое (диплококки), пакетами, цепочками и как гроздья винограда. Данное расположение зависит от способа деления клетки. Самые вредные микробы — стафилококки и стрептококки.

Рис. 16. На фото микрококки. Бактерии круглые, гладкие, имеют белую, желтую и красную окраску. В природе микрококки распространены повсеместно. Живут в разных полостях человеческого организма.

Рис. 17. На фото бактерии диплококки — Streptococcus pneumoniae.

Рис. 18. На фото бактерии сарцины. Кокковидные бактерии соединяются в пакеты.

Рис. 19. На фото бактерии стрептококки (от греческого «стрептос» — цепочка).

Располагаются цепочками. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.

Рис. 20. На фото бактерии «золотистые» стафилококки. Располагаются, как «гроздья винограда». Скопления имеют золотистую окраску. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.

Палочковидные бактерии

Палочковидные бактерии, образующие споры, называются бациллами. Они имеют цилиндрическую форму. Самым ярким представителем этой группы является бацилла . К бациллам относятся чумные и гемофильные палочки. Концы палочковидных бактерий могут быть заострены, закруглены, обрублены, расширены или расщеплены. Форма самих палочек может быть правильной и неправильной. Они могут располагаться по одной, по две или образовывать цепочки. Некоторые бациллы называют коккобациллами, так как они имеют округлую форму. Но, все же, их длина превышает ширину.

Диплобациллы — сдвоенные палочки. Сибиреязвенные палочки образовывают длинные нити (цепочки).

Образование спор изменяет форму бацилл. В центре бацилл споры образуются у маслянокислых бактериях, придавая им вид веретена. У столбнячных палочек — на концах бацилл, придавая им вид барабанных палочек.

Рис. 21. На фото бактериальная клетка палочковидной формы. Видны множественные жгутики. Фото сделано с помощью электронного микроскопа. Негатив.

Рис. 22. На фото бактерии палочковидной формы, образующие цепочки (сибиреязвенные палочки).