Функции и влияние бактерий на окружающую среду и человека. Как кишечные бактерии влияют на состояние организма

Хоть вы и можете думать, что вы владеете собой безраздельно, на самом деле вы делите свое тело с огромным количеством бактерий. В действительности считается, что в кишечнике человека содержится 100 триллионов бактерий, то есть в десять раз больше, чем в человеческом теле клеток. Эти бактерии, которые также называются кишечной флорой, влияют на здоровье человека самыми различными способами, начиная от извлечения энергии из пищи и заканчивая строительством имунной системы для защиты от вредных болезнетворных бактерий. Исследователи только начинают в полной мере понимать, какую роль играет кишечная флора в жизни человека.

Ожирение

Растущее число исследований показывают, что бактерии в кишечнике влияют на вес. Одно недавнее исследование показало, что люди, страдающие ожирением, имеют значительно меньшее разнообразие кишечной флоры, чем худые люди. Также проводятся исследования на животных, которые позволяют понять, как именно связаны проблемы с весом и кишечные бактерии. Даже мыши, которым была пересажена кишечная флора человека с ожирением, быстро набрали вес. Кроме того, эти мыши переняли и метаболизм того человека, соответственно, процессы усвоения пищи в организме ухудшились.

Болезни сердца

Когда кишечные бактерии питаются определенными продуктами, такими как яйца или говядина, они производят соединения, которые могут повысить риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний. Участники исследования с высоким уровнем этого соединения прошли тесты, которые показали, что их шанс получить сердечный приступ, инсульт или же даже умереть в течение ближайших трех лет в 2.5 раза больше, чем у людей, у которых уровень данного соединения низок. Хотя результаты и являются предварительными, они укрепляют существующие диетические рекомендации.

Иммунная система

Ваш кишечник является основной областью вашего тела, где иммунная система взаимодействует с тем, что ваш организм получает из внешнего мира. Таким образом, взаимодействие между вашими кишечными бактериями и вашими собственными клетками играет важную роль в развитии полностью функциональной иммунной системы. В лимфатической ткани в кишечнике содержится большой бассейн клеток, способный вызвать иммунный ответ.

Мозг

Нарушение в кишечной флоре может напрямую влиять на мозг, а также на поведение - так полагают ученые, проводившие эксперименты над животными. В 2011 году исследование на мышах показало, что животные, которым давали антибиотики, которые убивают кишечные бактерии, становились менее беспокойными, но когда кишечные бактерии восстанавливались, с ними возвращалось и беспокойство. Также стоит отметить, что мыши, которые получали антибиотики, также начали показывать признаки депрессии. Ученые подозревают, что кишечные бактерии производят химические вещества, способные оказывать влияние на мозг. И если кишечные бактерии все же играют роль в поведении человека, то существует вероятность того, что методы лечения, направленные на восстановление нормальной кишечной флоры, могут использоваться также для коррекции поведения у людей, страдающих психологическими расстройствами, а также заболеваниями желудочно-кишечного тракта.

Младенческие колики

Аномальные бактерии в кишечнике у младенца могут быть одной из причин колик, а также чрезмерного плача. В исследовании младенцев, которые плачут более трех часов в день без медицинской причины, в их кишечной флоре было обнаружено намного больше протобактерий, чем в кишечнике у здорового ребенка. Однако в большинстве случаев все анормальности исчезали в течение нескольких первых месяцев жизни, так что, вероятнее всего, они носят временный характер.

БАКТЕРИИ
обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра. Вместе с тем генетический материал бактерии (дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК) занимает в клетке вполне определенное место - зону, называемую нуклеоидом. Организмы с таким строением клеток называются прокариотами ("доядерными") в отличие от всех остальных - эукариот ("истинно ядерных"), ДНК которых находится в окруженном оболочкой ядре. Бактерии, ранее считавшиеся микроскопическими растениями, сейчас выделены в самостоятельное царство Monera - одно из пяти в нынешней системе классификации наряду с растениями, животными, грибами и протистами.

Ископаемые свидетельства. Вероятно, бактерии - древнейшая известная группа организмов. Слоистые каменные структуры - строматолиты, - датируемые в ряде случаев началом археозоя (архея), т.е. возникшие 3,5 млрд. лет назад, - результат жизнедеятельности бактерий, обычно фотосинтезирующих, т.н. сине-зеленых водорослей. Подобные структуры (пропитанные карбонатами бактериальные пленки) образуются и сейчас, главным образом у побережья Австралии, Багамских островов, в Калифорнийском и Персидском заливах, однако они относительно редки и не достигают крупных размеров, потому что ими питаются растительноядные организмы, например брюхоногие моллюски. В наши дни строматолиты растут в основном там, где эти животные отсутствуют из-за высокой солености воды или по другим причинам, однако до появления в ходе эволюции растительноядных форм они могли достигать огромных размеров, составляя существенный элемент океанического мелководья, сравнимый с современными коралловыми рифами. В некоторых древних горных породах обнаружены крохотные обугленные сферы, которые также считаются остатками бактерий. Первые ядерные, т.е. эукариотические, клетки произошли от бактерий примерно 1,4 млрд. лет назад.
Экология. Бактерий много в почве, на дне озер и океанов - повсюду, где накапливается органическое вещество. Они живут в холоде, когда столбик термометра чуть превышает нулевую отметку, и в горячих кислотных источниках с температурой выше 90° С. Некоторые бактерии переносят очень высокую соленость среды; в частности, это единственные организмы, обнаруженные в Мертвом море. В атмосфере они присутствуют в каплях воды, и их обилие там обычно коррелирует с запыленностью воздуха. Так, в городах дождевая вода содержит гораздо больше бактерий, чем в сельской местности. В холодном воздухе высокогорий и полярных областей их мало, тем не менее они встречаются даже в нижнем слое стратосферы на высоте 8 км. Густо заселен бактериями (обычно безвредными) пищеварительный тракт животных. Эксперименты показали, что для жизнедеятельности большинства видов они не обязательны, хотя и могут синтезировать некоторые витамины. Однако у жвачных (коров, антилоп, овец) и многих термитов они участвуют в переваривании растительной пищи. Кроме того, иммунная система животного, выращенного в стерильных условиях, не развивается нормально из-за отсутствия стимуляции бактериями. Нормальная бактериальная "флора" кишечника важна также для подавления попадающих туда вредных микроорганизмов.

СТРОЕНИЕ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ БАКТЕРИЙ

Бактерии гораздо мельче клеток многоклеточных растений и животных. Толщина их обычно составляет 0,5-2,0 мкм, а длина - 1,0-8,0 мкм. Разглядеть некоторые формы едва позволяет разрешающая способность стандартных световых микроскопов (примерно 0,3 мкм), но известны и виды длиной более 10 мкм и шириной, также выходящей за указанные рамки, а ряд очень тонких бактерий может превышать в длину 50 мкм. На поверхности, соответствующей поставленной карандашом точке, уместится четверть миллиона средних по величине представителей этого царства.
Строение. По особенностям морфологии выделяют следующие группы бактерий: кокки (более или менее сферические), бациллы (палочки или цилиндры с закругленными концами), спириллы (жесткие спирали) и спирохеты (тонкие и гибкие волосовидные формы). Некоторые авторы склонны объединять две последние группы в одну - спириллы. Прокариоты отличаются от эукариот главным образом отсутствием оформленного ядра и наличием в типичном случае всего одной хромосомы - очень длинной кольцевой молекулы ДНК, прикрепленной в одной точке к клеточной мембране. У прокариот нет и окруженных мембранами внутриклеточных органелл, называемых митохондриями и хлоропластами. У эукариот митохондрии вырабатывают энергию в процессе дыхания, а в хлоропластах идет фотосинтез (см. также КЛЕТКА). У прокариот вся клетка целиком (и в первую очередь - клеточная мембрана) берет на себя функцию митохондрии, а у фотосинтезирующих форм - заодно и хлоропласта. Как и у эукариот, внутри бактерии находятся мелкие нуклеопротеиновые структуры - рибосомы, необходимые для синтеза белка, но они не связаны с какими-либо мембранами. За очень немногими исключениями, бактерии не способны синтезировать стеролы - важные компоненты мембран эукариотической клетки. Снаружи от клеточной мембраны большинство бактерий одето клеточной стенкой, несколько напоминающей целлюлозную стенку растительных клеток, но состоящей из других полимеров (в их состав входят не только углеводы, но и аминокислоты и специфические для бактерий вещества). Эта оболочка не дает бактериальной клетке лопнуть, когда в нее за счет осмоса поступает вода. Поверх клеточной стенки часто находится защитная слизистая капсула. Многие бактерии снабжены жгутиками, с помощью которых они активно плавают. Жгутики бактерий устроены проще и несколько иначе, чем аналогичные структуры эукариот.

"ТИПИЧНАЯ" БАКТЕРИАЛЬНАЯ КЛЕТКА и ее основные структуры.

Сенсорные функции и поведение. Многие бактерии обладают химическими рецепторами, которые регистрируют изменения кислотности среды и концентрацию различных веществ, например сахаров, аминокислот, кислорода и диоксида углерода. Для каждого вещества существует свой тип таких "вкусовых" рецепторов, и утрата какого-то из них в результате мутации приводит к частичной "вкусовой слепоте". Многие подвижные бактерии реагируют также на колебания температуры, а фотосинтезирующие виды - на изменения освещенности. Некоторые бактерии воспринимают направление силовых линий магнитного поля, в том числе магнитного поля Земли, с помощью присутствующих в их клетках частичек магнетита (магнитного железняка - Fe3O4). В воде бактерии используют эту свою способность для того, чтобы плыть вдоль силовых линий в поисках благоприятной среды. Условные рефлексы у бактерий неизвестны, но определенного рода примитивная память у них есть. Плавая, они сравнивают воспринимаемую интенсивность стимула с ее прежним значением, т.е. определяют, стала она больше или меньше, и, исходя из этого, сохраняют направление движения или изменяют его.
Размножение и генетика. Бактерии размножаются бесполым путем: ДНК в их клетке реплицируется (удваивается), клетка делится надвое, и каждая дочерняя клетка получает по одной копии родительской ДНК. Бактериальная ДНК может передаваться и между неделящимися клетками. При этом их слияния (как у эукариот) не происходит, число особей не увеличивается, и обычно в другую клетку переносится лишь небольшая часть генома (полного набора генов), в отличие от "настоящего" полового процесса, при котором потомок получает по полному комплекту генов от каждого родителя. Такой перенос ДНК может осуществляться тремя путями. При трансформации бактерия поглощает из окружающей среды "голую" ДНК, попавшую туда при разрушении других бактерий или сознательно "подсунутую" экспериментатором. Процесс называется трансформацией, поскольку на ранних стадиях его изучения основное внимание уделялось превращению (трансформации) таким путем безвредных организмов в вирулентные. Фрагменты ДНК могут также переноситься от бактерии к бактерии особыми вирусами - бактериофагами. Это называется трансдукцией. Известен также процесс, напоминающий оплодотворение и называемый конъюгацией: бактерии соединяются друг с другом временными трубчатыми выростами (копуляционными фимбриями), через которые ДНК переходит из "мужской" клетки в "женскую". Иногда в бактерии присутствуют очень мелкие добавочные хромосомы - плазмиды, которые также могут переноситься от особи к особи. Если при этом плазмиды содержат гены, обусловливающие резистентность к антибиотикам, говорят об инфекционной резистентности. Она важна с медицинской точки зрения, поскольку может распространяться между различными видами и даже родами бактерий, в результате чего вся бактериальная флора, скажем кишечника, становится устойчивой к действию определенных лекарственных препаратов.

МЕТАБОЛИЗМ

Отчасти в силу мелких размеров бактерий интенсивность их метаболизма гораздо выше, чем у эукариот. При самых благоприятных условиях некоторые бактерии могут удваивать свою общую массу и численность примерно каждые 20 мин. Это объясняется тем, что ряд их важнейших ферментных систем функционирует с очень высокой скоростью. Так, кролику для синтеза белковой молекулы требуются считанные минуты, а бактерии - секунды. Однако в естественной среде, например в почве, большинство бактерий находится "на голодном пайке", поэтому если их клетки и делятся, то не каждые 20 мин, а раз в несколько дней.
Питание. Бактерии бывают автотрофами и гетеротрофами. Автотрофы ("сами себя питающие") не нуждаются в веществах, произведенных другими организмами. В качестве главного или единственного источника углерода они используют его диоксид (CO2). Включая CO2 и другие неорганические вещества, в частности аммиак (NH3), нитраты (NO-3) и различные соединения серы, в сложные химические реакции, они синтезируют все необходимые им биохимические продукты. Гетеротрофы ("питающиеся другим") используют в качестве основного источника углерода (некоторым видам нужен и CO2) органические (углеродсодержащие) вещества, синтезированные другими организмами, в частности сахара. Окисляясь, эти соединения поставляют энергию и молекулы, необходимые для роста и жизнедеятельности клеток. В этом смысле гетеротрофные бактерии, к которым относится подавляющее большинство прокариот, сходны с человеком.
Главные источники энергии. Если для образования (синтеза) клеточных компонентов используется в основном световая энергия (фотоны), то процесс называется фотосинтезом, а способные к нему виды - фототрофами. Фототрофные бактерии делятся на фотогетеротрофов и фотоавтотрофов в зависимости от того, какие соединения - органические или неорганические - служат для них главным источником углерода. Фотоавтотрофные цианобактерии (сине-зеленые водоросли), как и зеленые растения, за счет световой энергии расщепляют молекулы воды (H2O). При этом выделяется свободный кислород (1/2O2) и образуется водород (2H+), который, можно сказать, превращает диоксид углерода (CO2) в углеводы. У зеленых и пурпурных серных бактерий световая энергия используется для расщепления не воды, а других неорганических молекул, например сероводорода (H2S). В результате также образуется водород, восстанавливающий диоксид углерода, но кислород не выделяется. Такой фотосинтез называется аноксигенным. Фотогетеротрофные бактерии, например пурпурные несерные, используют световую энергию для получения водорода из органических веществ, в частности изопропанола, но его источником у них может служить и газообразный H2. Если основной источник энергии в клетке - окисление химических веществ, бактерии называются хемогетеротрофами или хемоавтотрофами в зависимости от того, какие молекулы служат главным источником углерода - органические или неорганические. У первых органика дает как энергию, так и углерод. Хемоавтотрофы получают энергию при окислении неорганических веществ, например водорода (до воды: 2H4 + O2 в 2H2O), железа (Fe2+ в Fe3+) или серы (2S + 3O2 + 2H2O в 2SO42- + 4H+), а углерод - из СO2. Эти организмы называют также хемолитотрофами, подчеркивая тем самым, что они "питаются" горными породами.
Дыхание. Клеточное дыхание - процесс высвобождения химической энергии, запасенной в "пищевых" молекулах, для ее дальнейшего использования в жизненно необходимых реакциях. Дыхание может быть аэробным и анаэробным. В первом случае для него необходим кислород. Он нужен для работы т.н. электронотранспортной системы: электроны переходят от одной молекулы к другой (при этом выделяется энергия) и в конечном итоге присоединяются к кислороду вместе с ионами водорода - образуется вода. Анаэробным организмам кислород не нужен, а для некоторых видов этой группы он даже ядовит. Высвобождающиеся в ходе дыхания электроны присоединяются к другим неорганическим акцепторам, например нитрату, сульфату или карбонату, или (при одной из форм такого дыхания - брожении) к определенной органической молекуле, в частности к глюкозе. См. также МЕТАБОЛИЗМ.

КЛАССИФИКАЦИЯ

У большинства организмов видом принято считать репродуктивно изолированную группу особей. В широком смысле это означает, что представители данного вида могут давать плодовитое потомство, спариваясь только с себе подобными, но не с особями других видов. Таким образом, гены конкретного вида, как правило, не выходят за его пределы. Однако у бактерий может происходить обмен генами между особями не только разных видов, но и разных родов, поэтому правомерно ли применять здесь привычные концепции эволюционного происхождения и родства, не вполне ясно. В связи с этой и другими трудностями общепринятой классификации бактерий пока не существует. Ниже приведен один из широко используемых ее вариантов.
ЦАРСТВО MONERA

Тип Gracilicutes (тонкостенные грамотрицательные бактерии)

Класс Scotobacteria (нефотосинтезирующие формы, например миксобактерии) Класс Anoxyphotobacteria (не выделяющие кислорода фотосинтезирующие формы, например пурпурные серные бактерии) Класс Oxyphotobacteria (выделяющие кислород фотосинтезирующие формы, например цианобактерии)

Тип Firmicutes (толстостенные грамположительные бактерии)

Класс Firmibacteria (формы с жесткой клеткой, например клостридии)
Класс Thallobacteria (разветвленные формы, например актиномицеты)

Тип Tenericutes (грамотрицательные бактерии без клеточной стенки)

Класс Mollicutes (формы с мягкой клеткой, например микоплазмы)

Тип Mendosicutes (бактерии с неполноценной клеточной стенкой)

Класс Archaebacteria (древние формы, например метанобразующие)

Домены. Недавние биохимические исследования показали, что все прокариоты четко разделяются на две категории: маленькую группу архебактерий (Archaebacteria - "древние бактерии") и всех остальных, называемых эубактериями (Eubacteria - "истинные бактерии"). Считается, что архебактерии по сравнению с эубактериями примитивнее и ближе к общему предку прокариот и эукариот. От прочих бактерий они отличаются несколькими существенными признаками, включая состав молекул рибосомной РНК (pРНК), участвующей в синтезе белка, химическую структуру липидов (жироподобных веществ) и присутствие в клеточной стенке вместо белково-углеводного полимера муреина некоторых других веществ. В приведенной выше системе классификации архебактерии считаются лишь одним из типов того же царства, которое объединяет и всех эубактерий. Однако, по мнению некоторых биологов, различия между архебактериями и эубактериями настолько глубоки, что правильнее рассматривать архебактерии в составе Monera как особое подцарство. В последнее время появилось еще более радикальное предложение. Молекулярный анализ выявил между двумя этими группами прокариот столь существенные различия в структуре генов, что присутствие их в рамках одного царства организмов некоторые считают нелогичным. В связи с этим предложено создать таксономическую категорию (таксон) еще более высокого ранга, назвав ее доменом, и разделить все живое на три домена - Eucarya (эукариоты), Archaea (архебактерии) и Bacteria (нынешние эубактерии).

ЭКОЛОГИЯ

Две важнейшие экологические функции бактерий - фиксация азота и минерализация органических остатков.
Азотфиксация. Связывание молекулярного азота (N2) с образованием аммиака (NH3) называется азотфиксацией, а окисление последнего до нитрита (NO-2) и нитрата (NO-3) - нитрификацией. Это жизненно важные для биосферы процессы, поскольку растениям необходим азот, но усваивать они могут лишь его связанные формы. В настоящее время примерно 90% (ок. 90 млн. т) годового количества такого "фиксированного" азота дают бактерии. Остальное количество производится химическими комбинатами или возникает при разрядах молний. Азот воздуха, составляющий ок. 80% атмосферы, связывается в основном грамотрицательным родом ризобиум (Rhizobium) и цианобактериями. Виды ризобиума вступают в симбиоз примерно с 14 000 видов бобовых растений (семейство Leguminosae), к которым относятся, например, клевер, люцерна, соя и горох. Эти бактерии живут в т.н. клубеньках - вздутиях, образующихся на корнях в их присутствии. Из растения бактерии получают органические вещества (питание), а взамен снабжают хозяина связанным азотом. За год таким способом фиксируется до 225 кг азота на гектар. В симбиоз с другими азотфиксирующими бактериями вступают и небобовые растения, например ольха. Цианобактерии фотосинтезируют, как зеленые растения, с выделением кислорода. Многие из них способны также фиксировать атмосферный азот, потребляемый затем растениями и в конечном итоге животными. Эти прокариоты служат важным источником связанного азота почвы в целом и рисовых чеков на Востоке в частности, а также главным его поставщиком для океанских экосистем.
Минерализация. Так называется разложение органических остатков до диоксида углерода (CO2), воды (H2O) и минеральных солей. С химической точки зрения, этот процесс эквивалентен горению, поэтому он требует большого количества кислорода. В верхнем слое почвы содержится от 100 000 до 1 млрд. бактерий на 1 г, т.е. примерно 2 т на гектар. Обычно все органические остатки, попав в землю, быстро окисляются бактериями и грибами. Более устойчиво к разложению буроватое органическое вещество, называемое гуминовой кислотой и образующееся в основном из содержащегося в древесине лигнина. Оно накапливается в почве и улучшает ее свойства.

БАКТЕРИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Учитывая разнообразие катализируемых бактериями химических реакций, неудивительно, что они широко используются в производстве, в ряде случаев с глубокой древности. Славу таких микроскопических помощников человека прокариоты делят с грибами, в первую очередь - дрожжами, которые обеспечивают большую часть процессов спиртового брожения, например при изготовлении вина и пива. Сейчас, когда стало возможным вводить в бактерии полезные гены, заставляя их синтезировать ценные вещества, например инсулин, промышленное применение этих живых лабораторий получило новый мощный стимул. См. также ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.
Пищевая промышленность. В настоящее время бактерии применяются этой отраслью в основном для производства сыров, других кисломолочных продуктов и уксуса. Главные химические реакции здесь - образование кислот. Так, при получении уксуса бактерии рода Acetobacter окисляют этиловый спирт, содержащийся в сидре или других жидкостях, до уксусной кислоты. Аналогичные процессы происходят при квашении капусты: анаэробные бактерии сбраживают содержащиеся в листьях этого растения сахара до молочной кислоты, а также уксусной кислоты и различных спиртов.
Выщелачивание руд. 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 в CuSO4 + FeSO4. Такие технологии значительно упрощают получение из руд ценных металлов; в принципе, они эквивалентны процессам, протекающим в природе при выветривании горных пород.
Переработка отходов. 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.
Другие пути использования. К другим важным областям промышленного применения бактерий относится, например, мочка льна, т.е. отделение его прядильных волокон от других частей растения, а также производство антибиотиков, в частности стрептомицина (бактериями рода Streptomyces).

БОРЬБА С БАКТЕРИЯМИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Бактерии приносят не только пользу; борьба с их массовым размножением, например в пищевых продуктах или в водных системах целлюлозно-бумажных предприятий, превратилась в целое направление деятельности. Пища портится под действием бактерий, грибов и собственных вызывающих автолиз ("самопереваривание") ферментов, если не инактивировать их нагреванием или другими способами. Поскольку главная причина порчи все-таки бактерии, разработка систем эффективного хранения продовольствия требует знания пределов выносливости этих микроорганизмов. Одна из наиболее распространенных технологий - пастеризация молока, убивающая бактерии, которые вызывают, например, туберкулез и бруцеллез. Молоко выдерживают при 61-63° С в течение 30 мин или при 72-73° С всего 15 с. Это не ухудшает вкуса продукта, но инактивирует болезнетворные бактерии. Пастеризовать можно также вино, пиво и фруктовые соки. Давно известна польза хранения пищевых продуктов на холоде. Низкие температуры не убивают бактерий, но не дают им расти и размножаться. Правда, при замораживании, например, до -25° С численность бактерий через несколько месяцев снижается, однако большое количество этих микроорганизмов все же выживает. При температуре чуть ниже нуля бактерии продолжают размножаться, но очень медленно. Их жизнеспособные культуры можно хранить почти бесконечно долго после лиофилизации (замораживания - высушивания) в среде, содержащей белок, например в сыворотке крови. К другим известным методам хранения пищевых продуктов относятся высушивание (вяление и копчение), добавка больших количеств соли или сахара, что физиологически эквивалентно обезвоживанию, и маринование, т.е. помещение в концентрированный раствор кислоты. При кислотности среды, соответствующей pH 4 и ниже, жизнедеятельность бактерий обычно сильно тормозится или прекращается.

БАКТЕРИИ И БОЛЕЗНИ

ИЗУЧЕНИЕ БАКТЕРИЙ

Многие бактерии нетрудно выращивать в т.н. культуральной среде, в состав которой могут входить мясной бульон, частично переваренный белок, соли, декстроза, цельная кровь, ее сыворотка и другие компоненты. Концентрация бактерий в таких условиях обычно достигает примерно миллиарда на кубический сантиметр, в результате чего среда становится мутной. Для изучения бактерий необходимо уметь получать их чистые культуры, или клоны, представляющие собой потомство одной-единственной клетки. Это нужно, например, для определения того, какой вид бактерии инфицировал больного и к какому антибиотику данный вид чувствителен. Микробиологические образцы, например, взятые из горла или ран мазки, пробы крови, воды или других материалов, сильно разводят и наносят на поверхность полутвердой среды: на ней из отдельных клеток развиваются округлые колонии. Отверждающим культуральную среду агентом обычно служит агар - полисахарид, получаемый из некоторых морских водорослей и почти ни одним видом бактерий не перевариваемый. Агаровые среды используют в виде "косячков", т.е. наклонных поверхностей, образующихся в стоящих под большим углом пробирках при застывании расплавленной культуральной среды, или в виде тонких слоев в стеклянных чашках Петри - плоских круглых сосудах, закрываемых такой же по форме, но чуть большей по диаметру крышкой. Обычно через сутки бактериальная клетка успевает размножиться настолько, что образует легко заметную невооруженным глазом колонию. Ее можно перенести на другую среду для дальнейшего изучения. Все культуральные среды должны быть перед началом выращивания бактерий стерильными, а в дальнейшем следует принимать меры против поселения на них нежелательных микроорганизмов. Чтобы рассмотреть выращенные таким способом бактерии, прокаливают на пламени тонкую проволочную петлю, прикасаются ею сначала к колонии или мазку, а затем - к капле воды, нанесенной на предметное стекло. Равномерно распределив взятый материал в этой воде, стекло высушивают и два-три раза быстро проводят над пламенем горелки (сторона с бактериями должна быть обращена вверх): в результате микроорганизмы, не повреждаясь, прочно прикрепляются к субстрату. На поверхность препарата капают краситель, затем стекло промывают в воде и вновь сушат. Теперь можно рассматривать образец под микроскопом. Чистые культуры бактерий идентифицируют главным образом по их биохимическим признакам, т.е. определяют, образуют ли они из определенных сахаров газ или кислоты, способны ли переваривать белок (разжижать желатину), нуждаются ли для роста в кислороде и т.д. Проверяют также, окрашиваются ли они специфическими красителями. Чувствительность к тем или иным лекарственным препаратам, например антибиотикам, можно выяснить, поместив на засеянную бактериями поверхность маленькие диски из фильтровальной бумаги, пропитанные данными веществами. Если какое-либо химическое соединение убивает бактерии, вокруг соответствующего диска образуется свободная от них зона.

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Слово «бактерии» у большинства людей ассоциируется с чем-то неприятным и с угрозой для здоровья. В лучшем случае вспоминаются кисломолочные продукты. В худшем – дисбактериоз, чума, дизентерия и прочие неприятности. А бактерии есть везде, они бывают плохие и хорошие. Что же могут скрывать микроорганизмы?

Что такое бактерии

Человек и бактерии

В нашем организме постоянно происходит борьба, которую ведут вредные и полезные бактерии. Благодаря этому процессу, человек получает защиту от различных инфекций. Различные микроорганизмы окружают нас на каждом шагу. Они живут на одежде, летают в воздухе, они вездесущи.

Наличие бактерий во рту, а это порядка сорока тысяч микроорганизмов, защищает десна от кровотечения, от пародонтоза и даже от ангины. Если у женщины нарушается микрофлора, у неё могут начаться гинекологические заболевания. Соблюдение элементарных правил личной гигиены поможет избежать таких сбоев.

От состояния микрофлоры полностью зависит иммунитет человека. Только в желудочно-кишечном тракте находится почти 60% всех бактерий. Остальные расположились в дыхательной системе и в половой. В человеке живет порядка двух килограммов бактерий.

Появление бактерий в организме

Полезные бактерии

Полезные бактерии бывают: молочнокислые, бифидобактерии, кишечная палочка, стрептомиценты, микоризы, цианобактерии.

Все они играют важную роль в жизни человека. Одни из них предотвращают появление инфекций, другие используют в производстве лекарственных препаратов, третьи поддерживают баланс в экосистеме нашей планеты.

Виды вредных бактерий

Вредные бактерии могут вызвать у человека ряд серьезных заболеваний. Например, дифтерию, сибирскую язву, ангину, чуму и многие другие. Они легко передаются от заразившегося человека через воздух, еду, прикосновение. Именно вредные бактерии, названия которых будут приведены ниже, портят продукты питания. От них появляется неприятный запах, происходит гниение и разложение, они вызывают заболевания.

Бактерии могут быть грамположительными, грамотрицательными, палочковидными.

Названия вредных бактерий

Таблица. Вредные бактерии для человека. Названия

Названия	Место обитания	Вред
Микобактерии	пища, вода	туберкулез, проказа, язва
Столбнячная палочка	почва, кожа, пищеварительный тракт	столбняк, мышечные спазмы, дыхательная недостаточность
Палочка чумы (рассматривается специалистами как биологическое оружие)	только в организме человека, грызунов и млекопитающих	бубонная чума, пневмония, кожные инфекции
Хеликобактер пилори	слизистая оболочка желудка человека	гастрит, пептическая язва, вырабатывает цитоксины, аммиак
Сибироязвенная палочка	почва	сибирская язва
Палочка ботулизма	пища, зараженная посуда	отравление

Вредные бактерии способны долгое время находиться в организме и всасывать полезные вещества из него. При этом они способны вызвать инфекционное заболевание.

Самые опасные бактерии

Одна из самых устойчивых бактерий – это метициллин. Его знают больше под названием «золотистый стафилококк» (Staphylococcus aureus). Этот микроорганизм способен вызвать не одно, а несколько инфекционных заболеваний. Некоторые виды этих бактерий стойки к воздействию мощных антибиотиков и антисептиков. Штаммы этой бактерии могут жить в верхних отделах дыхательных путей, в открытых ранах и мочевыводящих каналах каждого третьего жителя Земли. Для человека с сильным иммунитетом это не представляет опасности.

Вредные бактерии для человека – это также патогены под названием Salmonella typhi. Они являются возбудителями острой инфекции кишечника и брюшного тифа. Такие виды бактерий, вредных для человека, опасны тем, что вырабатывают токсические вещества, которые крайне опасны для жизни. При протекании болезни происходит интоксикация организма, очень сильная лихорадка, высыпания на теле, увеличивается печень и селезенка. Бактерия очень стойка к разным внешним воздействиям. Хорошо живет в воде, на овощах, фруктах и прекрасно размножается в продуктах из молока.

К самым опасным бактериям относится также бактерия Clostridium tetan. Она вырабатывает яд под названием «столбнячный экзотоксин». Люди, которые заражаются этим патогеном, испытывают страшные боли, судороги и очень тяжело умирают. Болезнь называется столбняк. Несмотря на то что вакцину создали ещё в 1890 году, каждый год на Земле от неё умирает 60 тысяч человек.

И ещё одна бактерия, которая способна привести к смерти человека, - это Mycobacterium tuberculosis. Она вызывает туберкулез, который устойчив к воздействию лекарств. При несвоевременном обращении за помощью человек может умереть.

Меры профилактики распространений инфекций

Вредные бактерии, названия микроорганизмов изучают со студенческой скамьи медики всех направлений. Здравоохранение ежегодно ищет новые методы для профилактики распространения инфекций, опасных для жизни человека. При соблюдении мер профилактики не придется тратить силы на поиск новых способов борьбы с такими заболеваниями.

Для этого необходимо вовремя выявлять источник появления инфекции, определить круг заболевших и возможных пострадавших. Обязательно необходимо изолировать тех, кто заражен, и провести дезинфекцию очага заражения.

Второй этап – это уничтожение путей, через которые могут передаваться вредные бактерии. Для этого проводят соответствующую пропаганду среди населения.

Под контроль берут объекты питания, водоемы, склады с хранением продовольствия.

Каждый человек может противостоять вредным бактериям, всячески укрепляя свой иммунитет. Здоровый образ жизни, соблюдение элементарных правил гигиены, защита себя при половом контакте, использование стерильных одноразовых медицинских инструментов и оборудования, полное ограничение от общения с людьми, находящимися на карантине. При попадании в эпидемиологический район или в очаг заражения необходимо строго выполнять все требования санитарно-эпидемиологических служб. Ряд инфекций приравниваются по своему воздействию к бактериологическому оружию.

Бактерии полезные и вредные. Бактерии в жизни человека

Бактерии – самые многочисленные жители планеты Земля. Они заселили ее в глубокой древности и продолжают существовать поныне. Некоторые виды даже мало изменились с тех пор. Бактерии полезные и вредные буквально окружают нас везде (и даже проникают внутрь других организмов). При довольно примитивном одноклеточном строении они являются одной из самых, наверное, эффективных форм живой природы и выделяются в особое царство.

Запас прочности

Участие в пищевых цепочках

Бактерии, полезные и вредные для человеческого организма

Как правило, бактериям, в изобилии населяющим наши тела, не уделяется должного внимания. Ведь они настолько малы, что, кажется, не имеют никакого существенного значения. Те, кто думает так, в значительной мере ошибаются. Бактерии полезные и вредные давно и надежным образом «колонизировали» другие организмы, успешно сосуществуют с ними. Да, их нельзя увидеть без помощи оптики, но они могут принести пользу или причинить вред нашему телу.

Кто в кишечнике живет?

«Мудрые» соседи

Постоянная микрофлора

99% населения постоянно проживают в кишечнике. Они ярые приверженцы и помощники человека.

• Основные полезные бактерии. Названия: бифидобактерии и бактероиды. Их подавляющее большинство.
• Сопутствующие полезные бактерии. Названия: кишечная палочка, энтерококки, лактобактерии. Их количество должно составлять 1-9% от общего числа.

Необходимо знать также, что при соответствующих негативных условиях все эти представители флоры кишечника (исключение – бифидобактерии) могут вызвать заболевания.

Что они делают?

Непостоянная микрофлора

Примерно 1% в организме здорового индивидуума составляют так называемые условно-патогенные микробы. Они относятся к непостоянной микрофлоре. При нормальных условиях они выполняют определенные функции, не приносящие вред человеку, работают на благо. Но в определенной ситуации могут проявить себя в качестве вредителей. Это в основном стафилококки и различного рода грибы.

Дислокация в ЖКТ

Роль бактерий в природе

Большинство людей рассматривают разные организмы-бактерии исключительно как вредные частицы, способные провоцировать развитие разных патологических состояний. Тем не менее, как утверждают ученые, мир этих организмов очень разнообразен. Существуют откровенно опасные бактерии, несущие опасность нашему телу, но есть и полезные – те, которые обеспечивают нормальное функционирование наших органов и систем. Попробуем немного разобраться в этих понятиях и рассмотреть отдельные виды подобных организмов. Поговорим про бактерии в природе вредные и полезные для человека.

Полезные бактерии

Ученые говорят о том, что бактерии стали самыми первыми жителями нашей большой планеты, и именно благодаря им на Земле сейчас есть жизнь. В течение многих миллионов лет эти организмы постепенно подстраивались под постоянно меняющиеся условия существования, они меняли свой вид и среду обитания. Бактерии смогли приспособиться к окружающему пространству и смогли выработать новые и уникальные методики жизнеобеспечения, среди которых многократные биохимические реакции – катализ, фотосинтез и даже казалось бы простое дыхание. Сейчас бактерии сосуществуют с человеческими организмами, и такое сотрудничество отличается некоторой гармоничностью, ведь такие организмы способны приносить настоящую пользу.

После того, как маленький человек появляется на свет, бактерии тут же начинают проникать внутрь его организма. Они внедряются сквозь дыхательные пути вместе с воздухом, попадают в тело вместе с грудным молоком и пр. Весь организм оказывается пропитан разными бактериями.

Их число точно подсчитать невозможно, однако некоторые ученые смело говорят о том, что количество таких организмом сравнимо с количеством всех клеточек. Один лишь пищеварительный тракт является домом для четырехсот разновидностей разных живых бактерий. Считается, что определенная их разновидность может расти лишь в конкретном месте. Так молочнокислые бактерии способны расти и размножаться в кишечнике, прочие оптимально чувствуют себя в ротовой полости, еще какие-то проживают лишь на коже.

За много лет сосуществования человек и такие частицы смогли воссоздать оптимальные для обеих групп условия сотрудничества, которые можно охарактеризовать как полезный симбиоз. При этом бактерии и наш организм объединяют свои возможности, при этом каждая из сторон остается в плюсе.

Бактерии способны собирать на своей поверхности частицы различных клеточек, именно поэтому иммунитет не воспринимает их враждебно и не атакует. Однако после того, как органы и системы подвергаются воздействию вредных вирусов, полезные бактерии поднимаются на защиту и попросту преграждают путь возбудителям болезни. При существовании в пищеварительном тракте, такие вещества также приносят ощутимую пользу. Они занимаются переработкой остатков пищи, выделяя при этом значительное количество тепла. Оно в свою очередь передается близлежащим органам, да и переносится по всему телу.

Дефицит полезных бактерий в организме либо изменение их количества становится причиной развития разных патологических состояний. Такая ситуация может развиться на фоне приема антибиотиков, которые эффективно уничтожают, как вредные, так и полезные бактерии. Для коррекции количества полезных бактерий могут потребляться специальные препараты - пробиотики.

Организм человека представляет собой сложную биологическую систему. Мы привыкли считать свое тело, весь организм своей неприкосновенной собственностью. Но точно также считает еще несметное количество всевозможных микроорганизмов. Они заселяют каждый уголок, каждый орган тела человека. Но подавляющее их количество находится в толстом кишечнике.

Ученые микробиологи давно установили, что микроорганизмы полезны, так как поддерживают жизненно-важные функции организма, положительно влияют на состояние здоровья. А вот другие могут очень быстро сделать человека больным.

Все эти микроскопические существа, вредные и полезные микробы и грибы, простейшие одноклеточные организмы и вирусы заселяют наше тело, размножаются или «дремлют» до поры до времени, либо борются друг с другом. И все они вместе составляют единую микрофлору нашего организма. По мере того как человек растет, развивается, эти микроорганизмы развиваются вместе с ним.

Вредные и полезные микробы

Итак, тело заселяют многочисленные колонии микробов. Из них абсолютное большинство (99%) полезные, добровольные помощники человека. Эти полезные микробы населяют кишечник постоянно, поэтому называются постоянной микрофлорой. Среди них нужно выделить бифидобактерии и бактероиды. Это самые главные полезные микробы. У здорового человека их содержание должно составлять не менее 90-98%.

Однако, там же, в кишечнике находятся другие бактерии, не относящиеся к постоянной микрофлоре и находятся в организме временно. Поэтому их называют сопутствующими. К ним относят кишечную палочку, лактобактерии, а также энтерококки. Таких сопутствующих бактерий от 1 до 9%.

При наступлении определенных условий, эти микробы, за исключением бифидобактерий, могут вызывать заболевания.

Но кишечник заселяют также вредные микробы и грибы, в частности, стафилококки. Вредоносные бактерии могут быть гораздо опаснее сопутствующей микрофлоры. Их состав, а также количество регулярно изменяется, но не должно выходить за пределы 1%. В этом случае человек здоров, так как они не влияют на его здоровье. Их называют условно-патогенными и относят к так называемой, непостоянной микрофлоре.

Когда иммунная система человека сильна, работает исправно, вся микрофлора «живет в мире и согласии», не вредит здоровью, а лишь укрепляет его. Но как только, по каким-либо причинам, человек слабеет, резко снижается его иммунитет, некоторые представители микрофлоры начинают оказывать пагубное, а иногда просто разрушительное действие.

В этот период активизируются вредные микробы и грибы, и даже представители нормальной микрофлоры могут спровоцировать развитие очень опасных заболеваний, требующих порой неотложного врачебного вмешательства. Как пример, можно привести возникновение генерализованного кандидоза у человека с терминальной стадией СПИДа. Или развитие Эндотоксинемии, которая напрямую связана с собственной микрофлорой человеческого организма, а также другие многочисленные болезни.

Антибиотики

Когда случается заболевание, связанное с вредоносным действием бактерий, доктор проводит диагностику, выявляет возбудителя, после чего назначает соответствующий антибактериальный препарат - антибиотик. Пока медицина не придумала более эффективного средства для борьбы с бактериями. Однако антибиотику все равно, с какими бактериями бороться.

Он убивает их всех, нарушая баланс микрофлоры, так как вместе с вредными, погибают и полезные микробы. Первыми погибают бифидо- и лактобактерии. Оставшиеся полезные микробы перестают справляться с обезвреживанием, переработкой токсинов, выделяемых остающимися вредными бактериями. Развивается дисбактериоз.

Поэтому возникает необходимость восполнить количество полезных бактерий для укрепления иммунитета, чтобы организм начал нормально функционировать, лучше справлялся с болезнью. Для борьбы с дисбактериозом назначают пробиотики. Они помогают восстановить необходимое количество полезных бактерий.

Пробиотики

Говоря про вредные и полезные микробы и грибы, нельзя пройти мимо пробиотиков. Это полезные живые микроорганизмы, при приеме которых восстанавливается полезная микрофлора кишечника, от чего происходит оздоровление всего организма. Пробиотики оказывают самое положительное воздействие на иммунную систему. Для восстановления полезных бактерий рекомендуют специальные молочнокислые продукты (бифидок, бифилак и т.п.).

Если же при длительном приеме антибиотиков полезная микрофлора очень серьезна пострадала, доктор назначит специальные препараты, содержащие полезные микроорганизмы. Попадая в кишечник, они могут заселить кишечник заново.

Cтраница 1

Влияние бактерий и образующихся грибков на межфазное взаимодействие между водным и органическим раствором хорошо известно. В нормальных условиях бактериальные и грибковые популяции растут очень быстро, способствуя с фазных взвесей. Наиболее реальная защита от них - ние бактерицидных препаратов, которые, однако, не должны оказывать вредного воздействия на насыщение экстр агента, устойчивость хелатов, разделение фаз и другие параметры. Следует рассматривать вопросы охраны окружающей среды и за пределами предприятия. Должна быть проведена соответствующая работа для решения этих проблем.  

Сильная коррозия из-за влияния сульфатвосстанавливаю-щих бактерий обнаруживается в подземных трубопроводах.  

Сильная коррозия вследствие влияния сульфатвосстанавли-вающих бактерий обнаруживается в нефтяных отстойниках, на подземных трубопроводах, прокатных станах, охлаждаемых водой, в трубопроводах из глубоких водоемов. Колодезная вода в одном из районов Америки вследствие воздействия сульфатвос-станавливающих бактерий вызывала разрушение оцинкованных двухдюймовых водяных труб через 2 года, в то время как отстойники с городской, предварительно хлорированной водой корродировали значительно меньше.  

Незадолто до открытия Пастером вредоносного влияния бактерий от родильной горячки во Франции умирала каждая четвертая женщина-мать.  

Образование HCN возможно под влиянием бактерий в бродильном соке.  

Образование HCN возможно под влиянием бактерий в дубильных соках.  

Существенное значение имеет биотрансформация под влиянием бактерий.  

Как указывает Н. Л. Базякина, под влиянием бактерий почти все органические вещества в соответствующих условиях разлагаются, даже такие ядовитые, как, например, фенол.  

Метан может образоваться из клетчатки под влиянием бактерий. Таким образом, он пбразуется в кишечнике животных и человека, а также на дне болот. Метан не обладает ни цветом, ни запахом. При горении его пламя почти бесцветно.  

При скисании молока молочный сахар под влиянием бактерий превращается в молочную кислоту. Поэтому из кислой сыворотки, которая остается дома после приготовления творога, не удастся выделить молочный сахар. Упаривая ее, мы получим лишь сиропообразный концентрированный раствор молочной кислоты.  

Однако возможно также прогоркание жиров под влиянием бактерий и плесневых грибков. Этому разложению подвергаются и жиры, содержащие насыщенные жирные кислоты. Плесневые грибки действуют на насыщенные карбоновые кислоты, расщепляя их по принципу (3-окисления, причем здесь, по-видимому, не образуется 3-окси-кислот в качестве промежуточных продуктов, как при классическом (З - окислении (стр.  

При скисании молока молочный сахар под влиянием бактерий превращается в молочную кислоту. Поэтому из кислой сыворотки, которая остается дома после приготовления творога, не удастся выделить молочный сахар. Упаривая, ее, мы получим лишь сиропообразный концентрированный раствор молочной кислоты.