Бактерии. Жизнь внутри нас: бактерии для иммунитета, сияния и тонкой талии Почему бактериями заинтересовались именно сейчас
Текст: Дарья Буркова
Мы давно знаем, что внутри и снаружи нашего тела живут бактерии, но именно сейчас все обратили на них пристальное внимание. Американский специалист по здоровому питанию, основатель сайта NutritionFacts.org и автор бестселлера «Как не умереть: откройте для себя питание, предупреждающее и излечивающее болезни» Майкл Грегор большое внимание уделяет тому, как на бактерии влияет пища, которую мы едим; в издательстве «Эксмо» в этом году вышла книга немецкой студентки Джулии Эндерс «Очаровательный кишечник. Как самый могущественный орган управляет нами» - сейчас автор пишет докторскую по кишечным микроорганизмам; косметические бренды уровня Dior стали выпускать косметику , действие которое направлено на поддержание правильной микрофлоры кожи, а компания DuPont использует бактерии при изобретении новых материалов. Разбираемся, чем вызван ажиотаж вокруг бактерий и что нам стоит знать об их влиянии на нашу жизнь.
Почему бактериями заинтересовались именно сейчас?
«Кроме того, привычка в маленьком возрасте всё тащить себе в рот существует не только у людей, но и у большинства млекопитающих - так мы коллекционируем бактерии из окружающей среды и тренируем свой иммунитет, - рассказывает Алексеев. - В организм матери то, что попало в рот ребёнка, тоже проникает, в том числе через кожу сосков, и уже к следующему кормлению мама предоставляет ребенку правильный иммунный ответ в молоке и обучает его, как реагировать на разные бактерии».
Что делают бактерии внутри нас?
Кишечник - рай для бактерий: там мокро, темно и всё время есть еда. Главная цель бактерий - это занять лакомое место и не пускать никого другого. «Через рот в нас попадает множество микробов. Конечно, они немного перевариваются в соляной кислоте желудка, но всё равно доходят до кишечника, - рассказывает Алексеев. - Если бы в кишечнике уже не жили определённые бактерии, то там мог бы обосноваться любой «враг», то есть полезные бактерии защищают нас от вредных. Второе, что они делают - переваривают те остатки пищи, которые мы не успели или не смогли переварить сами».
Интересно, что полезные бактерии питаются в основном растительной пищей, и когда мы отказываемся от овощей и фруктов, то лишаем полезных веществ не только самих себя, но и наших бактерий. В результате, если в нижних отделах кишечника нет растительных волокон, вся среда нарушается - возникает воспалительный процесс. Даже если он лёгкий и никак себя не проявляет, в защитных механизмах нашего тела возникает перекос - вместо более важных дел иммунитет отвлекается на вялотекущее воспаление в кишечнике, и мы можем чаще простужаться или болеть другими инфекциями.
Как бактерии влияют на психическое здоровье
Удивительно, но нормальная кишечная микрофлора влияет и на синтез серотонина и дофамина - главных нейромедиаторов радости и удовольствия. Это значит, что состояние радости зависит в том числе от здоровья кишечника, а оно, в свою очередь, - от нашего питания. Лечение депрессии должно включать не только приём лекарств и психотерапию, но и нормализацию пищевых привычек. «Недавно была обнаружена связь между бактериями и анорексией. Оказывается, один из гормонов, регулирующих чувство насыщения, очень похож на белок, вырабатываемый бактериями кишечника. И, по-видимому, неверная интерпретация поведения этой бактерии иммунной системой может приводить к нарушению гормональной регуляции чувства насыщения, - рассказывает Алексеев. - В случае с депрессией мы тоже понимаем, что «депо» нейромедиаторов, отвечающих за чувства радости и удовольствия, расположено скорее в районе кишечника, чем мозга, и можем пробовать подобрать питание для улучшения настроения».
«Дружеские встречи или свидания за едой - это не просто культурная традиция. Из-за еды наши бактерии начинают усиливать выработку гормонов радости и удовольствия, и человек оказывается в хорошем смысле под кайфом, - говорит Дмитрий. При всем вреде фастфуда учёные не настаивают на переходе на полный ЗОЖ. Алкоголь, например, не оказывает негативного влияния на хорошие бактерии. У здоровых людей он всасывается раньше, чем доходит до кишечника, и при этом обеспечивает дезинфекцию от патогенных микроорганизмов. «Если вы едете, скажем, в Индию, можно взять с собой алкоголь и пить его в разумных количествах всю поездку», - советует Дмитрий.
Антибиотики и вес
Все слышали, что антибиотики вредят микрофлоре кишечника - но при их приёме по показаниям ничего страшного не произойдёт. Небольшой сбой микрофлоры может проявиться в виде диареи, но обычно всё самостоятельно нормализуется в течение пары недель. Гораздо опаснее не допивать назначенный курс антибиотика или прерывать терапию - может выработаться , и в следующий раз при подобной инфекции препарат уже не подействует. А вот хроническое поступление в организм антибиотиков в низких дозах, например, если они содержатся в мясе, может серьёзно навредить.
«Если на фабриках животным в корм добавляют микродозы антибиотиков, они быстрее набирают вес и дают больше мяса. Этот антибиотик остается в мясе, попадает к человеку, и человек точно также набирает вес, - рассказывает Александр Тяхт, руководитель отдела микробиоты «Атласа». - Конечно, это произойдёт не сразу, а после многих лет регулярного питания дешёвыми мясными продуктами». На бактериальный состав кишечника влияют не только антибиотики, но и сильно солёная пища - такая еда несъедобна для бактерий. Это наглядно показывает известный проект Happy Meal , в рамках которого группа энтузиастов в течение года наблюдала за чизбургером и картошкой фри из McDonald’s. Через 365 дней с едой из фастфуда ничего не произошло - она лишь немного уменьшилась в размерах, но бактерии не съели её ни внутри, ни снаружи. McDonald’s прокомментировал этот факт очень просто, рассказав, что они добавляют в пищу много соли.
В моменты, когда вдруг появляется чувство собственной беззащитности и уязвимости, полезно вспомнить о том, что даже если мы окажемся на Северном полюсе в полном одиночестве, внутри нашего одинокого организма всегда есть дружная команда, которая всеми силами старается защитить нас и поддержать. Одно из открытий в микробиологии – это наличие жизни внутри нас в виде гигантского числа бактерий.
Для того чтобы понять важность ситуации, достаточно представить себе, что на каждую клетку тела человека приходится 10 клеток бактерий, на 1 ген человека – 100 бактериальных генов. Кишечник – основное место их дислокации, кроме него бактерии проживают на коже, в рту, в мочеполовой системе, в дыхательных путях. Гигантское количество невероятно крошечных бактерий: их вес в кишечнике составляет от 2 до 3 кг. Хотя это тоже удивительно: 2-3 кг живых существ внутри нас!
То, что делают бактерии в организме, просто невероятно.
Бактерии и пищеварение
Та еда, которая не до конца переварилась, подхватывается бактериями. Они ее расщепляют, позволяя максимально усвоиться и не превратиться в токсины. В процессе усвоения еды – в пищеварении – обязательно участвуют ферменты. Бактерии производят большинство ферментов. Но, оказывается, ферменты не только «участники» завтраков и ланчей. Все важные процессы жизнедеятельности – дыхание, обмен веществ, детоксикация – для этих процессов также нужны ферменты. Почувствуем важность работы бактерий!
Бактерии и иммунитет
Бактерии являются частью иммунной системы. Около 80% иммунных клеток находится в кишечнике, и полезные бактерии стимулируют их работу. Поэтому дисбаланс в кишечнике ведет к снижению общего иммунитета и болезням.
Бактерии и эмоции
Бактерии вырабатывают аминокислоты, которые направляются дальше в головной мозг, а там трансформируются в гормоны – серотонин и дофамин, гормоны счастья и удовольствия. За выработку примерно 80% серотонина отвечают кишечные бактерии. Мы это интуитивно понимаем, когда выбираем послеобеденное время, чтобы получить максимум благожелательности, например, в переговорах.
Бактерии и витамины
Из того, что изучено сейчас, бактерии производят витамин К и В. Витамин К отвечает за здоровую циркуляцию крови, витамины группы В являются источники энергии и хорошего настроения.
Бактерии и вес
Установлено, что у людей с избыточным весом и людей худых состав бактерий очень отличается. У тучных людей микрофлора очень бедная. Обогащение микрофлоры, возможно, ведет к уменьшению веса. Пока исследования проводились на мышах, но уже есть данные, что введение худым мышам бактерий от «коллег» с лишним весом приводило к набору веса у первых и, наоборот, тучные мышки худели в присутствии бактерий от их худых собратьев.
Бактерии полезные, вредные и промежуточные
Мы знаем о полезных и вредных бактериях. Но оказывается, кроме них есть еще и промежуточные, серая масса, которая в итоге и «делает погоду». Это электорат, который на выборах поддерживает большинство. Больше вредных бактерий – промежуточные встанут на их сторону. Больше полезных – голоса нейтральных будут за них.
И опять питание
Когда мы кормим ребенка и говорим ему «за маму», «за папу», честно будет добавить еще и «за полезные бактерии». Мы кормим не только себя, мы кормим ту команду, которая живет внутри нас. Поэтому так важно давать пищу, ведущую к росту полезной микрофлоры внутри.
Пробиотики и пребиотики
Первые – это непосредственно сами живые полезные бактерии, вторые – еда для них. Важны и те, и другие: пробиотики – наши ценные соседи, пребиотики их кормят и, таким образом, увеличивают полезную жизнь внутри нас.
Пробиотики : вся ферментированная еда, квашенная капуста, соленья, соевый соус и мисо, кисломолочные продукты.
Пребиотики
: клетчатка, бананы, корень цикория, лук, лук-порей, фрукты, бобовые, авокадо, батат, зерновые, чеснок, зеленый чай.
Наши бактерии всячески нас поддерживают и помогают при условии, что и мы о них позаботимся. Мы же «голосуем едой» за здоровые изменения внутри себя.
Материал подготовлен по информации из книг: Хироми Шинья «Омоложение на клеточном уровне », Джулия Эндерс «Очаровательный кишечник ».
Нравятся наши тексты? Присоединяйтесь к нам в соцсетях, чтобы быть в курсе всего самого свежего и интересного!
Бактерии — самая древняя группа организмов из ныне существующих на Земле. Первые бактерии появились, вероятно, более 3,5 млрд лет назад и на протяжении почти миллиарда лет были единственными живыми существами на нашей планете. Поскольку это были первые представители живой природы, их тело имело примитивное строение.
Со временем их строение усложнилось, но и поныне бактерии считаются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Интересно, что некоторые бактерии и сейчас ещё сохранили примитивные черты своих древних предков. Это наблюдается у бактерий, обитающих в горячих серных источниках и бескислородных илах на дне водоёмов.
Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или в зелёный цвет. Но колонии многих бактерий имеют яркую окраску, которая обусловливается выделением окрашенного вещества в окружающую среду или пигментированием клеток.
Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук — голландский естествоиспытатель 17 века, впервые создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз.
Бактерии относят к прокариотам и выделяют в отдельное царство — Бактерии.
Форма тела
Бактерии — многочисленные и разнообразные организмы. Они различаются по форме.
| Название бактерии | Форма бактерии | Изображение бактерии |
| Кокки | Шарообразная | |
| Бацилла |  | Палочковидная |
| Вибрион | Изогнутая в виде запятой | |
| Спирилла |  | Спиралевидная |
| Стрептококки |  | Цепочка из кокков |
| Стафилококки |  | Грозди кокков |
| Диплококки | Две круглые бактерии, заключённые в одной слизистой капсуле |
Способы передвижения
Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков (скрученные винтообразные нити), которые состоят из особого белка флагеллина. Жгутиков может быть один или несколько. Располагаются они у одних бактерий на одном конце клетки, у других — на двух или по всей поверхности.
Но движение присуще и многим иным бактериям, у которых жгутики отсутствуют. Так, бактерии, покрытые снаружи слизью, способны к скользящему движению.
У некоторых лишённых жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Каждая из них заполнена газом (предположительно — азотом). Регулируя количество газа в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные бактерии — передвигаться в капиллярах почвы.
Место обитания
В силу простоты организации и неприхотливости бактерии широко распространены в природе. Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с огромной глубины нефти и даже в воде горячих источников с температурой около 80ºС. Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека в кишечнике, ротовой полости, на конечностях, на поверхности тела.
Бактерии — самые мелкие и самые многочисленные живые существа. Благодаря малым размерам они легко проникают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90ºС, не теряя при этом жизнеспособность.
Практически нет места на Земле, где не встречались бы бактерии, но в разных количествах. Условия жизни бактерий разнообразны. Одним из них необходим кислород воздуха, другие в нём не нуждаются и способны жить в бескислородной среде.
В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои атмосферы до 30 км. и больше.
Особенно много их в почве. В 1 г. почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.
В воде: в поверхностных слоях воды открытых водоёмов. Полезные водные бактерии минерализуют органические остатки.
В живых организмах: болезнетворные бактерии попадают в организм из внешней среды, но лишь в благоприятных условиях вызываю заболевания. Симбиотические живут в органах пищеварения, помогая расщеплять и усваивать пищу, синтезируют витамины.
Внешнее строение
Клетка бактерии одета особой плотной оболочкой — клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт бактерии постоянную, характерную для неё форму. Клеточная стенка бактерии напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена веществ выходят в окружающую среду. Часто поверх клеточной стенки у бактерий вырабатывается дополнительный защитный слой слизи — капсула. Толщина капсулы может во много раз превышать диаметр самой клетки, но может быть и очень небольшой. Капсула — не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она предохраняет бактерию от высыхания.
На поверхности некоторых бактерий имеются длинные жгутики (один, два или много) или короткие тонкие ворсинки. Длина жгутиков может во много раз превышать разметы тела бактерии. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются.
Внутреннее строение
Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Она имеет слоистое строение, вакуолей нет, поэтому различные белки (ферменты) и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центральной части их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, — нуклеиновая кислота — ДНК. Но это вещество не оформлено в ядро.
Внутренняя организация бактериальной клетки сложна и имеет свои специфические особенности. Цитоплазма отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. В цитоплазме различают основное вещество, или матрикс, рибосомы и небольшое количество мембранных структур, выполняющих самые различные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Гранулы могут состоять из соединений, которые служат источником энергии и углерода. В бактериальной клетке встречаются и капельки жира.
В центральной части клетки локализовано ядерное вещество — ДНК, не отграниченная от цитоплазмы мембраной. Это аналог ядра — нуклеоид. Нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом.
Способы питания
У бактерий наблюдаются разные способы питания. Среди них есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы — организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.
Растения нуждаются в азоте, но сами усваивают азот воздуха не могут. Некоторые бактерии соединяют содержащиеся в воздухе молекулы азота с другими молекулами, в результате чего получаются вещества, доступные для растений.
Эти бактерии поселяются в клетках молодых корней, что приводит к образованию на корнях утолщений, называемых клубеньками. Такие клубеньки образуются на корнях растений семейства бобовых и некоторых других растений.
Корни дают бактериям углеводы, а бактерии корням — такие содержащие азот вещества, которые могут быть усвоены растением. Их сожительство взаимовыгодно.
Корни растений выделяют много органических веществ (сахара, аминокислоты и другие), которыми питаются бактерии. Поэтому в слое почвы, окружающем корни, поселяется особенно много бактерий. Эти бактерии превращают отмершие остатки растений в доступные для растения вещества. Этот слой почвы называют ризосферой.
Существует несколько гипотез о проникновении клубеньковых бактерий в ткани корня:
- через повреждения эпидермальной и коровой ткани;
- через корневые волоски;
- только через молодую клеточную оболочку;
- благодаря бактериям-спутникам, продуцирующим пектинолитические ферменты;
- благодаря стимуляции синтеза В-индолилуксусной кислоты из триптофана, всегда имеющегося в корневых выделениях растений.
Процесс внедрения клубеньковых бактерий в ткань корня состоит из двух фаз:
- инфицирование корневых волосков;
- процесс образования клубеньков.
В большинстве случаев внедрившаяся клетка, активно размножается, образует так называемые инфекционные нити и уже в виде таких нитей перемещается в ткани растения. Клубеньковые бактерии, вышедшие из инфекционной нити, продолжают размножаться в ткани хозяина.
Наполняющиеся быстро размножающимися клетками клубеньковых бактерий растительные клетки начинают усиленно делиться. Связь молодого клубенька с корнем бобового растения осуществляется благодаря сосудисто-волокнистым пучкам. В период функционирования клубеньки обычно плотные. К моменту проявления оптимальной активности клубеньки приобретают розовую окраску (благодаря пигменту легоглобину). Фиксировать азот способны лишь те бактерии, которые содержат легоглобин.
Бактерии клубеньков создают десятки и сотни килограммов азотных удобрений на гектаре почвы.
Обмен веществ
Бактерии отличаются друг от друга обменом веществ. У одних он идёт при участии кислорода, у других — без его участия.
Большинство бактерий питается готовыми органическими веществами. Лишь некоторые из них (сине-зелёные, или цианобактерии), способны создавать органические вещества из неорганических. Они сыграли важную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.
Бактерии впитывают вещества извне, разрывают их молекулы на части, из этих частей собирают свою оболочку и пополняют своё содержимое (так они растут), а ненужные молекулы выбрасывают наружу. Оболочка и мембрана бактерии позволяет ей впитывать только нужные вещества.
Если бы оболочка и мембрана бактерии были полностью непроницаемыми, в клетку не попали бы никакие вещества. Если бы они были проницаемыми для всех веществ, содержимое клетки перемешалось бы со средой — раствором, в которой обитает бактерия. Для выживания бактерии необходима оболочка, которая нужные вещества пропускает, а ненужные — нет.
Бактерия поглощает находящиеся близ неё питательные вещества. Что происходит потом? Если она может самостоятельно передвигаться (двигая жгутик или выталкивая назад слизь), то она перемещается, пока не найдёт необходимые вещества.
Если она двигаться не может, то ждёт, пока диффузия (способность молекул одного вещества проникать в гущу молекул другого вещества) не принесёт к ней необходимые молекулы.
Бактерии в совокупности с другими группами микроорганизмов выполняют огромную химическую работу. Превращая различные соединения, они получают необходимую для их жизнедеятельности энергию и питательные вещества. Процессы обмена веществ, способы добывания энергии и потребности в материалах для построения веществ своего тела у бактерий разнообразны.
Другие бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют за счёт неорганических соединений. Они называются автотрофами. Автотрофные бактерии способны синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают:
Хемосинтез
Использование лучистой энергии — важнейший, но не единственный путь создания органического вещества из углекислого газа и воды. Известны бактерии, которые в качестве источника энергии для такого синтеза используют не солнечный свет, а энергию химических связей, происходящих в клетках организмов при окислении некоторых неорганических соединений — сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотной кислоты, закисных соединений железа и марганца. Образованное с использованием этой химической энергии органическое вещество они используют для построения клеток своего тела. Поэтому такой процесс называют хемосинтезом.
Важнейшую группу хемосинтезирующих микроорганизмов составляют нитрифицирующие бактерии. Эти бактерии живут в почве и осуществляют окисление аммиака, образовавшегося при гниении органических остатков, до азотной кислоты. Последняя, реагирует с минеральными соединениями почвы, превращаются в соли азотной кислоты. Этот процесс проходит в две фазы.
Железобактерии превращают закисное железо в окисное. Образованная гидроокись железа оседает и образует так называемую болотную железную руду.
Некоторые микроорганизмы существуют за счёт окисления молекулярного водорода, обеспечивая тем самым автотрофный способ питания.
Характерной особенностью водородных бактерий является способность переключаться на гетеротрофный образ жизни при обеспечении их органическими соединениями и отсутствии водорода.
Таким образом, хемоавтотрофы являются типичными автотрофами, так как самостоятельно синтезируют из неорганических веществ необходимые органические соединения, а не берут их в готовом виде от других организмов, как гетеротрофы. От фототрофных растений хемоавтотрофные бактерии отличаются полной независимостью от света как источника энергии.
Бактериальный фотосинтез
Некоторые пигментосодержащие серобактерии (пурпурные, зелёные), содержащие специфические пигменты — бактериохлорофиллы, способны поглощать солнечную энергию, с помощью которой сероводород в их организмах расщепляется и отдаёт атомы водорода для восстановления соответствующих соединений. Этот процесс имеет много общего с фотосинтезом и отличается только тем, что у пурпурных и зелёных бактерий донором водорода является сероводород (изредка — карбоновые кислоты), а у зелёных растений — вода. У тех и других отщепление и перенесение водорода осуществляется благодаря энергии поглощённых солнечных лучей.
Такой бактериальный фотосинтез, который происходит без выделения кислорода, называется фоторедукцией. Фоторедукция углекислого газа связана с перенесением водорода не от воды, а от сероводорода:
6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О
Биологическое значение хемосинтеза и бактериального фотосинтеза в масштабах планеты относительно невелико. Только хемосинтезирующие бактерии играют существенную роль в процессе круговорота серы в природе. Поглощаясь зелёными растениями в форме солей серной кислоты, сера восстанавливается и входит в состав белковых молекул. Далее при разрушении отмерших растительных и животных остатков гнилостными бактериями сера выделяется в виде сероводорода, который окисляется серобактериями до свободной серы (или серной кислоты), образующий в почве доступные для растения сульфиты. Хемо- и фотоавтотрофные бактерии имеют существенное значение в круговороте азота и серы.
Спорообразование
Внутри бактериальной клетки образуются споры. В процессе спорообразования бактериальная клетка претерпевает ряд биохимических процессов. В ней уменьшается количество свободной воды, снижается ферментативная активность. Это обеспечивает устойчивость спор к неблагоприятным условиям внешней среды (высокой температуре, высокой концентрации солей, высушиванию и др.). Спорообразование свойственно только небольшой группе бактерий.
Споры — не обязательная стадия жизненного цикла бактерий. Спорообразование начинается лишь при недостатке питательных веществ или накоплении продуктов обмена. Бактерии в виде спор могут длительное время находиться в состоянии покоя. Споры бактерий выдерживают продолжительное кипячение и очень длительное проммораживание. При наступлении благоприятных условий спора прорастает и становится жизнеспособной. Спора бактерий — это приспособление к выживанию в неблагоприятных условиях.
Размножение
Размножаются бактерии делением одной клетки на две. Достигнув определённого размера, бактерия делится на две одинаковые бактерии. Затем каждая из них начинает питаться, растёт, делится и так далее.
После удлинения клетки постепенно образуется поперечная перегородка, а затем дочерние клетки расходятся; у многих бактерий в определённых условиях клетки после деления остаются связанными в характерные группы. При этом в зависимости от направления плоскости деления и числа делений возникают разные формы. Размножение почкованием встречается у бактерий как исключение.
При благоприятных условиях деление клеток у многих бактерий происходит через каждые 20-30 минут. При таком быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно заполнить все моря и океаны. Простой подсчёт показывает, что за сутки может образоваться 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клеток). Если перевести в вес — 4720 тонн. Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибают под действием солнечного света, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100ºС, в результате борьбы между видами и т.д.
Бактерия (1), поглотившая достаточно пищи, увеличивается в размерах (2) и начинает готовиться к размножению (делению клетки). Её ДНК (у бактерии молекула ДНК замкнута в кольцо) удваивается (бактерия производит копию этой молекулы). Обе молекулы ДНК (3,4) оказываются, прикреплены к стенке бактерии и при удлинении бактерии расходятся в стороны (5,6). Сначала делится нуклеотид, затем цитоплазма.
После расхождения двух молекул ДНК на бактерии появляется перетяжка, которая постепенно разделяет тело бактерии на две части, в каждой из которых есть молекула ДНК (7).
Бывает (у сенной палочки), две бактерии слипаются, и между ними образуется перемычка (1,2).
По перемычке ДНК из одной бактерии переправляется в другую (3). Оказавшись в одной бактерии, молекулы ДНК сплетаются, слипаются в некоторых местах (4), после чего обмениваются участками (5).
Роль бактерий в природе
Круговорот
Бактерии — важнейшее звено общего круговорота веществ в природе. Растения создают сложные органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Эти вещества возвращаются в почву с отмершими грибами, растениями и трупами животных. Бактерии разлагают сложные вещества на простые, которые снова используют растения.
Бактерии разрушают сложные органические вещества отмерших растений и трупов животных, выделения живых организмов и разные отбросы. Питаясь этими органическими веществами, сапрофитные бактерии гниения превращают их в перегной. Это своеобразные санитары нашей планеты. Таким образом, бактерии активно участвуют в круговороте веществ в природе.
Почвообразование
Поскольку бактерии распространены практически повсеместно и встречаются в огромном количестве, они во многом определяют различные процессы, происходящие в природе. Осенью опадают листья деревьев и кустарников, отмирают надземные побеги трав, опадают старые ветки, время от времени падают стволы старых деревьев. Всё это постепенно превращается в перегной. В 1 см 3 . поверхностного слоя лесной почвы содержатся сотни миллионов сапрофитных почвенных бактерий нескольких видов. Эти бактерии превращают перегной в различные минеральные вещества, которые могут быть поглощены из почвы корнями растений.
Некоторые почвенные бактерии способны поглощать азот из воздуха, используя его в процессах жизнедеятельности. Эти азотофиксирующие бактерии живут самостоятельно или поселяются в корнях бобовых растений. Проникнув в корни бобовых, эти бактерии вызывают разрастание клеток корней и образование на них клубеньков.
Эти бактерии выделяют азотные соединения, которые используют растения. От растений бактерии получают углеводы и минеральные соли. Таким образом, между бобовым растением и клубеньковыми бактериями существует тесная связь, полезная как одному, так и другому организму. Это явление носит название симбиоза.
Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями бобовые растения обогащают почву азотом, способствуя повышению урожая.
Распространение в природе
Микроорганизмы распространены повсеместно. Исключение составляют лишь кратеры действующих вулканов и небольшие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб. Ни низкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни насыщенные растворы солей в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни жёсткое облучение атомных реакторов не мешают существованию и развитию микрофлоры. Все живые существа постоянно взаимодействуют с микроорганизмами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Микроорганизмы — аборигены нашей планеты, активно осваивающие самые невероятные природные субстраты.
Микрофлора почвы
Количество бактерий в почве чрезвычайно велико — сотни миллионов и миллиардов особей в 1 грамме. В почве их значительно больше, чем в воде и воздухе. Общее количество бактерий в почвах меняется. Количество бактерий зависит от типа почв, их состояния, глубины расположения слоёв.
На поверхности почвенных частиц микроорганизмы располагаются небольшими микроколониями (по 20-100 клеток в каждой). Часто они развиваются в толщах сгустков органического вещества, на живых и отмирающих корнях растений, в тонких капиллярах и внутри комочков.
Микрофлора почвы очень разнообразна. Здесь встречаются разные физиологические группы бактерий: бактерии гниения, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серобактерии и др. среди них есть аэробы и анаэробы, споровые и не споровые формы. Микрофлора — один из факторов образования почв.
Областью развития микроорганизмов в почве является зона, примыкающая к корням живых растений. Её называют ризосферой, а совокупность микроорганизмов, содержащихся в ней, — ризосферной микрофлорой.
Микрофлора водоёмов
Вода — природная среда, где в большом количестве развиваются микроорганизмы. Основная масса их попадает в воду из почвы. Фактор, определяющий количество бактерий в воде, наличие в ней питательных веществ. Наиболее чистыми являются воды артезианских скважин и родниковые. Очень богаты бактериями открытые водоёмы, реки. Наибольшее количество бактерий находится в поверхностных слоях воды, ближе к берегу. При удалении от берега и увеличении глубины количество бактерий уменьшается.
Чистая вода содержит 100-200 бактерий в 1 мл., а загрязнённая — 100-300 тыс. и более. Много бактерий в донном иле, особенно в поверхностном слое, где бактерии образуют плёнку. В этой плёнке много серо- и железобактерий, которые окисляют сероводород до серной кислоты и тем самым предотвращают замор рыбы. В иле больше спороносных форм, в то время как в воде преобладают неспороносные.
По видовому составу микрофлора воды сходна с микрофлорой почвы, но встречаются и специфические формы. Разрушая различные отбросы, попавшие в воду, микроорганизмы постепенно осуществляют так называемое биологическое очищение воды.
Микрофлора воздуха
Микрофлора воздуха менее многочисленна, чем микрофлора почвы и воды. Бактерии поднимаются в воздух с пылью, некоторое время могут находиться там, а затем оседают на поверхность земли и гибнут от недостатка питания или под действием ультрафиолетовых лучей. Количество микроорганизмов в воздухе зависит от географической зоны, местности, времени года, загрязнённостью пылью и др. каждая пылинка является носителем микроорганизмов. Больше всего бактерий в воздухе над промышленными предприятиями. Воздух сельской местности чище. Наиболее чистый воздух над лесами, горами, снежными пространствами. Верхние слои воздуха содержат меньше микробов. В микрофлоре воздуха много пигментированных и спороносных бактерий, которые более устойчивы, чем другие, к ультрафиолетовым лучам.
Микрофлора организма человека
Тело человека, даже полностью здорового, всегда является носителем микрофлоры. При соприкосновении тела человека с воздухом и почвой на одежде и коже оседают разнообразные микроорганизмы, в том числе и патогенные (палочки столбняка, газовой гангрены и др.). Наиболее часто загрязняются открытые части человеческого тела. На руках обнаруживают кишечные палочки, стафилококки. В ротовой полости насчитывают свыше 100 видов микробов. Рот с его температурой, влажностью, питательными остатками — прекрасная среда для развития микроорганизмов.
Желудок имеет кислую реакцию, поэтому основная масса микроорганизмов в нём гибнет. Начиная с тонкого кишечника реакция становится щелочной, т.е. благоприятной для микробов. В толстых кишках микрофлора очень разнообразна. Каждый взрослый человек выделяет ежедневно с экскрементами около 18 млрд. бактерий, т.е. больше особей, чем людей на земном шаре.
Внутренние органы, не соединяющиеся с внешней средой (мозг, сердце, печень, мочевой пузырь и др.), обычно свободны от микробов. В эти органы микробы попадают только во время болезни.
Бактерии в круговороте веществ
Микроорганизмы вообще и бактерии в частности играют большую роль в биологически важных круговоротах веществ на Земле, осуществляя химические превращения, совершенно недоступные ни растениям, ни животным. Различные этапы круговорота элементов осуществляются организмами разного типа. Существование каждой отдельной группы организмов зависит от химического превращения элементов, осуществляемого другими группами.
Круговорот азота
Циклическое превращение азотистых соединений играет первостепенную роль в снабжении необходимыми формами азота различных по пищевым потребностям организмов биосферы. Свыше 90% общей фиксации азота обусловлено метаболической активностью определённых бактерий.
Круговорот углерода
Биологическое превращение органического углерода в углекислый газ, сопровождающееся восстановлением молекулярного кислорода, требует совместной метаболической активности разнообразных микроорганизмов. Многие аэробные бактерии осуществляют полное окисление органических веществ. В аэробных условиях органические соединения первоначально расщепляются путём сбраживания, а органические конечные продукты брожения окисляются далее в результате анаэробного дыхания, если имеются неорганические акцепторы водорода (нитрат, сульфат или СО 2).
Круговорот серы
Для живых организмов сера доступна в основном в форме растворимых сульфатов или восстановленных органических соединений серы.
Круговорот железа
В некоторых водоёмах с пресной водой содержатся в высоких концентрациях восстановленные соли железа. В таких местах развивается специфическая бактериальная микрофлора — железобактерии, окисляющие восстановленное железо. Они участвуют в образовании болотных железных руд и водных источников, богатых солями железа.
Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. Около 2,5 млрд. лет они доминировали на Земле, формируя биосферу, участвовали в образовании кислородной атмосферы.
Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых организмов (кроме вирусов). Полагают, что они - первые организмы, появившиеся на Земле.
Какие бывают бактерии: виды бактерий, их классификация
Бактерии — это крошечные микроорганизмы, которые появились много тысячелетий назад. Увидеть микробы невооруженным глазом невозможно, но не следует забывать об их существовании. Существует огромное количество бацилл. Их классификацией, изучением, разновидностями, особенностями строения и физиологии занимается наука микробиология.
Микроорганизмы по-разному называются, в зависимости от своего рода действий и функций. Под микроскопом можно наблюдать, как эти маленькие существа взаимодействуют друг с другом. Первые микроорганизмы были довольно примитивными по форме, но и их значение ни в коем случае нельзя преуменьшать. С самого начала бациллы развивались, создавали колонии, пытались выжить в изменчивых климатических условиях. Разные вибрионы способны обмениваться аминокислотами, чтобы в результате нормально расти, развиваться.
Сегодня трудно сказать, сколько на земле есть видов этих микроорганизмов (это число превышает миллион), но самые известные и их названия знакомы практически каждому человеку. Неважно, какие бывают и как называются микробы, все они имеют одно преимущество — они живут колониями, так им намного легче адаптироваться и выживать.
Для начала давайте разберемся, какие существуют микроорганизмы. Самая простая классификация — это хорошие и плохие. Другими словами те, которые несут вред человеческому организму, становятся причиной многих болезней и те, которые приносят пользу. Далее мы поговорим детально, какие есть основные полезные бактериии дадим их описание.
Можно также классифицировать микроорганизмы соответственно их форме, характеристике. Наверное, многие помнят, что в школьных учебниках была специальная таблица с изображением разных микроорганизмов, а рядышком было значение и их роль в природе. Есть несколько типов бактерий:
- кокки — небольшие шарики, которые напоминают цепочку, так как располагаются друг за дружкой;
- палочковидные;
- спириллы, спирохеты (имеют извитую форму);
- вибрионы.
Бактерии разных форм
Мы уже упоминали, что одна из классификаций делит микробы на виды в зависимости от их форм.
Бактерии палочки тоже имеют некоторые особенности. Например, есть виды палочковидных с заостренными полюсами, с утолщенными, с закругленными или же с прямыми концами. Как правило, палочковидные микробы очень разные и всегда находятся в хаосе, они не выстраиваются цепочкой (за исключением стрептобацилл), не крепятся друг к дружке (кроме диплобацилл).
К микроорганизмам шаровидных форм микробиологи относят стрептококки, стафилококки, диплококки, гонококки. Это могут быть пары или же длинные цепочки из шариков.
Изогнутые бациллы — это спириллы, спирохеты. Они всегда активны, но не производят спор. Спириллы безопасны для людей, для животных. Отличить спириллы от спирохет можно, если обратить внимание на количество завитков, они менее извиты, имеют специальные жгутики на конечностях.
Виды болезнетворных бактерий
Например, группа микроорганизмов под названием кокки, а более детально стрептококки и стафилококки становятся причиной настоящих гнойных заболеваний (фурункулез, стрептококковая ангина).
Анаэробы прекрасно живут и развиваются без кислорода, для некоторых типов этих микроорганизмов кислород вообще становится смертельным. Аэробные микробы нуждаются в кислороде для полноценного существования.
Археи— это практически бесцветные одноклеточные организмы.
Патогенных бактерий нужно остерегаться, ведь они вызывают инфекции, грамотрицательные микроорганизмы считаются устойчивыми к антителам. Много информации есть о почвенных, гнилостных микроорганизмах, которые бывают вредными, полезными.
В общей сложности спириллы не представляют собой опасности, но некоторые виды могут вызывать содоку.
Разновидности полезных бактерий
О том, что бациллы бывают полезные и вредные, знают даже школьники. Некоторые названия люди знают на слух (стафилококк, стрептококк, чумная палочка). Это вредные существа, которые мешают не только внешней среде, но и человеку. Есть микроскопические бациллы, которые вызывают пищевые отравления.
Обязательно нужно знать полезную информацию о молочнокислых, пищевых, пробиотических микроорганизмах. Например, пробиотики, иными словами хорошие организмы, часто применяют в медицинских целях. Вы спросите: для чего? Они не позволяют вредным бактериям размножаться внутри человека, укрепляют защитные функции кишечника, хорошо влияют на иммунную систему человека.
Бифидобактерии также очень полезны для кишечника. Молочнокислые вибрионы включают в себя около 25 видов. В человеческом организме они имеются в огромных количествах, но не являются опасными. Наоборот, защищают желудочно-кишечный тракт от гнилостных и других микробов.
Говоря о хороших, нельзя не упомянуть и огромный вид стрептомицетов. Они известны тем, кто принимал левомицетин, эритромицин и подобные препараты.
Есть такие микроорганизмы, как азотобактеры. Они много лет живут в грунтах, благотворно влияют на почву, стимулируют рост растений, очищают землю от тяжелых металлов. Они незаменимы в медицине, сельском хозяйстве, медицине, пищевой промышленности.
Виды изменчивости бактерий
По своей природе микробы очень непостоянные, они быстро умирают, они могут быть спонтанными, индуцированными. Мы не будем вдаваться в подробности об изменчивости бактерий, так как эта информация больше интереснатем, кого интересует микробиология и все ее ответвления.
Виды бактерий для септиков
Жители частных домов понимают острую необходимость очищать сточные воды, а также выгребные ямы. Сегодня быстро и качественно очистить стоки можно с помощью специальных бактерий для септиков. Для человека это огромное облегчение, так как заниматься чисткой канализации—дело не из приятных.
Мы уже прояснили, где применяется биологический вид очистки стоков, а теперь поговорим о самой системе. Бактерии для септиков выращиваются в лабораториях, они убивают неприятный запах стоков, дезинфицируют дренажные колодцы, выгребные ямы, уменьшают объем сточных вод. Есть три вида бактерий, которые используются для септиков:
- аэробные;
- анаэробные;
- живые (биоактиваторы).
Очень часто люди используют комбинированные методы очистки. Строго следуйте инструкциям на препарате, следите, чтобы уровень воды способствовал нормальному выживанию бактерий. Также не забывайте использовать канализацию как минимум раз в две недели, чтобы бактериям было чем питаться, иначе они умрут. Не забывайте, что хлор из порошков и жидкостей для чистки, убивает бактерии.
Самыми популярными являются бактерии Доктор Робик, Септифос, Вэйст Трит.
Виды бактерий в моче
По идее бактерий в моче быть не должно, но после различных действий и ситуаций, крошечные микроорганизмы поселяются, где им вздумается: во влагалище, в носу, в воде и так далее. Если бактерии были обнаружены во время анализов, это означает, что человек страдает от болезней почек, мочевого пузыря или мочеточников. Есть несколько путей, по которым микроорганизмы попадают в мочу. Перед лечением очень важно исследовать и точно определить тип бактерий и способ попадания. Определить это можно при биологическом посеве мочи, когда бактерии помещают в благоприятную среду обитания. Далее проверяется реакция бактерий на различные антибиотики.
Мы желаем вам оставаться всегда здоровыми. Следите за собой, регулярно мойте руки, берегите свой организм от вредоносных бактерий!
Бактерии внутри нас (численность которых превосходит наши собственные клетки примерно в 100 раз) вполне могут иметь влияние на наши побуждения и настроение, чтобы заставить нас есть то, чего они хотят, и часто приводят нас к ожирению.
Изображение
« Наша диета имеет огромное влияние на популяцию микробов в кишечнике. Это целая экосистема, которая развивается в считанные минуты »
В статье, опубликованной в журнале BioEssays, исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF), Аризонского государственного университета и университета Нью-Мексико после обзора недавней научной литературы пришли к заключению, что микробы влияют на пищевое поведение людей и выбор продуктов питания в пользу потребления конкретных питательных веществ, за счёт которых они развиваются лучше, чем при пассивном питании теми компонентами, которые входят в наш обычный рацион.
Бактериальные разновидности варьируются по питательным веществам, в которых они нуждаются. Например, некоторые предпочитают жиры, а другие - сахар. Но они не только соперничают друг с другом за пищу и удержание своей ниши в пределах своей экосистемы - нашей системы пищеварения - у них также часто разнятся цели в отношении того, что мы предпринимаем, когда дело доходит до наших собственных действий, по словам Афины Актипис (Athena Aktipis) - доктора философии, соучредителя Центра развития и рака и Всестороннего онкологического семейного центра Хелены Диллер (Helen Diller) при UCSF.
Пока непонятно, как именно это происходит; по мнению авторов, это разнообразное сообщество микробов, известных под общим названием кишечный микробиом, может влиять на наши решения, выпуская сигнальные молекулы в наш пищеварительный тракт. Поскольку кишечник связан с иммунной, эндокринной и нервной системами, эти сигналы могут влиять на наши физиологические и поведенческие реакции.
«Бактерии в кишечнике - манипуляторы. Существует разнообразие интересов, представляемых микробиомом, часть которых соответствуют нашим собственным диетическим целям, а другие - нет», сообщает Карло Малей (Carlo Maley), доктор философии, директор Центра развития и рака UCSF.
К счастью, это верно и в противоположном значении. Малей утверждает, что мы можем влиять на сочетамость этих микроскопических одноклеточных «жильцов», задумавшись над изменением продуктов, которыми мы питаемся, для контролируемых изменений в микробиоме в течение суток после смены диетических предпочтений.
«Наша диета имеет огромное влияние на популяцию микробов в кишечнике. Это целая экосистема, которая развивается в считанные минуты.»
Существуют даже особые бактерии, которые переваривают морские водоросли, найденные в людях в Японии, где водоросли популярны в рационе.
Исследования показывают, что кишечные бактерии могут влиять на наши пищевые предпочтения, в частности, посредством воздействия на блуждающий нерв, соединяющий 100 миллионов нервных клеток от пищеварительного тракта до основания мозга.
«У микробов есть возможность управлять поведением и настроением человека посредством изменения нейронных сигналов блуждающего нерва и изменения вкусовых рецепторов, вырабатывая токсины, заставляющие нас чувствовать себя плохо, и выпуская химические «поощрения», которые наоборот создают хорошее самочувствие», сказала Актипис.
У мышей определённые штаммы бактерий усиливают тревожное поведение. Как показало одно из клинических исследований, у людей, употребляющих пробиотик, содержащий лактобациллу Casei, улучшилось настроение, которое прежде являлось плохим.
Малей, Актипис и писатель Джо Элкок (Joe Alcock), доктор Медицинского отделения по чрезвычайным ситуациям в Университете Нью-Мексико, предложили дальнейшие исследования, чтобы проверить способность микробов держать над нами власть. Например, может ли пересадка в кишечник бактерий, что питаются морскими водорослями, вынудить человеческий организм тоже употреблять в пищу водоросли?
Скорость, с которой способен меняться микробиом, может быть применима и для тех, кто стремится улучшить здоровье, изменяя популяцию микробов. Это может быть достигнуто через пищу и различные добавки, например, принимая конкретные виды микроорганизмов в виде пробиотиков или убивая определённые виды бактерий антибиотиками. Согласно авторам данного материала, достижение сбалансированности между разновидностями бактерий в нашем кишечнике может позволить нам вести более здоровый образ жизни и не бояться ожирения.
«Поскольку микрофлора легко поддаётся манипулированию пребиотиками, пробиотиками, антибиотиками, фекальными пересадками и выбором диеты, изменение нашей микрофлоры предлагает здравый подход к решению иных серьёзных проблем ожирения и нездорового питания».
Авторы встретились и впервые обсудили эти идеи в работе BioEssays на летней школьной конференции эволюционной медицины в 2012 году. Актипис - биолог-эволюционист и психолог, имела возможность изучить совокупность взаимодействий к приспособленности различных интересов микробов и их хозяев, а также каким образом они теряют значение в нашей повседневной жизни. Малей, программист и биолог-эволюционист, построил свою карьеру, изучая, как из нормальных клеток образуются злокачественные, и в виде прогрессирующего рака развиваются в течение долгого времени посредством естественного отбора в организме.
Фактически, развитие опухолей и бактериальных сообществ взаимосвязано, указывает Актипис, сообщив, что некоторые бактерии, являющиеся нашими естественными обитателями, становятся причиной рака желудка и, возможно, других раковых образований.
«Целевое изучение микробиома может открыть новые возможности для предотвращения различных заболеваний от ожирения и диабета до рака желудочно-кишечного тракта. Сейчас мы лишь на верхушке айсберга относительно важности микробиома для здоровья человека», сказала она.
