Бактерии, краткое описание и роль в жизни планеты и человека

Бактерии существовали с самого начала истории жизни на земле. Как и вирусы, они наши вечные спутники. Они повсюду. Есть гипотезы, что бактерии впервые появились на земле примерно 4 миллиарда лет назад, и они были первыми формами жизни. Считается, что клетки, из которых состоит все живое на земле, также содержат то, что когда-то было бактериями. В этой статье описано: что такое бактерия, кратко — общие понятия о бактериях, их роль в жизни человека и экосистемы планеты в целом.

Что такое бактерия

Бактерии — это одноклеточные живые организмы, самый распространенный вид организмов на нашей планете. Они живут в самых разных средах обитания: в почве, воде, воздухе, а также внутри других живых организмов. Например, в теле человека живут несколько триллионов бактерий. Бояться этого не следует — бактерии далеко не всегда вредят человеку. Напротив, многие бактерии очень полезны для людей: они помогают нам переваривать пищу, синтезировать витамины, а также наслаждаться многообразием кисломолочной продукции — сырами, кефиром, сметаной и т. п.

Некоторые бактерии помогают человеку изготавливать шелк, производить кофе, табак, а разлагая белки и аминокислоты, поддерживают круговорот веществ в природе.

Разумеется, не все бактерии полезны для человека. Некоторые портят пищевые продукты, провоцируя их гниение, а самые опасные вызывают болезни. Но лишь самые вредные, патогенные бактерии, инфицируют человека сразу же при попадании в организм. Примеры таких заболеваний — туберкулез, сифилис, ангина. Находятся и условно-патогенные бактерии, которые начинают вредить только в определенных условиях, например из-за общего снижения иммунитета или злоупотребления антибактериальными средствами.

Дрожжи в посудомоечной машине

Доктор Лия Феазель из Университета Колорадо несколько лет назад проверила, что живет в таких местах. Он обнаружил много бактерий из рода Sphingomonas, Methylobacterium, а также из рода Mycobacterium, которые связаны с микобактериями туберкулеза и могут вызывать инфекции у людей с ослабленной иммунной системой.

В потоке воды из душа бактерий в 100 раз больше, чем в водопроводной воде. Однако, их трудно полностью смыть, поскольку клетки микобактерий имеют восковое покрытие, позволяющее им прилипать к разным поверхностям.

Дрожжи из рода Exophiala справляются ещё лучше: их можно найти в раковинах и посудомоечных машинах. В 60 процентах образцов, взятых из посудомоечных машин в 101 городе на шести континентах, эти грибки были обнаружены на резиновых дверных уплотнителях. Это «тяжелые» микробы – устойчивые к нагреванию, высокой концентрации соли, агрессивным моющим средствам, воде с кислотной и щелочной реакцией. Эти организмы могут представлять опасность для здоровья в будущем, потому что Exophiala dermatitidis может поражать легкие у пациентов с муковисцидозом (к счастью, очень редко).

В природе Exophialaони растут на кожуре тропических фруктов. Поэтому они имеют естественную предрасположенность к обитанию в посудомоечных машинах. С фруктами дрожжи попадают в пищеварительную систему плотоядных животных, где им приходится «купаться» в ванне с желудочной кислотой. Адаптации, которые позволяют микробам выживать в таких экстремальных условиях, могут благоприятствовать патогенным организмам.

Человек – постоянное место жительства бактерий

Ученые долгое время исследовали и продолжают изучать микробов и бацилл. Человек далеко не стерилен. Первые микроорганизмы на человеке появляются в момент его рождения. Это лактобактерии, необходимы для усваивания и переваривания молока матери или молочной смеси. Но, к сожалению, есть бактерии, которые несут только вред человеку.

Для того чтобы защитить свой организм, нам необходимо знать основные места обитания паразитирующих болезней.

Ротовая полость. Любимое место всех паразитов, в том числе и бацилл. Во рту содержатся сотни видов бактерий, грибков и вирусов.

Читайте также:  Анализ крови при глистной инвазии у ребенка
Группа Места обитания Последствия
Стрептококки группы А Глотка, дыхательные пути. Вызывают гнойничковые высыпания и болезни на коже, слизистых оболочках и мягких тканях. Также возникают ангина, фарингит, скарлатина и др.
Стрептококки группы В Носоглотка, ЖКТ. Сепсис, менингит, мастит, поражения кожи, перитониты.
Стрептококки mutans, anginosus и др. Ротовая полость, зубы Кариес.

Кожа – это не только орган терморегуляции, но и защитный слой от микробов и прочих паразитов. Однако и на ней могут поселиться бациллы, которые питаются ее ороговевшими частичками.

Человек – постоянное место жительства бактерий

Стрептококки на коже выделяют токсины, повреждая верхний слой. Также при снижении иммунитета они способны вызывать ангину и рожистые высыпания.

Бактерии — живые организмы, которые являются самыми давними обитателями Земли

На коже могут обитать и стафилококки. С ними чаще всего сталкиваются младенцы первого года жизни. С поверхности кожи бактерии попадают через рот и кишечник в кровь, вызывая тяжелые заболевания костей и органов.

Кишечник является местом скопления бактерий. Но 95% всех бактерий осуществляют пищеварение. Из них до 5% — это молочные и кишечные палочки, стафилококки, грибы и т. д. Всего 1% болезнетворных микробов при ослаблении иммунитета способен сразить человека наповал. Такой бактериальный дисбаланс вызывает у человека дисбактериоз. Начинается рост патогенных бактерий.

С грязными руками в организм попадает опасная бактерия хеликобактер пилори. Она способна вызвать язву желудка, и даже рак!

Строение бактерий

Бактериальная клетка не имеет оформленного ядра, покрыта оболочкой, состоящей из плазматической мембраны, клеточной стенки и (у многих видов бактерий) внешней слизистой капсулы.

Плазматическая мембрана полупроницаема и обеспечивает избирательное поступление веществ в клетку и выделение в окружающую среду продуктов обмена веществ. Она образует складчатые впячивания внутрь цитоплазмы (мезосомы). На мембранах мезосом находятся различные окислительно-восстановительные ферменты, участвующие в дыхании, и (у фотосинтезирующих бактерий) пигменты, участвующие в фотосинтезе. Т.е. мезосомы выполняют функции митохондрий (синтезируют АТФ), хлоропластов (осуществляют фотосинтез), комплекса Гольджи и эндоплазматической сети (накапливают и преобразуют органические вещества и осуществляют их транспорт внутри клетки и выведение за ее пределы).

Клеточная стенка — тонкая, прочная и эластичная, придает бактериальной клетке определенную форму, защищает ее содержимое от воздействия неблагоприятных факторов внешней среды и выполняет ряд других функций. Опорным каркасом клеточной стенки служит сетка из одного или несколько слоев муреина. В состав клеточной стенки бактерий не входят хитин и целлюлоза, характерные для клеток грибов и растений.

Слизистая капсула предохраняет клетку от высыхания и является ее защитным покровом, а также служит для образования колоний из отдельных клеток.

Генетический материал бактерий представлен нуклеоидом, не ограниченным мембранами и находящимся в центре клетки.

Нуклеоид (или бактериальная хромосома) — это зона, обычно находящаяся в центре бактериальной клетки, содержащая кольцевую молекулу ДНК и не ограниченная мембранами. Молекула ДНК в нуклеоиде не связана с гистоновыми белками и прикрепляется к выросту цитоплазматической мембраны в одной точке. Нуклеоид является носителем генетической информации и контролирует нормальный ход всех внутриклеточных процессов.

Строение бактерий

Молекула ДНК у бактерий имеет до 5 000 000 пар нуклеотидов; но суммарное содержание ДНК в одной бактериальной клетке значительно меньше, чем в ядерной (эукариотической).

Цитоплазма бактериальной клетки представляет собой смесь белков, жиров, углеводов, других органических соединений, минеральных веществ и воды и имеет зернистый вид. В ней содержится до 20 тысяч рибосом класса 70S (медленно осаждаемых), на которых синтезируются белки. В цитоплазме бактерий также содержатся многочисленные включения — гранулы запасаемых веществ. У некоторых бактерий в цитоплазме имеются плазмиды — небольшие кольцевые молекулы ДНК, участвующие в обмене генетической информацией между различными бактериальными клетками.

В клетках бактерий отсутствуют митохондрии, лизосомы, комплекс Гольджи и другие органеллы, однако в них хорошо развиты мембранные структуры в виде канальцев, пузырьков и тила-коидов, часто содержащих ферменты и пигменты и являющихся аналогами многих органелл эукариотической клетки.

Читайте также:  Где водится амеба-мозгоед, убившая ребенка в Техасе

Жгутики — это органоиды движения бактерий, состоящие из собранных в спираль глобул особого белка — флагеллина. Они берут свое начало под цитоплазматической мембраной, закрепляясь там с помощью пары дисков. Количество жгутиков у бактерии — от I до 50. У одних бактерий жгутики расположены только на одном конце клетки, у других — на двух или по всей поверхности. Способ расположения жгутиков является характерным признаком при классификации подвижных бактерий.

У некоторых безжгутиковых водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли, позволяющих погружаться в толщу воды, подниматься на ее поверхность или передвигаться в капиллярах почвы.

Разнообразие бактериальных болезней

Какие же заболевания могут быть вызваны бактериями?

Список бактериальных заболеваний человека огромен. Перечислим только самые распространенные: ангина, дифтерия, скарлатина, коклюш, сальмонеллез, столбняк, туберкулез, тиф, чума, холера, сибирская язва, менингит, отит, гонорея, сифилис.

Представим в виде таблицы наиболее часто встречающиеся болезни человека, которые вызываются бактериями, и их возбудителей.

Разнообразие бактериальных болезней
Болезнь Возбудитель
дифтерия бацилла Люффнера
сальмонеллез сальмонелла
сибирская язва бацилла антрацис
гонорея гонококк
сифилис бледная трепонема
брюшной тиф брюшнотифозная палочка
дизентерия шигеллы
холера холерный вибрион
чума палочка чумы
лептоспироз лептоспира
туберкулез микобактерия, или палочка Коха
рожа, пиодермия, ангина, скарлатина гнойный стрептококк
ревматизм бетагемалитический стрептококк
пневмония, бронхит, отит, гайморит, остеомиелит стафилококк

Респираторными заболеваниями являются болезни, которые передаются через дыхательные пути. Среди респираторных инфекций самыми распространенными являются пневмония, ринит, бронхит, фарингит, гайморит, ангина, или острый тонзиллит.

Возбудителями респираторных бактериальных инфекций являются пневмококки, стафилококки, стрептококки, менингококк, микоплазмы, микобактерии, коклюшная палочка.

Классы бактерий

Сегодня существует множество классификаций бактерий. Ученые разделяют их по типу строения, способности к передвижению и другим особенностям. Однако наиболее важными остаются классификации по Граму и по типу дыхания.

Среди всего разнообразия бактерий выделяют два крупных класса:

  • Анаэробные – те, которые способны обходиться без кислорода.
  • Аэробные – те, которым для жизнедеятельности нужен кислород.

Особенностью бактерий анаэробного типа является их способность жить в средах, где другие микроорганизмы не выживают. Наиболее опасны в этом плане глубокие загрязненные раны, в которых микробы развиваются стремительно. Характерными признаками роста популяции и жизни бактерий в организме человека являются такие:

  • Прогрессирующий некроз ткани.
  • Подкожные нагноения.
  • Абсцессы.
  • Внутренние поражения.

К анаэробам принадлежат болезнетворные бактерии, вызывающие столбняк, газовую гангрену, токсические поражения ЖКТ. Также анаэробный класс бактерий включает и многие условно-патогенные микробы, которые обитают на коже и в кишечном тракте. Опасными они становятся в том случае, если попадают в открытую рану.

К аэробному классу бактерий, вызывающих болезни относятся:

  • Туберкулезная палочка.
  • Холерный вибрион.
  • Палочка туляремии.
Классы бактерий

Жизнь бактерий может протекать и при малом количестве кислорода. Такие микробы называются факультативно аэробными, ярким примером группы являются сальмонелла и кокки (стрептококк, стафилококк).

В 1884 году датский врач Ганс Грам открыл, что разные бактерии по-разному окрашиваются под воздействием метиленового фиолетового. Одни сохраняют цвет после промывания, другие утрачивает его. На основе этого были выделены такие классы бактерий:

  • Грамотрицательные (Грам−) – обесцвечивающиеся.
  • Грамположительные (Грам ) – окрашивающиеся.

Окрашивание анилиновыми красителями – простая технология, которая дает возможность быстро выявлять характеристики мембранной стенки бактерии. У тех микробов, которые не окрашиваются по Граму, она более мощная и прочная, а значит, и бороться с ними сложнее.

  • Сифилис.
  • Лептоспироз.
  • Хламидиоз.
  • Менингококковая инфекция.
  • Гемофильная инфекция
  • Бруцеллез.
  • Легионеллез.

Класс бактерий Грам включает такие микроорганизмы:

  • Стафилококк.
  • Стрептококк.
  • Клостридии (возбудители ботулизма и столбняка).
  • Листерии.
  • Дифтерийная палочка.

Сегодня существует множество классификаций бактерий. Ученые разделяют их по типу строения, способности к передвижению и другим особенностям. Однако наиболее важными остаются классификации по Граму и по типу дыхания.

Диагностика

Реклама

  • Анализ крови с лейкоцитарной формулой. При бактериальной инфекции наблюдают повышенное число нейтрофилов. Когда увеличено количество палочкоядерных нейтрофилов, то говорят об остром инфекционном заболевании. Но если обнаруживаются метамиелоциты, миелоциты, то состояние больного характеризуется как опасное, и требует неотложной помощи медиков. С помощью такой диагностики можно выявить характер и стадию болезни.
  • Анализ мочи. Показывает, поражена ли мочевыделительная система бактериями, а также необходим для определения степени выраженности интоксикации.
  • Бактериологическое исследование с антибиотикограммой. С помощью этого анализа определяет вид возбудителя инфекции, и каким средством его можно убить (определяется так называемая чувствительность возбудителя к антибиотикам). Эти факторы важны для назначения корректной терапии.
  • Серологическое исследование. Основано на выявлении антител и антигенов, взаимодействующих специфическим образом. Для таких исследований берут венозную кровь. Этот метод эффективен, когда возбудителя выделить невозможно.
  • Рентген. Выполняют, чтобы дифференцировать специфические процессы в отдельных органах.
  • Инструментальная диагностика. Чаще используют УЗИ или лапароскопию. Эти методы нужны для изучения внутренних органов на предмет специфических поражений.

Назначение корректного лечения, его эффективность и риск осложнений напрямую зависят от своевременности диагностики. Обращаться к врачу следует при первых же тревожных симптомах – на приеме пациенту всегда назначают анализы.

Питание и рост бактерий

Бактерии резко отличаются по условиям, которые необходимы для их оптимального роста. С точки зрения потребностей в питании, все клетки нуждаются в источниках углерода, азота, серы, фосфора, многочисленных неорганических солей (например, калия, магния, натрия, кальция и железа) и большого количества других элементов, называемых микроэлементами (например, цинка, меди, марганца, селена, вольфрама и молибдена).

Бактерии также нуждаются в энергии.

Некоторые бактерии являются облигатными паразитами и растут только внутри живой клетки-хозяина. Например, хламидии, растут в эукариотических клетках человека или животного. Многие бактерии из природных сред существуют в тандеме с другими бактериями, и их трудно изолировать и культивировать отдельно от других членов этого партнерства.

Вода — это фундаментальное требование для жизни. Некоторые бактерии предпочитают соленую среду и поэтому называются галофилами. Такие бактерии встречаются в Мертвом море, в соляных рассолах и грязях. В этой стрессовой среде немногие формы жизни, кроме бактерий, могут выжить.

Какие заболевания могут быть вызваны бактериями

Бактерии, попадая в большом количестве в организм, вызывают различные болезни. Приведем список наиболее известных из них:

  • туберкулез – вызывает заболевание палочка Коха
  • пневмония – бактерия, которая приводит к заболеванию – стафилококк
  • холера – вызывает болезнь холерный вибрион

В данном списке представлена только малая часть известных и очень опасных для жизни заболеваний, которые вызывают бактерии. Существуют и другие заболевания. Более легкие, как правило, вылечиваются без осложнений. Иммунитет человека справляется с ними самостоятельно. Если же иммунная защита слабая, то потребуется антибактериальная терапия.

Чем отличаются пробиотики четвертого поколения?

При производстве препаратов с бифидобактериями этой группы учтена необходимость создания дополнительной защиты пищеварительного тракта и снятия интоксикации. Средства называют «сорбированными», потому что действующие бактерии расположены на частицах активированного угля.

Показаны при респираторных инфекциях, заболеваниях желудка и кишечника, дисбактериозе. Наиболее популярные препараты этой группы. Бифидумбактерин Форте — содержит живые бифидобактерии сорбированные на активированном угле, выпускается в капсулах и порошках.

Результативно защищает и восстанавливает кишечную флору после перенесенных респираторных инфекций, при острой гастроэнтерологической патологии, дисбактериозе. Препарат противопоказан людям с врожденной недостаточностью фермента лактазы, при ротавирусной инфекции.

Пробифор — отличается от Бифидумбактерина Форте количеством бифидобактерий, оно в 10 раз превышает предыдущий препарат. Поэтому лечение гораздо эффективнее. Назначается в тяжелых формах кишечной инфекции, при заболеваниях толстого кишечника, дисбактериозе.

Доказано, что эффективность приравнивается при заболеваниях, вызванных шигеллами, к антибиотикам фторхинолонового ряда. Способен заменить комбинацию Энтерола и Бифилиза. Флорин Форте — включает лакто- и бифидобактериальный состав, сорбированный на угле. Выпускается в виде капсул и порошка.