Bakterie w organizmie. Życie w nas: bakterie dla odporności, blasku i cienkiej talii

Osoba często traktuje swoje ciało stosunkowo niepoważnie. Tak, wiele osób wie, gdzie znajduje się serce, nerki, jelita itp. Niektórzy mają głębszą wiedzę na temat budowy ludzkiego ciała. Ale niewielu ludzi ma odwagę patrzeć na siebie nie tylko jako na osobę, ale jako na mechanizm biologiczny, który działa według pewnych praw i żyje własnym, złożonym i wielowymiarowym życiem biologicznym. Na przykład nie wszyscy do końca rozumieją, jak ważną rolę odgrywają bakterie w organizmie człowieka, jak cenne jest nasze biologiczne współistnienie z pierwotniakami i jak straszne jest zagrożenie bakteryjne.

Ciało ludzkie zamieszkuje ogromna liczba bakterii, bez których człowiek nie może przetrwać. Całkowita masa bakterii w organizmie człowieka wynosi od 1,5 do 2,5 kg. Powstała taka użyteczna stabilna symbioza:

w przewodzie żołądkowo-jelitowym;
na skórze;
w nosogardzieli i jamie ustnej.

Bez pożytecznych bakterii – mutualistów (mutualizm to forma interakcji, w której każdy organizm czerpie określoną korzyść) – wymienione narządy zostałyby natychmiast zaatakowane przez patogenne drobnoustroje.

Oczywiście nie byłby to atak w dosłownym tego słowa znaczeniu. Po prostu nic nie stoi na przeszkodzie, aby chorobotwórcze mikroorganizmy osiadły na tkankach organizmu, rozmnażając się na nich i zatruwając je toksycznymi produktami ich życiowej aktywności.

Podstawową zasadą działania bakterii w organizmie jest stworzenie w tkankach narządów środowiska, w którym szkodliwe drobnoustroje nie mogą przetrwać. W związku z tym, gdy drobnoustroje chorobotwórcze dostaną się na skórę, nosogardło lub przewód pokarmowy, po prostu umierają, ponieważ środowisko utworzone już przez pożyteczne drobnoustroje w tkankach tych narządów jest śmiertelne dla zjadliwych (niebezpiecznych) prokariotów.

Jest to ogólny obraz wpływu pożytecznych bakterii, ale lokalne działanie drobnoustrojów ma cechy zależne od narządu, w którym zachodzi taka symbiotyczna interakcja.

Przewód pokarmowy

Bakterie zamieszkujące przewód pokarmowy człowieka pełnią jednocześnie kilka funkcji, dzięki którym człowiek ma możliwość przeżycia jako organizm biologiczny:

Drobnoustroje tworzą w jelitach środowisko antagonistyczne wobec drobnoustrojów chorobotwórczych. Ta rola pożytecznych mikroorganizmów sprowadza się do tego, że tworzą one w jelitach kwaśne środowisko, a drobnoustroje chorobotwórcze nie żyją dobrze w kwaśnym środowisku.
Te same korzystne bakterie trawią pokarmy roślinne, które dostają się do jelit. Enzymy syntetyzowane przez organizm ludzki nie są w stanie trawić komórek roślinnych zawierających celulozę, a bakterie bez przeszkód żywią się tymi komórkami, spełniając tym samym inną ważną rolę.
Pożyteczne bakterie syntetyzują także niezbędne dla człowieka witaminy z grup B i K. Rolą witamin z grupy K jest zapewnienie metabolizmu w kościach i tkance łącznej. Rola witamin z grupy B jest globalna. Te niskocząsteczkowe związki organiczne biorą udział w ogromnej liczbie procesów: od uwolnienia energii z węglowodanów po syntezę przeciwciał i regulację układu nerwowego. Pomimo tego, że witaminy z grupy B występują w wielu produktach spożywczych, to dzięki ich syntezie przez mikroflorę jelitową organizm otrzymuje taką ilość tych witamin, jaka jest niezbędna do normalnego życia człowieka.

Główną częścią korzystnej mikroflory jelitowej są bakterie kwasu mlekowego. Chociaż bakterie te mogą mieć różne nazwy, mają ten sam wpływ na organizm. Bakterie kwasu mlekowego fermentują naturalne cukry, w wyniku czego powstaje produkt zwany kwasem mlekowym.

Najpopularniejszymi obecnie mikroorganizmami kwasu mlekowego są pałeczki kwasu mlekowego i bifidobakterie, reklamowane jako główny środek probiotyczny w zdrowych produktach.

Bifidobakterie– nitkowate mikroorganizmy kwasu mlekowego, które pokrywają powierzchnię jelita i zapobiegają osiedlaniu się i rozmnażaniu szkodliwych drobnoustrojów na jego ściankach. Całkowita masa bifidobakterii kwasu mlekowego w stosunku do innych bakterii symbiontowych wynosi około 80%.
Lactobacilli– Gram-dodatnie pałeczki kwasu mlekowego, których główną rolą jest nie tylko trawienie pokarmów roślinnych i tworzenie antagonistycznego środowiska, ale także stymulacja syntezy przeciwciał. Są to mikroorganizmy, które mają ogromny wpływ na układ odpornościowy człowieka.

Data-lazy-type="image" data-src="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/08/bakterii-v-produktah.png" alt=" bakterie kwasu mlekowego" width="400" height="250" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/08/bakterii-v-produktah..png 300w" sizes="(max-width: 400px) 100vw, 400px">!}

Oprócz korzystnych prokariotów kwasu mlekowego, przewód żołądkowo-jelitowy zawiera również warunkowo szkodliwe - bakterie z grupy Escherichia coli. Pomimo tego, że mogą mieć także dobroczynne działanie, np. bakterie E. coli syntetyzują także witaminę K, to gdy zwiększa się ich ilość w przewodzie pokarmowym, efekt staje się szkodliwy: E. coli zatruwa organizm toksynami.

Całkowita masa bakterii E. coli obecnych w organizmie człowieka jest bardzo mała w porównaniu z dwoma kilogramami pożytecznych mikroorganizmów.

Bakterie na skórze, ustach i nosogardzieli

Mikroorganizmy zamieszkujące ludzką skórę pełnią rolę naturalnej tarczy biologicznej, nie pozwalają też szkodliwym bakteriom aktywnie działać na skórze i tym samym działać toksycznie na cały organizm.

Do głównych bakterii kontrolujących bezpieczeństwo skóry, jamy ustnej i nosogardła należą:

mikrokoki;
paciorkowce;
gronkowce.

Streptococci i gronkowce mają w swoim rodzaju szkodliwych (patogennych) przedstawicieli, którzy mogą zatruć organizm.

Przyczyny chorób

Powstaje logiczne pytanie: jeśli dana osoba jest chroniona ze wszystkich stron przez tarczę biologiczną, to dlaczego ludzie nadal chorują, dlaczego ta tarcza nie działa?

Odporność organizmu na czynniki chorobotwórcze w dużej mierze zależy od układu odpornościowego. Dlatego ważne jest, ile bakterii w przewodzie pokarmowym pracuje, aby układ odpornościowy był odpowiednio aktywny.

Drugą ważną okolicznością jest charakterystyka samego szkodliwego czynnika i sposób, w jaki wpływa on na organizm.

Przez długi czas tyfus był więc śmiertelnym zagrożeniem dla człowieka.

Dur brzuszny to zbiorcza nazwa kilku śmiertelnych chorób, które pochłonęły wiele istnień ludzkich, dopóki nie znaleziono sposobów ich leczenia.

Cechy wspólne charakterystyczne dla wszystkich typów tyfusu:

osoba szybko traci na wadze;
na tle zatrucia i utraty wagi zaczyna się silna gorączka;
Wszystkie te bolesne objawy powodują poważne załamanie nerwowe i osoba umiera.

Pomimo wspólnych objawów, przyczyny tyfusu są za każdym razem inne.

Bakterie wywołujące choroby

W jelitach wszy występuje duża liczba riketsjów. Jednak prawdopodobieństwo infekcji nie zależy od tego, ile wszy znajduje się w pobliżu osoby, ale od tego, jak aktywnie dana osoba zaczyna walczyć z wszami. Główną przyczyną zarażenia tyfusem jest drapanie się wszami. To właśnie z rozdrobnionego jelita wszy riketsje dostają się do ran na skórze, a następnie do krwiobiegu człowieka.

Główne objawy tyfusu:

gorączka (temperatura ciała powyżej 40°С);
ból pleców;
różowa wysypka na brzuchu;
świadomość pacjenta jest zahamowana niemal do stanu śpiączki.

Leczenie tyfusu, podobnie jak wszelkich infekcji bakteryjnych, opiera się na antybiotykach. W leczeniu tego typu tyfusu stosuje się antybiotyki z grupy tetracyklin.

Kolejny straszny rodzaj tyfusu - zwrotne Przenoszona jest przez kleszcze i wszy. Ale czynnikiem sprawczym są bakterie krętka Borrelia. Zakażenie następuje podczas ukąszenia kleszcza.

Główne objawy infekcji:

wymiociny;
powiększenie śledziony i wątroby;
zaczynają się zaburzenia psychiczne i halucynacje.

Te same objawy występują, jeśli nosicielami były wszy.

Leczenie obejmuje antybiotyki z grupy penicyliny i chloramfenikolu, a także leki arszenikowe.

Dur brzuszny. Czynnikiem sprawczym jest patogenna pałeczka bakteryjna z rodzaju Salmonella. Ten typ tyfusu jest niebezpieczny tylko dla ludzi, zwierzęta nie chorują na dur brzuszny. Patogeny dostają się do żołądka wraz z pożywieniem. Główne objawy:

pojawienie się bakterii w moczu (bakteremia);
ogólne objawy zatrucia (bladość, ból głowy, nieregularny rytm serca);
nadęty brzuch;
urojenia, halucynacje i inne zaburzenia psychiczne.

Leczenie odbywa się również za pomocą antybiotyków z grupy chloramfenikolu i penicyliny i towarzyszy mu terapia regeneracyjna.

Oprócz patogenów duru brzusznego ludziom zagraża wiele innych patogennych drobnoustrojów, których wykrycie w odpowiednim czasie, a także określenie objawów infekcji, jej identyfikacja i leczenie może kosztować życie człowieka.

Ta sama dżuma jest chorobą o dużej śmiertelności, której przyczyną jest prątek dżumy. Objawy obejmują utratę wagi, gorączkę i odwodnienie. Osoba umiera z powodu odwodnienia.

Nosicielami Bacillus dżumy mogą być gryzonie, zwierzęta domowe i owady.

Leczenie dżumy odbywa się za pomocą antybiotyków z grupy streptomycyny. Ważną rolę odgrywa profilaktyka i ogólne wzmacnianie organizmu.

W ludzkim ciele znajduje się około stu bilionów komórek, ale tylko jedna dziesiąta z nich to komórki ludzkie. Reszta to mikroby. Zasiedlają naszą skórę, żyją w nosogardzieli i jelitach. Są wprawdzie 10-100 razy mniejsze od komórek ludzkich, ale mają ogromny wpływ na nasze życie.

Tak wyglądają bakterie wywołujące wrzody żołądka pod mikroskopem. Długie wici na tylnym końcu pozwalają mu nie tylko pływać w zawartości żołądka, ale także „zakotwiczyć” się w jego błonie śluzowej. Bakteria pobudza wydzielanie kwasu solnego, żołądek zaczyna się trawić, a bakteria żeruje na produktach tego samotrawienia. Czasami jednak żyje w żołądku zdrowego człowieka jako nieszkodliwy symbiont, a nawet, według niektórych naukowców, przynosi pewne korzyści, chroniąc ludzi przed zatruciem pokarmowym.

Symbioza z człowiekiem jest dla bakterii ewidentnie korzystna: zapewniamy im schronienie, stałe sprzyjające warunki i obfitość pożywienia. Ale też coś nam dają.

Udział mikroorganizmów najwyraźniej widać w eksperymentach, w których zwierzęta doświadczalne uwalniane są od symbiotycznej mikroflory. Myszy usunięte z macicy matki przez cesarskie cięcie i hodowane w sterylnych warunkach mają znacznie rozdęte jelita. Przyjmuje się, że aby strawić pokarm bez udziału drobnoustrojów symbiotycznych, jelita muszą być dłuższe i grubsze. Myszy wolne od zarazków mają dłuższe mikroskopijne kosmki wyściełające wewnętrzną ścianę jelita cienkiego. Strawiony pokarm jest wchłaniany przez te kosmki. W ścianie jelita jest mniej mikroskopijnych jam, w których zazwyczaj żyją drobnoustroje. W jelitach jest mniej komórek zapewniających odporność. Zmniejsza się nawet liczba nerwów kontrolujących wypróżnienia. Zakłada się, że drobnoustroje w pewnym stopniu kontrolują rozwój jelit, tworząc potrzebne im warunki. Przykład takiej interakcji rozwojowej znany jest u roślin strączkowych: mikroorganizmy wiążące azot z gleby powodują, że na korzeniach rośliny tworzą się specjalne guzki, w których się osadzają. Roślina posiada odpowiednie geny odpowiedzialne za tworzenie brodawek, jednak geny te nie pojawiają się, jeśli nie są stymulowane przez bakterie.

Myszy wolne od zarazków są bardzo podatne na infekcje. Aby zainfekować taką mysz, wystarczy sto patogennych drobnoustrojów, ale dla zwykłej myszy potrzeba stu milionów. Bakterie żyjące w jelitach zwykłych myszy fizycznie blokują najeźdźców, a nawet uwalniają antybiotyk, aby ich zniszczyć.

Bakterie żyjące w jelitach człowieka wytwarzają witaminę K, która nie jest syntetyzowana przez nasz organizm i jest niezbędna do krzepnięcia krwi. Bakterie jelitowe dostarczają także wielu innych witamin. W jelitach przeżuwaczy żyją drobnoustroje, które potrafią trawić celulozę roślinną i przekształcać ją w glukozę, której lwia część trafia do karmienia samego zwierzęcia. Niektóre zwierzęta morskie mają w swoich specjalnych gruczołach świecące bakterie, które ułatwiają znalezienie ofiary lub partnera za pomocą sygnałów świetlnych.

Niedawno szwedzki mikrobiolog Staffan Normark odkrył, że nawet bakteria wywołująca wrzody żołądka przynosi pewne korzyści. Jej rolę w tej chorobie odkryto ponad dziesięć lat temu, ale dopiero teraz staje się jasne, dlaczego bakteria ta występuje w żołądku wielu zdrowych ludzi. Wytwarza antybiotyk chroniący przed salmonellą i innymi niebezpiecznymi mikroorganizmami. Podobno w zasadzie jest to pożyteczny symbiont, który czasami „wariuje” i powoduje owrzodzenia ściany żołądka – być może u osób z obniżoną odpornością.

Bakterie to najstarsza grupa organizmów występująca obecnie na Ziemi. Pierwsze bakterie pojawiły się prawdopodobnie ponad 3,5 miliarda lat temu i przez prawie miliard lat były jedynymi żywymi istotami na naszej planecie. Ponieważ byli to pierwsi przedstawiciele żywej natury, ich ciało miało prymitywną budowę.

Z biegiem czasu ich budowa stawała się coraz bardziej złożona, jednak do dziś bakterie uważane są za najbardziej prymitywne organizmy jednokomórkowe. Co ciekawe, niektóre bakterie nadal zachowują prymitywne cechy swoich starożytnych przodków. Obserwuje się to u bakterii żyjących w gorących źródłach siarkowych i beztlenowym błocie na dnie zbiorników.

Większość bakterii jest bezbarwna. Tylko nieliczne są fioletowe lub zielone. Ale kolonie wielu bakterii mają jasny kolor, co jest spowodowane uwolnieniem kolorowej substancji do środowiska lub pigmentacją komórek.

Odkrywcą świata bakterii był Antony Leeuwenhoek, holenderski przyrodnik z XVII wieku, który jako pierwszy stworzył doskonały mikroskop powiększający, powiększający przedmioty 160-270 razy.

Bakterie są klasyfikowane jako prokarioty i zaliczane do odrębnego królestwa – bakterii.

Figura

Bakterie to liczne i różnorodne organizmy. Różnią się kształtem.

Nazwa bakterii	Kształt bakterii	Obraz bakterii
Cocci		W kształcie kuli
Bakcyl		W kształcie pręta
Wibracja		W kształcie przecinka
Spirylla		Spirala
Streptokoki		Łańcuch ziarniaków
Gronkowiec		Skupiska ziarniaków
Diplokok		Dwie okrągłe bakterie zamknięte w jednej torebce śluzowej

Metody transportu

Wśród bakterii wyróżnia się formy mobilne i nieruchome. Ruchy poruszają się w wyniku skurczów przypominających fale lub za pomocą wici (skręconych spiralnych nici), które składają się ze specjalnego białka zwanego flageliną. Może występować jedna lub więcej wici. U niektórych bakterii znajdują się one na jednym końcu komórki, u innych na dwóch lub na całej powierzchni.

Ale ruch jest także nieodłączną cechą wielu innych bakterii, którym brakuje wici. W ten sposób bakterie pokryte na zewnątrz śluzem są zdolne do ruchu ślizgowego.

Niektóre bakterie wodne i glebowe pozbawione wici mają wakuole gazowe w cytoplazmie. W komórce może znajdować się 40-60 wakuoli. Każdy z nich wypełniony jest gazem (prawdopodobnie azotem). Regulując ilość gazu w wakuolach, bakterie wodne mogą zanurzyć się w słupie wody lub wydostać się na jego powierzchnię, a bakterie glebowe mogą przemieszczać się w kapilarach glebowych.

Siedlisko

Ze względu na prostotę organizacji i bezpretensjonalność bakterie są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Bakterie można znaleźć wszędzie: w kropli nawet najczystszej wody źródlanej, w ziarnach gleby, w powietrzu, na skałach, w polarnym śniegu, piaskach pustyni, na dnie oceanu, w ropie wydobywanej z dużych głębokości, a nawet w woda z gorących źródeł o temperaturze około 80°C. Żyją na roślinach, owocach, różnych zwierzętach oraz u ludzi w jelitach, jamie ustnej, kończynach i na powierzchni ciała.

Bakterie są najmniejszymi i najliczniejszymi żywymi stworzeniami. Dzięki swoim niewielkim rozmiarom z łatwością wnikają we wszelkie pęknięcia, szczeliny czy pory. Bardzo wytrzymały i przystosowany do różnych warunków życia. Tolerują suszenie, ekstremalne zimno i ogrzewanie do 90°C, nie tracąc przy tym swojej żywotności.

Praktycznie nie ma miejsca na Ziemi, gdzie nie występują bakterie, choć w zróżnicowanych ilościach. Warunki życia bakterii są zróżnicowane. Niektóre z nich wymagają tlenu atmosferycznego, inne go nie potrzebują i są w stanie żyć w środowisku beztlenowym.

W powietrzu: bakterie przedostają się do górnych warstw atmosfery na odległość do 30 km. i więcej.

Szczególnie dużo jest ich w glebie. 1 g gleby może zawierać setki milionów bakterii.

W wodzie: w powierzchniowych warstwach wody w zbiornikach otwartych. Pożyteczne bakterie wodne mineralizują pozostałości organiczne.

W organizmach żywych: bakterie chorobotwórcze dostają się do organizmu ze środowiska zewnętrznego, ale tylko w sprzyjających warunkach powodują choroby. Symbiotyki żyją w narządach trawiennych, pomagając rozkładać i wchłaniać pokarm oraz syntetyzować witaminy.

Struktura zewnętrzna

Komórka bakteryjna pokryta jest specjalną gęstą otoczką – ścianą komórkową, która pełni funkcje ochronne i podporowe, a także nadaje bakterii trwały, charakterystyczny kształt. Ściana komórkowa bakterii przypomina ścianę komórki roślinnej. Jest przepuszczalny: przez niego składniki odżywcze swobodnie przedostają się do komórki, a produkty przemiany materii wychodzą do środowiska. Często bakterie wytwarzają dodatkową warstwę ochronną śluzu na ścianie komórkowej - kapsułkę. Grubość kapsułki może być wielokrotnie większa niż średnica samej komórki, ale może być również bardzo mała. Kapsuła nie jest istotną częścią komórki, powstaje w zależności od warunków, w jakich znajdują się bakterie. Chroni bakterie przed wysychaniem.

Na powierzchni niektórych bakterii występują długie wici (jedna, dwie lub wiele) lub krótkie, cienkie kosmki. Długość wici może być wielokrotnie większa niż wielkość ciała bakterii. Bakterie poruszają się za pomocą wici i kosmków.

Struktura wewnętrzna

Wewnątrz komórki bakteryjnej znajduje się gęsta, nieruchoma cytoplazma. Ma strukturę warstwową, nie ma wakuoli, dlatego w samej substancji cytoplazmy znajdują się różne białka (enzymy) i rezerwowe składniki odżywcze. Komórki bakteryjne nie mają jądra. Substancja niosąca informację dziedziczną koncentruje się w centralnej części ich komórki. Bakterie, - kwas nukleinowy - DNA. Ale ta substancja nie tworzy się w jądrze.

Wewnętrzna organizacja komórki bakteryjnej jest złożona i ma swoje specyficzne cechy. Cytoplazma jest oddzielona od ściany komórkowej błoną cytoplazmatyczną. W cytoplazmie znajduje się główna substancja lub macierz, rybosomy i niewielka liczba struktur błonowych, które pełnią różnorodne funkcje (analogi mitochondriów, retikulum endoplazmatycznego, aparatu Golgiego). Cytoplazma komórek bakteryjnych często zawiera granulki o różnych kształtach i rozmiarach. Granulki mogą składać się ze związków, które służą jako źródło energii i węgla. Krople tłuszczu znajdują się także w komórce bakteryjnej.

W centralnej części komórki zlokalizowana jest substancja jądrowa - DNA, która nie jest oddzielona od cytoplazmy błoną. Jest to analog jądra - nukleoid. Nukleoid nie ma błony, jąderka ani zestawu chromosomów.

Metody jedzenia

Bakterie mają różne metody żywienia. Wśród nich są autotrofy i heterotrofy. Autotrofy to organizmy zdolne do samodzielnego wytwarzania substancji organicznych do odżywiania.

Rośliny potrzebują azotu, ale same nie mogą pobierać azotu z powietrza. Niektóre bakterie łączą cząsteczki azotu w powietrzu z innymi cząsteczkami, w wyniku czego powstają substancje dostępne dla roślin.

Bakterie te osadzają się w komórkach młodych korzeni, co prowadzi do powstawania zgrubień na korzeniach, zwanych guzkami. Takie guzki tworzą się na korzeniach roślin z rodziny strączkowych i niektórych innych roślin.

Korzenie dostarczają bakteriom węglowodanów, a bakterie korzeniom substancji zawierających azot, które mogą zostać wchłonięte przez roślinę. Ich wspólne pożycie przynosi obopólne korzyści.

Korzenie roślin wydzielają wiele substancji organicznych (cukrów, aminokwasów i innych), którymi żywią się bakterie. Dlatego szczególnie wiele bakterii osadza się w warstwie gleby otaczającej korzenie. Bakterie te przekształcają martwe resztki roślin w substancje dostępne dla roślin. Ta warstwa gleby nazywa się ryzosferą.

Istnieje kilka hipotez dotyczących przenikania bakterii guzkowych do tkanki korzenia:

poprzez uszkodzenie tkanki naskórka i kory;
przez włośniki;
tylko przez młodą błonę komórkową;
dzięki bakteriom towarzyszącym wytwarzającym enzymy pektynolityczne;
poprzez stymulację syntezy kwasu B-indolooctowego z tryptofanu, zawsze obecnego w wydzielinach korzeni roślin.

Proces wprowadzania bakterii guzkowych do tkanki korzenia składa się z dwóch faz:

infekcja włośników;
proces powstawania guzków.

W większości przypadków atakująca komórka aktywnie się namnaża, tworzy tzw. nici infekcyjne i w postaci takich nici przedostaje się do tkanki roślinnej. Bakterie guzkowe wychodzące z nici infekcyjnej nadal namnażają się w tkance żywiciela.

Komórki roślinne wypełnione szybko namnażającymi się komórkami bakterii guzkowych zaczynają się szybko dzielić. Połączenie młodego guzka z korzeniem rośliny strączkowej odbywa się dzięki wiązkom naczyniowo-włóknistym. W okresie funkcjonowania guzki są zwykle gęste. Do czasu osiągnięcia optymalnej aktywności guzki przybierają różowy kolor (dzięki pigmentowi leghemoglobiny). Tylko te bakterie, które zawierają leghemoglobinę, są zdolne do wiązania azotu.

Bakterie brodawkowe wytwarzają dziesiątki i setki kilogramów nawozu azotowego na hektar gleby.

Metabolizm

Bakterie różnią się między sobą metabolizmem. U niektórych zachodzi przy udziale tlenu, u innych – bez niego.

Większość bakterii żywi się gotowymi substancjami organicznymi. Tylko nieliczne z nich (niebiesko-zielone lub sinice) są zdolne do tworzenia substancji organicznych z nieorganicznych. Odegrały ważną rolę w akumulacji tlenu w atmosferze ziemskiej.

Bakterie absorbują substancje z zewnątrz, rozrywają swoje cząsteczki na kawałki, składają z tych części otoczkę i uzupełniają ich zawartość (w ten sposób rosną) i wyrzucają niepotrzebne cząsteczki. Otoczka i błona bakterii pozwalają jej wchłonąć tylko niezbędne substancje.

Gdyby otoczka i błona bakterii były całkowicie nieprzepuszczalne, do komórki nie dostałyby się żadne substancje. Gdyby były przepuszczalne dla wszystkich substancji, zawartość komórki mieszałaby się z pożywką – roztworem, w którym żyje bakteria. Aby przetrwać, bakterie potrzebują otoczki, która umożliwia przedostanie się niezbędnych substancji, ale nie substancji niepotrzebnych.

Bakteria wchłania znajdujące się w jej pobliżu składniki odżywcze. Co się potem dzieje? Jeśli potrafi poruszać się samodzielnie (poruszając wicią lub odpychając śluz), to porusza się, aż znajdzie potrzebne substancje.

Jeśli nie może się poruszać, czeka, aż dyfuzja (zdolność cząsteczek jednej substancji do wnikania w gąszcz cząsteczek innej substancji) sprowadzi do niego niezbędne cząsteczki.

Bakterie wraz z innymi grupami mikroorganizmów wykonują ogromną pracę chemiczną. Przekształcając różne związki, otrzymują energię i składniki odżywcze niezbędne do życia. Procesy metaboliczne, sposoby pozyskiwania energii i zapotrzebowanie na materiały do budowy substancji ich ciał są u bakterii zróżnicowane.

Inne bakterie zaspokajają całe swoje zapotrzebowanie na węgiel niezbędny do syntezy substancji organicznych w organizmie kosztem związków nieorganicznych. Nazywa się je autotrofami. Bakterie autotroficzne potrafią syntetyzować substancje organiczne z nieorganicznych. Wśród nich są:

Chemosynteza

Wykorzystanie energii promienistej jest najważniejszym, ale nie jedynym sposobem wytworzenia materii organicznej z dwutlenku węgla i wody. Wiadomo, że bakterie do takiej syntezy jako źródło energii wykorzystują nie światło słoneczne, ale energię wiązań chemicznych zachodzących w komórkach organizmów podczas utleniania niektórych związków nieorganicznych - siarkowodoru, siarki, amoniaku, wodoru, kwasu azotowego, związków żelaza żelazo i mangan. Wykorzystują materię organiczną powstałą przy użyciu tej energii chemicznej do budowy komórek swojego ciała. Dlatego proces ten nazywa się chemosyntezą.

Najważniejszą grupą mikroorganizmów chemosyntetycznych są bakterie nitryfikacyjne. Bakterie te żyją w glebie i utleniają amoniak powstający podczas rozkładu pozostałości organicznych do kwasu azotowego. Ten ostatni reaguje ze związkami mineralnymi gleby, zamieniając się w sole kwasu azotowego. Proces ten odbywa się w dwóch fazach.

Bakterie żelazne przekształcają żelazo żelazne w żelazo tlenkowe. Powstały wodorotlenek żelaza osadza się i tworzy tzw. rudę darniową.

Niektóre mikroorganizmy istnieją w wyniku utleniania wodoru cząsteczkowego, zapewniając w ten sposób autotroficzną metodę odżywiania.

Charakterystyczną cechą bakterii wodorowych jest zdolność do przejścia na heterotroficzny tryb życia, gdy zapewnione są im związki organiczne i brak wodoru.

Zatem chemoautotrofy są typowymi autotrofami, ponieważ niezależnie syntetyzują niezbędne związki organiczne z substancji nieorganicznych i nie pobierają ich w postaci gotowej od innych organizmów, takich jak heterotrofy. Bakterie chemoautotroficzne różnią się od roślin fototroficznych całkowitą niezależnością od światła jako źródła energii.

Fotosynteza bakteryjna

Niektóre bakterie siarkowe zawierające pigmenty (fioletowe, zielone), zawierające specyficzne pigmenty - bakteriochlorofile, są w stanie absorbować energię słoneczną, za pomocą której siarkowodór w ich ciałach rozkłada się i uwalnia atomy wodoru w celu przywrócenia odpowiednich związków. Proces ten ma wiele wspólnego z fotosyntezą, a różni się jedynie tym, że u bakterii fioletowych i zielonych donorem wodoru jest siarkowodór (czasami kwasy karboksylowe), a u roślin zielonych jest to woda. W obu przypadkach separacja i transfer wodoru odbywa się dzięki energii pochłoniętych promieni słonecznych.

Ta fotosynteza bakteryjna, która zachodzi bez uwalniania tlenu, nazywa się fotoredukcją. Fotoredukcja dwutlenku węgla wiąże się z przeniesieniem wodoru nie z wody, ale z siarkowodoru:

6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О

Biologiczne znaczenie chemosyntezy i fotosyntezy bakteryjnej w skali planetarnej jest stosunkowo niewielkie. Jedynie bakterie chemosyntetyzujące odgrywają znaczącą rolę w procesie obiegu siarki w przyrodzie. Wchłaniana przez rośliny zielone w postaci soli kwasu siarkowego, siarka ulega redukcji i staje się częścią cząsteczek białka. Co więcej, gdy martwe szczątki roślin i zwierząt zostaną zniszczone przez bakterie gnilne, siarka uwalnia się w postaci siarkowodoru, który jest utleniany przez bakterie siarkowe do wolnej siarki (lub kwasu siarkowego), tworząc w glebie siarczyny dostępne dla roślin. Bakterie chemo- i fotoautotroficzne są niezbędne w cyklu azotu i siarki.

Sporulacja

Zarodniki tworzą się wewnątrz komórki bakteryjnej. W procesie sporulacji komórka bakteryjna przechodzi szereg procesów biochemicznych. Zmniejsza się w nim ilość wolnej wody i zmniejsza się aktywność enzymatyczna. Zapewnia to odporność zarodników na niekorzystne warunki środowiskowe (wysoka temperatura, wysokie stężenie soli, suszenie itp.). Sporulacja jest charakterystyczna tylko dla niewielkiej grupy bakterii.

Zarodniki są opcjonalnym etapem cyklu życiowego bakterii. Sporulacja rozpoczyna się dopiero w przypadku braku składników odżywczych lub gromadzenia się produktów przemiany materii. Bakterie w postaci zarodników mogą pozostawać w stanie uśpienia przez długi czas. Zarodniki bakterii mogą wytrzymać długotrwałe gotowanie i bardzo długie zamrażanie. Gdy zaistnieją sprzyjające warunki, zarodnik kiełkuje i staje się żywotny. Zarodniki bakterii są przystosowaniem do przetrwania w niesprzyjających warunkach.

Reprodukcja

Bakterie rozmnażają się, dzieląc jedną komórkę na dwie. Po osiągnięciu określonej wielkości bakteria dzieli się na dwie identyczne bakterie. Następnie każdy z nich zaczyna żerować, rośnie, dzieli się i tak dalej.

Po wydłużeniu komórek stopniowo tworzy się przegroda poprzeczna, a następnie komórki potomne oddzielają się; U wielu bakterii w określonych warunkach komórki po podziale pozostają połączone w charakterystyczne grupy. W tym przypadku w zależności od kierunku płaszczyzny podziału i liczby podziałów powstają różne kształty. Rozmnażanie przez pączkowanie występuje u bakterii jako wyjątek.

W sprzyjających warunkach podział komórek u wielu bakterii następuje co 20-30 minut. Przy tak szybkiej reprodukcji potomstwo jednej bakterii w ciągu 5 dni jest w stanie uformować masę, która może wypełnić wszystkie morza i oceany. Z prostych obliczeń wynika, że dziennie mogą powstać 72 pokolenia (720 000 000 000 000 000 000 komórek). W przeliczeniu na masę - 4720 ton. Jednak w naturze tak się nie dzieje, gdyż większość bakterii szybko ginie pod wpływem światła słonecznego, suszenia, braku pożywienia, ogrzewania do 65-100°C, w wyniku walki między gatunkami itp.

Bakteria (1) po wchłonięciu wystarczającej ilości pożywienia zwiększa swój rozmiar (2) i zaczyna przygotowywać się do rozmnażania (podziału komórki). Jej DNA (w bakterii cząsteczka DNA jest zamknięta w pierścieniu) podwaja się (bakteria wytwarza kopię tej cząsteczki). Obie cząsteczki DNA (3,4) przyczepiają się do ściany bakterii i w miarę wydłużania się bakterii oddalają się od nich (5,6). Najpierw dzieli się nukleotyd, potem cytoplazma.

Po rozbieżności dwóch cząsteczek DNA na bakterii pojawia się zwężenie, które stopniowo dzieli organizm bakterii na dwie części, z których każda zawiera cząsteczkę DNA (7).

Zdarza się (u Bacillus subtilis), że dwie bakterie sklejają się ze sobą i tworzy się pomiędzy nimi most (1,2).

Skoczek transportuje DNA z jednej bakterii do drugiej (3). W jednej bakterii cząsteczki DNA przeplatają się, w niektórych miejscach sklejają (4), a następnie wymieniają odcinki (5).

Rola bakterii w przyrodzie

wir

Bakterie są najważniejszym ogniwem w ogólnym cyklu substancji w przyrodzie. Rośliny tworzą złożone substancje organiczne z dwutlenku węgla, wody i soli mineralnych znajdujących się w glebie. Substancje te wracają do gleby wraz z martwymi grzybami, roślinami i zwłokami zwierząt. Bakterie rozkładają złożone substancje na proste, które następnie są wykorzystywane przez rośliny.

Bakterie niszczą złożone substancje organiczne martwych roślin i zwłok zwierząt, wydaliny organizmów żywych i różne odpady. Żywiąc się tymi substancjami organicznymi, saprofityczne bakterie rozkładu zamieniają je w humus. To swego rodzaju sanitariusze naszej planety. W ten sposób bakterie aktywnie uczestniczą w cyklu substancji w przyrodzie.

Tworzenie gleby

Ponieważ bakterie są rozmieszczone niemal wszędzie i występują w ogromnych ilościach, w dużej mierze determinują różnorodne procesy zachodzące w przyrodzie. Jesienią opadają liście drzew i krzewów, zamierają nadziemne pędy traw, opadają stare gałęzie, a od czasu do czasu opadają pnie starych drzew. Wszystko to stopniowo zamienia się w humus. W 1 cm3. Powierzchniowa warstwa gleby leśnej zawiera setki milionów saprofitycznych bakterii glebowych kilku gatunków. Bakterie te przekształcają próchnicę w różne minerały, które mogą być wchłaniane z gleby przez korzenie roślin.

Niektóre bakterie glebowe potrafią pobierać azot z powietrza, wykorzystując go w procesach życiowych. Te bakterie wiążące azot żyją niezależnie lub osiedlają się w korzeniach roślin strączkowych. Bakterie te po wniknięciu do korzeni roślin strączkowych powodują wzrost komórek korzeni i powstawanie na nich guzków.

Bakterie te wytwarzają związki azotu wykorzystywane przez rośliny. Bakterie pozyskują z roślin węglowodany i sole mineralne. Zatem istnieje ścisły związek między rośliną strączkową a bakteriami brodawkowymi, co jest korzystne zarówno dla jednego, jak i drugiego organizmu. Zjawisko to nazywa się symbiozą.

Dzięki symbiozie z bakteriami brodawkowymi rośliny strączkowe wzbogacają glebę w azot, przyczyniając się do zwiększenia plonów.

Dystrybucja w przyrodzie

Mikroorganizmy są wszechobecne. Jedynymi wyjątkami są kratery aktywnych wulkanów i małe obszary w epicentrach eksplodowanych bomb atomowych. Ani niskie temperatury Antarktydy, ani wrzące strumienie gejzerów, ani nasycone roztwory soli w basenach solnych, ani silne nasłonecznienie szczytów górskich, ani ostre napromieniowanie reaktorów jądrowych nie zakłócają istnienia i rozwoju mikroflory. Wszystkie żywe istoty stale wchodzą w interakcję z mikroorganizmami, często będąc nie tylko ich magazynami, ale także ich dystrybutorami. Mikroorganizmy są mieszkańcami naszej planety i aktywnie eksplorują najbardziej niesamowite naturalne substraty.

Mikroflora gleby

Liczba bakterii w glebie jest niezwykle duża – setki milionów i miliardów osobników na gram. W glebie jest ich znacznie więcej niż w wodzie i powietrzu. Zmienia się całkowita liczba bakterii w glebie. Liczba bakterii zależy od rodzaju gleby, jej stanu i głębokości warstw.

Na powierzchni cząstek gleby mikroorganizmy gromadzą się w małych mikrokoloniach (po 20–100 komórek). Często rozwijają się w grubości skrzepów materii organicznej, na żywych i obumierających korzeniach roślin, w cienkich kapilarach i wewnątrz grudek.

Mikroflora glebowa jest bardzo zróżnicowana. Występują tu różne fizjologiczne grupy bakterii: bakterie gnilne, bakterie nitryfikacyjne, bakterie wiążące azot, bakterie siarkowe itp. Wśród nich są bakterie tlenowe i beztlenowe, formy zarodnikowe i niezarodnikowe. Mikroflora jest jednym z czynników tworzących glebę.

Obszarem rozwoju mikroorganizmów w glebie jest strefa sąsiadująca z korzeniami żywych roślin. Nazywa się to ryzosferą, a całość zawartych w niej mikroorganizmów nazywa się mikroflorą ryzosfery.

Mikroflora zbiorników wodnych

Woda jest naturalnym środowiskiem, w którym rozwijają się licznie mikroorganizmy. Większość z nich przedostaje się do wody z gleby. Czynnik decydujący o liczbie bakterii w wodzie i obecności w niej składników odżywczych. Najczystsza woda pochodzi ze studni artezyjskich i źródeł. Otwarte zbiorniki i rzeki są bardzo bogate w bakterie. Najwięcej bakterii występuje w powierzchniowych warstwach wody, bliżej brzegu. W miarę oddalania się od brzegu i zwiększania głębokości liczba bakterii maleje.

Czysta woda zawiera 100-200 bakterii na ml, a zanieczyszczona woda zawiera 100-300 tysięcy i więcej. W osadzie dennym znajduje się wiele bakterii, zwłaszcza w warstwie powierzchniowej, gdzie bakterie tworzą film. Film ten zawiera dużo bakterii siarkowych i żelaznych, które utleniają siarkowodór do kwasu siarkowego, zapobiegając w ten sposób umieraniu ryb. W mule występuje więcej form zarodnikotwórczych, natomiast w wodzie dominują formy niezarodnikowe.

Mikroflora wodna pod względem składu gatunkowego jest podobna do mikroflory glebowej, ale występują też formy specyficzne. Niszcząc różne odpady dostające się do wody, mikroorganizmy stopniowo dokonują tzw. biologicznego oczyszczania wody.

Mikroflora powietrza

Mikroflora powietrza jest mniej liczna niż mikroflora gleby i wody. Bakterie wraz z pyłem unoszą się w powietrzu, mogą tam pozostać przez pewien czas, a następnie osadzić się na powierzchni ziemi i ginąć z powodu braku pożywienia lub pod wpływem promieni ultrafioletowych. Liczba mikroorganizmów w powietrzu zależy od strefy geograficznej, ukształtowania terenu, pory roku, zanieczyszczenia pyłem itp. Każda cząstka kurzu jest nośnikiem mikroorganizmów. Większość bakterii znajduje się w powietrzu nad przedsiębiorstwami przemysłowymi. Powietrze na obszarach wiejskich jest czystsze. Najczystsze powietrze panuje nad lasami, górami i obszarami zaśnieżonymi. Górne warstwy powietrza zawierają mniej drobnoustrojów. Mikroflora powietrza zawiera wiele bakterii pigmentowanych i zarodnikowych, które są bardziej odporne na działanie promieni ultrafioletowych niż inne.

Mikroflora organizmu człowieka

Organizm ludzki, nawet całkowicie zdrowy, jest zawsze nośnikiem mikroflory. Kiedy organizm ludzki ma kontakt z powietrzem i glebą, na odzieży i skórze osadzają się różne mikroorganizmy, w tym chorobotwórcze (pałeczki tężca, zgorzel gazowa itp.). Zanieczyszczone są najczęściej narażone części ciała człowieka. Na rękach znajdują się E. coli i gronkowce. W jamie ustnej żyje ponad 100 rodzajów drobnoustrojów. Jama ustna ze swoją temperaturą, wilgotnością i pozostałościami składników odżywczych jest doskonałym środowiskiem do rozwoju mikroorganizmów.

Żołądek ma odczyn kwaśny, więc większość znajdujących się w nim mikroorganizmów umiera. Począwszy od jelita cienkiego, odczyn staje się zasadowy, tj. korzystne dla drobnoustrojów. Mikroflora w jelicie grubym jest bardzo zróżnicowana. Każdy dorosły człowiek wydala dziennie w odchodach około 18 miliardów bakterii, tj. więcej osób niż ludzi na świecie.

Narządy wewnętrzne, które nie są połączone ze środowiskiem zewnętrznym (mózg, serce, wątroba, pęcherz moczowy itp.), są zwykle wolne od drobnoustrojów. Drobnoustroje dostają się do tych narządów dopiero w czasie choroby.

Bakterie w obiegu substancji

Mikroorganizmy w ogóle, a bakterie w szczególności odgrywają dużą rolę w biologicznie ważnych cyklach substancji na Ziemi, dokonując przemian chemicznych całkowicie niedostępnych ani dla roślin, ani dla zwierząt. Różne etapy cyklu pierwiastków przeprowadzane są przez organizmy różnych typów. Istnienie poszczególnych grup organizmów zależy od przemian chemicznych pierwiastków przeprowadzanych przez inne grupy.

Cykl azotowy

Cykliczne przemiany związków azotowych odgrywają podstawową rolę w dostarczaniu niezbędnych form azotu organizmom biosfery o różnych potrzebach żywieniowych. Ponad 90% całkowitego wiązania azotu wynika z aktywności metabolicznej niektórych bakterii.

Obieg węgla

Biologiczna przemiana węgla organicznego w dwutlenek węgla, której towarzyszy redukcja tlenu cząsteczkowego, wymaga wspólnej aktywności metabolicznej różnych mikroorganizmów. Wiele bakterii tlenowych przeprowadza całkowite utlenianie substancji organicznych. W warunkach tlenowych związki organiczne są początkowo rozkładane w procesie fermentacji, a organiczne produkty końcowe fermentacji są dalej utleniane w procesie oddychania beztlenowego, jeśli obecne są nieorganiczne akceptory wodoru (azotany, siarczany lub CO2).

Cykl siarkowy

Siarka jest dostępna dla organizmów żywych głównie w postaci rozpuszczalnych siarczanów lub zredukowanych organicznych związków siarki.

Cykl żelaza

Niektóre zbiorniki słodkowodne zawierają wysokie stężenia zredukowanych soli żelaza. W takich miejscach rozwija się specyficzna mikroflora bakteryjna – bakterie żelazowe, które utleniają zredukowane żelazo. Biorą udział w powstawaniu rud darniowych i źródeł wód bogatych w sole żelaza.

Bakterie to najstarsze organizmy, które pojawiły się w Archaiku około 3,5 miliarda lat temu. Przez około 2,5 miliarda lat dominowały na Ziemi, tworząc biosferę i brały udział w tworzeniu atmosfery tlenowej.

Bakterie są jednymi z żywych organizmów o najprostszej strukturze (z wyjątkiem wirusów). Uważa się, że są to pierwsze organizmy, które pojawiły się na Ziemi.

Bakteria. Oprócz nich w naszym organizmie żyją archeony – organizmy jednokomórkowe, grzyby i wirusy tworzące mikroflorę człowieka. Zbiór ludzkiej mikroflory i genów drobnoustrojów nazywany jest mikrobiomem.

Na podstawie topografii wyróżnia się mikrobiom skóry, jamy ustnej, dróg oddechowych, dróg moczowo-płciowych i jelit. Najwięcej wiadomo na temat drobnoustrojów jelitowych, ale nie oznacza to, że pozostałe typy są mniej ważne. Przykładowo, według badań, szczep Staphylococcus epidermidis, który stwierdzono na ludzkiej skórze, chroni przed rakiem skóry.

Mikrobiom każdego człowieka jest indywidualny. Zależy to od zestawu składników odżywczych w organizmie, pH, wilgotności, temperatury i innych kryteriów. „Jeśli spojrzysz na mikrobiom dwóch osób w tym samym mieście, zauważysz duże różnice” – mówi Rob Knight, profesor pediatrii oraz informatyki i inżynierii na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego. Członkowie tej samej rodziny mieszkający razem, zwierzęta domowe i ich właściciele mają podobne mikrobiomy.

Stare mity

Na co wpływa mikrobiom i po co go badać?

Mikrobiom jelitowy wpływa na zdrowie człowieka, w tym na apetyt, zdrowie żywności i układ odpornościowy. Istnieje nawet kilka mechanizmów wpływania na nastrój, jednym z nich jest nerw błędny, który łączy mózg i narządy.

Reakcja człowieka na leki, chemioterapię, a nawet sen zależy od bakterii w jelitach. Mikrobiom pochwy wpływa na skuteczność leków dopochwowych przeciwko wirusowi HIV.

Mikrobiom jest tak wyjątkowy jak odciski palców człowieka, dlatego ostatnio zaczęto mówić o jego zastosowaniu w medycynie sądowej. Dzięki bakteriom można ustalić, czy dana osoba znajdowała się w określonym miejscu, a także czas śmierci.

Nowe zabiegi

Przeszczepianie stolca jest już stosowane w leczeniu Clostridiozy. W ramach tej procedury osobie z zaburzeniami wstrzykuje się kał od zdrowego dawcy, co pozwala jej „zresetować” i ujednolicić mikrobiom tej osoby. Niektórzy naukowcy uważają, że zabieg ten może pomóc w leczeniu innych chorób.

Przy ograniczonym dostępie do przeszczepów kału ludzie biorą sprawy w swoje ręce, co pokazują filmy na YouTube. Eksperci ostrzegają, że próby przeszczepienia w domu są niebezpieczne. „Ryzyko przeniesienia naprawdę poważnych chorób. To, że możesz zrobić coś w domu, nie oznacza, że powinieneś to zrobić” – mówi Knight.

Niektórzy badacze, w tym Cryan, uważają, że badania nad mikrobiomem doprowadzą do opracowania nowych terapii psychicznych. Cryan wierzy, że w przyszłości badanie mikrobiomu stanie się dla lekarzy rutyną, a badanie bakterii doprowadzi do medycyny precyzyjnej.

Jak utrzymać mikrobiom w dobrej kondycji?

Różnorodność drobnoustrojów w organizmie jest ważna i w tym celu musimy ją poszerzać. Skorzystają na tym produkty fermentowane: kapusta kiszona, kefir, kombucha oraz produkty bogate w błonnik pokarmowy: suszone śliwki, suszone morele, gotowana soczewica, fasola i karczochy.

Prebiotyki i probiotyki są ważne. Pierwsze to substancje odżywiające i sprzyjające rozwojowi pożytecznych drobnoustrojów. Drugie to lakto- i bifidobakterie, drożdże, drobnoustroje obecne w jelitach zdrowej osoby i uważane za korzystne dla zdrowia.

Światowej sławy naukowiec wyjaśnił, jak bakterie wpływają na nasze zdrowie i charakter, skąd biorą się nowe infekcje i kiedy pojawią się rewolucyjne antybiotyki.

Konstanty Sewerynow- doktor nauk biologicznych, kieruje laboratorium genetyki molekularnej mikroorganizmów w Instytucie Biologii Genów Rosyjskiej Akademii Nauk oraz laboratorium w Instytucie Genetyki Molekularnej Rosyjskiej Akademii Nauk, jest profesorem Uniwersytetu im. Skołkowo Instytut Nauki i Technologii (Skoltech), profesor na Uniwersytecie Rutgers (USA) .

BAKTERIE NA DRZEWIE ŻYCIA

Wyobraźcie sobie ogromne drzewo, na którym każda gałąź to tekst genetyczny, pewien zestaw genów odpowiadający jakiemuś organizmowi - Konstantin Severinov maluje „pejzaż”.- Na tym bardzo rozłożystym, rozgałęzionym drzewie ludzie, zwierzęta i rośliny zajmą bardzo małe miejsce w koronie, a resztę odmiany będą stanowić bakterie, czyli drobnoustroje. Nam mogą wydawać się monotonne, bo są bardzo małe i nie widzimy różnic. Ale w rzeczywistości bakterie stanowią ponad 95% różnorodności życia na planecie. Wiele drobnoustrojów nazywa się „ekstremofilami”, ponieważ żyją w bardzo nieodpowiednich z naszego punktu widzenia warunkach: w wiecznej zmarzlinie, w gorących źródłach, na dnie oceanu pod ogromnym ciśnieniem i w szaleńczo skoncentrowanym stężeniu soli w Morzu Martwym.

Ale jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że drobnoustroje są szkodnikami, patogenami. Skoro są tak wszechobecne i potrafią przystosować się do wszystkiego, to okazuje się, że ludzkość nigdy nie wygra z nimi walki i nie pozbędzie się niebezpiecznych infekcji?

Ten stereotyp istnieje od czasów Pasteura ( słynny francuski mikrobiolog, twórca teorii chorób zakaźnych. - Autentyczność): podobno jesteśmy w stanie wojny z podstępnym wrogiem - mikrobami, które planują pewne kroki, stawiają blokady i chcą nas podbić. Rzeczywista sytuacja jest zupełnie inna. Po pierwsze, przeważająca większość mikroorganizmów nie wie o nas, nie wie, zajmują się swoimi sprawami, a my jesteśmy wobec nich głęboko obojętni. Z drugiej strony, my sami w dużej mierze jesteśmy zależni od zamieszkujących nas drobnoustrojów, znacznie bardziej niż one od nas.

ZAMÓWIŁEŚ WITAMINY?

- W takim razie powiedz nam: dlaczego i w jaki sposób jesteśmy zależni od bakterii?

Ciało ludzkie składa się z około biliona komórek. A jednocześnie w naszym organizmie żyje kilkadziesiąt razy więcej komórek bakteryjnych! Żyją głównie w jelitach i faktycznie tworzą jeden ogromny narząd – mikrobiom. Jest to największy pod względem masy narząd ludzki, znacznie większy niż wątroba czy mózg.

Nasze bakterie pełnią wiele niezastąpionych funkcji. Na przykład ludzie utracili zdolność, którą posiadają ich najbliżsi krewni, naczelne: wytwarzanie szeregu witamin i aminokwasów niezbędnych do życia. Możemy sobie na to pozwolić, bo mamy bakterie, które produkują za nas takie substancje. Bakterie jelitowe w dużym stopniu przyczyniają się do funkcjonowania układu odpornościowego: wytwarzają ważne związki przeciwzapalne, których nasz organizm nie jest w stanie syntetyzować. Nawiasem mówiąc, współczesne badania pokazują, że niektóre choroby, które do niedawna uważano za genetyczne i związane ze stresem i innymi czynnikami, w rzeczywistości mają charakter bakteryjny. Cukrzyca, choroby autoimmunologiczne (kiedy układ odpornościowy atakuje zdrowe komórki organizmu i niszczy narządy. - Autor.), nawet niektóre choroby psychiczne, takie jak schizofrenia, mogą być spowodowane zmianami w składzie mikrobiomu.

DO MOMENTU

- Kanadyjscy naukowcy przeprowadzili serię eksperymentów, które wykazały: bakteryjna infekcja jelitowa może upośledzać… pamięć. Myszy laboratoryjne zakażono bakterią Citrobacter rodentium, która zaburza pracę jelit. Gryzonie cierpiące na to zaburzenie zaczęły znacznie gorzej rozpoznawać znajome przedmioty – zaczęły je eksplorować tak, jakby widziały je po raz pierwszy. Eksperci spekulują, że Escherichia coli może w podobny sposób zaburzać pamięć u ludzi.

- Australijski lekarz Barry Marshall zaraził się bakterią Helicobacter pylori w 1984 roku i rozwinął zapalenie żołądka, a następnie wrzód żołądka. I udało się go wyleczyć antybiotykami. Zaangażowany badacz, który odkrył bakteryjną naturę zapalenia błony śluzowej żołądka i wrzodów żołądka, został uhonorowany Nagrodą Nobla.

- Duńscy naukowcy odkryli, że osoby szczupłe mają w jelitach znacznie więcej bakterii z rodziny Christensenelaceae niż osoby z nadwagą. Ponieważ mikroorganizmy aktywnie uczestniczą w naszym metabolizmie, naukowcy sugerują, że ten rodzaj bakterii jest jednym z czynników odpowiedzialnych za dobrą sylwetkę.

ZWĘŻ MIKROBY, ABY UTRZYMAĆ WAGĘ I ZDROWIA

Istnieje wersja, że nadwaga u ludzi to także efekt pracy (a może niepowodzenia?) bakterii. Jeśli tak, czy można schudnąć, atakując bakterie?

Tak, są takie przykłady. W USA niezbyt estetyczna, ale bardzo skuteczna metoda przeszła już badania kliniczne i jest stosowana w praktyce. Osoby z nadwagą otrzymują treść jelitową od szczupłych dawców. Niektóre bakterie zakorzeniają się, inne umierają, procedury należy powtórzyć. Ale efekt jest zauważalny. Ponadto technologia ta umożliwia leczenie ciężkich i niebezpiecznych chorób: zapalenia jelita grubego i choroby Leśniowskiego-Crohna. Ogólnie rzecz biorąc, uważam, że im więcej dowiadujemy się o związku bakterii z określonymi chorobami, tym aktywniej będzie rozwijał się nowy obiecujący kierunek w medycynie: leczenie poprzez przywrócenie prawidłowego składu mikrobiomu.

Czy poza przeszczepianiem pożytecznych bakterii z jelit można je w jakiś sposób wprowadzić do organizmu? Weź na przykład probiotyki?

Probiotyki to zazwyczaj suszone preparaty jednego lub więcej typów „normalnych” bakterii jelitowych hodowanych w laboratorium. Aby stworzyć probiotyki, które naprawdę będą w stanie leczyć człowieka, konieczne jest wyizolowanie ogromnej liczby bakterii, scharakteryzowanie i zbadanie ich wspólnego działania na siebie nawzajem i na ludzi oraz zapewnienie skutecznego sposobu dostarczenia ich we właściwe miejsce w jelicie i umożliwienia do eksmisji swoich „konkurentów”. Choć po zażyciu antybiotyków, które działają jak bomba atomowa i zabijają większość mikroorganizmów w naszych jelitach, pomocne mogą okazać się istniejące już proste probiotyki, które pomogą częściowo przywrócić i normalizować mikroflorę. Pamiętaj tylko, że nie ma sensu zażywać takich leków, dopóki nie zakończysz kuracji antybiotykowej: zniszczą one wszystkie nowo skolonizowane bakterie.

ANTYBIOTYKI SĄ WYNALEZIONE PRZEZ BAKTERIE W CELU KOMUNIKOWANIA SIĘ ZE SOBĄ

Światowa Organizacja Zdrowia uważa, że jednym z głównych zagrożeń dla ludzkości jest obecnie oporność szkodliwych bakterii na większość znanych antybiotyków. Z tego powodu ludzie mogą utracić ochronę przed niebezpiecznymi infekcjami. A nowych antybiotyków już dawno nie było na półkach aptecznych. Dlaczego?

Ogólnie rzecz biorąc, antybiotyki nie są wcale wynalazkiem ludzi, ale substancjami chemicznymi, za pomocą których bakterie „komunikują się” ze sobą. W naturze mikroorganizmy tworzą złożone społeczności. Członkowie społeczności są od siebie zależni, jedni sobie pomagają, inni próbują stawić czoła konkurencji – wszystko jest jak ludzie, trudne relacje – uśmiechnięty profesor. - Ostatecznym celem każdego rodzaju bakterii w społeczności jest zwycięstwo i zajęcie jak największej przestrzeni. Ale inni tego nie dają, ponieważ sami mają ten sam cel. W rezultacie powstaje i utrzymuje się pewna równowaga.

Jednocześnie najważniejszą informacją dla bakterii jest to, czy w danym miejscu znajduje się pożywienie i ilu jest tam innych przedstawicieli zarówno Twojego gatunku, jak i innego gatunku, którzy mogą Cię nie wpuścić. Określają to za pomocą mechanizmu zwanego „quorum sensing” po angielsku i „łokciem” po rosyjsku. W rzeczywistości wygląda to tak: w określonej objętości środowiska znajduje się pewna liczba bakterii, a każda bakteria wydziela pewną substancję, której obecność może wyczuć ona i jej towarzysze. Jeśli bakterii będzie dużo, wówczas stężenie tej substancji będzie duże i drobnoustroje „zrozumieją”, że jest tu tłok, że nie starczy dla wszystkich jedzenia i przestaną rosnąć. Substancje te, które dają sygnał o niemożności dalszego wzrostu, to antybiotyki. Historycznie rzecz biorąc, antybiotyki zostały „wynalezione” przez bakterie, aby komunikować się ze sobą.

- Skoro w przyrodzie występuje niezliczona ilość bakterii, czy mamy szansę odkryć znacznie więcej nowych antybiotyków?

Na pewnym etapie pojawił się z tym problem. Początkowo naukowcy uprawiali ( uniesiony. - Autentyczność) różnych bakterii w laboratorium, na szalkach Petriego i badał substancje wydzielane przez hodowane mikroorganizmy. Wykorzystaliśmy głównie bakterie glebowe, ponieważ jest ich w glebie bardzo dużo, aktywnie „komunikują się” między sobą za pomocą sygnałów chemicznych, a niektóre z nich dobrze rosną w laboratorium. Jednak zakres takich „hodowlanych” mikroorganizmów jest nadal ograniczony, dlatego w ostatnim czasie nie słychać o odkryciu nowych antybiotyków. A do większości starych bakterii przystosowały się poprzez mutacje i stały się odporne.

METAGENOME I PIĄTY iPhone

Stosunkowo niedawno nastąpił przełom – pojawiła się nowa nauka – genomika. Naukowcy mają teraz możliwość identyfikacji i badania genomów bakterii, które nie chcą rosnąć w laboratorium. A takich bakterii jest większość, po prostu nie są one widoczne dla klasycznych mikrobiologów. Jeśli teraz, właśnie tutaj, blisko ciebie i mnie, zassiemy powietrze przez filtr bakteryjny odkurzaczem, to za pomocą nowoczesnych instrumentów będziemy w stanie określić metagenom - zbiór genów wszystkich występujących organizmów w próbce powietrza. Możesz pobrać próbkę mikroflory jelitowej, przemyć skórę, cokolwiek. A potem, przy pomocy innej nowej nauki – bioinformatyki, można czytać teksty genetyczne, porównywać ze sobą geny, nowe geny z tymi, które już znamy.

Okazuje się, że w każdej próbce będzie ogromna różnorodność nieznanych genów pochodzących z niewyhodowanych bakterii. Nie możemy ich wyhodować, nie możemy ich trzymać w rękach, ale rozpoznajemy je po genach. To podejście pozwala na przykład ustalić związek między zmianami w metagenomie bakteryjnym u danej osoby a rozwojem określonych chorób, stanów, a nawet cech charakteru. Jeśli spojrzymy w przyszłość, to przy wystarczającym rozwoju sieci społecznościowych i technologii sekwencjonowania genomu ( rozszyfrowywanie genomów. - Autentyczność) będziesz mógł wyświetlić na swojej osobistej stronie zarówno swój własny genom, jak i mikrobiom. Eksperci ds. marketingu będą mogli przeprowadzić na dużą skalę badania asocjacyjne: w obecności takiej a takiej bakterii ludzie najczęściej mają ochotę kupić piątego iPhone'a... A tak na serio, dzięki takim technologiom będzie można zdiagnozować choroby i nieprawidłowości z najwyższą dokładnością, których charakter jest obecnie tajemnicą. I pomyślnie wybierz leczenie, w tym za pomocą bakterii.

Jednocześnie genomika otwiera szerokie horyzonty w poszukiwaniu nowych antybiotyków. Odczytujemy informację genetyczną nieznanych wcześniej bakterii i wykorzystując bioinformatykę przewidujemy grupy genów odpowiedzialnych za produkcję substancji antybiotykowych. Następnie inżynierowie genetyczni tworzą nowe szczepy w oparciu o bakterie, które dobrze rosną w laboratorium, zawierają takie geny i dzięki temu produkują nowe antybiotyki.

POZNAJ NOWĄ INFEKCJĘ

- Odkąd w Afryce szalał wirus Ebola, wiele osób niepokoiło się pytaniem: skąd i skąd pochodzą nowe infekcje?

Mikroorganizmy bardzo dobrze przystosowują się do zmian środowiskowych. Mikroorganizmy nieustannie wymieniają między sobą swoje geny i wirusy, których mają mnóstwo. Niektóre wirusy przypadkowo wprowadzają się do genomu bakterii, w wyniku czego powstaje drobnoustrój o nieco zmienionych właściwościach. Najprawdopodobniej umrze, ale czasami tak się nie dzieje, a niektóre z tych rzadkich drobnoustrojów mogą wywołać epidemię z powodu szkodliwych genów wprowadzonych przez wirusa.

Środowisko bardzo się zmieniło, odkąd ludzie zaczęli powszechnie stosować antybiotyki, zwłaszcza w rolnictwie. Geny oporności na antybiotyki rozprzestrzeniły się i w rzeczywistości zostały wybrane przez ludzi, a obecnie występują z dużą częstotliwością u większości bakterii chorobotwórczych. Stwarza to ogromne trudności w leczeniu powodowanych przez nie „nowych” starych infekcji, które są szczególnie powszechne w szpitalach.

Jeśli chodzi o gorączkę Ebola, nie jest ona wywoływana przez bakterie, ale przez wirusa. Nie przenosi się z osoby na osobę drogą powietrzną. Jeśli nie jesz na śniadanie mięsa goryla lub nietoperza afrykańskiego, nie masz się czym martwić.

BĘDZIE TO PRZYDATNE

Jak karmić pożyteczne bakterie

Mówią, że pożyteczne bakterie w naszym organizmie giną nie tylko od antybiotyków, ale także wtedy, gdy jemy żywność zawierającą konserwanty. To prawda?

Nie znam żadnych badań naukowych potwierdzających tę tezę. Wszystkie produkty powszechnie stosowane jako żywność przechodzą bardzo poważne testy: pod kątem toksyczności, rakotwórczości i innych wskaźników bezpieczeństwa. Większość tych badań dotyczy sprawdzenia wpływu składników żywności na bakterie. Dlatego produkty wysokiej jakości, które przeszły pełne testy, są bezpieczne. Przynajmniej przy umiarkowanym zużyciu.

- Co pomoże naszym dobroczynnym bakteriom poczuć się lepiej?

Kefir, fermentowane produkty mleczne to zdrowa rzecz, Miecznikow promował to ponad sto lat temu. Generalnie, choć takich badań nie przeprowadzono, prawie na pewno okaże się, że nasze pożyteczne mikroorganizmy dobrze reagują na przepisy z książki „O smacznej i zdrowej żywności”. Dietetycy i gospodynie domowe nic nie wiedzieli o drobnoustrojach, ale ostatecznie zakorzeniły się te potrawy, które nie spowodowały odrzucenia mieszkańców naszego największego narządu.