Описанные выше кишечные микроорганизмы находятся в симбиозе с млекопитающими, в организме которых они обитают. Симбиозом (в буквальном смысле-сожительство) называют такие взаимоотношения между двумя организмами, при которых каждый организм извлекает пользу от присутствия другого и не может существовать без него. Например, воловья птица, обитающая в Африке, проводит большую часть жизни, выклевывая паразитов из шкуры африканских растительноядных млекопитающих. Птица при этом обеспечена пищей, а млекопитающее избавляется от паразитов, которые могли бы угрожать его здоровью.
Симбиотические бактерии обитают как в пищеварительном тракте, так и на поверхности тела почти всех позвоночных животных; эти бактерии необходимы животному организму для нормальной жизнедеятельности. Для научных исследований животных иногда выращивают в стерильных условиях. Такие животные, не обладающие обычным набором симбиотических бактерий, гораздо слабее, чем их нормальные сородичи. Многие стерильные животные гибнут от бактериальных инфекций, не причиняющих вреда нормальным животным. В чем же преимущество жизни в столь тесном контакте с симбиотическими бактериями?
Симбиотические бактерии, обитающие в пищеварительном тракте человека («кишечные симбионты»), снабжают его витаминами, аминокислотами и энергией. Некоторые бактерии синтезируют аминокислоты из мочевины и аммиака, на что животные не способны. Это особенно важно, если пища содержит мало белков. Лучше всех используют кишечных симбионтов жвачные, пищеварительный тракт которых населяет множество бактерий, синтезирующих витамины; благодаря этому их потребность в витаминах гораздо меньше, чем
Симбиоз, или взаимовыгодное сожительство двух или более организмов, известен уже давно. Но это никак не отменяет того факта, что многие нюансы данного явления до сих пор не изучены или изучены слабо.
Впервые это удивительнейшее природное явление обнаружил швейцарский ученый Швенденер в 1877 году. В то время он как раз исследовал лишайники. К его глубочайшему изумлению оказалось, что эти организмы являются составными, образованными колониями грибов и одноклеточных простых водорослей. Сам термин «симбиоз» в научной литературе появился несколько позднее. Точнее, его предложил в 1879 году де Пари.
С самим понятием люди разобрались сравнительно быстро, но зато остался вопрос с трофикой. Чем вообще питаются некоторые виды симбиотических организмов? В случае с теми же лишайниками было понятно, что водоросли живут за счет фотосинтеза, но вот откуда получает питательные вещества грибной компонент? Если вы тоже не знаете ответа на этот вопрос, предлагаем прочесть нашу статью.
Общие сведения
Современные ученые выяснили, что симбионты - это организмы, которые питаются (чаще всего) тем же, что потребляет доминирующий организм. Впрочем, это очень грубое и не слишком корректное определение, а потому следует описать несколько наиболее интересных случаев подробнее.
Вы наверняка сможете привести несколько примеров самостоятельно. Так, полезные бактерии для человека в большом количестве имеются в ацидофильных йогуртах. Люди дают этим простейшим прекрасную среду обитания, а бактерии обеспечивают идеальное функционирование нашего желудочно-кишечного тракта.
К слову, этим воспользовался небезызвестный Кутушов. Симбионты, культуры которых он продает, обеспечивают значительное улучшение функционирования ЖКТ даже у пожилых людей, у которых с этим зачастую наблюдаются большие проблемы.
Водоросли как главные симбионты
Биологи давно выяснили, что без участия водорослей не обходится ни одна симбиотическая пара организмов. Причем речь идет не только о водных, но и о сугубо сухопутных организмах. Они умудряются вступать во взаимовыгодные отношения как друг с другом, так и с бактериями, грибами, Следует знать, что перечень водорослей, которые способны к симбиозу, довольно ограничен.
Необычные формы взаимоотношений водорослей с прочими организмами
Лишайники и ленивцы - пример долгосрочных стабильных отношений между двумя формами жизни. Но далеко не всегда симбионты-бактерии и водоросли образуют с другими организмами столь прочные и длительные союзы. Так, они нередко просто селятся на поверхности Конечно, о полноценном симбиозе в этом случае речи не идет. Такое явление называется эпифитированием. Мельчайшая пленка из простейших водорослей часто покрывает не только раковины моллюсков, но и поверхность тела некоторых водоплавающих птиц и морских животных. Так, водоросли-эпифиты в больших количествах селятся даже на гигантских китах.
Ученые до сих пор не могут договориться о том, с какой точки зрения следует рассматривать взаимоотношения между эпифитом и многоклеточным организмом. Некоторые считают, что данное явление лучше принимать как примитивную, первичную версию симбиотических отношений.
Справедливости ради, согласиться с такой точкой зрения сложно. Эпифиты и впрямь не наносят прямого вреда организмам, на поверхности которых они селятся, вот только и пользы (видимой во всяком случае) от них также не наблюдается.
Вред от эпифитов
Но! Явление эпифитизма изучено очень и очень плохо. Вполне возможно, что эти отношения на самом деле приносят пользу не только водорослям, но и многоклеточным организмам. Загадка все еще ждет своего исследователя. А чем питаются симбионты, если обитают внутри клетки высшего животного или растения?
Внутриклеточные симбионты
Не так уж и редко симбионты могут жить внутри клеток своего «хозяина». Если говорить о тех же водорослях, то их называют эндофитами. Они образуют эндосимбиозы, которые уже намного сложнее вышеописанных явлений. Между партнерами в этом случае уже образуются тесные, прочные и долговременные связи. Их главное отличие заключается в том, что выявляются такие симбионты-простейшие только в результате достаточно подробных и сложных цитологических исследований.
Важно! Ученые сравнительно давно доказали, что важнейшие клеточные органоиды - митохондрии у животных и хлоропласты у растений - образовались в незапамятные времена именно благодаря симбиотическим отношениям. Когда-то они были самостоятельными организмами.
В какой-то момент эти внутриклеточные симбионты перешли к полностью «оседлому» существованию внутри живой клетки, а затем и вовсе стали зависимыми от нее, передав управление своим геномом в ее ядро (частично). Так что можно смело заявлять о том, что все ныне известные формы жизни, которые стремятся к взаимовыгодному существованию, имеют все шансы когда-то стать единым целым с теми организмами, с которыми у них сегодня существуют партнерские отношения.
Как симбионты проникают внутрь клетки?
Как микроорганизмы оказываются в клетках высших животных и растений? Некоторые виды обладают специально предназначенными для этого механизмами. Причем нередко они имеются не у самого симбионта, а у «принимающей стороны». Есть такой мелкий водный папоротник - азолла (Azolla). На нижней полости его листьев имеются узкие проходы, которые ведут в каверны, специализирующиеся на выделении слизи. Вот в эти-то полости и попадают сине-зеленые водоросли анабены (Anahaena azollae), которые заплывают в каверны вместе с током воды.
Папоротник растет, каналы зарастают, водоросли остаются в полной изоляции. Ученые долго пытались создать на базе азоллы колонии других видов, но никакого успеха они так и не достигли. Можно с уверенностью говорить о том, что образование симбиотической связи возможно только в случае полного совпадения ряда параметров. Кроме того, подобный союз отличается ярко выраженной видовой специфичностью.
Таким образом, симбионты - это организмы, которые питаются благодаря специфичным для своего вида процессам (азотфиксирующие микроорганизмы), разделяют ценные вещества с партнером, но при этом нуждаются в определенных условиях, которые может предоставить только он.
Чем выгодно такое сосуществование?
Отметим, что внутри полостей азоллы находится много азотистых соединений. которые попадают внутрь организма папоротника, не только активно их усваивают, но и полностью лишаются способности к самостоятельной фиксации атмосферного азота. Организмы-симбионты отвечают взаимностью, снабжая папоротник кислородом и некоторыми органическими веществами.
Следует заметить, что эти симбионты не претерпевают практически никаких изменений в своей внутренней организации. Впрочем, так дела обстоят далеко не во всех случаях внутриклеточного симбиоза. Чаще всего те водоросли, которые вступают во взаимовыгодное сотрудничество с другими организмами, отличаются полной редукцией клеточной оболочки. К примеру, такое происходит у сине-зеленых водорослей, которые образуют симбиотическую связь с некоторыми видами
Термиты и внутриклеточные симбионты
Сравнительно долгое время все ученые пребывали в недоумении, размышляя о процессах пищеварения термитов. Как этому биологическому виду удается процветать, питаясь одной только древесиной? Сравнительно недавно было все же выяснено, что за непосредственную переработку древесной целлюлозы отвечают мельчайшие симбионты-бактерии, являющиеся симбионтами простейших, которые обитают в кишечнике самих термитов. Такая вот сложная, но весьма действенная схема.
Вот только исследователи все равно не понимали, откуда насекомые берут достаточное количество энергии: как-никак, целлюлоза в любом случае не отличается особой питательностью. Кроме того, им требуется огромное количество азота. Такого объема в переваренной древесине деревьев нет просто по определению. Недавно ученые из Японии пришли к феноменальному результату, который ими был получен при тщательном изучении генома симбионтов жгутиконосцев, живущих в ЖКТ термитов.
Что же оказалось в их геноме?
Там много интересного. В частности, ученые смогли обнаружить не только те гены, которые отвечают за выработку фермента для разрушения целлюлозы, но и те, которые ответственны за азотфиксацию. Последняя представляет собой сложнейший процесс связывания атмосферного азота с образованием тех его форм, которые могут быть усвоены растительным или животным организмом. Это чрезвычайно важно, так как полученный таким способом азот используется термитами и их жгутиконосцами для синтеза белка.
Проще говоря, в рассмотренном случае симбионты - это организмы, которые питаются древесиной, потребляемой термитами. Симбионты симбионтов жгутиконосцев) отвечают за фиксацию азота, без которого не сможет жить ни сам термит, ни его «постояльцы».
Бобовые растения и симбионты
Раз уж мы вспомнили об азотфиксирующих бактериях, никак нельзя не сказать о бобовых растениях. Они, как помнит всякий, кто изучал ботанику, отличаются поразительно высоким содержанием растительного белка. Это обстоятельство также с давних пор чрезвычайно удивляло ученых. Бобы умудрялись образовывать достаточное количество протеина даже в тех условиях, когда в почве практически не было азота!
Оказалось, что его поступление обеспечивали организмы симбионты. Да-да, это были все те же азотфиксирующие бактерии, удобно проживающие в клубеньках на корнях всех бобовых растений. Они извлекают драгоценный азот из воздуха, переводя его в хорошо усвояемую форму.
Коммерческое использование симбионтов
Неудивительно, что медики с давних пор культивируют полезные бактерии для человека. Сперва это происходило в виде производства йогуртов и других молочнокислых продуктов, но сегодня исследования вышли на совершенно новый уровень.
Особенно известными на сегодняшний день стали симбионты Кутушова. Что это такое? В настоящее время под этой товарной маркой продаются культуры кисломолочных организмов, которые улучшают процессы пищеварения.
Все симбионты Кутушова (точнее, их культуры) основаны исключительно на древних монгольских рецептах блюд из кисломолочных продуктов. Так что они действительно способны улучшить ваше общее самочувствие и даже внешний вид.
Разработал их ученый Кутушов. Симбионты в культурах тщательно подобраны, они обеспечивают организм человека ценными аминокислотами и микроэлементами. Именно за счет этого и достигается положительный эффект.
72. Основы экологии микроорганизмов. Симбионты организма человека. Пищеварительный тракт. Проблема дисбактериоза.
Совокупность микробных биоценозов, встречающихся в организме здоровых людей, составляет нормальную микрофлору человека. Заселение бактериями различных частей тела, органов и систем организма начинается в момент рождения человека и продолжается на протяжении всей его жизни. Формирование качественного и количественного состава нормальной микрофлоры регулируется сложными антагонистическими и синергическими отношениями между отдельными ее представителями в составе биоценозов.
Состав микрофлоры может меняться в зависимости: от возраста, от условий внешней среды, от условий труда и социальной сферы, от рациона питания, от перенесенных заболеваний, от травм, от стрессовых ситуаций
Любой человеческий организм содержит две группы микроорганизмов
1. Постоянная (резидентная или естественная микробиота): Стабильный состав. Обычно обнаруживаются в определенных местах тела человека определенного возраста. После нарушений состав быстро спонтанно восстанавливается
2. Транзиторная (временная микробиота): Не обитает постоянно. Попадает на кожу или слизистые оболочки из окружающей среды, не вызывая заболеваний. Быстро отмирают
Присутствие транзиторной микрофлоры определяется:
*поступлением микробов из окружающей среды
*состоянием иммунной системы организма хозяина
*составом постоянной нормальной микробиоты
Однако если в составе нормального ценоза и/или в состоянии иммунной системы макроорганизма происходят изменения, транзиторные микроорганизмы могут вызывать заболевания – эндогенные инфекции.
Микрофлора ЖКТ локализуется не только в просвете кишечника, но и в слизи, прокрывающей эпителий и в самой оболочке.
Экологические ниши для представителей автохтонной микрофлоры:
1. Пристеночная:
а) Облигатная группа анаэробных микроорганизмов располагается в глубоких слоях кишечной слизи и в криптах ворсинок
б) Факультативная группа – в поверхностных слоях слизи
2. Просветная: Транзиторная микрофлора находится в просвете кишечника
Полость рта является благоприятной средой обитания для многих видов бактерий; в ней имеется достаточное количество питательных веществ, оптимальная температура, слабощелочная реакция.
В ней находятся естественные обитатели: молочнокислые бактерии:
Lactobacillus acidophilus, L. salivarius, L. casei, L. plantarum, L. fermenti, L. buchneri;
Treponema macrodentium,
бактерии родов Micrococcus, Streptococcus (преобладают Str. salivarius), Corinebacterium, Entamoeba gingivalis
Иногда встречаются бактерии родов Bacterioides, Wolionella.
Энтерококки, по данным некоторых авторов, тоже относятся к резидентным микроорганизмам, а вот появление в ротовой полости бактерий родов Klebsiella и Escherichia свидетельствует о развитии серьезного дисбактериоза. В полости рта обнаруживают посторонние или заносные микробы, которые поступают из внешней среды вместе с пищей, водой и воздухом.
Большое количество микробов обнаруживают у шейки зубов, в промежутках между зубами, в участках, малодоступных обмыванию слюной и действию лизоцима, содержащегося в слюне и мокроте. В развитии микроорганизмов в органах полости рта важную роль играют химический состав твердых тканей и пульпы зуба, а также биохимические процессы, происходящие в них.
В миндалинах довольно часто обитают стрептококки, стафилококки, аденовирусы
В условиях физиологической нормы в содержимом желудка микробы не обнаруживаются вовсе, либо их количество в 1 мл не превышает 103, встречаются кислотоустойчивые бактерии. Наиболее часто встречаются: Lactobacillus , Streptococcus , Sarcina , грибы. Лактобактерии желудка представлены в основном L . acidophilus и L . fermenti , реже L . casei и L . bravis .
Обнаружение бактерий родов Escherichia и Bacterioides может свидетельствовать о патологии желудочно-кишечного тракта.
В тощей кишке здоровых людей среда может быть стерильной, хотя чаще в верхних отделах обнаруживают бактерии родов Streptococcus , Staphylococcus , молочнокислые палочки, грамположительные аэробы и грибы. Общее количество микроорганизмов в этом отделе не превышает 104–105 клеток в 1 мл кишечного содержимого. В дистальном отделе подвздошной кишки количество увеличивается до 107–108, появляются анаэробные бактерии.
В микробном биоценозе толстой кишки практически здорового взрослого человека преобладает анаэробная микрофлора (96–99 % от всего количества микроорганизмов в 1 мл кишечного содержимого)
Функции микроорганизмов желудочно-кишечного тракта:
*Антагонистическая функция
*Витаминообразующая функция.
*Иммунизирующая функция.
*Участие микрофлоры кишечника в обмене веществ.
Механизм развития патологических проявлений до сих пор до конца не изучен.
Дисбактериоз сопряжен с нарушениями в состоянии иммунной системы. Нарушение нормофлоры, состояние иммунного статуса и проявление болезни дисбактериоза следует рассматривать в единстве. Роль пускового механизма в каждом конкретном случае может принадлежать любому из этих компонентов триады.
стадий развития дисбиоза кишечника:
1-я стадия – изменения бифидо- и лактофлоры в количественном составе, появление Е. coli со сниженной ферментативной активностью;
2-я стадия – к предыдущим изменениям добавляется выделение гемолитических штаммов Е. coli, повышение содержания условно-патогенных энтеробактерий (УПЭ) в моноварианте;
3-я стадия – состояние 2-й стадии усугубляется выделением УПЭ в ассоциациях между собой, повышение содержания протеев.
Классификация (1973 г.) О.П. Марко и Т.К. Корневой и дополненная Й.Б. Куваевой и К.С. Ладодо (1991). 1. Степень (Д I) – латентная фаза дисбактериоза, проявляется только в снижении на 1–2 порядка количества защитной молочно-кислой флоры – бактерий родов Bifidobacterium , Lactobacillus , а также полноценных кишечных палочек, до 80 % общего количества. Остальные показатели соответствуют физиологической норме. В этой фазе возможно вегетирование в кишечнике отдельных представителей условно-патогенной флоры в количестве 103. Как правило, начальная фаза не вызывает дисфункций кишечника. Изменения достаточно стойкие.
2. Степень (Д II) – пусковая фаза, характеризуется выраженным дефицитом бактерий рода Bifidobacterium на фоне нормального или сниженного количества бактерий рода Lactobacillus или их сниженной кислотообразующей активности, дисбалансом в количестве и качестве кишечных палочек; при этом снижается количество полноценных бактерий рода Escherichia . На фоне дефицита защитных компонентов кишечного микробиоценоза происходит размножение либо коагулирующих плазму бактерий рода Staphylococcus , либо Proteus до 105 и выше КОЕ/г, либо грибов рода C а ndida . Функциональные расстройства пищеварения выражены неотчетливо. Изменения микрофлоры держатся длительно
3. (Д III) – фаза агрессии аэробной флоры, характеризуется отчетливым нарастанием содержания микроорганизмов с признаками агрессии. В ассоциации размножаются до десятков миллионов Staph. aureus и Proteus mirabilis или других видов Proteus, гемолитические бактерии родa Enterococcus, происходит замещение полноценных бактерий родa Escherichia бактериями родов Kiebsiella, Enterobacter, Citrobacter и др. Эта фаза дисбактериоза, как правило, проявляется дисфункциями и развивается на фоне расстройства его моторной, всасывательной и ферменто-выделительной деятельности. Сдвиги в микрофлоре толстого кишечника сопровождаются бактериальным заселением вышележащих отделов желудочно-кишечного тракта, вплоть до ротовой полости. Снижается иммунологическая реактивность макроорганизма и возникают ответные его реакции на микрофлору.
4. Степень (Д IV) – фаза ассоциированного дисбактериоза, характеризуется глубоким дисбалансом кишечного микробиоценоза с изменением количественных соотношений основных групп микроорганизмов, их биологических свойств, осуществляемых ими биохимических процессов, накоплением энтеротоксинов, цитотоксинов и других токсических метаболитов. В этой фазе необходимо особенно тщательно изучать представителей семейства Enterobacteriaceae , так как возможно вегетирование энтеропатогенных серотипов Е. coli , бактерий родов Salmonella , Shigella и других возбудителей острых кишечных инфекций. Эта фаза сопровождается функциональными расстройствами пищеварительной системы и нарушениями общего нутритивного статуса. Изменения в микрофлоре толстого кишечника сопровождаются выходом симбионтов за пределы кишечного тракта и выявлением их в других органах и субстратах (кровь, моча и др.). Появляются дополнительные очаги патологического процесса (метастатированный дисбактериоз).
Причины дисбактериоза кишечника
* нео- и постнатальная патология ребенка, в том числе внутриутробное инфицирование плода, недоношенность, врожденные дефекты желудочно-кишечного тракта
* нарушение естественного вскармливания ребенка, в том числе позднее прикладывание ребенка к груди матери; искусственное вскармливание пастеризованным донорским молоком или питательными смесями, переход с естественного вскармливания на прикорм и докорм; у взрослых – нарушение режима питания;
Причины дисбактериоза кишечника:
1. Микробной природы: брюшной тиф, дизентерия, вирусный гепатит,ротовирусная и энтеровирусная инфекции, сальмонеллезы, эшерихиозы, кампилобактериозы
2. Немикробной природы: хронический гастрит, язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки, дисферментозы различного генеза, заболевания печени, болезни поджелудочной железы
Причины дисбиозов: микробное заболевание других органов и тканей: сепсис, пневмония, гнойная хирургическая инфекция и др.; длительная антибиотико-, химио- и гормонотерапия; длительное пребывание в стационарах различного профиля и, как следствие, колонизация кишечника госпитальными штаммами микроорганизмов (S. aureus, Klebsiella, Pseudomonas и др.); длительное пребывание в условиях замкнутой экологической системы с однообразными условиями питания (космонавты, подводники, полярники и т.д.); беременность, другие гормональные изменения, психические заболевания, стресс, неблагоприятная экологическая обстановка
В зависимости от причины различают:
*«пищевой» дисбактериоз носит временный характер, нивелируясь при адекватной организму диете;
*«стрессорный дисбактериоз» регистрируется при длительном пребывании в необычных условиях (тяжелая физическая работа и др.);
*«возрастной» и «сезонный» дисбактериоз возникает у здоровых людей, что говорит об условности нормы для кишечного микробиоценоза;
*«лекарственные», особенно антибиотико-зависимые дисбактериозы отличаются наибольшей стабильностью и могут иметь серьезные последствия.
Питание бактерий. Автотрофы и гетеротрофы.
Дыхание бактерий
По способу получения энергии бактерии можно разделить на две группы: аэробы и анаэробы. Аэробные бактерии для расщепления органических веществ используют кислород. При расщеплении выделяется энергия, которая расходуется на процессы жизнедеятельности. Поэтому аэробные бактерии могут жить только в кислородной среде, необходимой для их дыхания.
Анаэробные бактерии получают энергию в результате бескислородного расщепления органических веществ - брожения или гниения.
Анаэробные бактерии были открыты французским биологом Луи Пастером в 1861 году. Это открытие ошеломило ученых-биологов, так как все считали, что жизнь обязательно связана с дыханием, то есть использованием кислорода. Первой анаэробной бактерией, открытой Л. Пастером, оказалась клостридиум бутирикум - бацилла, вызывающая брожение углеводов.
Брожением называют бескислородное ферментативное расщепление углеводов.
Молочнокислые бактерии, например, расщепляют молекулу глюкозы на две молекулы молочной кислоты. Выделяющуюся при этом энергию они используют для процессов жизнедеятельности. Химическими символами эту реакцию можно записать следующим образом:
С 6 Н 12 0 6 2 С 3 Н 6 0 3 + ЭНЕРГИЯ
Такие реакции происходят при скисании молока, изготовлении кефира, при квашении капусты, мочении яблок, силосовании. Сахара, содержащиеся в молоке, овощах, фруктах, расщепляются до молочной кислоты, и бактерии получают необходимую для них энергию. Но при этом постепенно повышается кислотность среды, и она становится непригодной для жизни бактерий. Поэтому после брожения пищевые продукты могут сохраняться длительное время.
Анаэробные бактерии подразделяются на облигатные, которые не могут жить в присутствии кислорода, и факультативные, живущие как в кислородной среде, так и в бескислородной.
По способу питания бактерии можно разделить на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы.
Автотрофами называют бактерии, которые способны синтезировать органические вещества из неорганических.
Если для синтеза используется солнечная энергия, то бактерии называют фотосинтетиками, а если энергия, выделяющаяся при различных химических реакциях, - хемосинтетиками.
Все автотрофы имеют две большие группы ферментов. Одни обеспечивают синтез простых органических веществ из неорганических, а другие, используя эти вещества (глюкозу и др.), синтезируют сложные органические соединения (крахмал, муреин, белки и др.).
К бактериям-фотосинтетикам относятся Пурпурные и Зеленые бактерии. В отличие от растений они получают водород (Н) не из воды (Н 2 0), а из сероводорода (Н 2 S). Химическими символами реакцию бактериального фотосинтеза можно записать следующим образом:
СО 2 + Н 2 S С n Н 2 n О n + Н 2 0 +S
При этой форме фотосинтеза кислород не выделяется, а в клетках бактерий накапливается сера. Такой тип фотосинтеза называют анаэробным.
Бактерии-фотосинтетики обитают чаще всего в водоемах на поверхности ила, а некоторые виды - в горячих источниках.
Иной характер фотосинтеза (аэробный) у цианобактерий. Это древнейшие организмы, появившиеся на нашей планете около 3 млрд. лет назад. Обитают преимущественно в пресных водоемах, вызывая иногда «цветение воды». Некоторые виды живут в морях и океанах, а также на суше, образуя на почве, камнях и коре деревьев зеленые налеты.
Фотосинтез цианобактерий подобен этому процессу у растений, и, используя химические символы, его можно выразить таким уравнением:
СO 2 + H 2 O C n H 2 n O n + O 2
Именно цианобактерии 800 млн. лет были единственными поставщиками кислорода в атмосферу.
Бактерии-хемосинтетики были впервые обнаружены русским ученым С. Н. Виноградским в 1890 году. Эти бактерии используют энергию, выделяющуюся при окислении соединений аммиака, азота, железа, серы.
Бактерии-гетеротрофы используют для питания готовые органические вещества, вырабатываемые организмами, либо остатками мертвых тел.
Способов получения необходимой энергии у этих бактерий два: брожение и гниение.
Гниением называют анаэробное ферментативное расщепление белков и жиров.
Если бактерии для жизнедеятельности используют остатки мертвых тел, то их называют сапротрофами. Знаменитый французский микробиолог Луи Пастер еще в конце XIX века указал на исключительно важную роль бактерий-сапротрофов в природе. Эти бактерии совместно с плесневыми грибами являются редуцентами (от лат. Reduce - возвращать). Расщепляя органические остатки до минеральных солей, они очищают нашу планету от трупов животных и остатков растений, обеспечивая живые организмы минеральными солями, и замыкают круговорот веществ в природе.
В то же время бактерии гниения, попадая на продукты питания, вызывают их порчу. Для защиты продуктов питания от редуцентов их подвергают сушке, маринованию, копчению, засолке, замораживанию, квашению или специальным методам консервирования - пастеризации или стерилизации.
Луи Пастер разработал метод сохранения жидких пищевых продуктов (молока, вина, пива и др.), который назвали пастеризацией. Для уничтожения бактерий жидкость нагревают до температуры 65 - 70°С и выдерживают 15 - 30 минут.
Полное уничтожение бактерий достигается путем стерилизации. При этом продукты выдерживают при 140°С около 3 часов, либо обрабатывают их газами, жестким излучением и т. д.
Патогенные бактерии вызывают такие заболевания, как холера, чума, туберкулез, воспаление легких, сальмонеллез, возвратный тиф, ангина, дифтерия, столбняк и многие другие болезни человека, а также различные заболевания животных и растений.
Изучение патогенных бактерий было начато еще Л. Пастером и получило развитие в работах Роберта Коха, Е. Смита, Данилы Самойловича, Ш. Китасато.
Издавна было известно, что бобовые растения повышают плодородие почвы. Об этом писали еще Теофраст и римский ученый Гай Плиний Старший.
В 1866 году известный русский ботаник и почвовед М. С. Воронин обратил внимание, что на корнях бобовых растений имеются ха
рактерные вздутия - клубеньки, которые образуются в результате жизнедеятельности бактерий.
Лишь 20 лет спустя голландский микробиолог Мартин Бейеринк сумел доказать, что бактерии поселяются на корнях бобовых растений, получая от них готовые органические вещества, а взамен дают растению столь необходимый для них азот, который усваивают из воздуха.
Так был открыт симбиоз бактерий с растениями. Дальнейшие исследования показали, что не только с растениями, но и с животными и даже с человеком. В кишечнике человека поселяется несколько видов бактерий, которые питаются остатками непереварившейся пищи, давая взамен витамины и некоторые другие вещества, необходимые для жизнедеятельности человека.
Бактериальные симбионты человека составляют его нормальную микрофлору. Они живут в кишечнике, на коже, на слизистых, обеспечивая либо защиту (конкурентным способом не давая другим, зловредным, бактериям заселить эти участки), либо участвуя в переваривании пищи и синтезировании некоторых, необходимых человеку витаминов. Мы уже упоминали симбионта человека кишечную палочку. Всего к нормальной микрофлоре человека относится около 500 видов бактерий. Если убить всех бактерий на коже или в кишечнике человека, то ничего хорошего из этого не получится. Роль нормальной микрофлоры изучена на стерильных животных. В специальных условиях выращивают животных (крыс или мышей), и смотрят, что с ними происходит в отсутствии бактерий. Надо отметить, что живут они не очень хорошо. Таким образом, каждый реальный человек – это не просто представитель вида Homo sapiens , а целая коллекция различных организмов.
Половым путем также могут передаваться вирусы, например, вирус герпеса. Вирус герпеса вызывает образование пузырьков на коже, наполненных вирусными частицами ("лихорадку"). Среди населения западных стран 70-90% инфицированы вирусом герпеса, у 30% бывают высыпания, у 10% - генитальные формы заболевания. Половым путем могут передаваться вирусы иммунодефицита человека (вызывает СПИД - синдром прогрессирующего муунодефицита), гепатита В и С (поражают печень), папилломавирусы (вызвают разрастания кожного эпителия и образование бородаок; некоторые виды проводируют развитие рака).
Среди возбудителей заболеваний, передающихся половым путем, ранее других были описаны гонококк, бледная спирохета и эукариотический орагнизм трихомонада. Долгое время, ели у больного имелись признаки мочеполовой инфекции, но ни один из этих трех возбудителей не был выявлен, ему ставили диагноз "неспецифический уретрит". Однако во второй половине ХХ века были найдены возбудители "неспецифического" воспаления. К ним относятся гарднерелла, хламидия, уреаплазма, микоплазма и некоторые другие виды. Вызываемые ими заболевания отличаются тем, что часто проходят малосимптомно, остаются незамеченными носителем и переходят в хроническую форму. Хотя бы один из этих возбудителей встречаются у 30-50% людей, у части людей (имеющих несколько половых партнеров) можно обнаружить целый "букет" возбудителей. До сих пор некоторые врачи считают, что эти бактерии неопасны. Это, неверно, давно уже показано, что эти бактерии являются не только возбудителями мочеполовых инфекций, одним из самых тяжелых осложнений которых является бесплодие, но и ряда общих заболеваний, просто устоявшиеся представления меняются медленно.
Бактерия гарднерелла, вызывающее гарднереллез – воспалительное заболевание мочеполовых путей - была описана в середине двадцатого века. Гарднерелла немного крупнее гонококка, имеет характерное для прокариот строение. В препаратах, полученных от больных, клетки эпителия полового тракта выглядят как бы «приперченными»; эти перчинки - как раз и есть гарднереллы. Они также вызывают воспаление урогенитального тракта, и самым тяжелым последствием такого заболевания является бесплодие.
