Tako v šolskem kurikulumu kot v okviru specializiranega univerzitetnega izobraževanja se nujno upoštevajo primeri iz kraljestva bakterij. Ta najstarejša oblika življenja na našem planetu se je pojavila prej kot katera koli druga znana človeku. Prvič, kot ocenjujejo znanstveniki, so bakterije nastale pred približno tremi milijardami let in pol, približno milijardo let pa na planetu ni bilo drugih oblik življenja. Primeri bakterij, naših sovražnikov in prijateljev, so nujno obravnavani v okviru katerega koli izobraževalnega programa, saj prav te mikroskopske oblike življenja omogočajo procese, značilne za naš svet.
Značilnosti razširjenosti
Kje v živem svetu lahko najdemo primere bakterij? Da, skoraj povsod! So v izvirski vodi in v puščavskih sipinah ter elementih prsti, zraka in kamnitih kamnin. V antarktičnem ledu, na primer, bakterije živijo pri zmrzali -83 stopinj, vendar jih visoke temperature ne motijo - življenjske oblike so bile najdene v virih, kjer je tekočina segreta na +90. O gostoti naseljenosti mikroskopskega sveta priča dejstvo, da je na primer bakterij v gramu zemlje nešteto sto milijonov.
Bakterije lahko živijo na kateri koli drugi obliki življenja - na rastlini, živali. Veliko ljudi pozna besedno zvezo "črevesna mikroflora", na televiziji pa nenehno oglašujejo izdelke, ki jo izboljšujejo. Pravzaprav ga na primer samo tvorijo bakterije, torej običajno v človeškem telesu obstaja tudi nešteto mikroskopskih življenjskih oblik. So tudi na naši koži, v ustih – z eno besedo kjer koli. Nekatera med njimi so res škodljiva in celo smrtno nevarna, zato so antibakterijska sredstva tako razširjena, brez drugih pa preprosto nemogoče preživeti – naše vrste sobivajo v simbiozi.
Življenjski pogoji
Ne glede na primer bakterij so ti organizmi izjemno odporni, lahko preživijo v neugodnih razmerah, zlahka se prilagodijo negativnim dejavnikom. Nekatere oblike potrebujejo kisik za preživetje, druge pa lahko brez njega zdržijo. Obstaja veliko primerov predstavnikov bakterij, ki odlično preživijo v anoksičnem okolju.
Študije so pokazale, da lahko mikroskopske oblike življenja preživijo v hudi zmrzali, ne bojijo se zelo visoke suhosti ali visokih temperatur. Spore, s katerimi se razmnožujejo bakterije, zlahka prenesejo tudi dolgotrajno vrenje ali obdelavo pri nizkih temperaturah.
Kaj so tam?
Pri preučevanju primerov bakterij (sovražnikov in prijateljev človeka) je treba upoštevati, da sodobna biologija uvaja sistem klasifikacije, ki nekoliko poenostavlja razumevanje tega raznolikega kraljestva. Običajno govorimo o več različnih oblikah, od katerih ima vsaka specializirano ime. Torej, bakterije v obliki kroglice imenujemo koki, streptokoki so kroglice, zbrane v verigi, in če je tvorba videti kot kup, potem spada v skupino stafilokokov. Takšne mikroskopske oblike življenja so znane, ko dve bakteriji živita hkrati v eni kapsuli, prekriti s sluznico. Ti se imenujejo diplokoki. Bacili so paličaste oblike, spirile so spirale, vibriji pa so primer bakterije (prinesti jo mora vsak študent, ki odgovorno opravi program), ki je po obliki podobna vejici.
To ime je bilo sprejeto za mikroskopske oblike življenja, ki pri analizi po Gramu ne spremenijo barve, če so izpostavljene kristalno vijolični. Na primer, patogene in neškodljive gram-pozitivne bakterije ohranijo vijoličen odtenek, tudi če jih operemo z alkoholom, gram-negativne pa popolnoma razbarvajo.
Pri pregledu mikroskopske oblike življenja po pranju po Gramu je treba uporabiti barvilo s kontrakcijo (safranin), ki povzroči, da se bakterija obarva rožnato ali rdeče. Ta reakcija je posledica strukture zunanje membrane, ki preprečuje, da bi barvilo prodrlo v notranjost.
Zakaj je to potrebno?
Če študent v okviru šolskega tečaja dobi nalogo, da navede primere bakterij, se lahko običajno spomni tistih oblik, ki so obravnavane v učbeniku, njihove ključne lastnosti pa so že navedene. Test madežev je bil izumljen ravno za odkrivanje teh specifičnih parametrov. Sprva je bila študija namenjena razvrščanju predstavnikov mikroskopske oblike življenja.
Rezultati testa po Gramu omogočajo sklepanje o strukturi celičnih sten. Na podlagi prejetih informacij lahko vse identificirane oblike razdelimo v dve skupini, kar se v nadaljevanju upošteva pri delu. Na primer, patogene bakterije iz razreda gramnegativnih so veliko bolj odporne na vpliv protiteles, saj je celična stena neprebojna, zaščitena in močna. Toda za gram-pozitivne odpornosti je značilna izrazito nižja.
Patogenost in značilnosti interakcije
Klasičen primer bolezni, ki jo povzročajo bakterije, je vnetni proces, ki se lahko razvije v različnih tkivih in organih. Najpogosteje takšno reakcijo izzovejo gramnegativne oblike življenja, saj njihove celične stene povzročijo reakcijo človeškega imunskega sistema. Stene vsebujejo LPS (plast lipopolisaharidov), kot odziv na katere telo tvori citokine. To izzove vnetje, telo gostitelja se je prisiljeno spopasti s povečano proizvodnjo strupenih sestavin, ki je posledica boja med mikroskopsko majhno obliko življenja in imunskim sistemom.
Kateri so znani?
V medicini je trenutno posebna pozornost namenjena trem oblikam, ki povzročajo resne bolezni. Bakterija Neisseria gonorrhoeae se prenaša spolno, pri okužbi telesa z Moraxella catarrhalis se pojavijo simptomi bolezni dihal, ena od zelo nevarnih bolezni za ljudi - meningitis - povzroči bakterija Neisseria meningitidis.
Bacili in bolezni
Če na primer upoštevamo bakterije, bolezni, ki jih povzročajo, je preprosto nemogoče prezreti bacile. Ta beseda je trenutno znana vsakemu laiku, ki si celo zelo slabo predstavlja značilnosti mikroskopskih oblik življenja, in prav ta vrsta gram-negativnih bakterij je izjemno pomembna za sodobne zdravnike in raziskovalce, saj povzroča resne težave človeškega dihalnega sistema. . Znani so tudi primeri bolezni sečil, ki jih izzove taka okužba. Nekateri bacili negativno vplivajo na delovanje prebavil. Stopnja poškodbe je odvisna tako od imunosti osebe kot od specifične oblike, ki je okužila telo.
Določena skupina gramnegativnih bakterij je povezana s povečano verjetnostjo bolnišničnih okužb. Najnevarnejši med razmeroma razširjenimi povzročitelji sekundarnega meningitisa, pljučnice. Najbolj natančni bi morali biti zaposleni v zdravstvenih ustanovah enote za intenzivno nego.
Litotrofi
Glede na primere bakterijske prehrane je treba posebno pozornost nameniti edinstveni skupini litotrofov. To je tako mikroskopska oblika življenja, ki za svojo dejavnost prejema energijo iz anorganske spojine. Uporabljajo se kovine, vodikov sulfid, amonij in številne druge spojine, iz katerih bakterija prejema elektrone. Molekula kisika ali druga spojina, ki je že prestala stopnjo oksidacije, deluje kot oksidant v reakciji. Prenos elektrona spremlja proizvodnja energije, ki jo telo shrani in uporabi pri presnovi.
Za sodobne znanstvenike so litotrofi zanimivi predvsem zato, ker so živi organizmi, precej netipični za naš planet, študija pa nam omogoča, da bistveno razširimo naše razumevanje možnosti, ki jih imajo nekatere skupine živih bitij. Če poznamo primere, imena bakterij iz razreda litotrofov, preučujemo značilnosti njihove življenjske aktivnosti, je mogoče do neke mere obnoviti primarni ekološki sistem našega planeta, to je obdobje, ko ni bilo fotosinteze, kisik ne obstaja in tudi organska snov se še ni pojavila. Preučevanje litotrofov daje priložnost spoznati življenje na drugih planetih, kjer se lahko uresniči zaradi oksidacije anorganske snovi v popolni odsotnosti kisika.
Kdo in kaj?
Kaj so litotrofi v naravi? Primer so nodulne bakterije, kemotrofne, karboksitrofne, metanogene. Trenutno znanstveniki ne morejo z gotovostjo trditi, da jim je uspelo odkriti vse vrste, ki pripadajo tej skupini mikroskopskih oblik življenja. Predpostavlja se, da so nadaljnje raziskave v tej smeri eno najbolj obetavnih področij mikrobiologije.
Litotrofi aktivno sodelujejo v cikličnih procesih, ki so pomembni za pogoje za obstoj življenja na našem planetu. Pogosto kemične reakcije, ki jih izzovejo te bakterije, precej močno vplivajo na prostor. Torej lahko žveplove bakterije oksidirajo vodikov sulfid v usedlinah na dnu rezervoarja in brez takšne reakcije bi komponenta reagirala s kisikom v vodnih plasteh, kar bi onemogočilo življenje v njej.
Simbioza in nasprotje
Kdo ne pozna primerov virusov, bakterij? V okviru šolskega tečaja se vsem pove o bledi treponemi, ki lahko povzroči sifilis, flambezijo. Obstajajo tudi virusi bakterij, ki so v znanosti znani kot bakteriofagi. Študije so pokazale, da lahko v samo eni sekundi okužijo od 10 do 24. stopnje bakterij! To je hkrati močno orodje za evolucijo in metoda, uporabna v genskem inženiringu, ki jo znanstveniki trenutno aktivno preučujejo.
Pomen življenja
V filistrskem okolju vlada zmotno prepričanje, da so bakterije le vzrok za človekove bolezni in od njih ni več ne koristi ne škode. Ta stereotip je posledica antropocentrične slike okoliškega sveta, to je ideje, da je vse nekako povezano s človekom, se vrti okoli njega in obstaja samo zanj. Pravzaprav govorimo o stalni interakciji brez določenega središča vrtenja. Bakterije in evkarionti medsebojno delujejo, dokler obstajata obe kraljestvi.
Prvi način boja proti bakterijam, ki ga je izumilo človeštvo, je bil povezan z odkritjem penicilina, glive, ki lahko uniči mikroskopske oblike življenja. Glive spadajo v kraljestvo evkariontov in so z vidika biološke hierarhije bolj sorodne človeku kot rastlinam. Toda študije so pokazale, da glive še zdaleč niso edina in niti ne prva stvar, ki je postala sovražnik bakterij, saj so se evkarionti pojavili veliko pozneje kot mikroskopsko življenje. Sprva je bil boj med bakterijami (in drugih oblik preprosto ni bilo) uporaba komponent, ki so jih ti organizmi proizvedli, da bi si izborili prostor za obstoj. Trenutno lahko človek, ki poskuša odkriti nove načine za boj proti bakterijam, odkrije le tiste metode, ki so naravi že dolgo znane in so jih organizmi uporabljali v boju za življenje. Toda odpornost na zdravila, ki toliko ljudi tako zelo prestraši, je normalna reakcija odpornosti, ki je bila neločljivo povezana z mikroskopskim življenjem že več milijonov let. Prav ona je določila sposobnost bakterij, da ves ta čas preživijo in se še naprej razvijajo in razmnožujejo.
Napadi ali umri
Naš svet je prostor, kjer lahko preživi le tisti, ki je prilagojen življenju, sposoben obrambe, napada, preživetja. Hkrati pa je sposobnost napada tesno povezana z možnostmi zaščite sebe, svojega življenja in interesov. Če določena bakterija ne bi mogla uiti antibiotikom, bi ta vrsta izumrla. Trenutno obstoječi mikroorganizmi imajo precej razvite in kompleksne obrambne mehanizme, ki so učinkoviti proti najrazličnejšim snovem in spojinam. Najbolj uporabna metoda v naravi je preusmeritev nevarnosti na drug cilj.
Pojav antibiotika spremlja vpliv na molekulo mikroskopskega organizma - na RNA, beljakovine. Če spremenite tarčo, se spremeni mesto, kjer se lahko antibiotik veže. Točkovna mutacija, zaradi katere je en organizem odporen na delovanje agresivne komponente, postane razlog za izboljšanje celotne vrste, saj se ta bakterija še naprej aktivno razmnožuje.
Virusi in bakterije
Ta tema trenutno povzroča veliko govora tako med strokovnjaki kot med laiki. Skoraj vsak drugi se ima za specialista za viruse, kar je povezano z delovanjem sistemov množičnih medijev: takoj ko se približa epidemija gripe, se o virusih govori in piše povsod in povsod. Človek, ko se seznani s temi podatki, začne verjeti, da ve vse, kar je mogoče. Seveda je koristno, da se seznanite s podatki, vendar se ne motite: ne samo navadni ljudje, ampak tudi strokovnjaki, trenutno še niso odkrili večine informacij o značilnostih vitalne aktivnosti virusov in bakterij. .
Mimogrede, v zadnjih letih se je močno povečalo število ljudi, ki so prepričani, da je rak virusna bolezen. Več sto laboratorijev po vsem svetu je izvedlo študije, iz katerih je mogoče sklepati o levkemiji, sarkomu. Vendar so to zaenkrat le domneve in uradni dokazi ne zadoščajo za natančen zaključek.
Virologija
Gre za precej mlado vejo znanosti, ki je nastala pred osmimi desetletji, ko so odkrili, da povzroča tobačno mozaično bolezen. Opazno pozneje je bila pridobljena prva slika, čeprav zelo nenatančna, bolj ali manj pravilne raziskave pa so bile opravljene šele v zadnjih petnajstih letih, ko so človeštvu dostopne tehnologije omogočile preučevanje tako majhnih oblik življenja.
Trenutno ni natančnih podatkov o tem, kako in kdaj so se virusi pojavili, a ena glavnih teorij je, da ta oblika življenja izvira iz bakterij. Namesto evolucije je tukaj potekala degradacija, razvoj se je zavrtel nazaj in nastali so novi enocelični organizmi. Skupina znanstvenikov trdi, da so bili virusi prej veliko bolj zapleteni, vendar so se številne lastnosti sčasoma izgubile. Stanje, ki je sodobnemu človeku na voljo za preučevanje, raznolikost podatkov genskega sklada so le odmevi različnih stopenj, stopenj degradacije, značilnih za posamezno vrsto. Kako pravilna je ta teorija, še ni znano, vendar obstoja tesne povezave med bakterijami in virusi ni mogoče zanikati.
Bakterije: tako različne
Tudi če sodobni človek razume, da ga bakterije obkrožajo povsod in povsod, je še vedno težko razumeti, kako zelo so procesi okoliškega sveta odvisni od mikroskopskih oblik življenja. Šele pred kratkim so znanstveniki ugotovili, da žive bakterije napolnijo celo oblake, kamor se dvigajo s paro. Sposobnosti, ki jih imajo takšni organizmi, so presenetljive in navdihujoče. Nekateri izzovejo pretvorbo vode v led, kar povzroči padavine. Ko peleti začnejo padati, se ponovno stopijo in na tla pade ploha vode ali snega, odvisno od podnebja in letnega časa. Ne tako dolgo nazaj so znanstveniki predlagali, da lahko z bakterijami dosežete povečanje količine padavin.
Opisane sposobnosti so bile doslej odkrite pri proučevanju vrste, ki je dobila znanstveno ime Pseudomonas Syringae. Znanstveniki so že prej domnevali, da so oblaki, ki so jasni za človeško oko, napolnjeni z življenjem, in sodobna sredstva, tehnologije in orodja so omogočila dokaz tega stališča. Po grobih ocenah je kubični meter oblaka napolnjen z mikrobi v koncentraciji 300-30.000 kopij. Med drugim je tu prisotna omenjena oblika Pseudomonas Syringae, ki izzove nastajanje ledu iz vode pri precej visoki temperaturi. Prvič so ga odkrili pred nekaj desetletji, ko so preučevali rastline in gojili v umetnem okolju - izkazalo se je, da je precej preprosto. Trenutno Pseudomonas Syringae aktivno delujejo v korist človeštva na smučiščih.
Kako se to zgodi?
Obstoj Pseudomonas Syringae je povezan s proizvodnjo beljakovin, ki pokrivajo površino mikroskopskega organizma v mrežici. Ko se molekula vode približa, se začne kemična reakcija, mreža se izravna, pojavi se mreža, ki povzroči nastanek ledu. Jedro privlači vodo, povečuje se v velikosti in masi. Če se je vse to zgodilo v oblaku, potem povečanje teže povzroči nemožnost nadaljnjega dvigovanja in peleta pade navzdol. Obliko padavin določa temperatura zraka v bližini zemeljske površine.
Verjetno se lahko za Pseudomonas Syringae zatečemo v sušnem obdobju, za kar je treba v oblak vnesti kolonijo bakterij. Trenutno znanstveniki ne vedo natančno, kakšna koncentracija mikroorganizmov lahko izzove dež, zato se izvajajo poskusi, jemljejo se vzorci. Hkrati je treba ugotoviti, zakaj se Pseudomonas Syringae premika po oblakih, če mikroorganizem običajno živi na rastlini.