Эти микроорганизмы, или по крайней мере некоторые из них, заслуживают хорошего к себе отношения, ведь многие бактерии являются дружественными для наших организмов – по сути они являются полезными бактериями и обитают в наших телах постоянно, принося лишь пользу. За последние несколько лет ученые обнаружили, что из всех бактерий, обитающих в нашем организме, приносят вред нашему здоровью меньшинство. На самом деле, большинство обнаруженных бактерий, обитающих в наших организмах полезны для нас.

Благодаря проекту «Микробиом человека» был составлен и обнародован список из пяти полезных бактерий, обитающих в нашем организме. Хотя и существуют болезнетворные штаммы некоторых из бактерий, эти типы встречаются достаточно редко. Также следует отметить, что даже полезные штаммы этих бактерий, если они присутствуют у людей с сильно ослабленной иммунной системой и/или попадают в часть тела, где их не должно быть - могут вызвать заболевание. Однако это происходит не так часто. Вот список из пяти полезных бактерий, обитающих в наших организмах:

1. Бифидобактерии лонгум (Bifidobacterium longum)

Этот микроорганизм содержится в больших количествах в кишечнике младенцев. Они производят несколько кислот, которые делают микрофлору кишечника токсичной для многих болезнетворных бактерий. Таким образом, полезные бактерии Bifidobacterium longum служат для защиты людей от различных заболеваний.

Люди не могут самостоятельно переварить много молекул растительной пищи. Присутствуя в желудочно-кишечном тракте, бактерии Bacteroides thetaiotamicron расщепляют такие молекулы. Это позволяет людям переварить компоненты, присутствующие в растительной пище. Без этих полезных бактерий вегетарианцы были бы в беде.

3. Лактобацилла Джонсона (Lactobacillus Johnsonii)

Эта бактерия имеет жизненно важное значение для людей и в особенности для детей. Она находится в кишечнике и значительно облегчает процесс усвоения молока.

4. Кишечная палочка (Escherichia Coli)

Бактерии кишечной палочки синтезируют жизненно важный витамин К в желудочно-кишечном тракте человека. Обилие этого витамина позволяет механизму свертывания крови людей нормально функционировать. Этот витамин также необходим для нормальной работы печени, почек и желчного пузыря, обмена веществ и нормального усвоения кальция.

5. Стрептококк вириданс (Viridans Streptococci)

Эти полезные бактерии бурно размножаются в горле. Хотя люди и не рождаются с ними, со временем, после того, как человек родился, эти бактерии находят способ попасть в организм. Они размножаются там так хорошо, что оставляют совсем мало места для колонизации других, более вредных бактерий, тем самым защищая организм человека от болезней.

Как уберечь от гибели полезные бактерии

Нам необходимо использовать антибиотики только в крайних случаях, так как антибактериальные препараты помимо патогенных микроорганизмов уничтожают также полезную микрофлору, в результате чего в наших организмах возникает дисбаланс, и развиваются болезни. Помимо этого, вы также можете начать регулярно употреблять ферментированные продукты, богатые полезными штаммами микроорганизмов (полезными бактериями), такие как квашеная капуста и другие овощи, кисломолочные продукты (йогурт , кефир), комбуча , мисо, темпе и пр.

Мыть руки необходимо, но не стоит сильно налегать на мытье рук антибактериальным мылом, так как этот тоже вносит свой вклад в развитие бактериального дисбаланса в организме.

В организме человека обитает множество видов бактерий, среди которых выделяются полезные, патогенные и условно-патогенные формы. Рассмотрим особенности развития микробов, заболевания которые они провоцируют и способы заражения патогенами.

Существует мнение, что количество бактерий в организме человека превышает объем его собственных клеток в 10 раз. Однако последние исследования поставили под сомнение данный показатель. Согласно новым материалам, он варьирует в интервале от 1,5 до 2. Всего существует около 10 тыс. видов бактерий, которые приспособились к обитанию в различных условиях.

В организм человека они попадают из окружающей среды, в которой могут сохраняться длительное время. Патогенные формы являются возбудителями заболеваний, проявляющихся различной степенью интенсивности и опасности. Это может быть как легкая кожная сыпь, так и серьезное инфекционное проявление, представляющее угрозу для жизни пациента.

Бактерии появились на Земле примерно 3,5 миллиарда лет назад. Их строение незначительно отличается от современных видов. Все бактерии относятся к прокариотам, это значит, что в их клетке отсутствует оформленное ядро. Снаружи они окружены клеточной стенкой, которая сохраняет форму микроорганизма. Некоторые виды способны вырабатывать слизь, похожую на капсулу и защищающую микроб от высыхания. Существуют формы, которые могут активно перемещаться при помощи специальных жгутиков.

Внутреннее строение бактерий довольно простое. Клетка содержит основные включения:

• цитоплазму, которая на 75% состоит из воды, а остальные 25% составляют минеральные вещества;
• гранулы, являющиеся источником энергии для организма;
• мезосомы, необходимые для деления клетки и спорообразования;
• нуклеоид, содержащий генетическую информацию и выступающий в роли ядра;
• рибосомы, участвующие в синтезе белка;
• плазмиды.

Форма клеток бактерий может быть шарообразной, палочковидной, извитой или булавовидной. Они могут располагаться поодиночке или группами. В этом случае выделяют диплококки (попарное расположение), стрептококки (в виде цепочек), стафилококки (в форме виноградной лозы) и сарцины (размещение пакетом). Некоторые палочковидные бактерии при воздействии неблагоприятных условий образуют споры. Такие виды называются бациллы.

Все микроорганизмы размножаются делением клетки надвое. Причем скорость увеличения популяции может составлять всего 20 мин. Такая высокая интенсивность размножения наблюдается на пищевых продуктах и других питательных субстратах.

Полезные бактерии, обитающие в организме человека

К главным представителям полезной микрофлоры относятся:

1. Бифидобактерии. Они обитают преимущественно в толстом кишечнике, где участвуют в активации пристеночного пищеварения. В процессе жизнедеятельности образуют естественный биологический барьер, который препятствует проникновению болезнетворных микроорганизмов и токсинов. Кроме того, они вырабатывают особые кислоты, подавляющие размножение патогенных и условно-патогенных форм. Без участия бифидобактерий не происходит синтез витаминов группы В и К, а также всасывание железа и кальция.
2. Лактобактерии в процессе жизнедеятельности образуют лактазу, которая расщепляет молочный сахар. За счет выработки молочной кислоты они поддерживают необходимый уровень кислотности в кишечнике, а также ускоряют заживление пораженных участков ЖКТ. По аналогии с бифидобактериями они стимулируют иммунитет, активируя процесс фагоцитоза.

Эти микробы стоят на страже пищеварительного тракта, охраняя его от бесполезных микроорганизмов, которые могут поселиться в желудке и ухудшить состояние человека.

Нормальная микрофлора человека должна содержать оба вида микроорганизмов. Причем количество бифидобактерий может составлять до 95% от всего биоценоза организма, а лактобацилл – всего 5%. При этом последние обитают преимущественно во влагалище и полости рта.

Бифидо- и лактобактерии входят в состав препаратов, использующихся для нормализации микрофлоры человека. Они называются пробиотики, и помимо указанных микроорганизмов содержат пропионовокислые виды, термофильных стрептококков и лактококков. Комбинированные лекарства часто назначают при дисбактериозе, лечении антибиотиками, а также любых глистных инвазиях.

Для поддержания оптимального уровня полезных бактерий необходимо употреблять в пищу определенные продукты. Они должны состоять из компонентов, которые не перевариваются в верхних отделах кишечника, тем самым стимулируя размножение полезных микробов. К таким продуктам относятся сырые овощи, молочная продукция, отруби, крупы, ягоды, сухофрукты.

Патогенные формы коринебактерий

Микроорганизмы рода Corynebacterium относятся к грамположительным бактериям с формой тела в виде палочек. Большинство представителей обитают в природе и не представляют угрозы для здоровья человека. Однако несколько видов являются возбудителями серьезных заболеваний, требующих стационарного лечения.

Corynebacterium diphtheriae – немного изогнутые палочки с утолщением с одной стороны клетки. Их размер колеблется от 0,1 до 8 мкм. Как следует из названия, бактерия является причиной развития дифтерии. Симптомы заболевания зависят от места локализации патогена. Это может быть ротовая полость, нос, гортань, трахеи, бронхи, половые органы, кожа. Отравление организма человека происходит за счет выделения бактериями особого вещества, называемого экзотоксин. Его накапливание приводит к повышению температуры, лихорадке, головной боли, тошноте, дискомфорту в горле, увеличению лимфоузлов.

Другой вид Corynebacterium minutissimum провоцирует развитие дерматологических заболеваний. К одним из них относится эритразма, которая встречается только у взрослых людей. Проявляется в виде высыпаний на поверхности кожных складок: пахово-мошоночной, между ягодицами, иногда в межпальцевых зонах. Очаги поражения имеют вид коричневых пятен невоспаленной структуры, которые могут быть причиной невыраженного зуда. Бактерия хорошо сохраняется на бытовых предметах, в том числе на телефонах и планшетах.

Коринебактерии также являются частью нормальной микрофлоры толстого кишечника человека. Непатогенные формы активно применяются в промышленности для производства аминокислот, ферментов, а также сыров. Corynebacterium glutamicum используется при производстве глутаминовой кислоты, которая известна в качестве пищевой добавки Е620.

Стрептомицеты, их значение для человека

Род Streptomyces включает спорообразующие виды, которые обитают преимущественно в почве. Они образуют цепочки из клеток и напоминают по форме мицелий грибов. В процессе жизнедеятельности выделяют особые летучие вещества, которые придают земле характерный сырой запах. Необходимым условием существования стрептомицет является наличие молекулярного кислорода.

Многие виды способны производить ценные лекарственные вещества, относящиеся к группе антибиотиков (стрептомицин, эритромицин). В более ранние периоды стрептомицеты использовались для производства:

• Физостигмина, применяемого как болеутоляющее средство при повышении глазного давления;
• Такролимуса, необходимого для профилактики при пересадке почек, печени и костного мозга;
• Аллозамидина, проявляющего активность против насекомых и грибов.

Streptomyces bikiniensis является патогенной формой, провоцирующей развитие бактериемии. При данном заболевании бактерии попадают в кровь и могут распространяться по всему организму.

Helicobacter pylori как вредоносная бактерия

Хеликобактер пилори имеет спиралевидную форму клетки размером до 3 мкм. Она способна активно перемещаться даже в густой слизи при помощи жгутиков. Бактерия поражает различные участки желудка и двенадцатиперстной кишки, вызывая заболевание хеликобактериоз. Причиной появления язв и гастрита очень часто становится данный вид микроба.

Хеликобактер закрепляется на поверхности слизистой оболочки желудка, повреждая ее и провоцируя развитие воспалительного процесса. Заражение бактерией проявляется в виде повторяющихся сильных болей в области желудка, которые затихают после приема пищи. Изжога, тошнота, рвота, плохая перевариваемость мясных блюд также относятся к симптомам заболевания.

Существует мнение, что Helicobacter pylori является частью нормальной микрофлоры человека, а патологическое состояние наступает при увеличении ее численности. При этом в желудке людей обитает около 50 штаммов данной бактерии, из которых только 5 представляют опасность для здоровья. В случае назначения антибиотиков уничтожаются все особи микроорганизма, в том числе и безвредные.

Escherichia coli как представитель естественной микрофлоры человека

Кишечная палочка относится к палочковидным бактериям, играющим важную роль в функционировании ЖКТ. Они могут длительное время существовать в окружающей среде, в том числе почве, воде и фекалиях. Микроорганизмы быстро погибают при кипячении и воздействии хлорных растворов. Бактерии активно размножаются на пищевых продуктах, особенно в молоке.

Escherichia coli способна поглощать кислород из просвета кишечника, тем самым защищая от уничтожения полезные лакто- и бифидобактерии. Кроме того, она участвует в выработке витаминов группы В, жирных кислот, а также влияет на усвоение железа и кальция кишечником. В норме содержание бактерий в фекалиях человека должно составлять не более 108 КОЕ/г. Превышение данного показателя указывает на развитие дисбактериоза на фоне воспалительного процесса в организме.

Патогенные формы могут быть причиной инфекционных заболеваний желудочно-кишечного тракта, сопровождающихся интоксикацией и лихорадкой. Энтеропатогенные штаммы кишечной палочки развиваются в тонком кишечнике у новорожденных детей и вызывают появление сильного поноса. У женщин при несоблюдении интимной гигиены бактерии могут попадать в мочеполовые органы, провоцируя развитие бактериурии.

Опасная бактерия Staphylococcus aureus

Золотистый стафилококк относится к неподвижным шарообразным микробам рода Staphylococcus. Клетки могут располагаться одиночно, парами или гроздьями. За счет содержания пигментов группы каротиноидов бактерия имеет золотистую окраску, которая заметна при изучении под микроскопом. Staphylococcus aureus отличается повышенной выносливостью к воздействию высоких температур, света и химических веществ.

Микроорганизм является причиной появления гнойно-воспалительных очагов заражения у человека. К основным зонам локализации патогена относятся носовые ходы и подмышечные области. Однако нередки случаи поражения гортани и желудочно-кишечного тракта. Бактерия широко распространена в медицинских учреждениях. Около 30% пациентов после госпитализации являются носителями золотистого стафилококка.

К основным симптомам заражения патогеном относятся повышение температуры тела, вялость, тошнота, отсутствие аппетита. При поражении кожи образуются небольшие пузыри, напоминающие ожоги, которые со временем превращаются в открытые ранки. Ринит, ангина, фарингит, пневмония могут развиваться при распространении патогена в дыхательных путях. Учащенное и болезненное мочеиспускание и боли в пояснице указывают на локализацию стафилококка в уретре.

Синегнойная палочка как один из патогенных видов бактерий

Бактерия относится к подвижным жгутиковым микроорганизмам, ее основное место обитания – почва и вода. В процессе жизнедеятельности она окрашивает среду питания в сине-зеленый цвет, с чем и связано ее название. Отличается высокой устойчивостью к воздействию препаратов из группы антибиотиков.

Pseudomonas aeruginosa опасна для людей со сниженным иммунитетом и, как правило, является внутрибольничной инфекцией. Заражение возможно через бытовые предметы, полотенца, необработанный медицинский инструмент. Повышенное скопление микроорганизма наблюдается на раневой поверхности и в глубине гнойных участков кожи.

Синегнойная инфекция может развиваться в:

• лор-органах и сопровождаться отитом, гайморитом;
• мочевыводящих путях с появлением уретрита, цистита;
• мягких тканях;
• кишечнике, вызывая дисбактериоз, энтерит, колит.

Бактерии наряду с вирусами являются возбудителями многочисленных заболеваний, которые не всегда поддаются лечению. Многообразие видов и их быстрое приспособление к воздействию медицинских препаратов делают микробы серьезной угрозой для здоровья человека. Однако в большинстве случаев заражения можно избежать, если соблюдать правила личной гигиены и укреплять иммунитет.

В этот самый момент, человек, когда ты читаешь эти строки, ты получаешь пользу от работы бактерий. От кислорода, который мы вдыхаем, до питательных веществ, которые извлекает желудок из еды, нам нужно благодарить бактерий за процветание на этой планете. В нашем организме микроорганизмов, включая бактерий, больше, чем наших собственных клеток примерно в десять раз. По сути, мы больше микробы, чем люди.

Только недавно мы начали понемногу понимать микроскопические организмы и их влияние на нашу планету и здоровье, но история показывает, что много веков назад наши предки уже использовали мощь бактерий, ферментируя продукты питания и напитки (кто-нибудь слышал о хлебе и пиве?).

В 17 веке мы начали изучать бактерий уже непосредственно в наших телах в тесной связи с нами - во рту. Любопытство Антони ван Левенгука позволило обнаружить бактерии, когда он изучал бляшку между его собственными зубами. Ван Левенгук поэтически описал бактерий, обозначив бактериальную колонию на своих зубах как «немного белого вещества, похожего на застывшее тесто». Разместив образец под микроскопом, ван Левенгук увидел, что микроорганизмы движутся. Так они живые!

Вы должны знать, что бактерии сыграли важнейшую роль для Земли, став ключевым моментом в создании пригодного для дыхания воздуха и биологического богатства планеты, которую мы зовем домом.

В этой статье мы предоставим вам общую картину об этих крошечных, но очень влиятельных микроорганизмах. Мы рассмотрим хорошие, плохие и совершенно причудливые способы, которыми бактерии формируют историю человека и окружающей среды. Для начала рассмотрим, чем бактерии отличаются от других видов жизни.

Основы бактерий

Что ж, если бактерии незаметны невооруженному глазу, откуда мы можем знать так много о них?

Ученые разработали мощные микроскопы, чтобы взглянуть на бактерий - их размеры варьируются от одного до нескольких микрон (миллионной части метра) - и выяснить, как они соотносятся с другими формами жизни, растениями, животными, вирусами и грибками.

Как вы, возможно, знаете, клетки - это строительные кирпичики жизни, из них состоят и ткани нашего тела, и дерево, которое растет за окном. Люди, животные и растения обладают клетками с генетической информацией, заключенной в мембране под названием ядро. Эти типы клеток, которые называются эукариотическими, обладают специальными органеллами, каждая из которых выполняет уникальную работу, помогая клетке работать.

Бактерии, однако, не имеют ядер, и их генетический материал (ДНК) свободно плавает внутри клетки. У этих микроскопических клеток нет органелл и они обладают другими методами воспроизводства и передачи генетического материала. Бактерии считаются прокариотическими клетками.

Выживают ли бактерии в среде с кислородом или без

Их форма: палочки (bacillus), круги (cocci) или спирали (spirillum)

Являются ли бактерии грамотрицательными или грамположительными, то есть обладают ли внешней защитной мембраной, препятствующей окрашиванию внутренностей клетки

Как бактерии перемещаются и изучают окружающую среду (у многих бактерий есть жгутики, крошечные плетевидные структуры, которые позволяют им передвигаться в среде)

Микробиология - наука о всех типах микробов, включая бактерии, археи, грибы, вирусы и простейшие - позволяет отличать бактерии от их микробных братьев.

Похожие на бактерии прокариоты, ныне классифицирующиеся как археи, когда-то были вместе с бактериями, но когда ученые узнали о них больше, они предоставили бактериям и археям собственные категории.

Микробное питание (и миазма)

Как и людям, животным и растениям, бактериям нужна пища для выживания.

Некоторые бактерии - автотрофы - используют основные ресурсы вроде солнечного света, воды и химических веществ из окружающей среды для создания пищи (подумайте о цианобактериях, которые превращали солнечный свет в кислород в течение 2,5 миллионов лет). Другие бактерии ученые называют гетеротрофами, потому что они черпают энергию из существующих органических веществ в качестве пищи (к примеру, мертвые листья на лесной почве).

Правда в том, что то, что может быть вкусным для бактерий, будет нам противно. Они развивались, чтобы поглощать все типы продуктов, от разливов нефти и побочных продуктов ядерного распада до человеческих отходов и продуктов разложения.

Но склонность бактерий к конкретному источнику питания может принести пользу обществу. К примеру, специалисты по искусствам из Италии обратились к бактериям, которые могут поедать избыточные слои соли и клея, снижающие долговечность бесценных художественных произведений. Умение бактерий перерабатывать органические вещества также очень полезно для Земли, как в почве, так и в воде.

Исходя из ежедневного опыта, вы хорошо знакомы с запахом, который вызывают бактерии, поглощающие содержимое вашей мусорной корзины, перерабатывая остатки пищи и испуская собственные газообразные побочные продукты. Однако этим все не ограничивается. Вы также можете обвинить бактерии в том, что они вызывают эти неловкие моменты, когда вы сами испускаете газы.

Одна большая семья

Бактерии растут и образуют колонии, когда выпадает шанс. Если еда и экологические условия являются благоприятными, они размножаются и образуют липкие скопления, так называемые биопленки, чтобы выжить на разных поверхностях - от горных пород до зубов вашего рта.

У биопленок есть свои плюсы и минусы. С одной стороны, они взаимовыгодны природным объектам (мутуализм). С другой же - они могут быть серьезной угрозой. К примеру, врачи, которые лечат пациентов с медицинскими имплантатами и устройствами, серьезно озабочены биопленками, поскольку они представляют собой этакую недвижимость для бактерий. После колонизации биопленки могут вырабатывать побочные продукты, которые токсичны - а иногда и смертельны - для человека.

Как и люди в городах, клетки в биопленке сообщаются друг с другом, обмениваются информацией о продуктах питания и потенциальной опасности. Но вместо того, чтобы звонить соседям по телефону, бактерии отправляют записки с помощью химических веществ.

Также бактерии не боятся жить самостоятельно. Некоторые виды разработали интересные способы, чтобы выживать в суровых условиях. Когда еды больше нет, а условия становятся невыносимыми, бактерии консервируют себя, создавая жесткую оболочку - эндоспору, которая помещает клетку в состояние покоя и сохраняет генетический материал бактерии.

Ученые находят бактерии в таких временных капсулах, которые хранились и 100, и даже 250 миллионов лет. Это говорит о том, что бактерии могут самостоятельно храниться в течение длительного времени.

Теперь, когда мы знаем, какие возможности предоставляют колонии бактериям, давайте разберемся, как они попадают туда - путем деления и размножения.

Размножение бактерий

Как бактерии создают колонии? Как и другим формам жизни на Земле, бактериям нужно самокопироваться, чтобы выживать. Другие организмы делают это путем полового размножения, но не бактерии. Но сначала давайте обсудим, почему разнообразие - это хорошо.

Жизнь проходит естественный отбор, ну или селективные силы определенной среды позволяют одному типу процветать и размножаться больше, чем другому. Возможно, вы помните, что гены - это механизм, который инструктирует клетку, что ей делать, и определяет, какого цвета будут ваши волосы и глаза. Вы получаете гены от своих родителей. Половое размножение приводит к мутациям, или случайным изменениям в ДНК, что создает разнообразие. Чем больше генетического разнообразия, тем больше шансов, что организм сможет приспособиться к ограничениям окружающей среды.

Для бактерий воспроизводство не зависит от встречи с правильным микробом; они просто копируют собственную ДНК и делятся на две идентичных клетки. Этот процесс, называемый двоичным делением, происходит, когда одна бактерия делится на две, копируя ДНК и передавая ее обеим частям разделенной клетки.

Поскольку в конечном итоге рожденная клетка будет идентична той, из которой была рождена, такой метод размножения не самый лучший для создания разнообразного генофонда. Как же бактерии приобретают новые гены?

Оказывается, бактерии используют хитрый трюк: горизонтальный перенос генов, или обмен генетическим материалом без воспроизводства. Есть несколько способов, которые используют бактерии для этого. Один способ включает сбор генетического материала из окружающей среды вне клетки - из других микробов и бактерий (через молекулы под названием плазмиды). Другой способ - вирусы, которые используют бактерии в качестве дома. Заражая новую бактерию, вирусы оставляют генетический материал предыдущей бактерии в новой.

Обмен генетическим материалом дает бактериям гибкость к адаптации, и они адаптируются, если чувствуют стрессовые изменения в окружающей среде, такие как нехватка продовольствия или химические изменения.

Понимание того, как адаптируются бактерии, чрезвычайно важно для борьбы с ними и создания антибиотиков в медицине. Бактерии могут обмениваться генетическим материалом так часто, что порой лечение, которое работало раньше, уже не работает.

Ни высоких гор, ни большой глубины

Если задаться вопросом «где бактерии?», проще спросить «где бактерий нет?».

Бактерии обнаруживаются практически везде на Земле. Невозможно представить количество бактерий на планете одновременно, но по некоторым оценкам их число составляет (бактерий и архей вместе) 5 октиллионов - это число с 27 нулями.

Классификация видов бактерий чрезвычайно сложна по понятным причинам. Сейчас есть примерно 30 000 официально идентифицированных видов, но база знаний постоянно растет, и есть мнения, что перед нами только верхушка айсберга от всех видов бактерий.

Правда в том, что бактерии были вокруг на протяжении очень долгого времени. Они породили одни из самых древних окаменелостей, которым 3,5 миллиарда лет. Результаты научных исследований позволяют предположить, что цианобактерии начали создавать кислород примерно 2,3-2,5 миллиарда лет назад в мировом океане, насытив атмосферу Земли кислородом, которым мы дышим по сей день.

Бактерии могут выживать в воздухе, воде, почве, льде, на жаре, на растениях, в кишечнике, на коже - везде.

Некоторые бактерии являются экстремофилами, то есть могут противостоять экстремальным условиям, когда либо очень жарко или холодно, либо отсутствуют питательные вещества и химикаты, которые мы обычно ассоциируем с жизнью. Исследователи обнаружили такие бактерии в Марианской впадине, самой глубокой точке на Земле на дне Тихого океана, возле гидротермальных источников в воде и во льду. Встречаются также бактерии, которые любят высокую температуру - такие, например, окрашивают опалесцирующий бассейн в Йеллоустонском национальном парке.

Плохие (для нас)

Хотя бактерии делают важный вклад в здоровье человека и планеты, у них есть и темная сторона. Некоторые бактерии могут быть патогенными, то есть вызывать заболевания и болезни.

На протяжении истории человечества некоторые бактерии (понятно почему) получили плохую репутацию, вызвав панику и истерию. Взять, к примеру, чуму. Бактерия, вызывающая чуму - чумная палочка Yersinia pestis - не только убила более 100 миллионов человек, но и, возможно, внесла свой вклад в распад Римской империи. До появления антибиотиков, лекарств, которые способствуют борьбе с бактериальными инфекциями, их было очень сложно остановить.

Даже сегодня эти патогенные бактерии серьезно нас пугают. Благодаря выработке устойчивости к антибиотикам, бактерии, вызывающие сибирскую язву, пневмонию, менингит, холеру, сальмонеллез, ангину и прочие болезни, которые еще и остаются рядом с нами, всегда представляют опасность для нас.

Особенно верно это для золотистого стафилококка, бактерии, ответственной за стафилококковые инфекции. Эта «сверхбактерия» приводит к появлению многочисленных проблем в клиниках, поскольку пациенты весьма часто подхватывают эту инфекцию при внедрении медицинских имплантатов и катетеров.

Мы уже говорили о естественном отборе и о том, что некоторые бактерии вырабатывают разнообразные гены, которые помогают им справиться с условиями окружающей среды. Если у вас есть инфекция, и некоторые из бактерий в вашем теле отличаются от других, антибиотики могут поразить большую часть популяции бактерий. Но те бактерии, которые выживут, выработают устойчивость к лекарству и останутся, дожидаясь следующего шанса. Поэтому врачи рекомендуют завершать курс антибиотиков до конца, да и вообще обращаться к ним как можно реже, только в крайнем случае.

Биологическое оружие - еще один пугающий аспект этой беседы. Бактерий можно использовать как оружие в некоторых случаях, в частности, сибирскую язву так и использовали в одно время. Кроме того, не только люди страдают от бактерий. Отдельный вид - Halomonas titanicae - проявил аппетит к затонувшему океанскому лайнеру «Титаник», разъедая металл исторического корабля.

Конечно, бактерии могут приносить не только вред.

Героические бактерии

Давайте изучим хорошую сторону бактерий. В конце концов, эти микробы подарили нам такие вкусные продукты, как сыр, пиво, закваску и другие ферментированные элементы. Они также улучшают здоровье людей и используются в медицине.

Отдельных бактерий можно поблагодарить за формирование человеческой эволюции. Наука собирает все больше данных о микрофлоре - микроорганизмах, которые живут в наших телах, особенно в пищеварительной системе и кишечнике. Исследования показывают, что бактерии, новые генетические материалы и разнообразие, которое они приносят в наши тела, позволяют людям адаптироваться к новым источникам пищи, которые раньше не использовались.

Посмотрим на это с другой стороны: выстилая поверхность вашего желудка и кишечника, бактерии «работают» на вас. Когда вы едите, бактерии и другие микробы помогают вам разбивать и добывать питательные вещества из пищи, особенно углеводы. Чем разнообразнее бактерии, которых мы потребляем, тем больше разнообразия получают наши тела.

Хотя наши знания о наших же микробах весьма скудны, есть основания полагать, что отсутствие некоторых микробов и бактерий в организме может быть связано со здоровьем, метаболизмом и восприимчивости к аллергенам человека. Предварительные исследования на мышах показали, что метаболические заболевания вроде ожирения связаны с разнообразием и здоровой микрофлорой, а не нашей преобладающей точкой зрения «калории приходят, калории уходят».

Сейчас активно исследуются возможности внедрения определенных микробов и бактерий в организм человека, которые могут дать определенные преимущества, однако на момент написания статьи общие рекомендации по их использованию пока не были установлены.

Кроме того, бактерии сыграли важную роль в развитии научной мысли и человеческой медицины. Бактерии сыграли ведущую роль в развитии постулатов Коха 1884 года, которые привели к общему пониманию того, что болезни вызываются определенным видом микробов.

Исследователи, изучавшие бактерии, случайно открыли пенициллин - антибиотик, который спас множество жизней. Также совсем недавно в связи с этим был открыт легкий способ редактировать геном организмов, который может осуществить революцию в медицине.

По сути, мы только начинаем понимать, как извлекать пользу из нашего сожительства с этими маленькими друзьями. К тому же непонятно, кто истинный хозяин Земли: люди или микробы.

Долгие годы мы считали микробов опасными врагами, от которых необходимо избавляться, но на самом деле все не так просто и однозначно, как мы привыкли думать.

Микробиолог из Чикаго Джек Гилберт решил узнать, так ли опасны микробы, которые населяют наши жилища. Для этого он исследовал несколько домом, включая свой собственный.
Специалист пришел к тому же выводу, что и многие современные ученые. Как бы странно и не прискорбно это не звучало, но главным источником бактерий в доме является сам человек. Так что борьба за чистоту всех предметов в доме - это то же самое, что бороться с ветряными мельницами.
Джек установил, что у каждого человека есть свой уникальный набор микробов, и ему достаточно побыть в помещении несколько часов, чтобы оставить легко определяемый бактериальный след - как отпечатки пальцев. Это открытие, несомненно, поможет правоохранительных органам.
Однако, что касается бытовой стороны вопроса, то по-настоящему опасных микроорганизмов в жилищах двадцать первого века Гилберт не обнаружил.
По словам ученого, человечество за столько веков привыкло жить в опасном мире, когда от страшных болезней умирало множество людей. Когда люди узнали о природе бактерий, начали с ними бороться. Конечно, сегодня мы живем в намного более безопасных и здоровых условиях. Но в своей борьбе с микробами люди часто перегибают палку, забывая, что на ряду с вредными, существуют и полезные.
«Причины астмы, аллергии, многих других болезней, как показывают исследования, скорее всего, кроются в нарушении микробного баланса организма. Обнаружена связь этого дисбаланса даже с ожирением, аутизмом и шизофренией!», - говорит американский ученый.
Еще один немаловажный момент состоит в том, что сразу после уборки чистую поверхность первыми населяют именно болезнетворные микробы. То есть, чем больше вы убираете и дезинфицируете, тем грязнее и опаснее становится в помещении. Конечно же, со временем баланс устанавливается, когда свое место занимают и добрые микробы.
Гилберт уверен, что не стоит так рьяно вмешиваться в естественные процессы. Сам же он после исследований завел дома трех собак, чтобы те помогали ему и, главное, детям поддерживать микробное разнообразие.

Как вы будете реагировать, если узнаете о том, что в вашем теле общий вес бактерий составляет от 1 до 2,5 килограмм?
Скорее всего, это вызовет удивление и шок. Большинство людей считают, что бактерии опасны и могут нанести серьезный вред жизнедеятельности организма. Да это так, но существуют, помимо опасных, еще и полезные бактерии, мало того, жизненно необходимые для здоровья человека.

Они существуют внутри нас, принимая огромное участие в различных процессах обмена веществ. Активно участвуют в надлежащем функционировании жизненных процессов, как во внутренней, так и во внешней среде нашего тела. К таким бактериям следует отнести бифидобактерии Rhizobium и E. coli, и еще многие другие.

Полезные бактерии
Мы живём в мире, плотно заселённом бактериями. Например, в слое почвы толщиной 30 см и площадью 1 га содержится от 1, 5 до 30 т бактерий. В каждом грамме парного молока бактерий почти столько же, сколько людей на Земле. Живут они и внутри нашего организма. В полости рта человека обитает несколько сот разновидностей бактерий. На каждую клетку человеческого организма приходится около десяти клеток бактерий, живущих в том же организме.

Конечно, если бы все эти бактерии были вредоносны для человека, вряд ли люди смогли бы выжить в таком окружении. Но, оказывается, эти бактерии не только не вредны человеку, а, наоборот, весьма ему полезны.

У новорождённого ребёнка слизистая оболочка кишечника стерильна. С первым глотком молока в пищеварительную систему человека устремляются микроскопические «жильцы», становясь на всю жизнь его спутниками. Они помогают человеку переваривать пищу, производят некоторые витамины.

Многим животным бактерии просто необходимы для жизни. Например, пищей копытных животных, грызунов, как известно, служат растения. Основную массу любого растения составляет клетчатка (целлюлоза). Но, оказывается, переваривать клетчатку зверям помогают бактерии, живущие в особых отделах желудка и кишечника.

Мы знаем, что гнилостные бактерии портят пищевые продукты. Но этот вред, который они приносят человеку, - ничто по сравнению с пользой, которую они приносят природе в целом. Эти бактерии можно назвать «природными санитарами». Разлагая белки и аминокислоты, они поддерживают круговорот веществ в природе.

Бактерии помогают находить применение отходам животноводства. Из миллионов тонн жидкого навоза, накапливающегося на фермах, бактерии в специальных установках могут производить горючий «болотный газ» (метан). Токсичные вещества, содержащиеся в отходах, при этом обезвреживаются, вдобавок вырабатывается немалое количество топлива. Точно так же бактерии очищают сточные воды.

Всем живым организмам, чтобы создавать белки, необходим азот. Нас окружают настоящие океаны атмосферного азота. Но ни растения, ни животные, ни грибы усваивать азот прямо из воздуха не способны. Зато это умеют делать особые (азотфиксирующие) бактерии. Некоторые растения (например, бобовые, облепиха) на своих корнях образуют специальные «квартиры» (клубеньки) для таких бактерий. Поэтому люцерну, горох, люпин и другие бобовые часто высаживают на бедных или истощённых почвах, чтобы их бактерии «подкормили» почву азотом.

Простокваша, сыр, сметана, масло, кефир, квашеная капуста, маринованные овощи - всех этих продуктов не существовало бы, не будь молочнокислых бактерий . Человек использует их с древнейших времён. Кстати говоря, простокваша усваивается втрое быстрее молока - за час организм полностью переваривает 90% этого продукта. Без молочнокислых бактерий не было бы и силоса, идущего на корм скоту.

Известно, что если долго хранить вино, оно постепенно превращается в уксус. Об этом люди знали, вероятно, с тех пор, как научились делать вино. Но лишь в XIX в. Луи Пастер (см. ст. «Луи Пастер» ) установил, что это превращение вызывают попавшие в вино уксуснокислые бактерии. С их помощью получают уксус.

Различные бактерии помогают человеку изготавливать шёлк, производить кофе, табак.
Один из самых перспективных способов применения бактерий был открыт только к концу XX в. Оказывается, можно ввести в организм бактерии ген какого-либо нужного человеку белка (хотя и совершенно не нужного бактерии) - например, ген инсулина. Тогда бактерия начнёт его вырабатывать. Прикладная наука, которая делает возможным проведение подобных операций, называется генной инженерией. После долгого и трудного поиска учёным удалось наладить бактериальное «производство» этого вещества (инсулина), жизненно необходимого больным диабетом. В будущем, вероятно, станет возможно по заказу превращать бактерии в микроскопические «фабрики» по производству тех или иных белков.

Строение

Бактерии - очень мелкие живые организмы. Их можно видеть только под микроскопом с очень сильным увеличением. Все бактерии одноклеточные. Внутреннее строение клетки бактерий не похоже на клетки растений и животных. У них нет ни ядра, ни пластид. Ядерное вещество и пигменты имеются, но в "распыленном" состоянии. Форма разнообразна.

Клетка бактерии одета особой плотной оболочкой – клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт бактерии постоянную, характерную для неё форму. Клеточная стенка бактерии напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена веществ выходят в окружающую среду. Часто поверх клеточной стенки у бактерий вырабатывается дополнительный защитный слой слизи – капсула. Толщина капсулы может во много раз превышать диаметр самой клетки, но может быть и очень небольшой. Капсула – не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она предохраняет бактерию от высыхания.

На поверхности некоторых бактерий имеются длинные жгутики (один, два или много) или короткие тонкие ворсинки. Длина жгутиков может во много раз превышать разметы тела бактерии. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются.

Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Она имеет слоистое строение, вакуолей нет, поэтому различные белки (ферменты) и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центральной части их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, - нуклеиновая кислота – ДНК. Но это вещество не оформлено в ядро.

Внутренняя организация бактериальной клетки сложна и имеет свои специфические особенности. Цитоплазма отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. В цитоплазме различают основное вещество, или матрикс, рибосомы и небольшое количество мембранных структур, выполняющих самые различные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Гранулы могут состоять из соединений, которые служат источником энергии и углерода. В бактериальной клетке встречаются и капельки жира.

Образование спор

Внутри бактериальной клетки образуются споры. В процессе спорообразования бактериальная клетка претерпевает ряд биохимических процессов. В ней уменьшается количество свободной воды, снижается ферментативная активность. Это обеспечивает устойчивость спор к неблагоприятным условиям внешней среды (высокой температуре, высокой концентрации солей, высушиванию и др.). Спорообразование свойственно только небольшой группе бактерий. Споры – не обязательная стадия жизненного цикла бактерий. Спорообразование начинается лишь при недостатке питательных веществ или накоплении продуктов обмена. Бактерии в виде спор могут длительное время находиться в состоянии покоя. Споры бактерий выдерживают продолжительное кипячение и очень длительное проммораживание. При наступлении благоприятных условий спора прорастает и становится жизнеспособной. Спора бактерий – это приспособление к выживанию в неблагоприятных условиях. Споры у бактерий служат для перенесения неблагоприятных условий. Они образуются из внутренней части содержимого клетки. При этом вокруг споры формируется новая, более плотная оболочка. Споры могут переносить очень низкие температуры (до - 273 °С) и очень высокие. Споры не погибают при кипячении воды.

Питание

Многие бактерии имеют хлорофилл и другие пигменты. Они осуществляют фотосинтез, подобно растениям (цианобактерии, пурпурные бактерии). Другие бактерии получают энергию из неорганических веществ - серы, соединений железа и других, но источник углерода, как и при фотосинтезе, - углекислый газ.

Размножение

Размножаются бактерии делением одной клетки на две. Достигнув определённого размера, бактерия делится на две одинаковые бактерии. Затем каждая из них начинает питаться, растёт, делится и так далее. После удлинения клетки постепенно образуется поперечная перегородка, а затем дочерние клетки расходятся; у многих бактерий в определённых условиях клетки после деления остаются связанными в характерные группы. При этом в зависимости от направления плоскости деления и числа делений возникают разные формы. Размножение почкованием встречается у бактерий как исключение.

При благоприятных условиях деление клеток у многих бактерий происходит через каждые 20-30 минут. При таком быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно заполнить все моря и океаны. Простой подсчёт показывает, что за сутки может образоваться 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клеток). Если перевести в вес – 4720 тонн. Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибают под действием солнечного света, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100ºС, в результате борьбы между видами и т.д.

Роль бактерий в природе. Распространение и экология

Бактерии распространены повсеместно: в водоемах, воздухе, почве. В воздухе их меньше всего (но не в местах скопления людей). В водах рек их может быть до 400 000 в 1 см 3 , а в почве - до 1 000 000 000 в 1 г. Бактерии по-разному относятся к кислороду: для одних он необходим, для других губителен. Для большинства бактерий наиболее благоприятны температуры между +4 и +40 °С. Прямой солнечный свет вызывает гибель многих бактерий.

Встречаясь в огромном количестве (число их видов достигает 2500), бактерии играют исключительно важную роль во многих природных процессах. Вместе с грибами и почвенными беспозвоночными животными они участвуют в процессах разложения растительных остатков (опадающие листья, ветки и т.п.) до перегноя. Деятельность сапрофитных бактерий приводит к образованию минеральных солей, которые усваиваются корнями растений. Клубеньковые бактерии, живущие в тканях корней мотыльковых, а также некоторые свободноживущие бактерии обладают замечательной способностью усваивать атмосферный азот, недоступный для растений. Таким образом, бактерии участвуют в круговороте веществ в природе.

Микрофлора почвы. Количество бактерий в почве чрезвычайно велико – сотни миллионов и миллиардов особей в 1 грамме. В почве их значительно больше, чем в воде и воздухе. Общее количество бактерий в почвах меняется. Количество бактерий зависит от типа почв, их состояния, глубины расположения слоёв. На поверхности почвенных частиц микроорганизмы располагаются небольшими микроколониями (по 20-100 клеток в каждой). Часто они развиваются в толщах сгустков органического вещества, на живых и отмирающих корнях растений, в тонких капиллярах и внутри комочков. Микрофлора почвы очень разнообразна. Здесь встречаются разные физиологические группы бактерий: бактерии гниения, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серобактерии и др. среди них есть аэробы и анаэробы, споровые и не споровые формы. Микрофлора – один из факторов образования почв. Областью развития микроорганизмов в почве является зона, примыкающая к корням живых растений. Её называют ризосферой, а совокупность микроорганизмов, содержащихся в ней, - ризосферной микрофлорой.

Микрофлора водоёмов. Вода – природная среда, где в большом количестве развиваются микроорганизмы. Основная масса их попадает в воду из почвы. Фактор, определяющий количество бактерий в воде, наличие в ней питательных веществ. Наиболее чистыми являются воды артезианских скважин и родниковые. Очень богаты бактериями открытые водоёмы, реки. Наибольшее количество бактерий находится в поверхностных слоях воды, ближе к берегу. При удалении от берега и увеличении глубины количество бактерий уменьшается. Чистая вода содержит 100-200 бактерий в 1 мл., а загрязнённая – 100-300 тыс. и более. Много бактерий в донном иле, особенно в поверхностном слое, где бактерии образуют плёнку. В этой плёнке много серо- и железобактерий, которые окисляют сероводород до серной кислоты и тем самым предотвращают замор рыбы. В иле больше спороносных форм, в то время как в воде преобладают неспороносные. По видовому составу микрофлора воды сходна с микрофлорой почвы, но встречаются и специфические формы. Разрушая различные отбросы, попавшие в воду, микроорганизмы постепенно осуществляют так называемое биологическое очищение воды.

Микрофлора воздуха. Микрофлора воздуха менее многочисленна, чем микрофлора почвы и воды. Бактерии поднимаются в воздух с пылью, некоторое время могут находиться там, а затем оседают на поверхность земли и гибнут от недостатка питания или под действием ультрафиолетовых лучей. Количество микроорганизмов в воздухе зависит от географической зоны, местности, времени года, загрязнённостью пылью и др. каждая пылинка является носителем микроорганизмов. Больше всего бактерий в воздухе над промышленными предприятиями. Воздух сельской местности чище. Наиболее чистый воздух над лесами, горами, снежными пространствами. Верхние слои воздуха содержат меньше микробов. В микрофлоре воздуха много пигментированных и спороносных бактерий, которые более устойчивы, чем другие, к ультрафиолетовым лучам.

Микрофлора организма человека. Тело человека, даже полностью здорового, всегда является носителем микрофлоры. При соприкосновении тела человека с воздухом и почвой на одежде и коже оседают разнообразные микроорганизмы, в том числе и патогенные (палочки столбняка, газовой гангрены и др.). Наиболее часто загрязняются открытые части человеческого тела. На руках обнаруживают кишечные палочки, стафилококки. В ротовой полости насчитывают свыше 100 видов микробов. Рот с его температурой, влажностью, питательными остатками – прекрасная среда для развития микроорганизмов. Желудок имеет кислую реакцию, поэтому основная масса микроорганизмов в нём гибнет. Начиная с тонкого кишечника реакция становится щелочной, т.е. благоприятной для микробов. В толстых кишках микрофлора очень разнообразна. Каждый взрослый человек выделяет ежедневно с экскрементами около 18 млрд. бактерий, т.е. больше особей, чем людей на земном шаре. Внутренние органы, не соединяющиеся с внешней средой (мозг, сердце, печень, мочевой пузырь и др.), обычно свободны от микробов. В эти органы микробы попадают только во время болезни.

Значение бактерий в жизни человека

Большое значение имеют процессы брожения; так называют в основном разложение углеводов. Так, в результате брожения молоко превращается в кефир и другие продукты; силосование кормов - тоже брожение. Брожение происходит и в кишечнике человека. Без соответствующих бактерий (например, кишечной палочки) кишечник нормально не может функционировать. Гниение, полезное в природе, крайне нежелательно в быту (например, порча мясных продуктов). Не всегда полезно и брожение (например, скисание молока). Чтобы продукты не портились, их солят, сушат, консервируют, держат в холодильниках. Таким образом снижают деятельность бактерий.

Патогенные бактерии