Бактерии, краткое описание и роль в жизни планеты и человека

Кто такие лактобактерии и какие они бывают?

Лактобактерии, они же лактобациллы, являются, по сути, первыми микроорганизмами, с которыми сталкивается человек в своей жизни. Продвигаясь по родовым путям, ребенок получает от своей мамы этих микробов, которые, к счастью, не являются опасными для новорожденного. Более того, они весьма полезны, но об этом – позже.

Что же представляют собой лактобактерии? Внешне (под микроскопом) – это преимущественно палочки продолговатой формы, хотя могут встречаться и сферические (кокки). Лактобациллы обычно либо расположены поодиночке, либо объединены в короткие цепочки (стрептобациллы) в результате того, что бактерии после деления не отделились от «материнского» организма. Бактериальных органов движения (жгутиков) у большинства лактобактерий нет, поэтому они неподвижны.

Кто открыл лактобактерию – до сих пор не вполне ясно. Одни исследователи склоняются к тому, что честь первооткрывателя принадлежит Луи Пастеру в 1857, другие – что обнаружил этот интересный вид бактерий в 1905 г. Стамен Григоров, изучая айран – разновидность болгарского кефира. Гинекологи исторически называют  лактобациллу палочкой Додерляйна (Додерлейна) в честь их немецкого коллеги, который обнаружил ее в 1895 году у человека. Но ведь это, в принципе, неважно – кто открыл. Тем более что для науки характерно присваивать (увековечивать) имена пионеров-первопроходцев в названиях открытий. Поэтому нередко бывает так, что одно и то же явление, микроорганизм или закон могут иметь несколько названий.

На данный момент известно более 100 видов Lactobacillus (лактобактерий). Наиболее распространенными являются сырная палочка (Lactobacillus casei), ацидофильная лактобактерия (Lactobacillus acidophilus), дельбрюковская палочка (Lactobacillus delbrueckii subsp. delbrueckii), болгарская лактобацилла (Lactobacillus bulgaricus) и молочнокислая палочка (Lactobacillus plantarum). Кроме отдельных видов, существует еще множество штаммов (генетических подвидов), которые обозначаются, согласно международной классификации, идущими после видового названия заглавными буквами и набором цифр. К примеру, штамм Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus ATCC 11842 содержит 2217 генов, а Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus штамма ATCC BAA-365 включает 2040 генов. Как видите, само название вышеприведенных лактобактерий состоит из названия рода (Lactobacillus), вида (delbrueckii), подвида (bulgaricus) и названия штамма (ATCC…).

Ученые продолжают работать с геномом лактобактерий, стремясь усилить и улучшить их полезные свойства, поэтому новые штаммы появляются ежегодно в огромных количествах.

Отличительные признаки бактерий

Их четыре.

Самый главный – отсутствие ядра. Поэтому бактерий еще называют прокариотами. Приставка «про-» в этом слове означает «до-» – доядерные.

Все бактерии одноклеточные. Они могут «собираться» в группы и жить «вместе», а не поодиночке, но если эта группа распадается, бактерии не умирают. Они спокойно продолжить жить по отдельности. В их одной клетке есть все необходимое для жизни.

Если организм одноклеточный, но у него есть ядро – это точно НЕ бактерия. Это уже так называемый простейший организм. К простейшим относятся, например, амебы, инфузории-туфельки, эвглены и еще куча всяких живых существ.

У бактерий нет органоидов. Органоиды – это такие образования в клетке, как органы в теле человека. Например, у растений есть вакуоли с клеточным соком, митохондрии, которые отвечают за получение энергии для жизни клетки. У бактерий ничего этого нет.

ДНК бактерий имеет кольцевидную форму. У эукариот она спиралевидная.

Классификация бактерий

❖ Классификация бактерий по типу питания (ассимиляции): ■ автотрофные, ■ гетеротрофные.

♦Автотрофные бактерии сами синтезируют нужные им органические вещества из неорганических.

■ В зависимости от способа получения энергии, необходимой для этого синтеза, автотрофные бактерии подразделяются на фотосинтезирующие и хемосинтезирующие. Фотосинтезирующие бактерии (например, зеленые и пурпурные) осуществляют фотосинтез органических веществ, используя световую (солнечную) энергию.

В клетках фотосинтезирующих бактерий (в отличие от клеток растений) нет пластид, а фотосинтезирующие пигменты (бактерио-хлорофиллы) находятся в тилакоидах, образующихся в результате выпячивания цитоплазматической мембраны. По своей структуре бактериохлорофиллы подобны хлорофиллам растений и отличаются от них природой белковых цепей.

Хемосинтезирующие бактерии получают нужную для синтеза энергию от экзотермических реакций окисления неорганических веществ (молекулярного водорода, сероводорода, аммиака, закиси железа и др.). ‘

❖ Гетеротрофные бактерии (их большинство) используют в пищу готовые органические вещества, которые служат этим бактериям источником энергии и атомов углерода.

■ В зависимости от источника пищи гетеротрофные бактерии подразделяются на сапротрофы и симбионты.

Сапротрофы извлекают органические вещества из разлагающихся мертвых остатков организмов (бактерии гниения, получающие энергию от расщепления азотсодержащих соединений), выделений живых организмов (бактерии брожения, получающие энергию от расщепления углеродсодержащих соединений).

Симбионты поглощают органические вещества тела хозяина (растения, животного или человека), в котором они живут. При этом симбионты или:

■ продуцируют вещества, необходимые организму хозяина (пример: клубеньковые азотфиксирующие бактерии, поселяющиеся на корнях бобовых растений и находящиеся с ними во взаимовыгодном сосуществовании), или

■ наносят вред организму хозяина, вызывая в нем болезни (бактерии-паразиты).

❖ Классификация бактерий по типу диссимиляции (потребности в кислороде для высвобождения энергии, запасенной в молекулярных связях): ■ аэробные, ■ анаэробные, ■ факультативные.

Аэробные бактерии (туберкулезная палочка, гнилостные бактерии) живут только в кислородной среде (в верхних слоях почвы, в воздухе) и получают энергию путем окисления органических соединений до воды и диоксида углерода.

Анаэробные бактерии (бактерии желудочно-кишечного тракта, столбнячная палочка, возбудители гангрены, палочка ботулизма и др.) обитают в бескислородных средах и получают энергию в процессе реакций гликолиза и брожения.

Факультативные бактерии могут обитать как в кислородных, так и в бескислородных средах (пример: молочнокислая бактерия).

Разнообразие видов и строения бактерий

Хотя бактериальные клетки гораздо меньше и проще по структуре, чем эукариотические клетки, они представляют собой чрезвычайно разнообразную группу организмов, различающихся по размеру, форме, среде обитания и метаболизму.

Большая часть знаний о бактериях была получена в результате изучения болезнетворных бактерий, которые легче выделяются в чистой культуре и легче исследуются, чем многие из свободноживущих видов бактерий. Следует отметить, что многие свободноживущие бактерии сильно отличаются от бактерий, приспособленных к жизни в качестве животных-паразитов или симбионтов.

Бактерии могут принимать одну из трех основных форм:

1. сферическую (кокки);
2. палочковидную (бацилла);
3. изогнутую (вибрион, спирилла или спирохета).

Кокки — это бактерии сферической или яйцевидной формы.

Изогнутые бактерии, как следует из названия, имеют спиралевидную форму. Спириллы — это толстые, жесткие спирали. Спирохеты — это тонкие и гибкие спирали. Вибрионы представляют собой запятые с небольшим изгибом.

Бациллы — это палочковидные бактерии. Как и кокки, бациллы могут быть одиночными или располагаться вместе. Диплобациллы — это две бациллы, расположенные рядом друг с другом, а стрептобациллы — это цепочки бацилл.

Бактерии также могут иметь другие формы, такие как нитевидные (длинные и тонкие), квадратные, звездообразные и стебельчатые.

Бактерии, которые не отделяются друг от друга после деления клеток, образуют кластеры.

Например, некоторые кокки встречаются в основном парами, включая пневмококк, вызывающий бактериальную пневмонию, и гонококк, вызывающий заболевание, передающееся половым путем гонорея.

Большинство стрептококков напоминают длинную нить бусин, тогда как стафилококки образуют случайные сгустки (название стафилококки происходит от греческого слова staphyle, что означает гроздь винограда).

Кроме того, некоторые кокковые бактерии встречаются в виде квадратных или кубических пакетов. Палочковидные бациллы обычно встречаются поодиночке, но некоторые штаммы образуют длинные цепочки, такие как палочки коринебактерий, нормальных обитателей полости рта, которые часто прикрепляются друг к другу под произвольными углами. Некоторые бациллы имеют заостренные концы, в то время как другие имеют квадратные концы, а некоторые стержни изогнуты в форме запятой.

Бактерии — самые маленькие живые существа.

Бактерия среднего размера, например, палочковидная кишечная палочка, нормальный обитатель кишечного тракта человека и животных — имеет длину около 2 микрометров (мкм; миллионные доли метра) и диаметр 0,5 мкм, а сферические клетки золотистого стафилококка — до 1 мкм в диаметре.

Некоторые виды бактерий еще меньше, например Mycoplasma pneumoniae, ее размеры колеблются от 0,1 до 0,25 мкм в ширину, и примерно от 1 до 1,5 мкм в длину. Палочковидная Bordetella pertussis, которая является возбудителем коклюша, колеблется от 0,2 до 0,5 мкм в диаметре и от 0,5 до 1 мкм в длину.

Штопоровидная Treponema pallidum, которая является возбудителем сифилиса, в среднем составляет всего 0,1 — 0,2 мкм в диаметре и от 6 до 15 мкм в длину.

Некоторые бактерии относительно крупные, имеют диаметр от 2 до 5 мкм и более, а максимальная ширина — 5 мкм и максимальная длина — 100 мкм в зависимости от вида.

Есть и гигантские бактерии, размеры в среднем составляют 750 мкм в диаметре, и палочковидная бактерия, длина которой колеблется от 30 до 600 мкм.

Многие бактериальные клетки выделяют некоторый внеклеточный материал в виде капсулы или слизистого слоя.

Слой слизи слабо связан с бактерией и может быть легко смыт, тогда как капсула плотно прикреплена к бактерии и имеет определенные границы.

Капсулы можно увидеть под световым микроскопом. Большинство капсул являются гидрофильными (водолюбивыми) и могут помочь бактерии избежать высыхания (обезвоживания), предотвращая потерю воды.

Капсулы делают бактериальные поверхностные компоненты более скользкими, помогая бактерии избежать поглощения фагоцитарными клетками.

Многие бактерии подвижны, способны плавать в жидкой среде, скользить по твердой поверхности.

Плавающие и скользящие бактерии обладают жгутиками, которые являются внеклеточными придатками, необходимыми для моторики.

Жгутики — это длинные спиралевидные нити, состоящие из одного типа белка и расположенные либо на концах палочковидной клетки, либо по всей ее поверхности.

Бактерии не только способны плавать или скользить в более благоприятных условиях, но и имеют придатки, которые позволяют им прилипать к поверхностям и не смываться текучими жидкостями.