Корисні та шкідливі бактерії
Бактерії з'явилися приблизно 3,5-3,9 млрд років тому, вони були першими живими організмами на нашій планеті. З часом життя розвивалося і ускладнювалося - з'являлися нові, щоразу більш складні форми організмів. Бактерії весь цей час не стояли осторонь, навпаки, вони були найважливішою складовою еволюційного процесу. Саме вони першими виробили нові форми життєзабезпечення, такі як дихання, бродіння, фотосинтез, каталіз, а також знайшли ефективні способи співіснування практично з кожною живою істотою. Винятком не стала і людина.
Але бактерії - цілий домен організмів, що налічує понад 10 000 видів. Кожен вид унікальний і йшов своїм еволюційним шляхом, як наслідок виробив свої унікальні форми співіснування з іншими організмами. Одні бактерії пішли на тісну взаємовигідну співпрацю з людиною, тваринами та іншими істотами, - їх можна назвати корисними. Інші види навчилися існувати за рахунок інших, використовуючи енергію та ресурси організмів-донорів, - їх прийнято вважати шкідливими або патогенами. Треті пішли ще далі і стали практично самодостатніми, все необхідне для життєдіяльності вони отримують від навколишнього середовища.
Бактерії мають мікроскопічні розміри й складаються з однієї клітини, але, на відміну від інших організмів, клітина не має ядра. Одні бактерії харчуються готовими органічними речовинами: вони надходять з навколишнього середовища через поверхню клітини. Інші бактерії, як і рослини, можуть самі утворювати органічні речовини з неорганічних. Існують групи бактерій, які здатні жити без кисню. Бактерії дуже поширені на земній кулі. Вони присутні в атмосфері, ґрунті, кратерах вулканів, у тілах організмів. Вони виявлені на висоті майже 11 км від поверхні Землі. Бактерії живуть навіть у льодовиках і гарячих джерелах, де температура досягає 90 °С.
Незважаючи на мікроскопічні розміри, роль бактерій у природі величезна. До корисних належать бактерії гниття, які розкладають органічні речовини відмерлих організмів на неорганічні. Рослини поглинають з ґрунту ці неорганічні речовини й використовують для свого харчування. Завдяки бактеріям гниття на планеті не накопичуються залишки рослин і тварин, а ґрунт збагачується поживними речовинами.
На тілі здорових людей і тварин, а також у різних органах завжди зустрічається багато видів бактерій . Підраховано, що на шкірі людини може бути величезна кількість бактерій. У наших тілах їх в 10 разів більше, ніж всіх клітин організму разом узятих. Серед них абсолютна більшість - корисні, але парадокс в тому, що їх життєдіяльність, їх присутність всередині нас - це цілком нормальне явище, вони залежать від нас, ми в свою чергу від них і при цьому ознак цієї співпраці ми ніяк не відчуваємо. Інша справа - патогени, шкідливі бактерії, опинившись всередині нас їх присутність одразу стає помітною, а наслідки їх активності можуть стати дуже серйозними.
Особливо багато бактерій, у тому числі й хвороботворних,на шкірі людини, яка не дотримується правил гігієни. Відкриті частини тіла людини забруднюються різними видами сапрофітних і патогенних (хвороботворних) бактерій значно частіше, ніж закриті.Практично вільні від бактерій ті органи здорових людей і тварин, які немають зв’язку із зовнішнім середовищем (м’язи, головний і спинниймозок,кров тощо).
Корисні бактерії
Переважна більшість з них - це істоти, що живуть в симбіотичних або мутуалістичних зв'язках з організмами-донорами (усередині яких живуть). Зазвичай такі бактерії беруть на себе частину функцій, на які не здатний організм господаря. Прикладом можуть служити бактерії, що живуть в травному тракті людини і перетравлюють частину їжі, впоратися з якою самотужки шлунок не взмозі.
Деякі види корисних бактерій:
Кишкова паличка (лат. Escherichia coli) Є невід'ємною частиною флори кишечника людини і більшості тварин. Її користь важко переоцінити: розщеплює незасвоювані моносахариди, сприяючи травленню; синтезує вітаміни групи K; запобігає розвитку патогенних і хвороботворних мікроорганізмів в кишечнику.
Молочнокислі бактерії (Lactococcus lactis, Lactobacillus acidophilus та ін.)
Представники цього загону присутні в молоці, молочних і ферментованих продуктах, і в той же час є частиною мікрофлори кишечника і ротової порожнини. Здатні зброджувати вуглеводи, зокрема лактозу, і виробляти молочну кислоту, яка є головним джерелом вуглеводів для людини. Шляхом підтримки постійно кислого середовища стримують зростання несприятливих та хвороботворних бактерій.
Біфідобактерії Найбільш значимий вплив біфідобактерії чинять на грудних дітей і ссавців, складаючи до 90% їх кишкової мікрофлори. Шляхом вироблення молочної та оцтової кислот вони повністю запобігають розвитку гнильних і хвороботворних мікробів в дитячому організмі. Крім того біфідобактерії: сприяють перетравленню вуглеводів; забезпечують захист кишкового бар'єру від проникнення мікробів і токсинів у внутрішнє середовище організму; синтезують різні амінокислоти і білки, вітаміни групи K і B, корисні кислоти; сприяють всмоктуванню кишечником кальцію, заліза та вітаміну D.
Шкідливі (патогенні) бактерії
До патогенних зазвичай відносять види, які паразитують на інших організмах. Але в деяких випадках шкідливими для людини можуть стати безпечні і навіть корисні бактерії, наприклад при ослабленні імунітету продукти життєдіяльності зазвичай неймовірно корисної кишкової палички можуть призвести до захворювань шлунково-кишкового тракту: отруєння, діарей та ін.
Деякі види патогенних бактерій:
Салмонела(Salmonella typhi) Ця бактерія є збудником дуже гострої кишкової інфекції, черевного тифу. Вона виробляє токсини небезпечні виключно для людей. При зараженні відбувається загальна інтоксикація організму, яка призводить до сильної лихоманки, висипання по всьому тілу, у важких випадках - до занепаду лімфатичної системи і як наслідок до смерті. Щорічно в світі фіксується 20 млн випадків захворювання на черевний тиф, 1% випадків призводить до смерті.
Колонія бактерій Salmonella typhi
Правцева паличка (Clostridium tetani) Ця бактерія - одна з найбільш стійких і одночасно найнебезпечніших у світі. Вона виробляє надзвичайно токсичну отрута, правцевий екзотоксин, що призводить до практично повного ураження нервової системи. Люди, хворі на правець, переживають неймовірні страждання: мимовільно напружуються всі м'язи тіла, відбуваються потужні судоми. Смертність надзвичайно висока - в середньому близько 50% інфікованих гинуть. На щастя, ще в 1890 році була винайдена вакцина від правця, її роблять новонародженим у всіх розвинених країнах світу. У слаборозвинених країнах від правця щорічно гине 60 тисяч чоловік.
Мікобактерії (Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae та ін.)
Мікобактерії - сімейство бактерій, частина з яких є патогенними. Різні представники цього сімейства викликають такі небезпечні захворювання як туберкульоз, мікобактеріоз, лепра (проказа) - всі вони передаються повітряно-крапельним шляхом. Щорічно мікобактерії стають причиною понад 5 млн смертей.
Бактерії створили всеосяжний невидимий світ. Наше існування повністю залежить від них, їх в свою чергу не так сильно залежить від нас. Проте наш і їх світи тісно пов'язані один з одним, вони знаходяться в рівновазі, яке зберігатиметься до тих пір, поки наша співпраця буде вигідною обом сторонам.
Бакткріальна клітина оточена щільною оболонкою, яка складається з
геміцелюлози і пектину,а іноді з білкових речовин. Здебільшого оболонка вкрита слизовою капсулою, яка захищає бактерію від несприятливих умов навколишнього середовища. Під оболонкою знаходиться цитоплазматична
мембрана, яка оточує цитоплазму клітини. Цитоплазма бактерій містить вуглеводи – глікоген і крохмаль, жири, білки, мінеральні речовини, рибосоми, велику кількість мембран і мембранних структур тощо. ДНК бактерій знаходиться в особливій ядерній зоні клітини, яку називають нуклеоїдом. Навколо нуклеоїду не утворюється ядерної мембрани. Коки мають по одному такому “ядру”, а бацили по два і більше. Всі бактерії не мають ядерця.
Більшість бактерій безбарвні, деякі з них мають червоне, зелене і пурпурове забарвлення, що пов’язано з наявністю в них специфічногбактеріохлорофілу і бактеріопурпурину.
За характером живлення бактерії поділяються на гетеротрофні і автотрофні. Гетеротрофні бактерії (їх більшість), у свою чергу, поділяються на сапрофітів і симбіонтів. Бактерії-сапрофіти живляться органічними рештками відмерлих рослин і тварин, продуктами харчування людини. Вони спричиняють гниття і бродіння (ферментацію) органічних речовин.
Гниття – це розчеплення білків, жирів та інших азотовмісних сполук під дією гнійних бактерій. В результаті гниття виділяються азото- і сірковмісні сполуки, які мають неприємний запах. Цей процес у природі відіграє величезну роль, оскільки очищає поверхню Землі від трупів тварин та рослинних решток. Утворювані під час гниття отруйні речовини можуть викликати отруєння або навіть смерть людей і тварин. У зв’язку з цим заборонено використовувати в їжу або на корм тваринам продукти, в яких є ознаки гниття (специфічний запах, зокрема). Щоб запобігти гниттю продуктів, їх стерилізують, сушать, маринують, коптять, солять, заморожують, силосують тощо. Ці методи обробки знищують гнильні бактерії та їхні спори і створюють такі умови, за яких бактерії не розмножуються.
Бродіння, або ферментація, - це анаеробне розщеплення вуглеводів під дією ферментів бактерій. Цей процес давно був відомий людям. Упродовж тисячоліть люди виготовляли вино, використовуючи спиртове бродіння, квасили плоди і овочі за допомогою молочнокислотного бродіння тощо.
Бактерії-паразити (одна з форм симбіозу) живуть за рахунок живих
організмів. Одні з них – хвороботворні і можуть спичинити захворювання тварин і людини (чуму, тиф, туберкульоз, перитоніт, менінгіт, ангіну, ботулізм, газову гангрену та ін.), інші рослин. Ці бактерії утворюють спори, які можуть зберігати здатність до зараження тривалий час (десяти років).
Деякі гетеротрофні бактерії в процесі єволюції виробили здатність до
симбіозу (мутуалізму) з вищими рослинами. Це, наприклад, азотфіксуючі бактерії, які живуть на коренях бобових рослин, - бульбочкові бактерії. Вони поглинають азот з грунту й повітря і перетворюють його на сполуки, доступні для використання бобовими рослинами, які, в свою чергу, постачають бактеріям вуглеводи та мінеральні солі. За один вегетаційний період бульбочкові бактерії накопичують до 100 кг азоту на 1 га. Це враховують під час складання планів сівозмін.
Автотрофні бактерії – це бактерії, що можуть синтезувати органічні
речовини з неорганічних у результаті фотосинтезу (фототрофні) або хемосинтезу (хемотрофні). До фототрофних належать пурпурові й зелені сіркобактерії, які синтезують складові частини свого тіла з мінеральних речовин і вуглекислого газу, а енергію використовують світлову.
Хемотрофні бактерії, або хемосинтетики, живляться за допомогою хемосинтезу, оскільки органічні речовини синтезуються з неорганічних за рахунок енергії хімічних реакцій. До них належать інтрифікуючі, залізо-і сіркобактерії. Явище хемосинтезу у бактерій відкрив у 1887р. С.М. Виноградський.
Нітрифікуючі бактерії розщеплюють аміак і амоонійні солі до нітратів, які засвоюються рослинами. Ці бактерії поширені у водоймах і грунтах.
Діяльність залізобактерій полягає в перетворенні оксиду заліза(ІІ)(Fe
; FeCO ) на оксид заліза(ІІІ)(Fe ; Fe(OH) ). Вони живуть у солоних і прісних водоймах, беручи участь у колообігу заліза в природі.
Сіркобактерії також живуть у солоних і прісних водоймах. Вони окиснюють сірководень та інші сполуки сірки.
За відношенням до кисню бактерії поділяють на дві групи: аероби і
анаероби. Аероби використовують для дихання вільний кисень атмосфери. Анаероби ростуть і розмножуються в середовищі без кисню. Вони дістають
енергію впроцесі анаеробного розщеплення органічних речовин, накопичуючи різні проміжні продукти – спирт, молочну кислоту, гліцерин та інші речовини.
Розмноження бактерій. Бактерії розмножуються, як правило, безстатевим шляхом – поділом материнської клітини на дві дочірні. Поділ відбувається дуже шидко і йому передує реплікація ДНК. За сприятливих умов деякі бактерії діляться кожні 20 – 30 хв. Іноді дві бактерії зливаються одна з одною. Під час такого злиття між ними утворюється цитоплазматичний місток, по якому речовини однієї клітини переходять в іншу.
За несприятливих умов (нестача їжі, погодні умови, отруєння середовища продуктами життєдіяльності бактерій) багато бактерій здатні стискатися, втрачати воду і переходити в стан спокою до настання приятливих умов. Деякі види бактерій за несприятливих умов формують спори, які характеризуються значною стійкістю. Ці форми бактерій витримують тривале кип’ятіння, висушування, заморожування, дію різних хімічних речовин.
Поширення бактерій у повітрі, грунті, воді, живих організмах.
Як аеробні, так і анаеробні бактерії надзвичайно поширені в природі. Вони трапляються в грунті, воді, живих і мертвих організмах. Число бактерій у навколишньому середовищі змінюється під впливом різних факторів (інсоляція,обробіток грунту тощо). Кількість бактерій в 1г грунту може досягти сотень мільйонів інавіть кількох мільярдів і залежить від типу грунту. Найменше їх міститься в підзолистих цілинних грунтах, найбільше – в окультуреному чорноземі. Бактерії проникають у грунт на глибину до 5м. Мікрофлора є одним з факторів, що сприяють утворенню грунту.
У воді різних водойм кількість бактерій буває дещо меншою, ніж у
грунті. Так, в 1мл води міститься від 5 до 100 тис. бактеріальних клітин. Найменше бактерій у воді артезіанських свердловин і джерел, багато – у
відкритих водоймах і річках. Найбільше бактерій спостерігається поблизу
берега у верхніх шарах води. Особливо забруднена вода відкритих водойм у тих місцях, куди потрапляють стічні води. Саме тут часто зустрічаються хвороботворні бактерії.
У повітрі бактерій міститься ще менше, ніж у воді. Забруднення повітря бактеріями залежить від багатьох причин (пори року, географічної зони тощо). Найбільше бактерій налічують у закритих приміщеннях, де їх може скупчуватись до 300тис. в 1мм . У сільській місцевості повітря чистіше,
ніж у міській. Практично немає бактерій у соснових і кедрових лісах, оскільки виділювані хвойними деревами фітонциди вбивають або пригнічують ріст і розмноження всіх видів бактерій.
Роль бактерій у природі і народному господарстві.
Вище уже зазначалася важлива роль багатьох видів бактерій у процесах гниття та різних типів багатьох видів бактерій у процесах гниття та різних типів бродіння, тобто у виконанні санітарної ролі на землі. Бактерії також мають велике значення у колообігу вуглецю, кисню, водню, азоту, фосфору, сірки, кальцію та інших елементів. Багато видів бактерій сприяють
активній фіксації атмосферного азоту і переводять його в органічну форму, що підвищує родючість грунтів. Особливо велике значення мають бактерії, що розкладають целюлозу й пектинові речовини, які є основним джерелом вуглецю для життєдіяльності мікроорганізмів грунту.
Сульфатредукуючі бактерії беруть участь в утворенні нафти і сірководню в лікувальних грязях, грунтах і морях. Так, насичений сірководнем шар води в Чорному морі є результатом життєдіяльності сульфатредукуючих бактерій. Діяльність цих бактерій у грунтах призводить
до утворення соди і содового засолювання грунтів. Сульфатредукуючі бактерії переводять поживні речовини в грунтах рисових плантацій у форму, доступну для коренів цієї культури. Ці бактерії можуть спричинювати корозію металевих підземних і підводних споруд.
Завдяки життєдіяльності бактерій грунт звільняється від багатьох шкідливих продуктів і насичується цінними поживними речовинами. Бактерійні препарати успішно використовують для боротьби з багатьма
видами комах-шкідників. Багато видів бактерій використовують у різних галузях промисловості для добування ацетону, етилового й бутилового спиртів, оцтової кислоти, ферментів, гормонів, вітамінів, антибіотиків тощо.
Завдяки успіхам генної інженерії нині з’явилась можливість широко
використовувати кишкову паличку для вироблення інсуліну, інтерферону, а
водневі бактерії – для одержання кормового і харчового білків. Без бактерій неможливі процеси дублення шкіри, сушіння листків тютюну, виготовлення шовку, каучуку, кави, мочіння конопель, льону та інших лубоволокнистих рослин, квашення капусти, очищення води тощо.
Хвороботворні бактерії і боротьба з ними.
Вище називалися бактерії, які спричинюють різні інфекційні хвороби людини й тварин. Під час кожної інфекційної хвороби оздоровчі заходи проводять диференційовано. Якщо в боротьбі з дифтерією та іншими хворобами дихальних шляхів вирішальну роль відіграло щеплення, то при туберкульозі – лікування спеціальними препаратами в поєднанні з гігієнічним режимом і створення спеціалізованих лікарень, диспансерів і санаторіїв. Боротьба з кишковими інфекціями (бактеріальна дизентерія, сальмонельози тощо) полягає у лікуванні хворих, охороні навколишнього середовища від забруднення збудниками хвороб та підвищення санітарної культури населення.
Проект
на тему «Корисні та шкідливі бактерії»
учня 5-А класу
СЗШ №146
м.Києва
Малишева Артема