Классификация органического мира
|
|
Скачать 0.63 Mb.
|
|
Роль бактерий в природе и жизни человека Бактерии – хемоавтотрофы Бактерии – органотрофы Бактерии – паразиты |
|
^
Рассмотрим теперь некоторые группы прокариот, самые интересные и важные в практическом значении. Бактерии – фототрофыМногие бактерии используют свет как источник энергии. Все они окрашены в красный, оранжевый, зеленый или сине-зеленый цвет: ведь для того, чтобы свет произвел работу, он должен быть поглощен каким-либо красителем – пигментом. У бактерий это разнообразные хлорофиллы и каротиноиды. Большинство из них могут связывать молекулярный азот. Обитают они чаще всего в водоемах на поверхности ила, некоторые - в горячих источниках. Особенность бактериального фотосинтеза в том, что при нем не выделяется свободный кислород, как у зеленых растений. Совсем по-другому используют энергию солнечного излучения цианобактерии (их неточно называют сине-зелеными водорослями). Они расщепляют воду и используют водород, а молекулярный кислород выделяют в атмосферу. Полагают, что именно цианобактерии сделали атмосферу нашей планеты кислородной. Цианобактерии, устойчивые к бытовому и промышленному загрязнению, вызывают «цветение» и порчу воды в водоемах, озерах, водохранилищах. Могут они жить на прибрежных камнях, в горах, пустынях, в горячих источниках. Эти микроорганизмы активно связывают атмосферный азот, обеспечивая урожай рисовых полей и продуктивность всех других водоемов. ^ Многие бактерии получают энергию, используя неорганические вещества: аммиак, соединения серы, железа, др. Источником углерода для них является углекислый газ. Бактерии этой группы не нуждаются в органике, к ним относятся бактерии, превращающие аммиак в нитраты (в старину селитру для пороха добывали, промывая водой компостные кучи). Металлурги древности, в том числе и на Руси, высоко ценили железные болотные руды, находя их по пленки ржавого цвета, но они даже и не догадывались, что эта ржавчина - продукт выделения особых, «футлярных» железобактерий. Другие бактерии получают энергию для своего роста, окисляя сероводород, часто встречающийся в горячих вулканических источниках. Некоторые из них могут жить в довольно крепком растворе серной кислоты, причем, горячей. ^ В эту группу объединено огромное количество видов бактерий, потребляющих органическое вещество. Еще полтора века назад великий французский микробиолог Л. Пастер понял, что без микроорганизмов гниения и брожения, превращающих органику в неорганические соединения, жизнь на Земле стала бы невозможной. Наибольшее количество видов этой группы обитают в почве – в 1 г плодородной пахотной почвы их содержится несколько млрд. Почвенная флора в основном представлена бактериями гниения. Они разлагают органические остатки (отмершие тела растений и животных) до веществ, которые потребляют растения: углекислого газа, воды и минеральных солей. Этот процесс в масштабах планеты называется минерализацией органических остатков, чем больше бактерий в почве, тем интенсивнее идет процесс минерализации, следовательно, тем выше плодородие почвы. Молочнокислые бактерии превращают молоко в простоквашу, кефир и кумыс. Они же образуют кислое тесто, разные сорта сыра, квашеную капусту и огурцы. В трех последних случаях, молочная кислота служит консервирующим средством, не позволяя развиваться другим бактериям. Некоторые бактерии приспособлены к жизни на покровах и в кишечнике животных, среди них есть и полезные для своих хозяев. Коровы, овцы, вообще все жвачные животные, содержат в своих сложных желудках огромное количество бактерий, расщепляющих клетчатку растений. Строго говоря, корова питается не сеном, а теми бактериями, которых она выращивает на съедаемом сене. Есть среди бактерий и просто нахлебники, не приносящие прямой пользы, но для хозяина небезразличные. Человек не исключение: на нашей коже обитает немало бактерий, потребляющих органические вещества пота (собственно запах пота – это запах бактериальных продуктов обмена), поэтому необходимо соблюдать правила гигиены. Но несравненно больше бактерий в содержимом наших кишечников, из них наиболее известна кишечная палочка – самая изученная бактерия, которая широко используется в качестве модели общебиологических процессов, что открывает возможности для управления генетическими процессами, а также для создания новых вакцин и сывороток. Особый интерес представляют бактерии – симбионты, тесно связанные с другими живыми организмами. Например, клубеньковые бактерии, образующие клубеньки на корнях бобовых растений ( соя, люпин, горох, люцерна). Они свободно живут в почве, но фиксировать молекулярный азот из воздуха могут только в симбиозе с корнями, переводя его в форму, доступную для всасывания растениями. Как же сделать, чтобы на корнях растений больше поселялось активных клубеньковых бактерий? Очевидно, их надо добавить в почву - удобрить ее. Такими «живыми» удобрениями являются нитрогин, азотобактерин, Байкал и т.д. Еще одним симбионтом из мира бактерий являются сине-зеленые водоросли (цианобактерии), которые входят в состав лишайников. ^ Бактерии были открыты А.Левенгуком в конце 17 в., и еще долгое время считалось, что они способны самозарождаться в гниющих остатках. Это мешало пониманию связи прокариот с возникновением и распространением болезней, препятствуя одновременно разработке адекватных лечебных и профилактических мероприятий. Л.Пастер первым установил, что бактерии происходят только от других живых бактерий и могут вызывать определенные заболевания. В конце 19 в. Р.Кох и другие ученые значительно усовершенствовали методы идентификации этих патогенов и описали множество их видов. Для установления того, что наблюдаемое заболевание вызывается вполне определенной бактерией, до сих пор пользуются (с небольшими модификациями) «постулатами Коха»: 1) данный патоген должен присутствовать у всех больных; 2) можно получить его чистую культуру; 3) он должен при инокуляции вызывать ту же болезнь у здорового человека; 4) его можно обнаружить у вновь заболевшего. Дальнейший прогресс в этой области связан с развитием иммунологии, основы которой заложил еще Пастер (на первых порах тут много сделали французские ученые), и с открытием в 1928 А.Флемингом пенициллина. Все представители этой группы относятся к факультативным либо облигатным анаэробам, активно размножаясь в организме человека и вызывая очень опасные, порой фатальные заболевания. В XIV веке от пандемии бубонной чумы скончалось 75 млн человек, в том числе 15-35 млн в Европе, что составило 1/4-1/2 её населения. Патогенными называются бактерии, паразитирующие на других организмах. Бактерии вызывают большое количество заболеваний человека, таких как чума (Yersinia pestis), сибирская язва (Bacillus anthracis), лепра (проказа, возбудитель: Mycobacterium lepreae), дифтерия (Corynebacterium diphtheriae), сифилис (Treponema pallidum), холера (Vibrio cholerae), туберкулёз (Mycobacterium tuberculosis), листериоз (Listeria monocytogenes) и др.Открытие патогенных свойств у бактерий продолжается: в 1976 обнаружена болезнь легионеров, вызываемая Legionella pneumophila, в 1980-е—1990-е было показано, что Helicobacter pylori вызывает язвенную болезнь и даже рак желудка, а также хронический гастрит. Бактериальным инфекциям подвержены также растения и животные.Некоторые патогены, т. е. болезнетворные микроорганизмы, могут быть облигатными паразитами, т. е. они способны жить только в теле организма-хозяина. Такова, к примеру, вызывающая сифилис бледная трепонема, или бледная спирохета (Treponema pallidum), которая быстро погибает во внешней среде. Еще сильнее такая особенность выражена у риккетсий (сыпной тиф, пятнистая лихорадка Скалистых гор и др.) и хламидий (трахома, пситтакоз). Эти организмы могут жить только внутри других клеток и так мелки, что их долгое время относили к вирусам. Другие виды обычно живут независимо от каких-либо хозяев, но в особых условиях становятся паразитами. Пример - Pseudomonas aeruginosa, почвенная бактерия, способная иногда инфицировать раны или просто заражать людей с ослабленным здоровьем. Зачастую патогены живут в организме хозяев, не причиняя им вреда, и вызывают болезни лишь при особых обстоятельствах, роль которых не всегда ясна.Симптомы заражения бактериями часто объясняют действием токсичных веществ, вырабатываемых этими микроорганизмами. Их принято подразделять на две группы. Экзотоксины выделяются из бактериальной клетки, например, при дифтерии, столбняке, скарлатине (причина красной сыпи). Интересно, что во многих случаях экзотоксины вырабатываются только бактериями, которые сами заражены вирусами, содержащими соответствующие гены. Эндотоксины входят в состав бактериальной клеточной стенки и высвобождаются лишь после гибели и разрушения патогена. Анаэробная бактерия Clostridium botulinum, обычно живущая в почве и иле, — причина ботулизма. Она образует очень устойчивые к нагреванию споры, которые могут прорастать после пастеризации и копчения продуктов. В ходе своей жизнедеятельности бактерия образует несколько близких по строению токсинов, относящихся к сильнейшим из известных ядов. Убить человека может меньше 1/10 000 мг такого вещества. Эта бактерия изредка заражает фабричные консервы и несколько чаще — домашние. Выявить на глаз ее присутствие в овощных или мясных продуктах обычно невозможно. В США ежегодно регистрируется несколько десятков случаев ботулизма, смертность при которых составляет 30-40%. К счастью, ботулинотоксин — это белок, поэтому его можно инактивировать непродолжительным кипячением. Гораздо шире распространены пищевые отравления, вызываемые токсином, который вырабатывается некоторыми штаммами золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus). Симптомы — понос и упадок сил; смертельные исходы редки. Этот токсин — также белок, но, к сожалению, очень термостойкий, поэтому кипячением пищи его инактивировать трудно. Если продукты не сильно им отравлены, то, чтобы предотвратить размножение стафилококка, рекомендуется хранить их до употребления при температуре либо ниже 4° С, либо выше 60° С. Число бактерий в организме человека превышает число родных клеток в 10 раз, а их общий вес около 2.5 кг. Вся микрофлора человека является дополнительным органом, который отвечает за защиту организма от инфекций и пищеварение. В кишечнике человека в норме обитает от 300 до 1000 видов бактерий общей массой до 1 кг при том что численность их клеток на порядок превосходит численность клеток человеческого организма. Они играют важную роль в переваривании углеводов, синтезируют витамины, вытесняют патогенные бактерии.Широко распространена опасная болезнь дизентерия. Дизентерийная палочка, размножаясь в кишечнике, вызывает его сильное расстройство («кровавый понос»). Близкими возбудителями вызывается сальмонеллез (возбудитель сальмонелла) и брюшной тиф. Все они называются «болезнями грязных рук», но заразиться ими можно и через мух, загрязненную пищу и воду. По данным южнокорейского Бюро защиты прав потребителей, количество бактерий на ручках тележек крупных магазинов, достигает 1100 колоний на 10 см2. Второе место занимают компьютерные «мышки» в Интернет-кафе (690 колоний на ту же площадь). Ручки кабинок общественных уборных содержат лишь 340 колоний вредных микроорганизмов. Для того чтобы уберечься от всех видов микроорганизмов, которые были обнаружены на предметах общественного пользования в ходе исследования, достаточно регулярно мыть руки с мылом.Многие бактерии поражают дыхательные пути, вследствие чего человек заболевает ангиной. Широко распространены разные формы пневмонии, вызываемой пневмококками. Микобактерией - палочкой Коха – вызывается туберкулез, заболевание, вселяющее ужас еще в начале ХХ века. Обычно поражаются легкие («чахотка»), но сейчас распространены и другие формы заболевания, достаточно трудные при первичной диагностики (костный, почечный туберкулез).К мерам борьбы с возбудителями инфекционных заболеваний относятся: проведение предохранительных прививок, контроль за источниками воды и пищевыми продуктами, пастеризация и термическая обработка продуктов питания, соблюдение основных гигиенических требований, дезинфекция помещений, стерилизация инструментов и перевязочного материала. Поначалу для борьбы с бактериями применялось очень мало лекарств (химиотерапевтических препаратов). Трудность заключалась в том, что, хотя эти препараты легко убивают микробов, зачастую такое лечение вредно для самого больного. К счастью биохимическое сходство человека и микробов, как теперь известно, все же неполное. Например, антибиотики группы пенициллина, синтезируемые определенными грибами и используемые ими для борьбы с бактериями-конкурентами, нарушают образование бактериальной клеточной стенки. Поскольку у клеток человека такой стенки нет, эти вещества губительны только для бактерий, хотя иногда они и вызывают у нас аллергическую реакцию. Кроме того, рибосомы прокариот, несколько отличные от наших (эукариотических), специфически инактивируются антибиотиками типа стрептомицина и хлоромицетина. Далее, некоторые бактерии должны сами обеспечивать себя одним из витаминов — фолиевой кислотой, а ее синтез в их клетках подавляют синтетические сульфамидные препараты. Сами мы получаем этот витамин с пищей, поэтому при таком лечении не страдаем. Сейчас против почти всех бактериальных патогенов существуют природные или синтетические лекарственные средства. Многие бактерии, являющиеся в норме безопасными для человека или даже обычными обитателями его кожи или кишечника, в случае нарушения иммунитета или общего ослабления организма могут выступать в качестве патогенов.Опасность бактериальных заболеваний была сильно снижена в конце XIX века с изобретением метода вакцинации, а в середине XX века с открытием антибиотиков.В последние десятилетия человек все больше и больше использует бактерии. Все это создает предпосылки для происходящей сейчас перестройки промышленности и создания так называемой биотехнологии. При этом ученые рассчитывают на коренное изменение способов получения товаров повседневного спроса, и в том числе пищевых продуктов и источников энергии. Важное значение на сегодняшний день приобретает изучение и широкое использование микроорганизмов в здравоохранении.В настоящее время разработаны методики по использованию фитопатогенных бактерий в качестве безопасных гербицидов, энтомопатогенных — вместо инсектицидов. Наиболее широкое применение получила Bacillus thuringiensis, выделяющая токсины, действующие на насекомых. Помимо бактериальных инсектицидов, в сельском хозяйстве нашли применение бактериальные удобрения.Бактерии, вызывающие болезни человека, используются как биологическое оружие.Благодаря быстрому росту и размножению, а также простоте строения, бактерии активно применяются в научных исследованиях по молекулярной биологии, генетике, генной инженерии и биохимии. Самой хорошо изученной бактерией стала Escherichia coli. Информация о процессах метаболизма бактерий позволила производить бактериальный синтез витаминов, гормонов, ферментов, антибиотиков и др..Перспективным направлением является обогащение руд с помошью сероокисляющих бактерий. Бактерии применяются для выщелачивания бедных руд, т. е. переведения из них в раствор солей ценных металлов, в первую очередь меди (Cu) и урана (U). Пример - переработка халькопирита, или медного колчедана (CuFeS2). Кучи этой руды периодически поливают водой, в которой присутствуют хемолитотрофные бактерии рода Thiobacillus. В процессе своей жизнедеятельности они окисляют серу (S), образуя растворимые сульфаты меди и железа: CuFeS2 + 4O2 → CuSO4 + FeSO4. Такие технологии значительно упрощают получение из руд ценных металлов; в принципе, они эквивалентны процессам, протекающим в природе при выветривании горных пород. Бактерии служат также для превращения отходов, например сточных вод, в менее опасные или даже полезные продукты. Сточные воды — одна из острых проблем современного человечества. Их полная минерализация требует огромных количеств кислорода, и в обычных водоемах, куда принято сбрасывать эти отходы, его для их «обезвреживания» уже не хватает. Решение заключается в дополнительной аэрации стоков в специальных бассейнах (аэротенках): в результате бактериям-минерализаторам хватает кислорода для полного разложения органики, и одним из конечных продуктов процесса в наиболее благоприятных случаях становится питьевая вода. Остающийся по ходу дела нерастворимый осадок можно подвергнуть анаэробному брожению. Чтобы такие водоочистные установки отнимали как можно меньше места и денег, необходимо хорошее знание бактериологии. |
не очень плохо
1
отлично
2
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям