חיידקים חיים על כדור הארץ כבר יותר מ-3.5 מיליארד שנים. במהלך הזמן הזה הם למדו הרבה והסתגלו להרבה. עכשיו הם עוזרים לאנשים. חיידקים ואדם הפכו בלתי נפרדים. המסה הכוללת של החיידקים היא עצומה. מדובר על כ-500 מיליארד טון.
חיידקים מועילים מבצעים שניים מהפונקציות האקולוגיות החשובות ביותר - הם מקבעים חנקן ומשתתפים במינרליזציה של שאריות אורגניות. תפקידם של חיידקים בטבע הוא גלובלי. הם מעורבים בתנועה, בריכוז ובפיזור של יסודות כימיים בביוספרה של כדור הארץ.
חשיבותם של חיידקים המועילים לבני אדם היא רבה. הם מהווים 99% מכלל האוכלוסייה המאכלסת את גופו. בזכותם אדם חי, נושם ואוכל.
חָשׁוּב. הם מספקים תמיכת חיים מלאה.
חיידקים הם די פשוטים. מדענים מציעים שהם הופיעו לראשונה על כדור הארץ.
חיידקים מועילים בגוף האדם
גוף האדם מאוכלס על ידי שימושי ו. האיזון הקיים בין גוף האדם לחיידקים מלוטש במשך מאות שנים.
כפי שחישבו מדענים, גוף האדם מכיל בין 500 ל-1000 סוגים שונים של חיידקים או טריליונים של דיירים מדהימים אלה, שהם עד 4 ק"ג ממשקל כולל. עד 3 ק"ג של גופים חיידקיים נמצאים רק במעיים. השאר נמצאים בדרכי האורגניטל, על העור וחללים אחרים של גוף האדם. מיקרובים ממלאים את גופו של יילוד מהדקות הראשונות לחייו ולבסוף יוצרים את הרכב המיקרופלורה של המעי ב-10-13 שנים.
סטרפטוקוקים, לקטובצילים, ביפידובקטריה, אנטרובקטריה, פטריות, וירוסי מעיים, פרוטוזואה לא פתוגנית חיים במעי. לקטובצילים וביפידובקטריה מהווים 60% מפלורת המעיים. ההרכב של קבוצה זו תמיד קבוע, הם הרבים ביותר ומבצעים את הפונקציות העיקריות.
ביפידובקטריה
החשיבות של סוג זה של חיידקים היא עצומה.
- הודות להם, אצטט וחומצה לקטית מיוצרים. על ידי החמצת בית הגידול שלהם, הם מעכבים את הצמיחה הגורמת לריקבון ותסיסה.
- הודות לביפידובקטריה, הסיכון לפתח אלרגיות למזון אצל תינוקות מופחת.
- הם מספקים השפעות נוגדות חמצון ואנטי גידולים.
- Bifidobacteria מעורבים בסינתזה של ויטמין C.
- Bifido- ולקטובצילים מעורבים בספיגת ויטמין D, סידן וברזל.
אורז. 1. בתמונה נראה בפידובקטריה. הדמיה ממוחשבת.
coli
החשיבות של סוג זה של חיידקים עבור בני אדם היא רבה.
- תשומת לב מיוחדת מוקדשת לנציג הסוג הזה Escherichia coli M17. הוא מסוגל לייצר את החומר קוצילין, המעכב את הצמיחה של מספר חיידקים פתוגניים.
- בהשתתפות, ויטמינים K, קבוצה B (B1, B2, B5, B6, B7, B9 ו-B12), חומצות פוליות וניקוטין מסונתזות.
אורז. 2. בתמונה נראה E. coli (תמונת מחשב תלת מימדית).
התפקיד החיובי של חיידקים בחיי האדם
- בהשתתפות ביפידו, לקטו ואנטרובקטריה, ויטמינים K, C, קבוצה B (B1, B2, B5, B6, B7, B9 ו-B12), מסונתזות חומצות פוליות וניקוטין.
- עקב פירוק רכיבי מזון בלתי מעוכלים מהמעיים העליונים - עמילן, תאית, חלבון ושברי שומן.
- המיקרופלורה של המעי שומרת על חילוף חומרים של מים-מלח והומאוסטזיס יוני.
- עקב הפרשת חומרים מיוחדים, המיקרופלורה של המעי מעכבת את גדילת חיידקים פתוגניים הגורמים לריקבון ותסיסה.
- Bifido-, Lato- ו-Enterobacteria לוקחים חלק בניקוי רעלים של חומרים הנכנסים מבחוץ ונוצרים בתוך הגוף עצמו.
- למיקרופלורה של המעי תפקיד חשוב בשיקום החסינות המקומית. הודות לו, מספר הלימפוציטים, פעילות הפגוציטים וייצור אימונוגלובולין A עולה.
- הודות למיקרופלורה של המעי, התפתחות המנגנון הלימפואידי מעורר.
- העמידות של אפיתל המעי לחומרים מסרטנים עולה.
- מיקרופלורה מגנה על רירית המעי ומספקת אנרגיה לאפיתל המעי.
- הם מווסתים את תנועתיות המעיים.
- פלורת המעי רוכשת את המיומנויות ללכידה והסרה של וירוסים מהאורגניזם המארח, איתו היא נמצאת בסימביוזה במשך שנים רבות.
- חשיבותם של החיידקים בשמירה על האיזון התרמי של הגוף היא רבה. המיקרופלורה של המעי ניזונה מחומרים שאינם מתעכלים על ידי המערכת האנזימטית, המגיעים ממערכת העיכול העליונה. כתוצאה מתגובות ביוכימיות מורכבות, נוצרת כמות עצומה של אנרגיה תרמית. חום נישא בכל הגוף עם זרימת הדם ונכנס לכל האיברים הפנימיים. לכן אדם תמיד קופא כשהוא מורעב.
- המיקרופלורה של המעי מסדירה את הספיגה מחדש של רכיבי חומצת מרה (כולסטרול), הורמונים וכו'.
אורז. 3. בתמונה, חיידקים מועילים הם לקטובצילים (תמונת מחשב תלת מימדית).
תפקידם של חיידקים בייצור חנקן
חיידקים מאמוניים(גורם לריקבון), בעזרת מספר אנזימים שיש להם, הם מסוגלים לפרק שאריות של בעלי חיים וצמחים מתים. כאשר חלבונים מתפרקים, משתחררים חנקן ואמוניה.
אורובקטריהלפרק אוריאה, שהאדם וכל בעלי החיים של הפלנטה מפרישים מדי יום. הכמות שלו עצומה ומגיעה ל-50 מיליון טון בשנה.
סוג מסוים של חיידקים מעורב בחמצון של אמוניה. תהליך זה נקרא ניטרופיפיקציה.
חיידקים דניטריפייםלהחזיר חמצן מולקולרי מהאדמה לאטמוספירה.
אורז. 4. בתמונה, חיידקים מועילים הם חיידקים אמוניציונים. הם חושפים את שרידי החיות והצמחים המתים לפירוק.
תפקיד החיידקים בטבע: קיבוע חנקן
חשיבותם של חיידקים בחיי בני אדם, בעלי חיים, צמחים, פטריות וחיידקים היא עצומה. כפי שאתה יודע, חנקן הכרחי לקיומם הרגיל. אבל חיידקים לא יכולים לספוג חנקן במצב גזי. מסתבר שאצות כחולות ירוקות יכולות לקשור חנקן וליצור אמוניה ( ציאנובקטריה), מקבעי חנקן חיים חופשייםומיוחד . כל החיידקים השימושיים הללו מייצרים עד 90% מהחנקן הקשור ומערבים עד 180 מיליון טון חנקן בקופת החנקן של הקרקע.
חיידקי הגושים מתקיימים היטב יחד עם צמחי קטניות ואשחר ים.
לצמחים כמו אספסת, אפונה, תורמוסים וקטניות אחרות יש מה שנקרא "דירות" לחיידקי גושים על שורשיהם. צמחים אלו נטועים על קרקעות מדוללות כדי להעשיר אותם בחנקן.
אורז. 5. בתמונה נראים חיידקי גושים על פני שער השורש של צמח קטניות.
אורז. 6. צילום שורש של צמח קטניות.
אורז. 7. בתמונה חיידקים מועילים הם ציאנובקטריה.
תפקיד החיידקים בטבע: מחזור הפחמן
פחמן הוא החומר התאי החשוב ביותר של עולם החי והצומח, כמו גם עולם הצומח. הוא מהווה 50% מהחומר היבש של התא.
הרבה פחמן נמצא בסיבים שבעלי חיים אוכלים. בבטן שלהם, סיבים מתפרקים בפעולת חיידקים ואז, בצורת זבל, יוצאים החוצה.
פירוק סיבים חיידקי תאית. כתוצאה מעבודתם, הקרקע מועשרת בחומוס, מה שמגביר משמעותית את פוריותה, ופחמן דו חמצני מוחזר לאטמוספירה.
אורז. 8. סימביונים תוך תאיים צבועים בירוק, מסת העץ המעובד צבועה בצהוב.
תפקידם של חיידקים בהמרה של זרחן, ברזל וגופרית
חלבונים ושומנים מכילים כמות גדולה של זרחן, שהמינרליזציה שלו מתבצעת אתה. מגהתריום(מסוג חיידקי ריקבון).
חיידקי ברזללהשתתף בתהליכי מינרליזציה של תרכובות אורגניות המכילות ברזל. כתוצאה מפעילותם נוצרת כמות גדולה של עפרות ברזל ומרבצי פרומנגן בביצות ובאגמים.
חיידקי גופריתלחיות במים ובאדמה. יש הרבה מהם בזבל. הם משתתפים בתהליך של מינרליזציה של חומרים המכילים גופרית ממקור אורגני. בתהליך הפירוק של חומרים המכילים גופרית אורגנית, משתחרר גז מימן גופרתי, שהוא רעיל ביותר לסביבה, לרבות לכל היצורים החיים. חיידקי הגופרית, כתוצאה מפעילותם החיונית, הופכים את הגז הזה לתרכובת לא פעילה ולא מזיקה.
אורז. 9. למרות חוסר החיים לכאורה, יש עדיין חיים בנהר ריו טינטו. מדובר בחיידקים שונים המחמצנים ברזל ועוד מינים רבים שניתן למצוא רק במקום זה.
אורז. 10. חיידקי גופרית ירוקה בעמוד וינוגרדסקי.
תפקיד החיידקים בטבע: מינרליזציה של שאריות אורגניות
חיידקים הלוקחים חלק פעיל במינרליזציה של תרכובות אורגניות נחשבים למנקים (סדרים) של כדור הארץ. בעזרתם, החומר האורגני של צמחים ובעלי חיים מתים הופך לחומוס, שמיקרואורגניזמים באדמה הופכים למלחים מינרליים, הנחוצים כל כך לבניית מערכות השורש, הגבעולים והעלים של הצמחים.
אורז. 11. מינרליזציה של חומרים אורגניים הנכנסים למאגר מתרחשת כתוצאה מחמצון ביוכימי.
תפקיד החיידקים בטבע: תסיסה של פקטין
תאים של אורגניזמים צמחיים נקשרים זה לזה (צמנט) עם חומר מיוחד הנקרא פקטין. לסוגים מסוימים של חיידקי חומצת בוטירית יש את היכולת לתסוס את החומר הזה, שעם חימום הופך למסה ג'לטינית (פקטיס). תכונה זו משמשת בעת השריית צמחים המכילים הרבה סיבים (פשתן, קנבוס).
אורז. 12. ישנן מספר דרכים להשיג נאמנויות. הנפוצה ביותר היא השיטה הביולוגית, שבה החיבור של החלק הסיבי עם הרקמות שמסביב נהרס בהשפעת מיקרואורגניזמים. תהליך התסיסה של חומרי פקטין של צמחי באסט נקרא אונה, וקש ספוג נקרא אמון.
תפקידם של חיידקים בטיהור מים
חיידקים לטיהור מים, לייצב את רמת החומציות שלו. בעזרתם מצטמצמים משקעי תחתית, בריאות הדגים והצמחים החיים במים משתפרת.
לאחרונה גילתה קבוצת מדענים ממדינות שונות חיידקים המשמידים חומרי ניקוי שהם חלק מחומרי ניקוי סינתטיים ומחלק מהתרופות.
אורז. 13. הפעילות של קסנובקטריה נמצאת בשימוש נרחב לניקוי קרקעות וגופי מים המזוהמים במוצרי שמן.
אורז. 14. כיפות פלסטיק המטהרות מים. הם מכילים חיידקים הטרוטרופיים הניזונים מחומרים המכילים פחמן וחיידקים אוטוטרופיים הניזונים מחומרים המכילים אמוניה וחנקן. מערכת הצינורות שומרת אותם בחיים.
שימוש בחיידקים בהעשרת עפרות
יְכוֹלֶת חיידקי חמצון גופרית תיונייםמשמש להעשרת עפרות נחושת ואורניום.
אורז. 15. בתמונה, חיידקים מועילים הם Thiobacilli ו-Acidithiobacillus ferrooxidans (מיקרוסקופ אלקטרוני). הם מסוגלים להפיק יוני נחושת לשטיפה של פסולת שנוצרת במהלך העשרת הציפה של עפרות סולפיד.
תפקידם של חיידקים בתסיסה בוטירית
חיידקים בוטירייםבכל מקום. ישנם יותר מ-25 סוגים של חיידקים אלו. הם לוקחים חלק בתהליך הפירוק של חלבונים, שומנים ופחמימות.
תסיסה בוטירית נגרמת על ידי חיידקים יוצרי נבגים אנאירוביים השייכים לסוג קלוסטרידיום. הם מסוגלים לתסוס סוכרים שונים, אלכוהול, חומצות אורגניות, עמילן, סיבים.
אורז. 16. בתמונה, מיקרואורגניזמים בוטיריים (הדמיה ממוחשבת).
תפקידם של חיידקים בחיי בעלי חיים
מינים רבים של עולם החי ניזונים מצמחים, המבוססים על סיבים. לעיכול סיבים (צלולוזה) בעלי חיים נעזרים בחיידקים מיוחדים, שמקום מגוריהם הוא חלקים מסוימים של מערכת העיכול.
חשיבות החיידקים בגידול בעלי חיים
הפעילות החיונית של בעלי החיים מלווה בשחרור של כמות עצומה של זבל. ממנו יכולים מיקרואורגניזמים מסוימים לייצר מתאן ("גז ביצות"), המשמש כדלק וחומר גלם בסינתזה אורגנית.
אורז. 17. גז מתאן כדלק למכוניות.
השימוש בחיידקים בתעשיית המזון
תפקידם של חיידקים בחיי האדם הוא עצום. חיידקי חומצת חלב נמצאים בשימוש נרחב בתעשיית המזון:
- בייצור חלב מכורבל, גבינות, שמנת חמוצה וקפיר;
- בעת התסיסה של כרוב וכבישת מלפפונים, הם לוקחים חלק בהטלת שתן של תפוחים ובחמצת ירקות;
- הם נותנים טעם מיוחד ליינות;
- מייצרים חומצה לקטית, שמתסיסה חלב. מאפיין זה משמש לייצור חלב מכורבל ושמנת חמוצה;
- בהכנת גבינות ויוגורטים בקנה מידה תעשייתי;
- חומצת חלב משמשת כחומר משמר בתהליך ההלבנה.
חיידקי חומצת חלב הם סטרפטוקוקוס חלב, סטרפטוקוק שמנת, בולגרי, אסידופילי, תרמופילי דגנים ומקלות מלפפון. חיידקים מהסוג Streptococcus ו-Lactobacillus מעניקים למוצרים עקביות עבה יותר. כתוצאה מפעילותם החיונית, איכות הגבינות משתפרת. הם נותנים לגבינה טעם מסוים של גבינה.
אורז. 18. בתמונה, חיידקים מועילים הם לקטובצילים (ורוד), מקל בולגרי וסטרפטוקוקוס תרמופילי.
אורז. 19. בתמונה, חיידקים מועילים הם קפיר (טיבטי או חלב) פטריות ומקלות חומצה לקטית לפני הכנסתם ישירות לחלב.
אורז. 20. מוצרי חלב.
אורז. 21. סטרפטוקוקים תרמופילים (Streptococcus thermophilus) משמשים להכנת גבינת מוצרלה.
אורז. 22. ישנן אפשרויות רבות לפניצילין עובש. קרום קטיפתי, ורידים ירקרקים, טעם ייחודי וארומה אמוניה רפואית של גבינות הם ייחודיים. טעם הפטריות של הגבינות תלוי במקום ובמשך ההבשלה.
אורז. 23. Bifiliz - תכשיר ביולוגי למתן דרך הפה, המכיל מסה של ביפידובקטריה וליזוזים חיים.
השימוש בשמרים ופטריות בתעשיית המזון
תעשיית המזון משתמשת בעיקר במיני השמרים Saccharomyces cerevisiae. הם מבצעים תסיסה אלכוהולית, וזו הסיבה שהם נמצאים בשימוש נרחב בעסקי האפייה. האלכוהול מתאדה במהלך האפייה, ובועות פחמן דו חמצני יוצרות את פירור הלחם.
מאז 1910 מוסיפים שמרים לנקניקיות. שמרים מהמין Saccharomyces cerevisiae משמשים לייצור יינות, בירה וקוואס.
אורז. 24. קומבוצ'ה היא סימביוזה ידידותית של מקלות חומץ ושמרים. הוא הופיע באזורנו במאה הקודמת.
אורז. 25. שמרים יבשים ורטובים נמצאים בשימוש נרחב בתעשיית האפייה.
אורז. 26. מבט מיקרוסקופי של תאי שמרים Saccharomyces cerevisiae ושל Saccharomyces cerevisiae - שמרי יין "אמיתיים".
תפקיד החיידקים בחיי האדם: חמצון חומצה אצטית
פסטר גם הוכיח שמיקרואורגניזמים מיוחדים לוקחים חלק בחמצון חומצה אצטית - מקלות חומץשנמצאים באופן נרחב בטבע. הם מתיישבים על צמחים, חודרים לתוך ירקות ופירות בשלים. יש הרבה מהם בירקות ופירות כבושים, יין, בירה וקוואס.
היכולת של מקלוני חומץ לחמצן אלכוהול אתילי לחומצה אצטית משמשת היום לייצור חומץ המשמש למטרות מזון ובהכנת מזון לבעלי חיים - אספלט (שימורים).
אורז. 27. תהליך איסוף מספוא. התחמיץ הוא מזון עסיסי בעל ערך תזונתי גבוה.
תפקיד החיידקים בחיי האדם: ייצור תרופות
חקר הפעילות החיונית של חיידקים אפשר למדענים להשתמש בכמה חיידקים לסינתזה של תרופות אנטיבקטריאליות, ויטמינים, הורמונים ואנזימים.
הם עוזרים להילחם במחלות זיהומיות וויראליות רבות. רוב האנטיביוטיקה מיוצרות actinomycetes, לעתים רחוקות חיידקים שאינם מיסלריים. פניצילין, שמקורו בפטריות, הורס את דופן התא של חיידקים. Streptomycetesמייצרים סטרפטומיצין, אשר משבית את הריבוזומים של תאים מיקרוביאליים. מקלות חציראוֹ Bacillus subtilisלהחמצן את הסביבה. הם מעכבים את צמיחתם של מיקרואורגניזמים פתוגניים ומנוקבים על תנאי עקב היווצרותם של מספר חומרים אנטי-מיקרוביאליים. מקל חציר מייצר אנזימים המשמידים חומרים הנוצרים כתוצאה מהתפרקות של רקמות. הם מעורבים בסינתזה של חומצות אמינו, ויטמינים ותרכובות אימונואקטיביות.
באמצעות הטכנולוגיה של הנדסה גנטית, כיום מדענים למדו להשתמש לייצור אינסולין ואינטרפרון.
מספר חיידקים אמורים לשמש לייצור חלבון מיוחד שניתן להוסיף למזון לבעלי חיים ולמזון לבני אדם.
אורז. 28. בתמונה נבגים של חיידק חציר או Bacillus subtilis (צבוע כחול).
אורז. 29. Biosporin-Biopharma היא תרופה ביתית המכילה חיידקים אפתוגניים מהסוג Bacillus.
שימוש בחיידקים לייצור קוטלי עשבים בטוחים
כיום, הטכניקה נמצאת בשימוש נרחב פיטובקטריהלייצור קוטלי עשבים בטוחים. רעלים חיידק הטורגיינסיספולטים Cry-toxins המסוכנים לחרקים, מה שמאפשר להשתמש בתכונה זו של מיקרואורגניזמים במאבק נגד מזיקים צמחיים.
שימוש בחיידקים בייצור חומרי ניקוי
פרוטאזות או מבקעות קשרים פפטידים בין חומצות האמינו המרכיבות את החלבונים. עמילאז מפרק עמילן. מקל חציר (B. subtilis) מייצר פרוטאזות ועמילאזות. עמילאזות חיידקיות משמשות לייצור חומרי ניקוי כביסה.
אורז. 30. חקר הפעילות החיונית של חיידקים מאפשר למדענים ליישם חלק מתכונותיהם לטובת האדם.
חשיבותם של חיידקים בחיי האדם היא עצומה. חיידקים מועילים היו בני לוויה קבועים של האדם במשך אלפי שנים. המשימה של האנושות היא לא להפר את האיזון העדין הזה שהתפתח בין המיקרואורגניזמים החיים בתוכנו לבין הסביבה. תפקידם של חיידקים בחיי האדם הוא עצום. מדענים מגלים כל הזמן את התכונות המועילות של מיקרואורגניזמים, שהשימוש בהם בחיי היומיום ובייצור מוגבל רק על ידי תכונותיהם.