Эубактерии

Шаблон:Campus Прокариот (Prokaryota) относят к группе самых мелких и древних живых организмов на Земле. Основную массу прокариот составляют разнообразные бактерии. Бактерии относятся к группе прокариот, самых мелких и древних живых организмов на Земле.

Места обитания бактерий чрезвычайно разнообразны: ото льдов Антарктики до горячих вулканических источников в глубинах океана и толщи земной коры. Используя всевозможные источники питания и энергии, бактерии фактически создали современную Биосферу Земли.

Среди бактерий встречаются продуценты белка и кислорода, многие из них являются редуцентами органических останков растений и животных, а также обеспечивают круговорот неорганических соединений в биосфере, образуют залежи органического и минерального сырья, являются главными почвообразующими факторами биосферы. Бактерии играют важную роль (как положительную, так и отрицательную) в жизни человека.

Выдающийся Российский ученый С.Н.Виноградский, основоположник науки о бактериях, так говорил об этих организмах: «Функции микробов в природе специализированы – для каждой работы есть свой специалист, приспособивший к ней весь химизм своего существования. Микробы всегда оказываются там, где они нужны, обеспечивая неизбежность любого другого процесса в любой точке Земного шара» (Виноградский, 1896 г, цит. по Г.А.Заварзину, 2001).

Все современные бактерии разделяются на две группы: эубактерии (настоящие бактерии) и архебактерии (древние бактерии). Общее строение клетки бактерий мы рассмотрим на примере эубактерий.

Настоящие бактерии (Eubacteria) – это одноклеточные или нитчатые прокариоты, имеющие, как правило, небольшие размеры (от 0,2 до 5 мкм) и только отдельные виды достигают 30 мкм. Форма бактерий также чрезвычайно разнообразна. Выделяют палочковидные бактерии – их называют бациллы, сферические – кокки, спиралевидные – спириллы. А бактерии, имеющие форму искривленной палочки - вибрионы.

Некоторые бактерии могут образовывать нити, напоминающие гифы грибов, поэтому их называют – микобактерии (например, Micobacterium tuberculosis, вызывающая туберкулез). Бактериальная клетка окружена плазматической мембраной обычного строения. В центральной части цитоплазмы находится зона, где располагается одна кольцевая молекула ДНК – «бактериальная хромосома». Эта зона бактериальной клетки получила наименование – нуклеоид и не окружена мембраной, как ядро (нуклеус) эукариотической клетки. Кроме хромосомной ДНК, бактерии содержат несколько молекул плазмид – небольших кольцевых молекул ДНК, играющих важную роль в обмене генетического материала бактерий.

В самой цитоплазме нет мембранных органоидов, характерных для эукариот (митохондрий, эндоплазматического ретикулума, лизосом, аппарата Гольджи). Нет и цитоскелета. Однако внутриклеточные мембраны у бактерий есть – это впячивания плазматической мембраны (мезосомы) или отдельные плоские мембранные пузырьки (ламеллы). Особенно их много у пурпурных фотосинтезирующих бактерий и цианобактерий.

Среди других цитоплазматических структур необходимо отметить рибосомы (70S), мелкие вакуоли, заполненные газом или растворами солей, капли липидов (жиров) и углеводов (гликогена, крахмала), вкрапления серы, железа и других элементов.

Снаружи бактериальная клетка покрыта клеточной стенкой, имеющей очень сложное строение. В 1884 году датский ученый Ганс Грам обнаружил, что бактерии различаются по способности окрашиваться красителем в фиолетовый цвет. Это послужило основой классификации микроорганизмов: выделяют Грамположительные (окрашивающиеся) и Грамотрицательные (неокрашивающиеся) бактерии. Сейчас ясно, что это связано с различиями в организации и составе их клеточной стенки (см. § 10, глава III). Есть микроорганизмы, лишенные клеточной стенки – это небольшая группа паразитирующих микробов, названная Микоплазмами. Поверх клеточной стенки многие бактерии выделяют слизь, образуя своеобразную капсулу, дополнительно защищающую бактерию от внешних воздействий. Большинство бактерий подвижно. Подвижность обеспечивается либо с помощью жгутиков, либо движением самой клетки. Механизм подвижности жгутика и его строение принципиально отличается от ресничек и жгутиков эукариот (см. Главу III). Жгутиков может быть от одного до целого пучка – на этом основана одна из классификаций бактерий.

Существующие сейчас классификации эубактерий довольно сложны и основаны на разных критериях: типу питания и обмена веществ, молекулярным особенностям, экологии и т.д. Это не входит в задачу данного пособия, но необходимо отметить несколько, наиболее изученных и важных в научном и практическом отношении групп эубактерий.

Спирохеты

Это грамотрицательные бактерии, живущие в разных экологических условиях (морях, термальных источниках, солевых растворах, паразитируют на человеке и животных). К последним относится печально известнаяспирохета Treponema pallidum – возбудитель сифилиса. Особую опасность этой инфекции придает ее скрытый характер. В течении многих лет или даже десятилетий, болезнь может ничем себя не проявлять. При этом человек является носителем и распространителем инфекции. При активизации болезни могут развиться серьезные поражения нервной и сердечно-сосудистой систем, часто приводящие к смертельному исходу.

Энтеробактерии

Сборная группа грамотрицательных палочек. Типичным представителем является кишечная палочка – Escherichia coli – наиболее изученная бактерия. Палочка – модельный объект молекулярных биологов, генетиков, биохимиков и цитологов. Многие энтеробактерии являются патогенами кишечного тракта человека и животных

Риккетсии и хламидии

Небольшая группа внутриклеточных паразитов животных и человека. Получили название по имени американского врача Х. Риккетса, который их открыл. Наиболее известные и опасные риккетсии – Rickettsia prowazekii – возбудитель сыпного тифа и Coxiella burnetii – возбудитель лихорадки Q; среди хламидий – Chlamydia trachomatis, возбудитель трахомы (болезни глаз).

Пурпурные серные и несерные бактерии

Особенностью этой древней группы является их способность к фотосинтезу с помощью специального фоточувствительного пигмента – бактериородопсина и способностью откладывать серу.

Цианобактерии

Сине-зеленые водоросли). Это типичные прокариоты, но в отличии от других эубактерий они содержат хлорофилл а (как у зеленых растений). Они разнообразны по форме, могут быть одноклеточными и нитчатыми. Растут в самых разнообразных условиях в воде и на суше, от горячих источников до льдов Антарктиды. Часто вступают в симбиотические отношения с другими организмамию Полагают, что древние цианобактерии послужили началом хлоропластов зеленых растений. (см. Главу VII).

Бактерии кокки

Стрептококки, стафилококки, микрококки. Обширная группа аэробных и анаэробных бактерий. К ним относятся молочнокислые бактерии, осуществляющие брожение, а также болезнетворные бактерии. Среди последних, наиболее опасна бактерия Streptococcus pneumoniae, вызывающая такие тяжкие заболевания как пневмония и менингиты. В настоящее время полнистью расшифрован геном этой бактерии, что поможет в борьбе с этой инфекцией.

Микобактерии

Большая группа грамотрицательных палочковидных бактерий, вызывающих серьезные заболевания людей и животных. Наиболее опасны: Mycobakterium tuberculosis и M.bovis, способные вызывать развитие туберкулеза. Эти бактерии были открыты в 1882 гю немецким ученым Э.Кохом и получили название «палочки Коха». Туберкулез – чрезвычайно опасное заболеваниею Третья часть населения всей планеты инфицирована палочкой Коха. В год до 3-х миллионов человек умирает от обострений этой болезни. Среди инфекционных болезней туберкулез и связанные с ним осложнения стоят на первом месте по смертности. Важно знать, что туберкулезные палочки поражают множество таканей и органов нашего организма: легкие, нервную систему, кроветворную систему, кости и суставы, почки, кожные покровы. В последние годы появились новые опасные штаммы бактерий, устойчивые в современным антибиотикам и борьба против туберкулеза далеко не закончена. Еще одной опасной инфекцией, вызываемой палочковидной микобактрией является проказа ( или лепра), ее возбудитель – Mycobacterium leprae. Эти бактерии также поражают множество органов нашего организма. В прошлом прокаженные были изгоями, их изолировали и большинство из них умирало мучительной смертью. К счастью, проказа – малозаразное заболевание и внастоящее время она успешно вылечивается современными лекарственными средствами, если лечение начато своевременно.

Микоплазмы

Одни из самых мелких (до 0,2 мкм) бактерий, лишенных клеточной стенки Большинство – паразиты, обитающие в межклеточных пространствах органов растений, животных и человека/

В последние годы внимание ученых обращено ещё на одно удивительное свойство бактерий – их способность продуцировать антибиотики белковой природы. Они получили наименование – бактериоцины. Биосинтез бактериоцинов кодируется генами плазмид – коротких кольцевых молекул ДНК, не входящих в основную ДНК бактерии. Синтез идет на рибосомах. Это высокомолекулярные соединения, их молекулярный вес достигает 50-90 тыс. дальтон. Бактериоцины синтезируются большинством известных групп грамположительных и грамотрицательных бактерий и действуют как антибактериальные вещества, убивающие конкурирующие виды бактерий. Примерами известных сейчас бактериоцинов служат такие вещества как: ацидоцин, баварицин, лактицин и др. (выделяемые молочно-кислыми бактериями), бактериоцин (выделяемый стрептококками), энтерококцин, энтероцин (выделяемые энтеробактериями) и другие. Исследование бактериоцинов и их способности к подавлению роста различных бактерий позволило использовать их в молочной и мясной промышленности для предотвращения развития нежелательных микроорганизмов в продуктах. Бактериоцины: стафилокцин А, эпидермин прошли клинические испытания при лечении ангин, нагноений, дерматозов. Ведутся активные исследования разных бактериоцинов для применения в курсах химиотерапии раковых заболеваний.