Amp; 8. Строение и жизнедеятельность бактерий. Роль бактерий в природе, медицине, сельском хозяйстве и промышленности. Болезнетворные бактерии и борьба с ними

Бактерии и другие доядерные организмы (прокариоты) относятся к царству Дробянки.

Бактерии изучает наука микробиология (греч.микрос – маленький, логос – наука). Ископаемые бактерии найдены в осадочных породах Северной и Южной Америки, Западной Австралии (3,5 млрд.лет).

Бактерии - прокариоты, образующие самостоятельное царство (3000 видов). Открыты Левенгуком (1675 г).

Среда обитания: воздух, вода, почва, глубины земной коры, живые организмах. Бактерии обнаружены на дне океана (10 км), в нефтяных водах (1,7 км), в условиях высокого вакуума.

Распространение:меньше всего бактерий в воздухе (в местах скопления людей их больше); в водах рек вблизи городов – до 400тыс.в 1см³; в почве – до 100млн. в 1г гумуса; в 1см³ молока – более 3млрд.

Условия жизни: температура от +35С до +40С; достаточное количество воды и питательных ве-в, большинству необходим кислород (некоторые развиваются при температуре от -2С до +80С, губителен - прямой солнечный свет.

Строение и жизнедеятельность бактерий:

¨ состоят из одной клетки (хотя и встречаются нитевидные формы, включающие несколько клеток);

¨ по форме бактериальной клетки различают:

- кокки (шаровидной формы) - диплококки, стафилококки (в виде грозди), стрептококки (в виде цепочки);

- палочки (вид палочек) - кишечная, туберкулезная;

- вибрионы (в виде запятой) - холерный вибрион;

- спирохеты (извитые формы) - возбудители тифа, сифилиса.

¨ размеры бактерий0,2 – 0,5 мкм; среди бактерий встречаются неподвижные формы, у подвижных есть жгутики;

¨ движение бактерий – осуществляется с помощью жгутиков, которые представляют собой скрученные винтообразные нити; безжгутиковые перемещаются благодаря выбрасыванию слизи или вращению вокруг своей оси.

¨ клетка ограничена цитоплазматической мембраной; кнаружи от неё есть клеточная стенка, в которой есть жесткая решетка, образованная муреином (полисахариды + пептиды), которая придаёт форму, выполняет функцию защиты; у некоторых бактерий есть слизистая капсула из мурамовой, диаминопимелиновой кислот;

¨ в гиалоплазме находятся: рибосомы, включения, ферменты; органоидов имеющих мембранное строение нет, их функционально заменяют мезосомы - выпячивания цитоплазматической мембраны, на которых находятся окислительные ферменты, участвующие в процессе дыхания; в гиалоплазме могут быть гранулы запасных питательных ве-в – гликогена, белков и капли липидов.

¨ морфологически обособленное ядро отсутствует (нет ядрышка, ядерной оболочки, кариоплазмы, хромосом); наследственный материал представлен нуклеоидом - кольцевой молекулой ДНК, не связанной с белками;

¨ жизнедеятельность:

- высокая активность биохимических процессов;

- энергию для жизнедеятельности гетеротрофные бактерии получают в процессах дыхания; гниения; брожения;

- по типу диссимиляции бактерии бывают:

Аэробы - нуждающиеся в кислороде (окисление внутри органических ве-в кислородом с выделением углекислого газа, воды и хим. энергии (галлионелла, ризобиум);

Анаэробы - существуют в бескислородной среде (расщепление органических ве-в без участия кислорода с высвобождением энергии, при этом высвобождается энергии в 18 раз меньше, чем при дыхании; например, бактерии молочнокислого брожения, попав в молоко, образуют ферменты, разлагающие сахар, который они поглощают из молока; из каждой молекулы сахара образуется 2 молекулы молочной кислоты и химическая энергия):

С₆Н₁₂О_{6 =}2С₃Н₆О₃+ энергия.

Молочнокислое брожение происходит и при квашении капусты, смлосовании трав и т.п.

- по типу ассимиляции бактерии бывают:

Гетеротрофы - питаются органическими веществами:

· сапрофиты - питаются органическими веществами умерших организмов (бактерии гниения и брожения);

· паразиты - питаются органическими веществами живых организмов (болезнетворные бактерии);

Автотрофы - имеют минеральное питание, сами синтезируют органические вещества:

· фототрофы, использующие солнечный свет в качестве источника энергии (зеленые и пурпурные бактерии, имеют фотосинтезирующий пигмент зеленого цвета, но не хлорофилл); у них цитоплазматическая мембрана образует трубчатые или пластинчатые впячивания, где находится хлорофилл и происходит ф.с.

· хемотрофы, получающие энергию в ходе ОВР (серобактерии - окисляют сероводород и серу, железобактерии - окисляют Fe²⁺, нитрифицирующие - окисляют аммиак или нитриты)

2Н₂S + O₂ à 2H₂O + 2S+ E

2S + 3O₂ + 2H₂O à 2H₂SO₄ + E

4Fe²⁺ + O₂ à 4Fe³⁺ +2O^2- + E

2NH₃ + 3O₂ à 2HNO₂ + 2H₂O + E

2HNO₂ + O₂ à 2HNO₃ + E

При неблагоприятных условиях происходит спорообразование: спора образуется внутри клетки бактерии (при этом 60% воды переходит в связанное состояние, протопласт сжимается и покрывается толстой оболочкой); оболочка клетки разрушается и спора освобождается.

В благоприятных условиях - споры набухают, оболочка разрывается и споры выходят наружу.

Размножение бактерий:

· простое деление клетки надвое (перед делением хромосома удваивается и каждая клетка получает по одной дочерней хромосоме; каждые 20-30мин. клетка приступает к делению в благоприятных условиях.

· делению клетки надвое может предшествовать половой процесс (коньюгация),

· почкование.

· Некоторые бактерии способны синтезировать вещества – пигменты разных цветов (белые, фиолетовые, цвета индиго, голубые, зеленые, желтые, красные, оранжевые) - бактерия серрация марцесценс вырабатывает пигмент ярко-красного цвета.

Роль бактерий в природе:

­ участвуют в круговороте веществ, являясь звеном цепи питания (бактерии гниения являются редуцентами в биогеценозах),

­ клубеньковые бактерии связывают атмосферный азот и синтезируют доступные растениям азотистые соединения, обогащая почву азотными удобрениями (бактерии рода Ризобиум, которые поглощают атмосферный азот и преобразуют его в соединения, легко усваеваемые растениями – особенно много белка в семенах фасоли и сои – до 40%);

­ участвуют в окислительно-восстановительной функции живого вещества биосферы (хемосинтетики);

­ бактерии вступают в симбиоз: в желудке (рубец) жвачных животных бактерии разлагают целлюлозу, в кишечнике млекопитающих синтезируют витамины;

­ участвуют в очистке сточных вод, где они выполняют ту же ф-цию, что и в почве.

Роль бактерий в с/х:

­ органические удобрения (навоз) обогащают почву после того, как будут разложены нитрифицирующими бактериями, которые переводят азотистые соединения в нитраты;

­ силосование (бактерии молочнокислого брожения);

­ порча сена;

­ заболевания животных и растений;

Роль бактерий в промышленности:

­ в пищевой: приготовление сыров (бактерии маслянокислого брожения), сметаны, кефира, масла, простокваши (молочнокислого брожения, которые сбраживают молочный сахар – лактозу до молочной кислоты, которая способствует сгусанию белка казеина, используемого при изготовлении сыра); при закваске капусты, засолке огурцов, помидор, получении уксусной кислоты используют ве-ва-консерванты (соль, сахар, уксус) и низкие температуры снижают активность бактерий, тормозят их рост и размножение;

­ в микробиологической (ферменты, витамины);

­ в обработке льна, кожи, шелка, кофе, какао, сушке табачных листьев, виноделии;

­ порча продуктов, материалов, книг, рукописей.

Роль бактерий в медицине:

­ некоторые препараты из сапрофитных бактерий применяют для нормализации функции ЖКТ;

­ вызывают заболевания человека (тиф, холеру, дифтерию, столбняк, туберкулез, чуму, пневмонию, бруцеллез, коклюш, скарлатина).

­

Пути попадания бактерий в организм человека:

· воздушно-капельный,

· контактно-бытовой,

· половой,

· алиментарный (с продуктами и Н₂О),

· трансплацентарный,

· при несоблюдении асептики (при инъекциях).

Меры борьбы с болезнетворными бактериями:

Ø физические факторы (высушивание, замораживание, УФЛ; пастеризация (нагревание до 60-70⁰ в течение 10-20 мин); стерилизация (нагревание до 120^о под давлением в течение 30 мин); автоклавирование – спец. Обработка материалов и инструментов при высоком давлении и температуре в спец. плотно закрывающихся емкостях с металлическими стенками – автоклавах;

Ø химические факторы (формалин, Н₂О₂, спирт, хлорная известь, хлорамин, карболовая кислота, марганцовка) т. е. дезинфекция (уничтожение патогенных микробов);

Ø применение антибиотиков, вакцин, сывороток;

Ø санитарно-просветительная работа;

Ø закаливание.

Цианобактерии ( греч. цианус – синий и бактерия).

Это группа фототрофных прокариотических организмов, окрашенных в основном в сине-зеленый цвет, они содержат хлорофилл. Возникли, вероятно, около 3 млрд. лет тому назад (считалось, что изменение в составе атмосферы архейской эры и накопление в ней кислорода связаны с фотосинтетической деятельноястью цианобактерий – строматолитов).

Распространены: пресноводные бассейны, в почве, в основании стволов деревьев, небольшое количество – в морях; некоторые – в горячих источниках, замерзших озерах Антарктики - залегают в воде ниже уровня постоянного льда на глубине 5м.

Форма бывает: округлой, эллиптической, цилиндрической и др.

Бывают одноклеточные, соединены в цепочки и очень немногие образуют округлые или неправильной формы колонии, в которых множество клеток покрыто общим слизистым чехлом; некоторые образуют нити длиной до 1м и способны наращивать большую биомассу; прикрепляются друг к другу только оболочками, или слизистыми капсулами, поэтому каждая клетка не зависит отдругих; жгутиков не имеют.

Строение цианобактерий такое же как и других бактерий; внутри клетки находятся пигменты: хлорофилл, каротин (оранжевый), фикоэритрин (красный), фикоцианин (синий), которые обеспечивают ф.с. и придают различную окраску, благодаря которой придают цвет среде при массовом размножении.

Цианобактерии поверхностного слоя воды пресных и морских водоемов в клетках имеют газовые вакуоли, регулирующие плавучесть и позволяют им оставаться в толще воды. При потере плавучести (перепады температуры, нарушениях кислородного обмена), которой способствовало массовое размножение, всплывшие бактерии окрашивают воду в определенный цвет («цветение»), при этом цианобактерии выделяют химические ве-ва (токсичные), приводящие к гибели некоторые организмы.

У некоторых нитчатых цианобактерий есть специализированные клетки – гетероцисты с сильно утолщенными бесцветными оболочками (участвуют в размножении и фиксации азота).

Представители многих родов способны фиксировать атмосферный азот (поэтому в Азии рис долго произрастает на одном участке без применения удобрений); поэтому заселяют голые поверхности скал и бедные почвы; морские виды фиксируют четверть всего азота, поглощаемого морем.

Вступают в симбиоз с протистами, водорослями, мхами, грибами (при этом теряют оболоч

ку и выполняют ф-цию хлоропластов.

Размножение: одноклеточные и колониальные – путем деления клетки пополам; большинство нитчатых – делением участков нитей (нити распадаются в области гетероцист).

Количество видов: 2тыс. В Беларуси – роды микроцистис, осциллятория, анабена, носток и др.

Значение цианобактерий:

- обогощают почву органическими ве-вами и азотом, а водоемы и воздух – кислородом;

- водные формы – корм для мелких животных и рыб;

- «поставщики» белковых ве-в, витаминов, пигментов и др.