Bakterije živijo na planetu Zemlja že več kot 3,5 milijarde let. V tem času so se veliko naučili in se marsičemu prilagodili. Zdaj pomagajo ljudem. Bakterije in človek so postali neločljivi. Skupna masa bakterij je ogromna. Gre za približno 500 milijard ton.
Koristne bakterije opravljajo dve najpomembnejši ekološki funkciji - vežejo dušik in sodelujejo pri mineralizaciji organskih ostankov. Vloga bakterij v naravi je globalna. Sodelujejo pri gibanju, koncentraciji in disperziji kemičnih elementov v zemeljski biosferi.
Pomen bakterij, koristnih za človeka, je velik. Sestavljajo 99% celotne populacije, ki naseljuje njegovo telo. Zahvaljujoč njim človek živi, diha in je.
Pomembno. Zagotavljajo popolno življenjsko podporo.
Bakterije so precej preproste. Znanstveniki domnevajo, da so se prvič pojavili na planetu Zemlja.
Koristne bakterije v človeškem telesu
Človeško telo naseljujejo tako koristni kot. Obstoječe ravnovesje med človeškim telesom in bakterijami se je brusilo stoletja.
Kot so izračunali znanstveniki, človeško telo vsebuje od 500 do 1000 različnih vrst bakterij ali trilijone teh neverjetnih najemnikov, kar je do 4 kg skupne teže. Samo v črevesju najdemo do 3 kilograme mikrobnih teles. Ostali so v urogenitalnem traktu, na koži in drugih votlinah človeškega telesa. Mikrobi napolnijo telo novorojenčka od prvih minut njegovega življenja in končno oblikujejo sestavo črevesne mikroflore do 10-13 let.
V črevesju živijo streptokoki, laktobacili, bifidobakterije, enterobakterije, glivice, črevesni virusi, nepatogene praživali. Laktobacili in bifidobakterije predstavljajo 60 % črevesne flore. Sestava te skupine je vedno stalna, so najštevilčnejši in opravljajo glavne funkcije.
bifidobakterije
Pomen te vrste bakterij je ogromen.
- Zahvaljujoč njim se proizvajata acetat in mlečna kislina. Z zakisanostjo svojega življenjskega prostora zavirajo rast, ki povzroča gnitje in fermentacijo.
- Zahvaljujoč bifidobakterijam se zmanjša tveganje za razvoj alergij na hrano pri dojenčkih.
- Zagotavljajo antioksidativne in protitumorske učinke.
- Bifidobakterije sodelujejo pri sintezi vitamina C.
- Bifido- in laktobacili sodelujejo pri absorpciji vitamina D, kalcija in železa.
riž. 1. Na fotografiji so bifidobakterije. Računalniška vizualizacija.
coli
Pomen te vrste bakterij za človeka je velik.
- Posebna pozornost je namenjena predstavniku tega rodu Escherichia coli M17. Sposoben je proizvajati snov kocilin, ki zavira rast številnih patogenih mikrobov.
- S sodelovanjem se sintetizirajo vitamini K, skupina B (B1, B2, B5, B6, B7, B9 in B12), folna in nikotinska kislina.
riž. 2. Na fotografiji je E. coli (3D računalniška slika).
Pozitivna vloga bakterij v človekovem življenju
- S sodelovanjem bifido-, lakto- in enterobakterij se sintetizirajo vitamini K, C, skupina B (B1, B2, B5, B6, B7, B9 in B12), folna in nikotinska kislina.
- Zaradi razgradnje neprebavljenih sestavin hrane iz zgornjega dela črevesja – škrobne, celulozne, beljakovinske in maščobne frakcije.
- Črevesna mikroflora vzdržuje presnovo vode in soli ter ionsko homeostazo.
- Zaradi izločanja posebnih snovi črevesna mikroflora zavira rast patogenih bakterij, ki povzročajo gnitje in fermentacijo.
- Bifido-, lakto- in enterobakterije sodelujejo pri razstrupljanju snovi, ki vstopajo od zunaj in nastajajo v telesu samem.
- Črevesna mikroflora igra pomembno vlogo pri obnavljanju lokalne imunosti. Zahvaljujoč njej se poveča število limfocitov, aktivnost fagocitov in proizvodnja imunoglobulina A.
- Zahvaljujoč črevesni mikroflori se spodbuja razvoj limfoidnega aparata.
- Poveča se odpornost črevesnega epitelija na rakotvorne snovi.
- Mikroflora ščiti črevesno sluznico in zagotavlja energijo črevesnemu epiteliju.
- Uravnavajo črevesno gibljivost.
- Črevesna flora pridobi sposobnosti zajemanja in odstranjevanja virusov iz organizma gostitelja, s katerim je že vrsto let v simbiozi.
- Pomen bakterij pri ohranjanju toplotnega ravnovesja telesa je velik. Črevesna mikroflora se hrani s snovmi, ki jih encimski sistem ne prebavi in prihajajo iz zgornjega dela prebavil. Zaradi zapletenih biokemičnih reakcij nastane ogromna količina toplotne energije. Toplota se s krvjo prenaša po telesu in vstopa v vse notranje organe. Zato človek ob stradanju vedno zmrzne.
- Črevesna mikroflora uravnava reabsorpcijo sestavin žolčnih kislin (holesterola), hormonov itd.
riž. 3. Na fotografiji so koristne bakterije laktobacili (3D računalniška slika).
Vloga bakterij pri proizvodnji dušika
amonificirajoči mikrobi(povzroča gnitje), s pomočjo številnih encimov, ki jih imajo, pa lahko razgradijo ostanke mrtvih živali in rastlin. Pri razgradnji beljakovin se sprostita dušik in amoniak.
Urobakterije razgrajujejo sečnino, ki jo človek in vse živali na planetu dnevno izločajo. Njegova količina je ogromna in doseže 50 milijonov ton na leto.
Pri oksidaciji amoniaka sodeluje določena vrsta bakterij. Ta proces se imenuje nitrifikacija.
Denitrifikacijski mikrobi vračanje molekularnega kisika iz tal v ozračje.
riž. 4. Na fotografiji so koristne bakterije ammonificirajoče mikrobe. Izpostavljajo ostanke mrtvih živali in rastlin razgradnji.
Vloga bakterij v naravi: fiksacija dušika
Pomen bakterij v življenju ljudi, živali, rastlin, gliv in bakterij je ogromen. Kot veste, je dušik potreben za njihov normalen obstoj. Toda bakterije ne morejo absorbirati dušika v plinastem stanju. Izkazalo se je, da lahko modrozelene alge vežejo dušik in tvorijo amoniak ( cianobakterije), prostoživeči fiksatorji dušika in posebno . Vse te koristne bakterije proizvedejo do 90 % vezanega dušika in vključijo do 180 milijonov ton dušika v dušikov sklad tal.
Nodulne bakterije dobro sobivajo s stročnicami in rakitovec.
Rastline, kot so lucerna, grah, volčji bob in druge stročnice, imajo na svojih koreninah tako imenovana »stanovanja« za nodulne bakterije. Te rastline so posajene na osiromašenih tleh, da jih obogatijo z dušikom.
riž. 5. Na fotografiji so nodulne bakterije na površini koreninskega dlaka metuljnice.
riž. 6. Fotografija korenine stročnic.
riž. 7. Na fotografiji so koristne bakterije cianobakterije.
Vloga bakterij v naravi: ogljikov cikel
Ogljik je najpomembnejša celična snov živalskega in rastlinskega sveta, pa tudi rastlinskega sveta. Sestavlja 50 % suhe snovi celice.
Veliko ogljika se nahaja v vlakninah, ki jih uživajo živali. V njihovem želodcu se vlakna pod vplivom mikrobov razgradijo in nato v obliki gnoja pridejo ven.
Razkroji vlakna celulozne bakterije. Zaradi njihovega dela se tla obogatijo s humusom, kar znatno poveča njihovo rodovitnost, ogljikov dioksid pa se vrne v ozračje.
riž. 8. Znotrajcelični simbionti so obarvani zeleno, gmota predelanega lesa je obarvana rumeno.
Vloga bakterij pri pretvorbi fosforja, železa in žvepla
Beljakovine in lipidi vsebujejo veliko količino fosforja, katerega mineralizacija se izvaja Ti. megaterij(iz rodu gnitnih bakterij).
železove bakterije sodelujejo v procesih mineralizacije organskih spojin, ki vsebujejo železo. Zaradi njihovih dejavnosti se v močvirjih in jezerih oblikujejo velike količine železove rude in nahajališč feromangana.
Žveplove bakteriježivijo v vodi in zemlji. Veliko jih je v gnoju. Sodelujejo v procesu mineralizacije žveplo vsebujočih snovi organskega izvora. V procesu razgradnje organskih snovi, ki vsebujejo žveplo, se sprošča plin vodikov sulfid, ki je izjemno strupen za okolje, tudi za vsa živa bitja. Žveplove bakterije zaradi svoje vitalne aktivnosti spremenijo ta plin v neaktivno, neškodljivo spojino.
riž. 9. Kljub navidezni neživosti je v reki Rio Tinto še vedno življenje. To so različne bakterije, ki oksidirajo železo in številne druge vrste, ki jih lahko najdemo samo na tem mestu.
riž. 10. Zelene žveplove bakterije v koloni Winogradsky.
Vloga bakterij v naravi: mineralizacija organskih ostankov
Bakterije, ki aktivno sodelujejo pri mineralizaciji organskih spojin, veljajo za čistilce (redarje) planeta Zemlja. Z njihovo pomočjo se organska snov odmrlih rastlin in živali spremeni v humus, ki ga talni mikroorganizmi spremenijo v mineralne soli, ki so tako potrebne za izgradnjo koreninskega, stebelnega in listnega sistema rastlin.
riž. 11. Mineralizacija organskih snovi, ki vstopajo v rezervoar, se pojavi kot posledica biokemične oksidacije.
Vloga bakterij v naravi: fermentacija pektinov
Celice rastlinskih organizmov se med seboj vežejo (cementirajo) s posebno snovjo, imenovano pektin. Nekatere vrste bakterij maslene kisline imajo sposobnost fermentacije te snovi, ki se pri segrevanju spremeni v želatinasto maso (pectis). Ta lastnost se uporablja pri namakanju rastlin, ki vsebujejo veliko vlaken (lan, konoplja).
riž. 12. Obstaja več načinov za pridobitev zaupanja. Najpogostejša je biološka metoda, pri kateri se pod vplivom mikroorganizmov uniči povezava fibroznega dela z okoliškimi tkivi. Postopek fermentacije pektinskih snovi ličjakov imenujemo lobe, namočeno slamo pa trust.
Vloga bakterij pri čiščenju vode
bakterije za čiščenje vode, stabilizirajo raven njegove kislosti. Z njihovo pomočjo se zmanjšajo usedline na dnu, izboljša zdravje rib in rastlin, ki živijo v vodi.
Pred kratkim je skupina znanstvenikov iz različnih držav odkrila bakterije, ki uničujejo detergente, ki so del sintetičnih detergentov in nekaterih zdravil.
riž. 13. Dejavnost ksenobakterij se pogosto uporablja za čiščenje tal in vodnih teles, onesnaženih z naftnimi proizvodi.
riž. 14. Plastične kupole, ki čistijo vodo. Vsebujejo heterotrofne bakterije, ki se hranijo z materiali, ki vsebujejo ogljik, in avtotrofne bakterije, ki se hranijo z materiali, ki vsebujejo amoniak in dušik. Sistem cevi jih ohranja pri življenju.
Uporaba bakterij pri bogatenju rud
Sposobnost tionske bakterije, ki oksidirajo žveplo uporablja se za bogatenje bakrovih in uranovih rud.
riž. 15. Na fotografiji sta koristni bakteriji Thiobacilli in Acidithiobacillus ferrooxidans (elektronska mikrografija). Sposobni so ekstrahirati bakrove ione za izpiranje odpadkov, ki nastanejo med flotacijskim obogatitvijo sulfidnih rud.
Vloga bakterij pri masleni fermentaciji
Masleni mikrobi so povsod. Obstaja več kot 25 vrst teh mikrobov. Sodelujejo v procesu razgradnje beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov.
Masleno fermentacijo povzročajo anaerobne bakterije iz rodu Clostridium, ki tvorijo spore. Sposobni so fermentirati različne sladkorje, alkohole, organske kisline, škrob, vlaknine.
riž. 16. Na fotografiji masleni mikroorganizmi (računalniška vizualizacija).
Vloga bakterij v življenju živali
Mnoge vrste živalskega sveta se hranijo z rastlinami, ki temeljijo na vlakninah. Pri prebavi vlaknin (celuloze) živalim pomagajo posebni mikrobi, katerih prebivališče so določeni deli prebavnega trakta.
Pomen bakterij v živinoreji
Življenjsko aktivnost živali spremlja sproščanje ogromne količine gnoja. Iz njega lahko nekateri mikroorganizmi proizvajajo metan (»močvirski plin«), ki se uporablja kot gorivo in surovina v organski sintezi.
riž. 17. Plin metan kot gorivo za avtomobile.
Uporaba bakterij v prehrambeni industriji
Vloga bakterij v človeškem življenju je ogromna. Mlečnokislinske bakterije se pogosto uporabljajo v prehrambeni industriji:
- pri proizvodnji kislega mleka, sirov, kisle smetane in kefirja;
- pri fermentaciji zelja in kisanju kumar sodelujejo pri sečenju jabolk in kisanju zelenjave;
- vinom dajejo poseben okus;
- proizvajajo mlečno kislino, ki fermentira mleko. Ta lastnost se uporablja za proizvodnjo kislega mleka in kisle smetane;
- pri pripravi sirov in jogurtov v industrijskem obsegu;
- mlečna kislina služi kot konzervans med postopkom soljenja.
Mlečnokislinske bakterije so mlečni streptokoki, kremasti streptokoki, bolgarski, acidofilni, žitni termofilni in kumarični palčki. Bakterije iz rodu Streptococcus in Lactobacillus dajejo izdelkom gostejšo teksturo. Zaradi njihove vitalne dejavnosti se kakovost sirov izboljša. Siru dajejo določen sirni okus.
riž. 18. Na fotografiji so koristne bakterije laktobacili (roza), bolgarska palica in termofilni streptokok.
riž. 19. Na fotografiji so koristne bakterije kefirjeve (tibetanske ali mlečne) gobe in mlečnokislinske palčke, preden jih neposredno vnesemo v mleko.
riž. 20. Mlečni izdelki.
riž. 21. Termofilni streptokoki (Streptococcus thermophilus) se uporabljajo pri pripravi sira mocarela.
riž. 22. Obstaja veliko možnosti za penicilin za plesen. Žametna skorja, zelenkaste žile, edinstven okus in zdravilna aroma po amoniaku so edinstveni. Gobji okus sirov je odvisen od mesta in trajanja zorenja.
riž. 23. Bifiliz - biološki pripravek za peroralno dajanje, ki vsebuje maso živih bifidobakterij in lizocima.
Uporaba kvasovk in gliv v prehrambeni industriji
Živilska industrija uporablja predvsem vrsto kvasovk Saccharomyces cerevisiae. Izvajajo alkoholno vrenje, zato se pogosto uporabljajo v pekarstvu. Alkohol med peko izhlapi, mehurčki ogljikovega dioksida pa tvorijo drobtine.
Od leta 1910 so klobasam dodajali kvas. Kvas vrste Saccharomyces cerevisiae se uporablja za proizvodnjo vin, piva in kvasa.
riž. 24. Kombuča je prijazna simbioza kisovih palčk in kvasa. Na našem območju se je pojavila v prejšnjem stoletju.
riž. 25. Suhi in mokri kvas se pogosto uporabljajo v pekarski industriji.
riž. 26. Mikroskopski pogled na celice kvasovk Saccharomyces cerevisiae in Saccharomyces cerevisiae - "prave" vinske kvasovke.
Vloga bakterij v življenju človeka: oksidacija ocetne kisline
Pasteur je tudi dokazal, da pri oksidaciji ocetne kisline sodelujejo posebni mikroorganizmi - kisove palčke ki jih najdemo v naravi. Naselijo se na rastlinah, prodrejo v zrelo zelenjavo in sadje. Veliko jih je v vloženi zelenjavi in sadju, vinu, pivu in kvasu.
Sposobnost kisovih palčk, da oksidirajo etilni alkohol v ocetno kislino, se danes uporablja za proizvodnjo kisa za prehranske namene in pri pripravi krme za živali – siliranje (konzerviranje).
riž. 27. Postopek siliranja krme. Silaža je sočna krma z visoko hranilno vrednostjo.
Vloga bakterij v človekovem življenju: proizvodnja zdravil
Študija vitalne aktivnosti mikrobov je znanstvenikom omogočila uporabo nekaterih bakterij za sintezo antibakterijskih zdravil, vitaminov, hormonov in encimov.
Pomagajo pri boju proti številnim nalezljivim in virusnim boleznim. Večina antibiotikov se proizvaja aktinomicete, manj pogosto nemicelarne bakterije. Penicilin, pridobljen iz gliv, uniči celično steno bakterij. Streptomicete proizvajajo streptomicin, ki inaktivira ribosome mikrobnih celic. palice sena oz Bacillus subtilis zakisajo okolje. Zavirajo rast gnitnih in pogojno patogenih mikroorganizmov zaradi tvorbe številnih protimikrobnih snovi. Senena palica proizvaja encime, ki uničujejo snovi, ki nastanejo kot posledica gnitja tkiv. Sodelujejo pri sintezi aminokislin, vitaminov in imunoaktivnih spojin.
Z uporabo tehnologije genskega inženiringa so se danes znanstveniki naučili uporabljati za proizvodnjo insulina in interferona.
Iz številnih bakterij naj bi proizvedli posebno beljakovino, ki jo lahko dodajamo krmi za živino in hrani ljudi.
riž. 28. Na fotografiji spore senenega bacila ali Bacillus subtilis (pobarvane modro).
riž. 29. Biosporin-Biopharma je domače zdravilo, ki vsebuje apatogene bakterije iz rodu Bacillus.
Uporaba bakterij za proizvodnjo varnih herbicidov
Danes se tehnika pogosto uporablja fitobakterije za proizvodnjo varnih herbicidov. toksini Bacillus thuringiensis oddajajo Cry-toksine, nevarne za žuželke, kar omogoča uporabo te lastnosti mikroorganizmov v boju proti rastlinskim škodljivcem.
Uporaba bakterij pri proizvodnji detergentov
Proteaze ali cepijo peptidne vezi med aminokislinami, ki sestavljajo beljakovine. Amilaza razgrajuje škrob. palica sena (B. subtilis) proizvaja proteaze in amilaze. Bakterijske amilaze se uporabljajo pri izdelavi detergentov za pranje perila.
riž. 30. Študija vitalne aktivnosti mikrobov omogoča znanstvenikom, da uporabijo nekatere svoje lastnosti v korist človeka.
Pomen bakterij v človekovem življenju je ogromen. Koristne bakterije so že več tisočletij stalne spremljevalke človeka. Naloga človeštva je, da ne poruši tega občutljivega ravnovesja, ki se je razvilo med mikroorganizmi, ki živijo v nas, in v okolju. Vloga bakterij v človeškem življenju je ogromna. Znanstveniki nenehno odkrivajo blagodejne lastnosti mikroorganizmov, katerih uporabo v vsakdanjem življenju in proizvodnji omejujejo le njihove lastnosti.