Jak dzielą się bakterie. Nazwy szkodliwych bakterii

Mikrobiologia bada strukturę, aktywność życiową, warunki życia i rozwój najmniejszych organizmów zwanych drobnoustrojami lub mikroorganizmami.

„Niewidoczne, stale towarzyszą człowiekowi, wkraczając w jego życie jako przyjaciele lub wrogowie” – powiedział akademik V. L. Omelyansky. Rzeczywiście, drobnoustroje są wszędzie: w powietrzu, wodzie i glebie, w organizmie ludzi i zwierząt. Mogą być przydatne i są stosowane w wielu produktach spożywczych. Mogą być szkodliwe, powodować choroby u ludzi, psucie się żywności itp.

Mikroby odkrył Holender A. Leeuwenhoek (1632-1723) pod koniec XVII wieku, kiedy stworzył pierwsze soczewki zapewniające powiększenie 200-krotne i większe. Mikrokosmos, który zobaczył, zadziwił go; Leeuwenhoek opisał i naszkicował mikroorganizmy, które odkrył na różnych obiektach. Położył podwaliny pod opisowy charakter nowej nauki. Odkrycia Louisa Pasteura (1822-1895) udowodniły, że mikroorganizmy różnią się nie tylko kształtem i budową, ale także funkcjami życiowymi. Pasteur ustalił, że drożdże powodują fermentację alkoholową, a niektóre drobnoustroje mogą powodować choroby zakaźne u ludzi i zwierząt. Pasteur przeszedł do historii jako wynalazca metody szczepień przeciwko wściekliźnie i wąglikowi. Światowej sławy wkład w mikrobiologię to R. Koch (1843–1910) - odkrył czynniki wywołujące gruźlicę i cholerę, I. I. Mechnikova (1845–1916) - opracował fagocytarną teorię odporności, założyciel wirusologii D. I. Iwanowski (1864- 1920), N. F. Gamaleya (1859-1940) i wielu innych naukowców.

Klasyfikacja i morfologia mikroorganizmów

Mikroby - Są to maleńkie, przeważnie jednokomórkowe organizmy żywe, widoczne tylko pod mikroskopem. Wielkość mikroorganizmów mierzy się w mikrometrach – mikronach (1/1000 mm) i nanometrach – nm (1/1000 mikrona).

Drobnoustroje charakteryzują się ogromną różnorodnością gatunkową, różniącą się budową, właściwościami i zdolnością do istnienia w różnych warunkach środowiskowych. Oni mogą być jednokomórkowy, wielokomórkowy I niekomórkowe.

Mikroby dzielą się na bakterie, wirusy i fagi, grzyby i drożdże. Osobno istnieją odmiany bakterii - riketsje, mykoplazmy, a specjalna grupa składa się z pierwotniaków (pierwotniaków).

Bakteria

Bakteria- głównie mikroorganizmy jednokomórkowe o wielkości od dziesiątych części mikrometra, na przykład mykoplazma, do kilku mikrometrów, a w krętkach - do 500 mikronów.

Istnieją trzy główne formy bakterii: kuliste (cocci), w kształcie pręcika (bacillus itp.), Zwinięte (vibrios, krętki, spirilla) (ryc. 1).

Bakterie kuliste (cocci) Zwykle mają kształt kulisty, ale mogą być lekko owalne lub w kształcie fasoli. Cocci mogą być zlokalizowane pojedynczo (mikrokoki); w parach (diplokoki); w postaci łańcuchów (paciorkowce) lub kiści winogron (gronkowce), w opakowaniu (sarcyny). Paciorkowce mogą powodować zapalenie migdałków i różę, podczas gdy gronkowce mogą powodować różne procesy zapalne i ropne.

Ryż. 1. Formy bakterii: 1 - mikrokoki; 2 - paciorkowce; 3 - sardynki; 4 — patyki bez zarodników; 5 — pręciki z zarodnikami (pałeczki); 6 - wibratory; 7- krętki; 8 - spirilla (z wici); gronkowce

Bakterie w kształcie pręta Najpopularniejszy. Pręty mogą być pojedyncze, połączone parami (diplobakterie) lub łańcuchami (streptobakterie). Do bakterii pałeczek zalicza się Escherichia coli, wywołującą salmonellozę, czerwonkę, dur brzuszny, gruźlicę itp. Niektóre bakterie pałeczek mają zdolność tworzenia sprzeczanie się. Nazywa się pręciki tworzące zarodniki pałeczki. Nazywa się pałeczki w kształcie wrzeciona Clostridia.

Sporulacja jest procesem złożonym. Zarodniki znacznie różnią się od zwykłej komórki bakteryjnej. Mają gęstą skorupę i bardzo małą ilość wody, nie wymagają składników odżywczych, a rozmnażanie całkowicie zatrzymuje się. Zarodniki są w stanie wytrzymać suszenie, wysokie i niskie temperatury przez długi czas i mogą pozostać w żywotnym stanie przez dziesiątki i setki lat (zarodniki wąglika, zatrucia jadem kiełbasianym, tężca itp.). W sprzyjającym środowisku zarodniki kiełkują, to znaczy zamieniają się w zwykłą wegetatywną formę rozmnażania.

Skręcone bakterie może mieć postać przecinka - vibrios, z kilkoma lokami - spirilla, w postaci cienkiego skręconego patyka - krętki. Wibracje obejmują czynnik sprawczy cholery, a czynnikiem sprawczym kiły jest krętek.

komórka bakteryjna ma ścianę komórkową (powłokę), często pokrytą śluzem. Często śluz tworzy kapsułkę. Zawartość komórki (cytoplazma) jest oddzielona od błony błoną komórkową. Cytoplazma jest przezroczystą masą białkową w stanie koloidalnym. Cytoplazma zawiera rybosomy, aparat jądrowy z cząsteczkami DNA i różne wtrącenia rezerwowych składników odżywczych (glikogen, tłuszcz itp.).

Mykoplazma - bakterie pozbawione ściany komórkowej i wymagające do swojego rozwoju czynników wzrostu zawartych w drożdżach.

Niektóre bakterie mogą się przemieszczać. Ruch odbywa się za pomocą wici - cienkich nici o różnej długości, które wykonują ruchy obrotowe. Wici mogą mieć postać pojedynczej długiej nitki lub pęczka i mogą być rozmieszczone na całej powierzchni bakterii. Wiele bakterii w kształcie pręcików i prawie wszystkie bakterie zakrzywione mają wici. Bakterie kuliste z reguły nie mają wici i są nieruchome.

Bakterie rozmnażają się, dzieląc się na dwie części. Szybkość podziału może być bardzo duża (co 15-20 minut), a liczba bakterii szybko rośnie. Ten szybki podział zachodzi w żywności i innych substratach bogatych w składniki odżywcze.

Wirusy

Wirusy- specjalna grupa mikroorganizmów, które nie mają struktury komórkowej. Rozmiary wirusów mierzy się w nanometrach (8–150 nm), dlatego można je zobaczyć jedynie za pomocą mikroskopu elektronowego. Niektóre wirusy składają się tylko z białka i jednego kwasu nukleinowego (DNA lub RNA).

Wirusy powodują tak powszechne choroby człowieka jak grypa, wirusowe zapalenie wątroby, odra, a także choroby zwierząt - pryszczyca, zaraza zwierzęca i wiele innych.

Nazywa się wirusy bakteryjne bakteriofagi, wirusy grzybicze - mykofagi itp. Bakteriofagi występują wszędzie tam, gdzie występują mikroorganizmy. Fagi powodują śmierć komórek drobnoustrojów i można je stosować do leczenia i zapobiegania niektórym chorobom zakaźnym.

Grzyby to specjalne organizmy roślinne, które nie posiadają chlorofilu i nie syntetyzują substancji organicznych, ale wymagają gotowych substancji organicznych. Dlatego grzyby rozwijają się na różnych podłożach zawierających składniki odżywcze. Niektóre grzyby mogą powodować choroby roślin (rak i zaraza ziemniaków itp.), owadów, zwierząt i ludzi.

Komórki grzybów różnią się od komórek bakterii obecnością jąder i wakuoli i są podobne do komórek roślinnych. Najczęściej przybierają postać długich i rozgałęzionych lub przeplatających się nitek - strzępki. Powstały ze strzępek grzybnia, lub grzybnia. Grzybnia może składać się z komórek z jednym lub kilkoma jądrami lub być niekomórkowa, reprezentując jedną gigantyczną komórkę wielojądrową. Na grzybni rozwijają się owocniki. Ciało niektórych grzybów może składać się z pojedynczych komórek, bez tworzenia grzybni (drożdże itp.).

Grzyby mogą rozmnażać się na różne sposoby, w tym wegetatywnie w wyniku podziału strzępek. Większość grzybów rozmnaża się bezpłciowo i płciowo poprzez tworzenie specjalnych komórek rozrodczych - spór. Zarodniki z reguły są w stanie przetrwać przez długi czas w środowisku zewnętrznym. Dojrzałe zarodniki mogą być transportowane na znaczne odległości. Znajdujące się w pożywce zarodniki szybko przekształcają się w strzępki.

Dużą grupę grzybów reprezentują pleśnie (ryc. 2). Szeroko rozpowszechnione w przyrodzie, mogą rosnąć na produktach spożywczych, tworząc wyraźnie widoczne plamki o różnych kolorach. Psucie się żywności jest często spowodowane przez grzyby śluzowe, które tworzą puszystą białą lub szarą masę. Grzyb śluzowy Rhizopus powoduje „miękką zgniliznę” warzyw i jagód, a grzyb botrytis powleka i zmiękcza jabłka, gruszki i jagody. Czynnikami powodującymi pleśnienie produktów mogą być grzyby z rodzaju Peniillium.

Niektóre rodzaje grzybów mogą nie tylko powodować psucie się żywności, ale także wytwarzać substancje toksyczne dla człowieka – mikotoksyny. Należą do nich niektóre rodzaje grzybów z rodzaju Aspergillus, rodzaju Fusarium itp.

Dobroczynne właściwości niektórych rodzajów grzybów wykorzystywane są w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i innych gałęziach przemysłu. Na przykład grzyby z rodzaju Peniiillium wykorzystuje się do otrzymywania antybiotyku penicyliny oraz do produkcji serów (Roquefort i Camembert), grzyby z rodzaju Aspergillus wykorzystuje się do produkcji kwasu cytrynowego i wielu preparatów enzymatycznych.

Promieniowce- mikroorganizmy posiadające cechy zarówno bakterii, jak i grzybów. Promieniowce pod względem struktury i właściwości biochemicznych są podobne do bakterii, a pod względem charakteru rozmnażania i zdolności do tworzenia strzępek i grzybni są podobne do grzybów.

Ryż. 2. Rodzaje grzybów pleśniowych: 1 - peniillium; 2- aspergillus; 3 - mukor.

Drożdże

Drożdże- jednokomórkowe nieruchome mikroorganizmy o wielkości nie większej niż 10-15 mikronów. Kształt komórki drożdży jest często okrągły lub owalny, rzadziej w kształcie pręcika, sierpa lub cytryny. Komórki drożdży mają podobną budowę do grzybów, mają także jądro i wakuole. Drożdże rozmnażają się poprzez pączkowanie, rozszczepienie lub zarodniki.

Drożdże są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie, można je znaleźć w glebie i na roślinach, na produktach spożywczych i różnych odpadach przemysłowych zawierających cukry. Rozwój drożdży w produktach spożywczych może prowadzić do zepsucia, powodując fermentację lub zakwaszenie. Niektóre rodzaje drożdży mają zdolność przekształcania cukru w ​​alkohol etylowy i dwutlenek węgla. Proces ten nazywany jest fermentacją alkoholową i jest szeroko stosowany w przemyśle spożywczym i winiarskim.

Niektóre rodzaje drożdżaków powodują u ludzi chorobę zwaną kandydozą.

Historia badania

Podstawy mikrobiologii ogólnej i badania roli bakterii w przyrodzie położyli Beijerinck, Martinus Willem i Vinogradsky, Siergiej Nikołajewicz.

Badania struktury komórek bakteryjnych rozpoczęły się wraz z wynalezieniem mikroskopu elektronowego w latach trzydziestych XX wieku. W 1937 r. E. Chatton zaproponował podział wszystkich organizmów ze względu na typ budowy komórkowej na prokarioty i eukarionty, a w 1961 r. Steinier i Van Niel ostatecznie sformalizowali ten podział. Rozwój biologii molekularnej doprowadził do odkrycia w 1977 roku przez K. Woese’a fundamentalnych różnic pomiędzy samymi prokariotami: pomiędzy bakteriami i archeonami.

Struktura

Zdecydowana większość bakterii (z wyjątkiem promieniowców i sinic nitkowatych) jest jednokomórkowa. W zależności od kształtu komórek mogą być okrągłe (cocci), w kształcie pręcika (pałeczki, clostridia, pseudomonady), skręcone (vibrios, spirilla, krętki), rzadziej - gwiaździste, czworościenne, sześcienne, C- lub O- ukształtowany. Kształt determinuje zdolności bakterii, takie jak przyczepianie się do powierzchni, ruchliwość i wchłanianie składników odżywczych. Zauważono np., że oligotrofy, czyli bakterie żyjące w środowisku o niskiej zawartości składników pokarmowych, dążą do zwiększenia stosunku powierzchni do objętości np. poprzez tworzenie wyrostków (tzw. prostek ).

Spośród obowiązkowych struktur komórkowych wyróżnia się trzy:

Na zewnątrz CPM znajduje się kilka warstw (ściana komórkowa, torebka, błona śluzowa), tzw Błona komórkowa, I struktury powierzchniowe(wici, kosmki). CPM i cytoplazma są łączone w tę koncepcję prototyp.

Struktura protoplastu

CPM ogranicza zawartość komórki (cytoplazmy) ze środowiska zewnętrznego. Nazywa się jednorodną frakcję cytoplazmy zawierającą zestaw rozpuszczalnego RNA, białek, produktów i substratów reakcji metabolicznych cytozol. Druga część cytoplazmy jest reprezentowana przez różne elementy strukturalne.

Cała informacja genetyczna niezbędna do życia bakterii zawarta jest w jednym DNA (chromosomie bakteryjnym), najczęściej w postaci kowalencyjnie zamkniętego pierścienia (chromosomy liniowe występują w Streptomyces I Borrelia). Jest przyłączony do CPM w jednym punkcie i umieszczony w strukturze izolowanej, ale nie oddzielonej błoną od cytoplazmy, zwanej nukleoid. Rozwinięty DNA ma długość większą niż 1 mm. Chromosom bakteryjny występuje zwykle w pojedynczej kopii, to znaczy prawie wszystkie prokarioty są haploidalne, chociaż w pewnych warunkach jedna komórka może zawierać kilka kopii swojego chromosomu i Burkholderia cepacia ma trzy różne chromosomy koliste (długość 3,6, 3,2 i 1,1 miliona par zasad). Rybosomy prokariotów również różnią się od rybosomów eukariotów i mają stałą sedymentacji 70 S (80 S u eukariontów).

Oprócz tych struktur w cytoplazmie mogą znajdować się także inkluzje substancji rezerwowych.

Błony komórkowe i struktury powierzchniowe

U bakterii istnieją dwa główne typy struktury ściany komórkowej, charakterystyczne dla gatunków Gram-dodatnich i Gram-ujemnych.

Ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnich jest jednorodną warstwą o grubości 20-80 nm, zbudowaną głównie z peptydoglikanu z mniejszą ilością kwasów tejchojowych oraz niewielką ilością polisacharydów, białek i lipidów (tzw. lipopolisacharyd). Ściana komórkowa ma pory o średnicy 1-6 nm, dzięki czemu jest przepuszczalna dla wielu cząsteczek.

U bakterii Gram-ujemnych warstwa peptydoglikanu luźno przylega do CPM i ma grubość zaledwie 2-3 nm. Jest otoczony zewnętrzną błoną, która z reguły ma nierówny, zakrzywiony kształt. Pomiędzy CPM, warstwą peptydoglikanu i błoną zewnętrzną znajduje się przestrzeń zwana peryplazmatyczny i wypełnione roztworem zawierającym białka transportowe i enzymy.

Na zewnątrz ściany komórkowej może znajdować się kapsułka – amorficzna warstwa utrzymująca połączenie ze ścianą. Warstwy śluzowe nie mają połączenia z komórką i można je łatwo oddzielić, natomiast osłony nie są amorficzne, lecz mają delikatną strukturę. Jednakże pomiędzy tymi trzema wyidealizowanymi przypadkami istnieje wiele form przejściowych.

Wymiary

Średnia wielkość bakterii wynosi 0,5-5 mikronów. Waga - 4⋅10-13 g. Escherichia coli na przykład ma wymiary 0,3-1 na 1-6 mikronów, Staphylococcus aureus- średnica 0,5-1 mikrona, Bacillus subtilis- 0,75 na 2-3 mikrony. Największą znaną bakterią jest Thiomargarita namibiensis, osiągając wielkość 750 mikronów (0,75 mm). Drugie jest Epulopiscium fishelsoni, mający średnicę 80 mikronów i długość do 700 mikronów i żyjący w przewodzie pokarmowym ryb chirurgicznych Acanthurus nigrofuscus. Achromatium szczawiowe osiąga wymiary 33 na 100 mikronów, Beggiatoa alba- 10 na 50 mikronów. Krętki mogą dorastać do 250 µm długości i 0,7 µm grubości. Jednocześnie bakterie obejmują najmniejsze organizmy o strukturze komórkowej. Mycoplasma mycoides ma wielkość 0,1-0,25 mikrona, co odpowiada wielkości dużych wirusów, na przykład mozaiki tytoniowej, ospy krowiej lub grypy. Według obliczeń teoretycznych kulista komórka o średnicy mniejszej niż 0,15-0,20 mikrona staje się niezdolna do niezależnej reprodukcji, ponieważ fizycznie nie jest w stanie pomieścić wszystkich niezbędnych biopolimerów i struktur w wystarczających ilościach.

Wraz z liniowym wzrostem promienia komórki jej powierzchnia zwiększa się proporcjonalnie do kwadratu promienia, a objętość proporcjonalnie do sześcianu, dlatego w małych organizmach stosunek powierzchni do objętości jest wyższy niż w większych, co dla tych pierwszych oznacza bardziej aktywną wymianę substancji z otoczeniem. Aktywność metaboliczna mierzona różnymi wskaźnikami w przeliczeniu na jednostkę biomasy jest większa w formach małych niż dużych. Dlatego małe rozmiary, nawet w przypadku mikroorganizmów, dają bakteriom i archeonom przewagę w tempie wzrostu i rozmnażania w porównaniu z bardziej złożonymi eukariontami i determinują ich ważną rolę ekologiczną.

Wielokomórkowość u bakterii

Organizm wielokomórkowy musi spełniać następujące warunki:

• jego komórki muszą zostać zagregowane,
• musi nastąpić podział funkcji pomiędzy komórkami,
• Pomiędzy zagregowanymi komórkami należy ustanowić stabilne, specyficzne kontakty.

Znana jest wielokomórkowość u prokariotów, najlepiej zorganizowane organizmy wielokomórkowe należą do grup cyjanobakterii i promieniowców. W sinicach nitkowatych opisano struktury w ścianie komórkowej, które zapewniają kontakt między dwiema sąsiadującymi komórkami - mikroplazmodesma. Wykazano możliwość wymiany pomiędzy komórkami substancji (barwnika) i energii (składnika elektrycznego potencjału transbłonowego). Niektóre sinice nitkowate zawierają oprócz zwykłych komórek wegetatywnych także komórki zróżnicowane funkcjonalnie: akinety i heterocysty. Te ostatnie wiążą azot i intensywnie wymieniają metabolity z komórkami wegetatywnymi.

Wzorce ruchu i drażliwość

Wiele bakterii jest ruchliwych. Istnieje kilka zasadniczo różnych typów ruchu bakterii. Najczęstszy ruch odbywa się za pomocą wici: pojedynczych bakterii i zespołów bakteryjnych (rój). Szczególnym przypadkiem jest także ruch krętków, które wiją się dzięki włókienkom osiowym, podobnym budową do wici, ale umiejscowionym w peryplazmie. Innym rodzajem ruchu jest ślizganie się bakterii bez wici po powierzchni podłoża stałego oraz poruszanie się w wodzie bakterii wiciowych z rodzaju Synechokok. Jego mechanizm nie jest jeszcze dobrze poznany; zakłada się, że polega ona na wydzielaniu śluzu (wypychaniu komórki) i włókienek włóknistych znajdujących się w ścianie komórkowej, powodując powstawanie „fali biegnącej” po powierzchni komórki. Wreszcie bakterie mogą unosić się i zanurzać w cieczach, zmieniając ich gęstość, wypełniając się gazami lub opróżniając aerosomy.

Bakterie aktywnie poruszają się w kierunku wyznaczonym przez określone bodźce. Zjawisko to nazywa się taksówkami. Wyróżnia się chemotaksję, aerotaksję, fototaksję itp.

Metabolizm

Konstruktywny metabolizm

Z wyjątkiem pewnych specyficznych punktów, szlaki biochemiczne, którymi przebiega synteza białek, tłuszczów, węglowodanów i nukleotydów u bakterii, są podobne do tych w innych organizmach. Różnią się jednak liczbą możliwych opcji tych ścieżek, a co za tym idzie stopniem uzależnienia od dostaw substancji organicznych z zewnątrz.

Niektóre z nich potrafią syntetyzować wszystkie potrzebne im cząsteczki organiczne ze związków nieorganicznych (autotrofy), inne zaś wymagają gotowych związków organicznych, które potrafią jedynie przekształcać (heterotrofy).

Bakterie mogą zaspokoić swoje zapotrzebowanie na azot zarówno poprzez związki organiczne (jak heterotroficzne eukarionty), jak i azot cząsteczkowy (jak niektóre archeony). Większość bakterii wykorzystuje nieorganiczne związki azotu do syntezy aminokwasów i innych substancji organicznych zawierających azot: amoniaku (wnikającego do komórek w postaci jonów amonowych), azotynów i azotanów (które wcześniej ulegają redukcji do jonów amonowych). Są w stanie absorbować fosfor w postaci fosforanów, siarkę w postaci siarczanów lub rzadziej siarczków.

Metabolizm energetyczny

Sposoby pozyskiwania energii przez bakterie są wyjątkowe. Istnieją trzy rodzaje produkcji energii (wszystkie trzy są znane u bakterii): fermentacja, oddychanie i fotosynteza.

Bakterie przeprowadzające wyłącznie fotosyntezę beztlenową nie mają fotosystemu II. Po pierwsze, są to bakterie nitkowate o barwie fioletowej i zielonej, w których funkcjonuje jedynie szlak cyklicznego przenoszenia elektronów, mający na celu wytworzenie przezbłonowego gradientu protonów, dzięki któremu następuje synteza ATP (fotofosforylacja) oraz redukcja NAD(P)+, co wykorzystywane jest do asymilacja CO 2 . Po drugie, są to zielona siarka i heliobakterie, które posiadają zarówno cykliczny, jak i niecykliczny transport elektronów, co umożliwia bezpośrednią redukcję NAD(P)+. Zredukowane związki siarki (cząsteczkowej, siarkowodoru, siarczynu) lub wodór cząsteczkowy stosowane są jako donor elektronów, który wypełnia „pustkę” w cząsteczce pigmentu w procesie fotosyntezy beztlenowej.

Istnieją również bakterie o bardzo specyficznym metabolizmie energetycznym. I tak w październiku 2008 roku w czasopiśmie Science ukazał się raport o odkryciu ekosystemu składającego się z przedstawicieli jednego, nieznanego wcześniej gatunku bakterii - Desulforudis audaxviator, które pozyskują energię do swojej życiowej działalności z reakcji chemicznych z udziałem wodoru powstającego w wyniku rozpadu cząsteczek wody pod wpływem promieniowania bakterii rudy uranu znajdujących się w pobliżu kolonii. Niektóre kolonie bakterii żyjące na dnie oceanu wykorzystują prąd elektryczny do przekazywania energii swoim towarzyszom.

Rodzaje życia

W poniższej tabeli możesz połączyć rodzaje metabolizmu konstruktywnego i energetycznego:

Tabela pokazuje, że różnorodność typów odżywiania prokariotów jest znacznie większa niż eukariontów (te ostatnie są zdolne jedynie do chemoorganoheterotrofii i fotolitoautotrofii).

Rozmnażanie i budowa aparatu genetycznego

Rozmnażanie się bakterii

Niektóre bakterie nie mają procesu płciowego i rozmnażają się jedynie poprzez równe binarne poprzeczne rozszczepienie lub pączkowanie. Dla jednej grupy jednokomórkowych cyjanobakterii opisano rozszczepienie wielokrotne (serię szybkich, kolejnych rozszczepień binarnych prowadzących do powstania od 4 do 1024 nowych komórek). Aby zapewnić plastyczność genotypu niezbędną do ewolucji i adaptacji do zmieniającego się środowiska, mają inne mechanizmy.

Aparat genetyczny

Geny niezbędne do życia i określające specyficzność gatunkową u bakterii zlokalizowane są najczęściej w pojedynczej kowalencyjnie zamkniętej cząsteczce DNA – chromosomie (czasami do określenia chromosomów bakteryjnych używa się terminu genofor, aby podkreślić ich różnicę od chromosomów eukariotycznych). Region, w którym znajduje się chromosom, nazywany jest nukleoidem i nie jest otoczony błoną. Pod tym względem nowo zsyntetyzowany mRNA jest natychmiast dostępny do wiązania z rybosomami, a transkrypcja i translacja są sprzężone.

Pojedyncza komórka może zawierać jedynie 80% sumy genów występujących we wszystkich szczepach jej gatunku (tzw. „genom zbiorowy”).

Oprócz chromosomu komórki bakteryjne często zawierają plazmidy – także zamknięte w pierścieniu DNA, zdolne do samodzielnej replikacji. Mogą być tak duże, że stają się nie do odróżnienia od chromosomu, ale zawierają dodatkowe geny potrzebne tylko w określonych warunkach. Specjalne mechanizmy dystrybucji zapewniają zatrzymanie plazmidu w komórkach potomnych, tak że są one tracone z częstotliwością mniejszą niż 10-7 na cykl komórkowy. Specyficzność plazmidów może być bardzo zróżnicowana: od obecności tylko u jednego gatunku żywiciela po plazmid RP4, który występuje u prawie wszystkich bakterii Gram-ujemnych. Plazmidy kodują mechanizmy oporności na antybiotyki, niszczenia określonych substancji itp. W plazmidach znajdują się także geny nif niezbędne do wiązania azotu. Gen plazmidowy może być zawarty w chromosomie z częstotliwością około 10-4 - 10-7.

DNA bakterii, podobnie jak DNA innych organizmów, zawiera transpozony – ruchome segmenty, które mogą przemieszczać się z jednej części chromosomu do drugiej lub do DNA pozachromosomalnego. W przeciwieństwie do plazmidów nie są one zdolne do autonomicznej replikacji i zawierają segmenty IS – regiony kodujące ich transport w komórce. Segment IS może działać jako oddzielny transpozon.

Poziomy transfer genów

U prokariotów może nastąpić częściowe ujednolicenie genomów. Podczas koniugacji komórka dawcy przenosi część swojego genomu (w niektórych przypadkach cały genom) do komórki biorcy podczas bezpośredniego kontaktu. Sekcje DNA dawcy można wymienić na homologiczne fragmenty DNA biorcy. Prawdopodobieństwo takiej wymiany jest istotne tylko dla bakterii jednego gatunku.

Podobnie komórka bakteryjna może absorbować swobodnie obecne w środowisku DNA, włączając je do swojego genomu w przypadku wysokiego stopnia homologii z własnym DNA. Proces ten nazywa się transformacją. W warunkach naturalnych wymiana informacji genetycznej odbywa się za pomocą fagów umiarkowanych (transdukcja). Ponadto możliwe jest przeniesienie genów niechromosomalnych przy użyciu plazmidów określonego typu, które kodują ten proces, proces wymiany innych plazmidów i transfer transpozonu.

Przy transferze poziomym nie powstają nowe geny (jak ma to miejsce w przypadku mutacji), ale powstają różne kombinacje genów. Jest to ważne z tego powodu, że dobór naturalny oddziałuje na cały zestaw cech organizmu.

Różnicowanie komórek

Różnicowanie komórkowe to zmiana zestawu białek (zwykle objawiająca się także zmianą morfologii) przy niezmienionym genotypie.

Tworzenie form spoczynkowych

Tworzenie się szczególnie opornych form o powolnym metabolizmie, służących utrwalaniu w niesprzyjających warunkach i dystrybucji (rzadziej reprodukcji) jest najczęstszym rodzajem różnicowania bakterii. Najbardziej stabilne z nich to endospory utworzone przez przedstawicieli Bakcyl, Clostridium, Sporohalobakter, Anaerobakter(tworzy 7 endospor z jednej komórki i może się za ich pomocą rozmnażać) i Heliobakteria. Tworzenie się tych struktur rozpoczyna się od normalnego podziału i we wczesnych stadiach może zostać przekształcone w nie przez niektóre antybiotyki. Endospory wielu bakterii wytrzymują gotowanie przez 10 minut w temperaturze 100°C, suszenie przez 1000 lat i według niektórych danych zachowują żywotność w glebie i skałach przez miliony lat.

Mniej stabilne są egzospory, cysty ( Azotobakter, bakterie szybujące itp.), akinety (cyjanobakterie) i myksospory (myksobakterie).

Inne typy komórek zróżnicowanych morfologicznie

Promieniowce i cyjanobakterie tworzą zróżnicowane komórki służące do rozmnażania (odpowiednio zarodniki, a także hormononium i baeocyty). Należy również zwrócić uwagę na struktury podobne do bakteroidów bakterii guzkowych i heterocyst sinic, które służą ochronie azotazy przed działaniem tlenu cząsteczkowego.

Klasyfikacja

Najbardziej znana jest klasyfikacja fenotypowa bakterii na podstawie budowy ich ściany komórkowej, zawarta między innymi w IX wydaniu książki Bergey’s Key to Bacteria (1984-1987). Największymi w nim grupami taksonomicznym były 4 działy: Gracilicutes(gram ujemny), Firmicutes(gram dodatni), Tenerykuty(mykoplazma) i Mendosikutes(archeony).

W ostatnim czasie coraz bardziej rozwijana jest klasyfikacja filogenetyczna bakterii (i tak też jest w Wikipedii), oparta na danych z biologii molekularnej. Jedną z pierwszych metod oceny pokrewieństwa na podstawie podobieństwa genomu była zaproponowana w latach 60. XX wieku metoda porównywania zawartości guaniny i cytozyny w DNA. Choć identyczne wartości ich zawartości nie mogą dostarczyć żadnej informacji o ewolucyjnej bliskości organizmów, ich różnice rzędu 10% oznaczają, że bakterie nie należą do tego samego rodzaju. Kolejną metodą, która zrewolucjonizowała mikrobiologię w latach 70. XX wieku, była analiza sekwencji genów w 16s rRNA, która umożliwiła identyfikację kilku filogenetycznych gałęzi eubakterii i ocenę zależności między nimi. Do klasyfikacji na poziomie gatunku stosuje się metodę hybrydyzacji DNA-DNA. Analiza próby dobrze zbadanych gatunków sugeruje, że 70% poziomu hybrydyzacji charakteryzuje jeden gatunek, 10-60% - jeden rodzaj, niecałe 10% - różne rodzaje.

Klasyfikacja filogenetyczna częściowo powtarza klasyfikację fenotypową, na przykład grupę Gracilicutes jest obecny w obu. Jednocześnie całkowicie zmieniono taksonomię bakterii Gram-ujemnych, całkowicie rozdzielono archaebakterie na niezależny takson najwyższej rangi, niektóre grupy taksonomiczne podzielono na części i przegrupowano, organizmy o zupełnie odmiennych funkcjach ekologicznych połączono w jedną grupę , co spowodowało szereg niedogodności i niezadowolenia części środowiska naukowego . Przedmiotem krytyki jest także fakt, że faktycznie dokonuje się klasyfikacji cząsteczek, a nie organizmów.

Pochodzenie, ewolucja, miejsce w rozwoju życia na Ziemi

Bakterie, wraz z archeonami, były jednymi z pierwszych żywych organizmów na Ziemi, które pojawiły się około 3,9-3,5 miliarda lat temu. Powiązania ewolucyjne między tymi grupami nie zostały jeszcze w pełni zbadane, istnieją co najmniej trzy główne hipotezy: N. Pace sugeruje, że mają one wspólnego przodka protobakterie, Zavarzin uważa archeony za ślepą gałąź ewolucji eubakterii, która opanował ekstremalne siedliska; wreszcie, zgodnie z trzecią hipotezą, archeony są pierwszymi żywymi organizmami, z których wywodzą się bakterie.

Bakterie chorobotwórcze

Bakterie pasożytujące na innych organizmach nazywane są patogennymi. Bakterie powodują wiele chorób u ludzi, takich jak dżuma ( Yersinia pestis), wąglik ( Bacillus antracis), trąd (trąd, patogen: Mycobacterium leprae), błonica ( Corynebacterium diphtheriae), kiła ( Treponema pallidum), cholera ( Vibrio cholera), gruźlica ( Prątek gruźlicy), listerioza ( Listeria monocytogenes) itd. Trwa odkrywanie właściwości chorobotwórczych bakterii: w 1976 r. choroba legionistów, wywołana przez Legionella pneumophila wykazano, że w latach 80. i 90. XX w Helicobacter pylori powoduje wrzody trawienne, a nawet raka żołądka, a także przewlekłe

Bakterie to najstarszy organizm na Ziemi, a zarazem najprostszy w swojej budowie. Składa się z tylko jednej komórki, którą można zobaczyć i zbadać jedynie pod mikroskopem. Charakterystyczną cechą bakterii jest brak jądra, dlatego bakterie zalicza się do prokariotów.

Niektóre gatunki tworzą małe grupy komórek; takie skupiska mogą być otoczone torebką (obudową). Rozmiar, kształt i kolor bakterii w dużym stopniu zależą od środowiska.

Bakterie wyróżniają się kształtem: pałeczek (bacillus), kulistych (cocci) i skręconych (spirilla). Istnieją również zmodyfikowane - sześcienne, w kształcie litery C, w kształcie gwiazdy. Ich rozmiary wahają się od 1 do 10 mikronów. Niektóre rodzaje bakterii mogą aktywnie poruszać się za pomocą wici. Te ostatnie są czasami dwukrotnie większe od samej bakterii.

Rodzaje form bakterii

Do poruszania się bakterie używają wici, których liczba jest różna – jedna, para lub wiązka wici. Lokalizacja wici może być również inna - po jednej stronie komórki, po bokach lub równomiernie rozmieszczona w całej płaszczyźnie. Uważa się również, że jedna z metod poruszania się przesuwa się dzięki śluzowi, którym pokryty jest prokariota. Większość ma wakuole wewnątrz cytoplazmy. Regulacja pojemności gazowej wakuoli pomaga im poruszać się w górę lub w dół w cieczy, a także przemieszczać się przez kanały powietrzne w glebie.

Naukowcy odkryli ponad 10 tysięcy odmian bakterii, ale według badaczy naukowych na świecie istnieje ponad milion gatunków. Ogólna charakterystyka bakterii pozwala określić ich rolę w biosferze, a także poznać strukturę, rodzaje i klasyfikację królestwa bakterii.

Siedliska

Prostota konstrukcji i szybkość adaptacji do warunków środowiskowych pomogły bakteriom rozprzestrzenić się na szeroką skalę na naszej planecie. Istnieją wszędzie: woda, gleba, powietrze, organizmy żywe - wszystko to jest najbardziej akceptowalnym siedliskiem dla prokariotów.

Bakterie znaleziono zarówno na biegunie południowym, jak i w gejzerach. Można je znaleźć na dnie oceanu, a także w górnych warstwach powłoki powietrznej Ziemi. Bakterie żyją wszędzie, ale ich liczba zależy od sprzyjających warunków. Na przykład duża liczba gatunków bakterii żyje w otwartych zbiornikach wodnych, a także w glebie.

Cechy konstrukcyjne

Komórkę bakteryjną wyróżnia nie tylko to, że nie posiada jądra, ale także brak mitochondriów i plastydów. DNA tego prokariota znajduje się w specjalnej strefie jądrowej i ma wygląd nukleoidu zamkniętego w pierścieniu. U bakterii struktura komórkowa składa się ze ściany komórkowej, torebki, błony przypominającej kapsułkę, wici, pilusów i błony cytoplazmatycznej. Strukturę wewnętrzną tworzą cytoplazma, granulki, mezosomy, rybosomy, plazmidy, inkluzje i nukleoidy.

Ściana komórkowa bakterii pełni funkcję obrony i wsparcia. Substancje mogą przez nią swobodnie przepływać dzięki przepuszczalności. Ta otoczka zawiera pektynę i hemicelulozę. Niektóre bakterie wydzielają specjalny śluz, który może pomóc chronić przed wysuszeniem. Śluz tworzy kapsułkę - polisacharyd w składzie chemicznym. W tej postaci bakteria może tolerować nawet bardzo wysokie temperatury. Pełni także inne funkcje, takie jak przyczepność do dowolnych powierzchni.

Na powierzchni komórki bakteryjnej znajdują się cienkie włókna białkowe zwane pilami. Może być ich duża liczba. Pili pomagają komórce przekazywać materiał genetyczny, a także zapewniają przyczepność do innych komórek.

Pod płaszczyzną ściany znajduje się trójwarstwowa błona cytoplazmatyczna. Gwarantuje transport substancji, a także odgrywa znaczącą rolę w tworzeniu zarodników.

Cytoplazma bakterii składa się w 75% z wody. Skład cytoplazmy:

• Rybaki;
• mezosomy;
• aminokwasy;
• enzymy;
• pigmenty;
• cukier;
• granulki i inkluzje;
• nukleoid.

Metabolizm u prokariotów jest możliwy zarówno z udziałem tlenu, jak i bez niego. Większość z nich żywi się gotowymi odżywkami pochodzenia organicznego. Bardzo niewiele gatunków potrafi syntetyzować substancje organiczne z nieorganicznych. Są to niebiesko-zielone bakterie i sinice, które odegrały znaczącą rolę w tworzeniu atmosfery i jej nasyceniu tlenem.

Reprodukcja

W warunkach sprzyjających rozmnażaniu odbywa się to poprzez pączkowanie lub wegetatywnie. Rozmnażanie bezpłciowe zachodzi w następującej kolejności:

1. Komórka bakteryjna osiąga maksymalną objętość i zawiera niezbędną ilość składników odżywczych.
2. Komórka wydłuża się i pośrodku pojawia się przegroda.
3. Podział nukleotydów zachodzi wewnątrz komórki.
4. Główna i oddzielna rozbieżność DNA.
5. Komórka dzieli się na pół.
6. Tworzenie pozostałości komórek potomnych.

Przy tej metodzie rozmnażania nie ma wymiany informacji genetycznej, więc wszystkie komórki potomne będą dokładną kopią matki.

Bardziej interesujący jest proces rozmnażania się bakterii w niesprzyjających warunkach. O zdolności rozmnażania płciowego bakterii dowiedzieli się stosunkowo niedawno – w 1946 roku. Bakterie nie dzielą się na komórki żeńskie i rozrodcze. Ale ich DNA jest heterogeniczne. Kiedy dwie takie komórki zbliżają się do siebie, tworzą kanał do przeniesienia DNA i następuje wymiana miejsc - rekombinacja. Proces jest dość długi, w wyniku czego powstają dwie zupełnie nowe osoby.

Większość bakterii jest bardzo trudna do zobaczenia pod mikroskopem, ponieważ nie mają własnego koloru. Niewiele odmian ma kolor fioletowy lub zielony ze względu na zawartość bakteriochlorofilu i bakteriopurpuryny. Chociaż jeśli spojrzymy na niektóre kolonie bakterii, staje się jasne, że uwalniają one do swojego otoczenia kolorowe substancje i nabierają jasnego koloru. Aby dokładniej zbadać prokarioty, poddaje się je barwieniu.

Klasyfikacja

Klasyfikacja bakterii może opierać się na wskaźnikach takich jak:

• Formularz
• droga do podróży;
• sposób pozyskiwania energii;
• odpady;
• stopień zagrożenia.

Symbionty bakteriiżyją we wspólnocie z innymi organizmami.

Saprofity bakteryjneżywią się już martwymi organizmami, produktami i odpadami organicznymi. Wspomagają procesy gnicia i fermentacji.

Gnicie oczyszcza naturę zwłok i innych odpadów organicznych. Bez procesu rozkładu nie byłoby obiegu substancji w przyrodzie. Jaka jest zatem rola bakterii w cyklu substancji?

Gnijące bakterie pomagają w procesie rozkładu związków białkowych, a także tłuszczów i innych związków zawierających azot. Po przeprowadzeniu złożonej reakcji chemicznej rozrywają wiązania pomiędzy cząsteczkami organizmów organicznych i wychwytują cząsteczki białek i aminokwasów. Po rozbiciu cząsteczki uwalniają amoniak, siarkowodór i inne szkodliwe substancje. Są trujące i mogą powodować zatrucia u ludzi i zwierząt.

Gnijące bakterie szybko się rozmnażają w sprzyjających im warunkach. Ponieważ są to nie tylko pożyteczne bakterie, ale także szkodliwe, aby zapobiec przedwczesnemu gniciu produktów, ludzie nauczyli się je przetwarzać: suszenie, marynowanie, solenie, wędzenie. Wszystkie te metody leczenia zabijają bakterie i zapobiegają ich namnażaniu.

Bakterie fermentacyjne za pomocą enzymów są w stanie rozkładać węglowodany. Ludzie zauważyli tę zdolność już w starożytności i nadal wykorzystują te bakterie do wytwarzania produktów na bazie kwasu mlekowego, octu i innych produktów spożywczych.

Bakterie współpracując z innymi organizmami wykonują bardzo ważną pracę chemiczną. Bardzo ważne jest, aby wiedzieć, jakie są rodzaje bakterii i jakie korzyści lub szkody przynoszą naturze.

Znaczenie w przyrodzie i dla człowieka

Na duże znaczenie wielu rodzajów bakterii (w procesach rozkładu i różnego rodzaju fermentacji) zwrócono już uwagę powyżej, tj. spełniając rolę sanitarną na Ziemi.

Bakterie odgrywają również ogromną rolę w cyklu węgla, tlenu, wodoru, azotu, fosforu, siarki, wapnia i innych pierwiastków. Wiele rodzajów bakterii przyczynia się do aktywnego wiązania azotu atmosferycznego i przekształcania go w formę organiczną, przyczyniając się do zwiększenia żyzności gleby. Szczególne znaczenie mają bakterie rozkładające celulozę, która jest głównym źródłem węgla dla życia mikroorganizmów glebowych.

Bakterie redukujące siarczany biorą udział w tworzeniu się ropy naftowej i siarkowodoru w błocie leczniczym, glebie i morzach. Zatem warstwa wody nasyconej siarkowodorem w Morzu Czarnym jest wynikiem żywotnej aktywności bakterii redukujących siarczany. Działanie tych bakterii w glebach prowadzi do powstawania sody i zasolenia gleby sodą. Bakterie redukujące siarczany przekształcają składniki odżywcze w glebie plantacji ryżu w formę dostępną dla korzeni roślin. Bakterie te mogą powodować korozję metalowych konstrukcji podziemnych i podwodnych.

Dzięki żywotnej aktywności bakterii gleba zostaje oczyszczona z wielu produktów i organizmów szkodliwych oraz nasycona cennymi składnikami odżywczymi. Preparaty bakteriobójcze z powodzeniem stosowane są do zwalczania wielu rodzajów szkodników owadzich (omacnica prosowianka itp.).

Wiele rodzajów bakterii wykorzystuje się w różnych gałęziach przemysłu do produkcji acetonu, alkoholi etylowych i butylowych, kwasu octowego, enzymów, hormonów, witamin, antybiotyków, preparatów białkowo-witaminowych itp.

Bez bakterii nie są możliwe procesy garbowania skóry, suszenia liści tytoniu, produkcji jedwabiu, gumy, przetwarzania kakao, kawy, moczenia konopi, lnu i innych roślin łykowych, kiszonej kapusty, oczyszczania ścieków, ługowania metali itp.

Morfologia bakterii, budowa komórki prokariotycznej.

W komórkach prokariotycznych nie ma wyraźnej granicy między jądrem a cytoplazmą i nie ma błony jądrowej. DNA w tych komórkach nie tworzy struktur podobnych do chromosomów eukariotycznych. Dlatego u prokariotów nie zachodzą procesy mitozy i mejozy. Większość prokariotów nie tworzy organelli wewnątrzkomórkowych ograniczonych błonami. Ponadto komórki prokariotyczne nie mają mitochondriów ani chloroplastów.

Bakteria z reguły są organizmami jednokomórkowymi, ich komórka ma dość prosty kształt, kulę lub cylinder, czasem zakrzywiony. Bakterie rozmnażają się głównie poprzez podział na dwie równe komórki.

bakterie kuliste są nazywane ziarniaki i może być kulisty, elipsoidalny, w kształcie fasoli i lancetowaty.

Na podstawie położenia komórek względem siebie po podziale ziarniaki dzielą się na kilka form. Jeśli po podziale komórki rozchodzą się i znajdują się pojedynczo, wówczas takie formy nazywane są jednokoki. Czasami ziarniaki podczas podziału tworzą grona przypominające kiść winogron. Podobne formy odnoszą się do gronkowiec. Nazywa się ziarniaki, które po podzieleniu w tej samej płaszczyźnie pozostają w połączonych parach diplokoki, a generatory o różnej długości łańcucha są paciorkowce. Reprezentują kombinacje czterech ziarniaków, które pojawiają się po podziale komórki w dwóch wzajemnie prostopadłych płaszczyznach tetrakoki. Niektóre ziarniaki dzielą się na trzy wzajemnie prostopadłe płaszczyzny, co prowadzi do powstania osobliwych skupisk w kształcie sześcianu zwanych sardynkami.

Większość bakterii tak ma cylindryczny, Lub w kształcie pręta, kształt. Nazywa się bakterie w kształcie pałeczek, które tworzą zarodniki pałeczki i nie tworząc zarodników - bakteria.

Bakterie w kształcie pałeczki różnią się kształtem, wielkością, długością i średnicą, kształtem końców komórki, a także ich względnym położeniem. Mogą być cylindryczne z prostymi końcami lub owalne z zaokrąglonymi lub spiczastymi końcami. Bakterie mogą być również lekko zakrzywione, występują formy nitkowate i rozgałęzione (na przykład prątki i promieniowce).

W zależności od względnego ułożenia poszczególnych komórek po podziale bakterie pałeczkowate dzielą się na same pałeczki (pojedynczy układ komórek), diplobakterie lub diplobacillus (układ komórek w pary), paciorkowce lub paciorkowce (tworzą łańcuchy o różnej długości). Często występują bakterie pomarszczone lub spiralne. Do tej grupy zaliczają się spirilla (od łac. spira – zwijanie), które mają kształt długich zakrzywionych (od 4 do 6 zwojów) prętów oraz vibrios (łac. vibrio – zginam), które stanowią zaledwie 1/4 obrotu spirali , podobnie jak przecinek.

Znane są nitkowate formy bakterii żyjące w zbiornikach wodnych. Oprócz wymienionych, istnieją bakterie wielokomórkowe, które niosą etyczne wyrostki na powierzchni komórki protoplazmatycznej - bakterie protekowe, trójkątne i gwiaździste, a także te mające kształt zamkniętego i otwartego pierścienia oraz bakterie w kształcie robaka.

Komórki bakteryjne są bardzo małe. Mierzy się je w mikrometrach, a drobne szczegóły struktury w nanometrach. Cocci mają zwykle średnicę około 0,5-1,5 mikrona. Szerokość pręcikowych (cylindrycznych) form bakterii w większości przypadków waha się od 0,5 do 1 mikrona, a długość wynosi kilka mikrometrów (2-10). Małe pręty mają szerokość 0,2-0,4 i długość 0,7-1,5 mikrona. Wśród bakterii potrafią znaleźć się także prawdziwe olbrzymy, których długość sięga dziesiątek, a nawet setek mikrometrów. Kształty i rozmiary bakterii różnią się znacznie w zależności od wieku hodowli, składu pożywki i jej właściwości osmotycznych, temperatury i innych czynników.

Spośród trzech głównych form bakterii ziarniaki są najbardziej stabilne pod względem wielkości; bakterie w kształcie pałeczek są bardziej zmienne, a długość komórek zmienia się szczególnie znacząco.

Komórka bakteryjna umieszczona na powierzchni stałej pożywki rośnie i dzieli się, tworząc kolonię potomnych bakterii. Po kilku godzinach wzrostu kolonia składa się już z tak dużej liczby komórek, że widać ją gołym okiem. Kolonie mogą mieć śluzowatą lub pastowatą konsystencję, a w niektórych przypadkach są zabarwione. Czasami wygląd kolonii jest na tyle charakterystyczny, że pozwala bez większych trudności zidentyfikować mikroorganizmy.

Podstawy fizjologii bakterii.

Mikroorganizmy pod względem składu chemicznego niewiele różnią się od innych żywych komórek.

Woda stanowi 75-85%, rozpuszczają się w niej chemikalia.

Sucha masa 15-25%, zawiera związki organiczne i mineralne

Odżywianie bakterii. Składniki odżywcze dostają się do komórki bakteryjnej na kilka sposobów i zależą od stężenia substancji, wielkości cząsteczek, pH środowiska, przepuszczalności błony itp. Według rodzaju żywności Mikroorganizmy dzielą się na:

autotrofy - syntetyzują wszystkie substancje zawierające węgiel z CO2;

heterotrofy – wykorzystują substancje organiczne jako źródło węgla;

saprofity - żywią się materią organiczną martwych organizmów;

Oddychanie bakterii. Oddychanie, czyli utlenianie biologiczne, opiera się na reakcjach redoks, które zachodzą wraz z utworzeniem cząsteczki ATP. Ze względu na tlen cząsteczkowy bakterie można podzielić na trzy główne grupy:

obligatoryjne tlenowce - mogą rosnąć tylko w obecności tlenu;

obligatoryjnie beztlenowce - rosną w środowisku beztlenowym, które jest dla nich toksyczne;

fakultatywne beztlenowce - mogą rosnąć z tlenem lub bez niego.

Wzrost i rozmnażanie bakterii. Większość prokariotów rozmnaża się poprzez podział binarny, rzadziej poprzez pączkowanie i fragmentację. Bakterie charakteryzują się na ogół dużą szybkością reprodukcji. Czas podziału komórek u różnych bakterii jest dość zróżnicowany: od 20 minut w przypadku E. coli do 14 godzin w przypadku Mycobacterium tuberculosis. Na stałych pożywkach bakterie tworzą skupiska komórek zwane koloniami.

Enzymy bakteryjne. Enzymy odgrywają ważną rolę w metabolizmie mikroorganizmów. Tam są:

endoenzymy - zlokalizowane w cytoplazmie komórek;

egzoenzymy - uwalniane do środowiska.

Enzymy agresywne niszczą tkanki i komórki, powodując rozległe rozprzestrzenienie się drobnoustrojów i ich toksyn w zakażonej tkance. O właściwościach biochemicznych bakterii decyduje skład enzymów:

sacharolityczny – rozkład węglowodanów;

proteolityczne – rozkład białek,

lipolityczny – rozkład tłuszczów,

i są ważną cechą diagnostyczną w identyfikacji mikroorganizmów.

Dla wielu drobnoustrojów chorobotwórczych optymalna temperatura to 37°C i pH 7,2-7,4.

Woda. Znaczenie wody dla bakterii. Woda stanowi około 80% masy bakterii. Wzrost i rozwój bakterii jest bezwzględnie zależny od obecności wody, gdyż wszystkie reakcje chemiczne zachodzące w organizmach żywych zachodzą w środowisku wodnym. Do prawidłowego wzrostu i rozwoju mikroorganizmów konieczna jest obecność wody w środowisku.

W przypadku bakterii zawartość wody w podłożu musi przekraczać 20%. Woda musi mieć dostępną postać: w fazie ciekłej w zakresie temperatur od 2 do 60°C; przedział ten nazywany jest strefą biokinetyczną. Choć woda jest chemicznie bardzo stabilna, produkty jej jonizacji – jony H+ i OH” mają bardzo duży wpływ na właściwości niemal wszystkich składników komórki (białka, kwasy nukleinowe, lipidy itp.). Tym samym aktywność katalityczna enzymów zależy w dużej mierze od stężenia jonów H+ i OH.”

Fermentacja to główny sposób pozyskiwania energii przez bakterie.

Fermentacja to proces metaboliczny, w wyniku którego powstaje ATP, a donorami i akceptorami elektronów są produkty powstające podczas samej fermentacji.

Fermentacja to proces enzymatycznego rozkładu substancji organicznych, głównie węglowodanów, zachodzący bez użycia tlenu. Służy jako źródło energii do życia organizmu i odgrywa dużą rolę w cyklu substancji i przyrodzie. Niektóre rodzaje fermentacji wywołanej przez mikroorganizmy (alkoholowy, mlekowy, masłowy, octowy) wykorzystywane są do produkcji alkoholu etylowego, gliceryny i innych wyrobów technicznych i spożywczych.

Fermentacja alkoholowa(prowadzony przez drożdże i niektóre rodzaje bakterii), podczas którego pirogronian rozkłada się na etanol i dwutlenek węgla. Z jednej cząsteczki glukozy powstają dwie cząsteczki alkoholu (etanolu) i dwie cząsteczki dwutlenku węgla. Ten rodzaj fermentacji jest bardzo ważny w produkcji chleba, browarnictwie, winiarstwie i destylacji.

Fermentacja kwasu mlekowego, podczas którego pirogronian jest redukowany do kwasu mlekowego, przeprowadzany jest przez bakterie kwasu mlekowego i inne organizmy. Podczas fermentacji mleka bakterie kwasu mlekowego przekształcają laktozę w kwas mlekowy, zamieniając mleko w sfermentowane produkty mleczne (jogurt, zsiadłe mleko itp.); Kwas mlekowy nadaje tym produktom kwaśny smak.

Fermentacja kwasu mlekowego zachodzi także w mięśniach zwierząt, gdy zapotrzebowanie na energię jest większe niż to, które zapewnia oddychanie, a krew nie ma czasu dostarczyć tlenu.

Uczucie pieczenia w mięśniach podczas forsownych ćwiczeń koreluje z wytwarzaniem kwasu mlekowego i przejściem do glikolizy beztlenowej, ponieważ tlen przekształca się w dwutlenek węgla w wyniku glikolizy tlenowej szybciej niż organizm uzupełnia tlen; a bolesność mięśni po wysiłku jest spowodowana mikrourazami włókien mięśniowych. Organizm przechodzi na tę mniej wydajną, ale szybszą metodę wytwarzania ATP, gdy brakuje tlenu. Następnie wątroba pozbywa się nadmiaru mleczanu, przekształcając go z powrotem w ważny glikolityczny pośredni pirogronian.

Fermentacja kwasu octowego przeprowadzana przez wiele bakterii. Ocet (kwas octowy) powstaje bezpośrednio w wyniku fermentacji bakteryjnej. Podczas marynowania żywności kwas octowy chroni żywność przed patogennymi i gnijącymi bakteriami.

Kwas masłowy fermentacja prowadzi do powstania kwasu masłowego; jego czynnikami sprawczymi są niektóre bakterie beztlenowe z rodzaju Clostridium.

Reprodukcja bakterii.

Niektóre bakterie nie mają procesu płciowego i rozmnażają się jedynie poprzez równe binarne poprzeczne rozszczepienie lub pączkowanie. Dla jednej grupy jednokomórkowych cyjanobakterii opisano rozszczepienie wielokrotne (serię szybkich, kolejnych rozszczepień binarnych prowadzących do powstania od 4 do 1024 nowych komórek). Aby zapewnić plastyczność genotypu niezbędną do ewolucji i adaptacji do zmieniającego się środowiska, mają inne mechanizmy.

Podczas podziału większość bakterii Gram-dodatnich i cyjanobakterii nitkowatych syntetyzuje poprzeczną przegrodę od obwodu do środka przy udziale mezosomów. Bakterie Gram-ujemne dzielą się przez zwężenie: w miejscu podziału wykrywa się stopniowo zwiększającą się krzywiznę CPM i ściany komórkowej do wewnątrz. Podczas pączkowania tworzy się pączek, który rośnie na jednym z biegunów komórki macierzystej; komórka macierzysta wykazuje oznaki starzenia i zwykle nie może wytworzyć więcej niż 4 komórek potomnych. Pączkowanie występuje u różnych grup bakterii i prawdopodobnie pojawiało się kilka razy w trakcie ewolucji.

W innych bakteriach oprócz rozmnażania obserwuje się proces seksualny, ale w najbardziej prymitywnej formie. Proces seksualny bakterii różni się od procesu seksualnego eukariontów tym, że bakterie nie tworzą gamet i nie następuje fuzja komórek. Mechanizm rekombinacji u prokariotów. Jednak najważniejsze wydarzenie procesu seksualnego, a mianowicie wymiana materiału genetycznego, ma miejsce również w tym przypadku. Nazywa się to rekombinacją genetyczną. Część DNA (bardzo rzadko całe DNA) z komórki dawcy jest przenoszona do komórki biorcy, której DNA różni się genetycznie od DNA dawcy. W tym przypadku przeniesiony DNA zastępuje część DNA biorcy. W procesie zastępowania DNA biorą udział enzymy, które dzielą i ponownie łączą nici DNA. W ten sposób powstaje DNA zawierający geny obu komórek rodzicielskich. To DNA nazywa się rekombinowanym. Potomstwo, czyli rekombinanty, wykazuje wyraźną zmienność cech w wyniku przesunięć genów. Ta różnorodność charakterów jest bardzo ważna dla ewolucji i jest główną zaletą procesu seksualnego.

Istnieją 3 znane metody otrzymywania rekombinantów. Są to – w kolejności ich odkrycia – transformacja, koniugacja i transdukcja.

Pochodzenie bakterii.

Bakterie, wraz z archeonami, były jednymi z pierwszych żywych organizmów na Ziemi, które pojawiły się około 3,9-3,5 miliarda lat temu. Powiązania ewolucyjne między tymi grupami nie zostały jeszcze w pełni zbadane, istnieją co najmniej trzy główne hipotezy: N. Pace sugeruje, że mają one wspólnego przodka protobakterie, Zavarzin uważa archeony za ślepą gałąź ewolucji eubakterii, która opanował ekstremalne siedliska; wreszcie, zgodnie z trzecią hipotezą, archeony są pierwszymi żywymi organizmami, z których wywodzą się bakterie.

Eukarionty powstały w wyniku symbiogenezy z komórek bakteryjnych znacznie później: około 1,9-1,3 miliarda lat temu. Ewolucja bakterii charakteryzuje się wyraźnym odchyleniem fizjologicznym i biochemicznym: przy względnym ubóstwie form życia i prymitywnej strukturze opanowały one prawie wszystkie obecnie znane procesy biochemiczne. Biosfera prokariotyczna dysponowała już wszystkimi obecnie istniejącymi sposobami przekształcania materii. Eukarionty, przenikając do niego, zmieniły jedynie ilościowe aspekty swojego funkcjonowania, a nie jakościowe, na wielu etapach cykli pierwiastków bakterie nadal zachowują pozycję monopolistyczną.

Niektóre z najstarszych bakterii to sinice. W skałach powstałych 3,5 miliarda lat temu odkryto produkty ich życiowej aktywności - stromatolity; niepodważalne dowody na istnienie cyjanobakterii datuje się na 2,2-2,0 miliardy lat temu. Dzięki nim w atmosferze zaczął gromadzić się tlen, który 2 miliardy lat temu osiągnął stężenie wystarczające do rozpoczęcia oddychania tlenowego. Z tego okresu pochodzą formacje charakterystyczne dla tlenowego obowiązkowo Metallogenium.

Pojawienie się tlenu w atmosferze (katastrofa tlenowa) zadało poważny cios bakteriom beztlenowym. Albo wymierają, albo przenoszą się do lokalnie zachowanych stref beztlenowych. W tym czasie ogólna różnorodność gatunkowa bakterii maleje.

Zakłada się, że ze względu na brak procesu płciowego ewolucja bakterii przebiega według zupełnie innego mechanizmu niż u eukariontów. Stały poziomy transfer genów prowadzi do niejasności w obrazie powiązań ewolucyjnych; ewolucja przebiega niezwykle powoli (i być może całkowicie zatrzymała się wraz z pojawieniem się eukariontów), ale w zmieniających się warunkach następuje szybka redystrybucja genów między komórkami o stałym wspólnym genetycznym pochodzeniu basen.

Systematyka bakterii.

Rola bakterii w przyrodzie i życiu człowieka.

Bakterie odgrywają ważną rolę na Ziemi. Biorą czynny udział w cyklu substancji w przyrodzie. Wszystkie związki organiczne i znaczna część nieorganicznych ulegają znaczącym zmianom przy pomocy bakterii. Ta rola w przyrodzie ma znaczenie globalne. Pojawiwszy się na Ziemi wcześniej niż wszystkie organizmy (ponad 3,5 miliarda lat temu), stworzyły żywą skorupę Ziemi i nadal aktywnie przetwarzają żywą i martwą materię organiczną, włączając produkty ich metabolizmu w cykl substancji. Cykl substancji w przyrodzie jest podstawą istnienia życia na Ziemi.

Rozkład wszelkich pozostałości roślinnych i zwierzęcych oraz powstawanie próchnicy i próchnicy przeprowadzają również głównie bakterie. Bakterie są potężnym czynnikiem biotycznym w przyrodzie.

Ogromne znaczenie ma glebotwórcza praca bakterii. Pierwszą glebę na naszej planecie stworzyły bakterie. Jednak nawet w naszych czasach stan i jakość gleby zależy od funkcjonowania bakterii glebowych. Szczególnie ważne dla żyzności gleby są tzw. bakterie brodawkowe wiążące azot, symbionty roślin strączkowych. Nasycają glebę cennymi związkami azotu.

Bakterie oczyszczają brudne ścieki, rozkładając materię organiczną i przekształcając ją w nieszkodliwą materię nieorganiczną. Ta właściwość bakterii jest szeroko stosowana w oczyszczalniach ścieków.

W wielu przypadkach bakterie mogą być szkodliwe dla ludzi. W ten sposób bakterie saprotroficzne psują produkty spożywcze. Aby zabezpieczyć produkty przed zepsuciem, poddaje się je specjalnej obróbce (gotowanie, sterylizacja, zamrażanie, suszenie, czyszczenie chemiczne itp.). Jeśli nie zostanie to zrobione, może wystąpić zatrucie pokarmowe.

Wśród bakterii istnieje wiele gatunków chorobotwórczych (patogennych), które powodują choroby u ludzi, zwierząt i roślin. Dur brzuszny wywoływany jest przez bakterię Salmonella, natomiast czerwonkę wywołuje bakteria Shigella. Bakterie chorobotwórcze przenoszą się drogą kropelkową wraz z kropelkami śliny chorego podczas kichania, kaszlu, a nawet podczas normalnej rozmowy (błonica, krztusiec). Niektóre bakterie chorobotwórcze są bardzo odporne na wysychanie i długo utrzymują się w kurzu (pałeczka gruźlicy). Bakterie z rodzaju Clostridium żyją w kurzu i glebie - czynniki wywołujące zgorzel gazową i tężec. Niektóre choroby bakteryjne przenoszone są poprzez kontakt fizyczny z osobą chorą (choroby przenoszone drogą płciową, trąd). Często bakterie chorobotwórcze przenoszone są na człowieka za pomocą tzw. wektorów. Na przykład muchy, pełzając po ściekach, zbierają na nogach tysiące chorobotwórczych bakterii, a następnie pozostawiają je na jedzeniu spożywanym przez człowieka.