Бактерії в промисловості. Види бактерій: шкідливі і корисні. Зростання і розмноження бактерій

Методи визначення сумарної біохімічної активності грунтової мікрофлори

Характеристика мікробів клітинної організації

Роль мікроорганізмів в природі і сільському господарстві

Широке поширення мікроорганізмів свідчить про їх величезної ролі в природі. За їх участі відбувається розкладання різних органічних речовин в грунтах і водоймах, вони обумовлюють кругообіг речовин і енергії в природі; від їх діяльності залежить родючість грунтів, формування кам'яного вугілля, нафти, багатьох інших корисних копалин. Мікроорганізми беруть участь в вивітрюванні гірських порід та інших природних процесах.

Багато мікроорганізмів використовують в промисловому і сільськогосподарському виробництві. Так, хлібопечення, виготовлення кисломолочних продуктів, виноробство, отримання вітамінів, ферментів, харчових і кормових білків, органічних кислот і багатьох речовин, які застосовуються в сільському господарстві, промисловості та медицині, засновані на діяльності різноманітних мікроорганізмів. Особливо важливим є використання мікроорганізмів в рослинництві і тваринництві. Від них залежить збагачення грунту азотом, боротьба з шкідниками сільськогосподарських культур за допомогою мікробних препаратів, правильне приготуванняі зберігання кормів, створення кормового білка, антибіотиків і речовин мікробного походження для годування тварин.

Мікроорганізми впливають на процеси розкладання речовин неприродного походження - ксенобіотиків, штучно синтезованих, що потрапляють в грунти і водойми та забруднюючих їх.

Поряд з корисними мікроорганізмами існує велика група так званих хвороботворних, або патогенних, мікроорганізмів, що викликають різноманітні хвороби сільськогосподарських тварин, рослин, комах і людини. В результаті їх життєдіяльності виникають епідемії заразних хвороб людини і тварин, що позначається на розвитку економіки і продуктивних сил суспільства.

Останні наукові дані не тільки істотно розширили уявлення про грунтових мікроорганізмів і процесах, що викликаються ними в навколишньому середовищу, А й дозволили створити нові галузі в промисловості і сільськогосподарському виробництві. Наприклад, відкриті антибіотики, що виділяються грунтовими мікроорганізмами, і показана можливість їх використання для лікування людини, тварин і рослин, а також при зберіганні сільськогосподарських продуктів. Виявлена ​​здатність ґрунтових мікроорганізмів утворювати біологічно активні речовини: вітаміни, амінокислоти, стимулятори росту рослин - ростові речовини і т.д. Знайдені шляхи використання білка мікроорганізмів для годівлі сільськогосподарських тварин. Виділено мікробні препарати, які посилюють надходження в грунт азоту з повітря.

Відкриття нових методів отримання спадково змінених форм корисних мікроорганізмів дозволило ширше застосовувати мікроорганізми в сільськогосподарському та промисловому виробництві, А також в медицині. Особливо перспективним є розвиток генної, або генетичної, інженерії. Її досягнення забезпечили розвиток біотехнології, поява високопродуктивних мікроорганізмів, які синтезують білки, ферменти, вітаміни, антибіотики, ростові речовини та інші, необхідні для тваринництва і рослинництва продукти.

З мікроорганізмами людство стикалося завжди, тисячоліття навіть не здогадуючись про це. З незапам'ятних часів люди спостерігали бродіння тесту, готували спиртні напої, квасять молоко, робили сири, переносили різні захворювання, в тому числі епідемічні. Свідченням останнього в біблійних книгах служить вказівку про повальної хвороби (ймовірно, чумі) з рекомендаціями спалювати трупи і робити обмивання.

Відповідно до прийнятої зараз класифікацією мікроорганізми за типом харчування поділяють на ряд груп залежно від джерел споживання енергії та вуглецю. Так, виділяють фототрофи, користуються енергією сонячного світла, і хемотрофи, енергетичним матеріалом для яких служать різноманітні органічні та неорганічні речовини.

Залежно від того, в якій формі мікроорганізми отримують з навколишнього середовища вуглець, їх підрозділяють на дві групи: автотрофні ( "самі себе живлять"), що використовують як єдине джерело вуглецю діоксид вуглецю, і гетеротрофні ( "харчуються за рахунок інших"), які отримують вуглець в складі досить складних відновлених органічних сполук.

Таким чином, за способом отримання енергії і вуглецю мікроорганізми можна поділити на фотоавтотрофи, фотогетеротрофи, хемоавтотрофи і хемогетеротрофи. Усередині групи в залежності від природи окисляемого субстрату, званого донором електронів (Н-донором), в свою чергу, виділяють органотрофи, які споживають енергію при розкладанні органічних речовин, і літотрофи (від грец. Lithos - камінь), які отримують енергію за рахунок окислення неорганічних речовин . Тому в залежності від використовуваного мікроорганізмами джерела енергії і донора електронів слід розрізняти фотоорганотрофи, фотолітотрофи, хемоорганотрофи і хемолітотрофамі. Таким чином, виділяють вісім можливих типів харчування.

Кожній групі мікроорганізмів притаманний певний тип харчування. Нижче наведено опис найбільш поширених типів харчування і короткий перелікмікроорганізмів, які їх здійснюють.

При фототрофам джерело енергії - сонячне світло. Фотолітоавтотрофія - тип харчування, характерний для мікроорганізмів, що використовують енергію світла для синтезу речовин клітини з С0 2 і неорганічних сполук (Н 2 0, Н 2 S, S °), тобто здійснюють фотосинтез. До даної групи відносять ціанобактерій, пурпурних сірчаних бактерій і зелених сірчаних бактерій.

Ціанобактерій (порядок Суаnobасtеriа1еs), як і зелені рослини, відновлюють С0 2 до органічної речовини фотохимическим шляхом, використовуючи водень води:

С0 2 + Н 2 0 світло-> (СH 2 O) * + O 2

Пурпурні сірчані бактерії (сімейство Chromatiaceae) містять бактеріохлорофіл а й b, що зумовлюють здатність даних мікроорганізмів до фотосинтезу, і різні каротиноїдні пігменти.

Для відновлення С0 2 в органічну речовину бактерії даної групи використовують водень, що входить до складу Н 2 5. При цьому в цитоплазмі накопичуються гранули сірки, яка потім окислюється до сірчаної кислоти:

С0 2 + 2Н 2 S світло-> (СH 2 O) + Н 2 + 2S

3CO 2 + 2S + 5H 2 O світло-> 3 (СН 2 0) + 2Н 2 S0 4

Пурпурні сірчані бактерії зазвичай бувають облігатними анаеробами.

Зелені сірчані бактерії (сем. Chlorobiaceae) містять зелені бактеріохлорофіл с, і, в невеликій кількості бактериохлорофилла, а також різні каротиноїди. Як і пурпурні сірчані бактерії, вони строгі анаероби і здатні окисляти в процесі фотосинтезу сірководень, сульфіди і сульфіти, накопичуючи сірку, яка в більшості випадків окислюється до 50 ^ "2.

Фотоорганогетеротрофія - тип харчування, характерний для мікроорганізмів, які для отримання енергії крім фотосинтезу можуть використовувати ще і прості органічні сполуки. До цієї групи належать пурпурові несерние бактерії.

Пурпурові несерние бактерії (сімейство Rhjdospirillaceae) містять бактеріохлорофіл а й b, а також різні каротиноїди. Вони не здатні окисляти сірководень (Н 2 S), накопичувати сірку і виділяти її в навколишнє середовище.

При хемотрофов енергетичне джерело - неорганічні і органічні сполуки. Хемолітоавтотрофів - тип харчування, характерний для мікроорганізмів, які отримують енергію при окисленні неорганічних сполук, таких, як Н 2, NH 4 +, N0 2 -, Fе 2+, Н 2 S, S °, S0з 2 -, S 2 0З 2 , СО і ін. Сам процес окислення називають хемосинтезом. Вуглець для побудови всіх компонентів клітин хемолітоавтотрофів отримують з діоксиду вуглецю.

Хемосинтез у мікроорганізмів (железобактерий і нитрифицирующих бактерій) був відкритий в 1887-1890 рр. відомим російським мікробіологом С.М. Виноградским. Хемолітоавтотрофів здійснюють нитрифицирующие бактерії (окислюють аміак або нітрити), сірчані бактерії (окислюють сірководень, елементарну сірку і деякі прості неорганічні сполуки сірки), бактерії, що окислюють водень до води, железобактерии, здатні окисляти сполуки двовалентного заліза, і т.д.

Подання про кількість енергії, одержуваної при процесах хемолітоавтотрофів, що викликаються зазначеними бактеріями, дають такі реакції:

NH3 + 11/2 0 2 - HN0 2 + Н 2 0 + 2,8 10 5 Дж

HN0 2 + 1/2 0 2 - HN0 3 + 0,7 105 Дж

Н 2 S + 1/2 0 2 - S + Н 2 0 + 1,7 10 5 Дж

S + 11/2 0 2 - Н 2 S0 4 + 5,0 10 5 Дж

Н 2 + 1/2 0 2 - Н 2 0 + 2,3 10 5 Дж

2FеС0 3 + 1/2 0 2 + ЗН 2 0 - 2Fе (ОН) 3 + 2С0 2 + 1,7 10 5 Дж

Хемоорганогетеротрофія - тип харчування, характерний для мікроорганізмів, які отримують необхідну енергію і вуглець з органічних сполук. Серед даних мікроорганізмів багато аеробні і анаеробні види, що мешкають в грунтах та інших субстратах.

Бактерії це найдавніший організм на землі, а також найпростіший у своїй будові. Він складається всього з однієї клітини, яку можна побачити і вивчити тільки під мікроскопом. характерною ознакоюбактерій є відсутність ядра, ось чому бактерії відносять до прокариотам.

Деякі види утворюють невеликі групи клітин, такі скупчення можуть бути оточені капсулою (чохлом). Розмір, форма і колір бактерії сильно залежить від навколишнього середовища.

За формою бактерії розрізняються на: паличкоподібні (бацили), сферичні (коки) і покручені (спірили). Зустрічаються і видозмінені - кубічні, С-образні, зірчасті. Їх розміри коливаються від 1 до 10мкм. Окремі види бактерій можуть активно пересуватися за допомогою джгутиків. Останні іноді перевищують розмір самої бактерії в два рази.

Види форм бактерій

Для руху бактерії використовують джгутики, кількість яких буває різне - один, пара, пучок джгутиків. Розташування джгутиків також буває різним - з одного боку клітини, з боків або рівномірно розподілені по всій площині. Також одним із способів пересування вважається ковзання завдяки слизу, якою покритий прокаріотів. У більшості всередині цитоплазми є вакуолі. Регулювання ємності газу в вакуолях допомагає їм рухатися в рідині вгору або вниз, а також переміщатися по повітряних каналах грунту.

Вчені відкрили понад 10 тисяч різновидів бактерій, але за припущеннями наукових дослідників в світі існує їх більше мільйона видів. Загальна характеристикабактерій дає можливість визначитися з їх роллю в біосфері, а також вивчити будову, види та класифікацію царства бактерій.

Місця проживання

Простота будови і швидкість адаптації до навколишніх умов допомогла бактеріям поширитися в широкому діапазоні нашої планети. Вони існують всюди: вода, грунт, повітря, живі організми - все це максимально прийнятне місце проживання для прокаріотів.

Бактерії знаходили як на південному полюсі, так і в гейзерах. Вони є на океанському дні, а також у верхніх шарах повітряної оболонки Землі. Бактерії живуть всюди, але їх кількість залежить від сприятливих умов. Наприклад, велика чисельність видів бактерій проживає в відкритих водоймах, а також грунті.

особливості будови

Клітка бактерії відрізняється не тільки тим, що в ній немає ядра, але і відсутністю мітохондрій і пластид. ДНК даного прокаріоти знаходиться в спеціальній ядерної зоні і має вигляд замкнутого в кільце нуклеоида. У бактерії будова клітини складається з клітинної стінки, капсули, капсулоподібної оболонки, джгутиків, пили і цитоплазматичної мембрани. Внутрішня будова оформляють цитоплазма, гранули, Мезосома, рибосоми, плазміди, включення і нуклеоїд.

Клітинна стінка бактерії виконує функцію оборони і опори. Речовини можуть вільно протікати крізь неї, завдяки проникності. Дана оболонка має в своєму складі пектин і гемицеллюлозу. Деякі бактерії виділяють особливу слиз, яка може допомогти захиститися від пересихання. Слиз формує капсулу - полісахарид за хімічним складом. У такій формі бактерія здатна переносити навіть дуже великі температури. Також вона виконує і інші функції, наприклад злипання з будь-якими поверхнями.

На поверхні клітини бактерії знаходяться тонкі білкові ворсинки - пили. Їх може бути велика чисельність. Пили допомагають клітині передавати генетичний матеріал, а також забезпечують злипання з іншими клітинами.

Під площиною стінки знаходиться тришарова цитоплазматична мембрана. Вона гарантує транспорт речовин, а також має чималу роль в утворенні спор.

Цитоплазма бактерій на 75 відсотків проведена з води. Склад цитоплазми:

• Рибосоми;
• Мезосома;
• амінокислоти;
• ферменти;
• пігменти;
• цукор;
• гранули та включення;
• нуклеоид.

Обмін речовин у прокаріотів можливий, як за участю кисню, так і без його нього. Велика їх частина харчуються вже готовими поживними речовинамиорганічного походження. Дуже мало видів здатні самі синтезувати органічні речовини з неорганічних. Це синьо-зелені бактерії і ціанобактерії, які відіграли неабияку роль у формуванні атмосфери і насиченні її киснем.

розмноження

В умовах, сприятливих для розмноження, воно здійснюється брунькуванням або вегетативно. Безстатеве розмноження відбувається в такій послідовності:

1. Клітка бактерії досягає максимального обсягу і містить необхідний запас поживних речовин.
2. Клітка подовжується, посередині з'являється перегородка.
3. Усередині клітини відбувається розподіл нуклеотиду.
4. ДНК основна і відокремлена розходяться.
5. Клітина ділиться навпіл.
6. Залишковий формування дочірніх клітин.

При такому способі розмноження немає обміну генетичною інформацією, тому всі дочірні клітини будуть точною копією материнської.

Процес розмноження бактерій в несприятливих умовах більш цікавий. Про здатність статевого розмноження бактерій вчені дізналися порівняно недавно - в 1946 році. У бактерій немає поділу на жіночі і статеві клітини. Але ДНК у них зустрічається різностатевих. Дві такі клітини при наближенні один до одного утворюють канал для передачі ДНК, відбувається обмін ділянками - рекомбінація. Процес досить тривалий, результатом якого є дві абсолютно нові особини.

Більшість бактерій дуже складно побачити під мікроскопом, тому що вони не мають своєї забарвлення. Мало хто різновиди мають пурпурний або зелене забарвлення, завдяки вмісту в них бактериохлорофилла і бактериопурпурин. Хоча якщо розглядати деякі колонії бактерій, стає ясно, що вони виділяють фарбується речовини в середовище проживання і набувають яскравого забарвлення. Для того, щоб детальніше вивчати прокариотов, їх фарбують.

Класифікація

Класифікація бактерій може бути заснована на таких показниках, як:

• форма
• спосіб пересування;
• спосіб отримання енергії;
• продукти життєдіяльності;
• ступінь небезпеки.

бактерії симбіонтиживуть в співдружності з іншими організмами.

бактерії сапрофітипроживають на вже відмерлих організмах, продуктах і органічних відходах. Вони сприяють процесам гниття і бродіння.

Гниття очищає природу від трупів і інших відходів органічного походження. Без процесу гниття не було б кругообігу речовин в природі. Так в чому ж полягає роль бактерій в круговороті речовин?

Бактерії гниття - це помічник у процесі розщеплення білкових з'єднань, а також жирів і інших з'єднань, що містять в собі азот. Провівши складну хімічну реакцію, вони розривають зв'язки між молекулами органічних організмів і захоплюють молекули білка, амінокислот. Розщеплюючись, молекули вивільняють аміак, сірководень та інші шкідливі речовини. Вони отруйні і можуть викликати отруєння у людей і тварин.

Бактерії гниття швидко розмножуються в сприятливих для них умовах. Так як це не тільки корисні бактерії, але і шкідливі, то щоб не допустити передчасного гниття у продуктів, люди навчилися їх обробляти: сушити, маринувати, солити, коптити. Всі ці способи обробки вбивають бактерії і не дають їм розмножуватися.

Бактерії бродіння за допомогою ферментів здатні розщеплювати вуглеводи. Цю здатність люди помітили ще в стародавні часи і використовують такі бактерії для виготовлення молочнокислих продуктів, оцтів, а також інших продуктів харчування до сих пір.

Бактерії, працюючи в сукупності з іншими організмами, роблять дуже важливу хімічну роботу. Дуже важливо знати які є види бактерій і яку користь або шкоду приносять для природи.

Значення в природі і для людини

Вище вже зазначалося велике значення багатьох видів бактерій (при процесах гниття і різних типах бродіння), тобто виконання санітарної ролі на Землі.

Бактерії також грають величезну роль в круговороті вуглецю, кисню, водню, азоту, фосфору, сірки, кальцію та інших елементів. Багато видів бактерій сприяють активній фіксації атмосферного азоту і переводять його в органічну форму, сприяючи підвищенню родючості грунтів. Особливо важливе значення мають ті бактерії, які розкладають целюлозу, що є основним джерелом вуглецю для життєдіяльності ґрунтових мікроорганізмів.

Сульфатредуцирующие бактерії беруть участь в утворенні нафти і сірководню в лікувальних грязях, ґрунтах і морях. Так, насичений сірководнем шар води в Чорному морі є результатом життєдіяльності сульфатредуцирующих бактерій. Діяльність цих бактерій в грунтах призводить до утворення соди і содового засолення грунту. Сульфатредуцирующие бактерії переводять поживні речовини в грунтах рисових плантацій в таку форму, яка стає доступною для коренів цієї культури. Ці бактерії можуть викликати корозію металевих підземних і підводних споруд.

Завдяки життєдіяльності бактерій грунт звільняється від багатьох продуктів і шкідливих організміві насичується цінними поживними речовинами. Бактерицидні препарати успішно використовуються для боротьби з багатьма видами комах-шкідників (кукурудзяним метеликом та ін.).

Багато видів бактерій використовуються в різних галузях промисловості для отримання ацетону, етилового і бутилового спиртів, оцтової кислоти, Ферментів, гормонів, вітамінів, антибіотиків, білково-вітамінних препаратів і т.д.

Без бактерій неможливі процеси дублення шкіри, сушіння листків тютюну, виробленні шовку, каучуку, обробці какао, кави, мочіння конопель, льону та інших лубоволокнистих рослин, квашення капусти, очищення стічних вод, вилуговування металів і т.д.

Сучасна біотехнологія спирається на багато науки: генетику, мікробіологію, біохімію, природознавство. Основним об'єктом їх вивчення є бактерії і мікроорганізми. Багато проблем в біотехнологіях вирішує саме застосування бактерій. Сьогодні область їх використання в житті людини настільки широка і різноманітна, що робить неоціненний внесок у розвиток таких галузей, як:

• медицина і охорона здоров'я;
• тваринництво;
• рослинництво;
• рибна галузь;
• харчова промисловість;
• видобуток корисних копалин і енергетика;
• важка і легка промисловості;
• септик;
• екологія.

Область застосування бактерій у фармакології і медицині настільки широка і значуща, що їх роль в лікуванні у людини багатьох захворювань просто неоціненна. У нашому житті вони необхідні при створенні кровозамінників, антибіотиків, амінокислот, ферментів, противірусних та протиракових препаратів, проби ДНК для діагностики, гормональних препаратів.

Неоціненний внесок у медицину зробили вчені, виявивши ген, який відповідає за гормон інсуліну. Вжививши його в бактерію коли, отримали вироблення інсуліну, рятуючи життя багатьом хворим. Японські вчені виявили бактерії, що виділяють речовину, що знищує зубний наліт, тим самим запобігаючи появі карієсу у людини.

З бактерій-Термофіли виводять ген, що кодує ферменти, які мають цінність в наукових дослідженнях, Так як вони нечутливі до високих температур. При виробництві вітамінів в медицині використовують мікроорганізм Clostridium, отримуючи при цьому рибофлавін, що виконує важливу рольв здоров'я людини.

Властивість бактерій виробляти антибактеріальні речовини було застосовано при створенні антибіотиків, вирішивши проблему лікування багатьох інфекційних захворювань, тим самим врятувало життя не одній людині.

У фармакології створення лікарських препаратів і синтетичних вакцин, куди входять іммунорегулятори, алкалоїди, нуклеотиди і ферменти, також неможливо без мікроорганізмів.

Тваринництво

Для зростання приростів і збільшення швидкості росту молодих особин застосовують білково-вітамінні добавки, ферменти, їх продуцентами є фотосинтезуючі бактерії. Знижуючи таким способом витрата кормів і підвищуючи продуктивність. При виробництві силосу застосовують E.coli commune, Lactis aerogenes, є молочнокислими мікроорганізмами. Незамінну амінокислоту лізин, яка використовується в якості харчової добавки в тваринництві, продукують з таких бактерій, як Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium sp і Escherichia coli.

Застосування бактерій поширене при створенні високопродуктивних порід, гормонів росту та пересадці заплідненої клітини. Препарати, створені на основі Bac. subtilis і Bac. Licheniformis, використовуються у ветеринарії при лікуванні багатьох захворювань.

Сільськогосподарська галузь

Використання пестицидів і добрив в сільськогосподарській галузі призводить до негативного впливу на мікрофлору грунту. Для руйнування шкідливих речовин застосовують аеробні та анаеробні бактерії.

Використання бактеріальних добрив сприяє підвищенню врожайності. З клітин Klebsiella і Chromatium отримують Бакпрепарати, утримують азот. Це дає можливість рослинам засвоювати азот, що міститься в повітрі. З Bacillus megathrtium отримують фосфобактерін, підвищує вміст фосфору в ґрунті і азоту в зеленій масі. Як біозахисту рослин від всіляких шкідників розроблені мікробіологічні препарати на основі бактерій, які не завдають шкоди людині.

рибна галузь

Біотехнології, що застосовуються в рибних господарствах, дозволяють створювати породи риб, стійкі до багатьох захворювань, і породи з високими темпами приросту. Також з продукованих бактерій в рибній промисловості виготовляють кормові добавки, ферменти і лікарські препарати.

Харчова індустрія

Широко застосування біотехнологій в бродильной і харчовій промисловостях. Застосування молочнокислих бактерій при виготовленні кефіру, кумису і кисломолочних продуктів сприяє поліпшенню їх смаку і перевариваемости. Це досягається тим, що виділяються ферменти розкладають молочний цукор на спирт і вуглекислоту. Для поліпшення якості кондитерських виробів і збереження свіжості хлібобулочних в харчовій промисловості застосовують ферменти, які продукують з Bac.subtilis.

Видобуток і переробка корисних копалин

Застосування біотехнологій у видобувній промисловості дозволяє істотно скоротити витрати і енергетичні витрати. Так, застосування літотрофних бактерій (Thiobacillus ferrooxidous), з їх здатністю окислювати залізо, використовується в гідрометалургії. За рахунок бактеріального вилуговування з нізкосодержащіх порід добувають дорогоцінні метали. Для збільшення видобутку нафти застосовують метансодержащіе бактерії. При видобутку нафти звичайним способом з надр витягується не більше половини природних запасів, а за допомогою мікроорганізмів відбувається більш ефективне звільнення запасів.

Легка і важка індустрія

Мікробіологічне вилуговування використовують в старих шахтах для отримання цинку, нікелю, міді, кобальту. У гірничодобувній промисловості для відновлювальних реакцій в старих шахтах застосовують сульфати бактерій, так як залишки сірчаної кислоти несуть руйнують впливу на опори, матеріали та навколишнє середовище. Анаеробні мікроорганізми сприяють грунтовному розкладанню органічних речовин. Це властивість застосовується для очищення води в металургійній промисловості.

Людина використовує бактерії при виробництві вовни, штучної шкіри, текстильного сировини, в парфюмерно-косметичних цілях.

Очищення стоків і водойм

Бактерії, які беруть участь в розкладанні, застосовують для очищення септиків. Основа цього методу полягає в тому, що харчуються мікроорганізми стічними водами. Цим способом забезпечується видалення запаху і знезараження стоків. Мікроорганізми, що застосовуються в септиках, вирощуються в лабораторіях. Результат їх дії обумовлюється розпадом органіки на найпростіші речовини, нешкідливі для екології. Залежно від виду септика підбираються анаеробні або аеробні мікроорганізми. Аеробні мікроорганізми, крім септиків, застосовують в біофільтрах.

Для підтримки якості води в водоймах і стоках, очищення забрудненої поверхні морів і океанів від нафтопродуктів також необхідні мікроорганізми.

З розвитком біотехнологій в нашому житті людство зробило крок вперед практично у всіх галузях своєї діяльності.

Одним з численних царств тварин є бактерії. У цій статті ми розповімо про роль бактерій у природі та житті людини, познайомимо з хвороботворними представниками цього царства.

Бактерії в природі

Дані живі організми одними з перших з'явилися на нашій планеті. Поширені вони повсюдно. Бактерії живуть на дні водойм, в грунті, можуть витримувати як низькі, так і високі температури.

Значення цих організмів в природі незаперечно. Саме бактерії забезпечують кругообіг речовин в природі, який є основоположним життя на Землі. Органічні сполуки під їх впливом змінюються і розпадаються на неорганічні речовини.

Грунтоутворювальні процеси забезпечують грунтові мікроорганізми. Залишки рослин і тварин розпадаються і перетворюються на гумус і перегній тільки завдяки бактеріям.

У водному середовищі представників даного царства використовують для очищення водойм, а також стічних вод. Завдяки своїй життєдіяльності бактерії з небезпечних органічних речовин роблять безпечні неорганічні.

Мал. 1. Роль бактерій в природі.

хвороботворні мікроорганізми

Однак є бактерії, які приносять шкоду іншим живим організмам. Хвороботворні мікроорганізми можуть викликати захворювання у рослин, тварин і людини. наприклад:

• Сальмонела викликає черевний тиф;
• Шигелла - дизентерію;
• Клострідіум - правець і гангрену;
• Туберкульозна паличка - туберкульоз
• Стафілококи і стрептококи - гноїння і т.д.

Шляхи передачі можуть бути різноманітні:

• при чханні, розмові, кашлі від хворої людини;
• при фізичному контакті;
• за допомогою переносників (комах, гризунів);
• через проникнення в рани.

Багато хвороб закінчуються летальним результатом, через свою здатність пристосовуватися до ліків, бактерії не так просто знищити. сучасна наукаактивно бореться з хвороботворними мікроорганізмами, випускаючи нові лікарські препарати.

Мал. 2. Хвороботворні мікрорганізми.

Вивчення фізіології бактерій заснував Луї Пастер ще в 1850-х роках. Його дослідження продовжили М. В. Бейерінк і С. Н. Виноградський, які досліджували значення мікроорганізмів у природі.

Використання бактерій

Людство навчилося використовувати бактерії собі на благо, наприклад:

• при виробництві лікарських засобів;

існують спеціальні видибактерій, які здатні виробляти найсильніші антибіотики, такі як тетрациклін і стрептоміцин. Своїм впливом вони вбивають багато хвороботворних мікроорганізмів.

• приготування нових продуктів харчування;
• випуск органічних речовин;
• отримання кисломолочної продукції (йогурти, закваски, кефіри, ряжанки);
• виготовлення різних сортів сирів;
• виноробство;
• маринування і закваска овочів.

Мал. 3. Використання бактерій людиною.

Що ми дізналися?

У природі і житті людини бактерії мають велике значення. Без цих мікроорганізмів не міг би відбуватися кругообіг речовин в навколишнє середовище. І хоча багато хто з них можуть приносити шкоду життю і здоров'ю, використання бактерій людиною дозволило боротися з багатьма хворобами і виготовляти масу нових продуктів харчування.

Тест по темі

оцінка доповіді

Середня оцінка: 4. Всього отримано оцінок: 840.

Бактерії живуть на планеті Земля більш 3,5 млрд. Років. За цей час вони багато чому навчилися і багато до чого пристосувалися. Тепер вони допомагають людині. Бактерії і людина стали нерозлучні. Сумарна маса бактерій величезна. Вона становить близько 500 мільярдів тонн.

Корисні бактерії виконують дві найважливіші екологічні функції - вони фіксують азот і беруть участь в мінералізації органічних залишків. Роль бактерій в природі носить глобальний характер. Вони беруть участь в переміщенні, концентрації і розсіюванні хімічних елементів в біосфері землі.

Велике значення бактерій, корисних для людини. Вони складають 99% всієї популяції, які заселяють його організм. Завдяки їм людина живе, дихає і харчується.

Важлива. Вони повністю забезпечують його життєдіяльність.

Бактерії досить просто влаштовані. Вчені припускають, що вони першими з'явилися на планеті Земля.

Корисні бактерії в організмі людини

Людський організм населяють і корисні і. Існуючий баланс між організмом людини і бактеріями відшліфовувався століттями.

Як підрахували вчені, в організмі людини міститься від 500 до 1000 всіляких видів бактерій або трильйони цих дивовижних мешканців, що становить до 4-х кг сукупного ваги. До 3-х кілограм мікробних тіл знаходиться тільки в кишечнику. Інша їх частина знаходиться в сечостатевих шляхах, на шкірі та інших порожнинах людського тіла. Мікроби заповнюють організм новонародженого вже з перших хвилин його життя і остаточно формують склад кишкової мікрофлори до 10-13 років.

У кишечнику мешкають стрептококи, лактобактерії, біфідобактерії, ентеробактерії, гриби, кишкові віруси, непатогенні найпростіші. Лактобактерії та біфідобактерії становлять 60% кишкової флори. Склад цієї групи завжди постійний, вони найчисленніші і здійснюють основні функції.

біфідобактерії

Значення бактерій цього виду величезна.

• Завдяки їм виробляються ацетат і молочна кислота. Закіслі середовище проживання, вони пригнічують ріст, що викликають гниття і бродіння.
• Завдяки біфідобактеріям знижується ризик розвитку алергії до харчових продуктів у малюків.
• Вони забезпечують антиоксидантний і протипухлинний ефект.
• Біфідобактерії беруть участь в синтезі вітаміну С.
• Біфідо-і лактобактерії беруть участь в процесах по засвоєнню вітаміну Д, кальцію і заліза.

Мал. 1. На фото біфідобактерії. Комп'ютерна візуалізація.

Кишкова паличка

Значення бактерій цього виду для людини велике.

• Особливе значення приділяється представнику цього роду Escherichia coli M17. Вона здатна виробляти речовину коцілін, яке пригнічує ріст цілого ряду хвороботворних мікробів.
• За участю синтезуються вітаміни К, групи В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 і В12), фолієва і нікотинова кислоти.

Мал. 2. На фото кишкова паличка (тривимірне комп'ютерне зображення).

Позитивна роль бактерій в житті людини

• За участю біфідо-, лакто, і ентеробактерій синтезуються вітаміни К, С, групи В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 і В12), фолієва і нікотинова кислоти.
• Завдяки розщеплюються неперетравлені компоненти їжі з верхніх відділів кишечника - крохмаль, целюлоза, білкові і жирові фракції.
• Кишкова мікрофлора підтримує водно-сольовий обмін і іонний гомеостаз.
• Завдяки секреції особливих речовин мікрофлора кишечника пригнічує ріст патогенних бактерій, що викликають гниття і бродіння.
• Біфідо-, лакто, і ентеробактерії бере участь в детоксикації речовин, що потрапляють ззовні і утворюються всередині самого організму.
• Кишкова мікрофлора відіграє велику роль у відновленні місцевого імунітету. Завдяки їй збільшується кількість лімфоцитів, активність фагоцитів і вироблення імуноглобуліну А.
• Завдяки кишкової мікрофлори стимулюється розвиток лімфоїдного апарату.
• Підвищується стійкість епітелію кишечника до канцерогенів.
• Мікрофлора захищають слизову стінку кишечника і забезпечує енергією кишковий епітелій.
• Вони регулюють перистальтику кишечника.
• Кишкова флора набуває навиків по захопленню і висновку вірусів з організму господаря, з яким довгі роки вона перебувала в симбіозі.
• Велике значення бактерій у підтримці теплового балансу організму. Кишкова мікрофлора харчується за рахунок речовин, неперетравлених ферментативної системою, які надходять з верхніх відділів шлунково-кишкового тракту. В результаті складних біохімічних реакцій виробляється величезна кількість теплової енергії. Тепло з потоком крові розноситься по всьому організму і надходить в усі внутрішні органи. Ось чому при голодуванні людина завжди мерзне.
• Кишкова мікрофлора регулює зворотне всмоктування компонентів жовчних кислот (холестерину), гормонів та ін.

Мал. 3. На фото корисні бактерії - лактобактерії (тривимірне комп'ютерне зображення).

Роль бактерій у виробництві азоту

Аммоніфіцірующіе мікроби(Що викликають гниття) за допомогою ряду наявних у них ферментів здатні розкладати останки загиблих тварин і рослин. При розкладанні білків виділяються азот і аміак.

уробактерійрозкладають сечовину, яку людина і всі тварини планети виділяють щодоби. Її кількість величезна і досягає 50 млн. Тонн на рік.

Певний вид бактерій бере участь в окисленні аміаку. Цей процес називається нітрофікації.

денітрифікуючі мікробиповертають молекулярний кисень з грунту в атмосферу.

Мал. 4. На фото корисні бактерії - аммоніфіцірующіе мікроби. Вони піддають останки загиблих тварин і рослин розкладанню.

Роль бактерій в природі: фіксація азоту

Значення бактерій у життєдіяльності людини, тварин, рослин, грибів і бактерій величезна. Як відомо, для нормального їх існування необхідний азот. Але засвоювати азот в газоподібному стані бактерії не можуть. Виявляється, пов'язувати азот і утворювати аміак вміють синьо-зелені водорості ( ціанобактерії), свободноживущие азотофіксаторіві особливі . Всі ці корисні бактерії виробляють до 90% зв'язаного азоту і втягують до 180 млн. Т. Азоту в азотний фонд ґрунту.

Бульбочкові бактерії прекрасно живуть разом з бобовими рослинами і обліпихою.

Такі рослини, як люцерна, горох, люпин та інші бобові мають на своїх коріннях так звані «квартири» для бульбочкових бактерій. Ці рослини висаджуються на виснажені ґрунти для збагачення їх азотом.

Мал. 5. На фото бульбочкові бактерії на поверхні кореневого волоска бобової рослини.

Мал. 6. Фото кореня бобової рослини.

Мал. 7. На фото корисні бактерії - ціанобактерії.

Роль бактерій в природі: круговорот вуглецю

Вуглець є найважливішим клітинним речовиною тваринного і рослинного світу, А так само світу рослин. Він становить 50% сухого залишку речовини клітини.

Багато вуглецю міститься в клітковині, якою харчуються тварини. В їх шлунку клітковина під дією мікробів розкладається і далі, як гною, потрапляє назовні.

розкладають клітковину целюлозні бактерії. В результаті їх роботи грунт збагачується гумусом, що значно підвищує її родючість, а вуглекислота повертається в атмосферу.

Мал. 8. Зеленим кольором пофарбовані внутрішньоклітинні симбіонти, жовтим - маса переробляється деревини.

Роль бактерій у перетворенні фосфору, заліза і сірки

У білках і ліпідах міститься велика кількістьфосфору, мінералізація якого здійснюється Вас. megatherium(З роду гнильних бактерій).

залізобактерійберуть участь в процесах мінералізації органічних сполук, що містять залізо. В результаті їх діяльності в болотах і озерах утворюється велика кількість залізної руди і залізо відкладень.

серобактерииживуть у воді та грунті. Їх багато в гної. Вони беруть участь в процесі мінералізації сірковмісних речовин органічного походження. У процесі розкладання органічних сірковмісних речовин виділяється газ сірководень, який вкрай отруйний для навколишнього середовища, в тому числі для всього живого. Серобактерии в результаті своєї життєдіяльності перетворюють цей газ в неактивний нешкідливе з'єднання.

Мал. 9. Незважаючи на гадану млявість, в річці Ріо Тінто життя все-таки є. Це різні, окислюють залізо, бактерії і безліч інших їх видів, які можна зустріти тільки в цьому місці.

Мал. 10. Зелені серобактерии в колоні Виноградського.

Роль бактерій в природі: мінералізація органічних залишків

Бактерії, які беруть активну участь в мінералізації органічних сполук, вважаються чистильниками (санітарами) планети Земля. З їх допомогою органічні речовини загиблих рослин і тварин перетворюються на перегній, який грунтові мікроорганізми перетворюють в мінеральні солі, так необхідні для побудови кореневої, стебловий і листової систем рослин.

Мал. 11. Мінералізація органічних речовин, що надходять у водойму, відбувається в результаті біохімічного окислення.

Роль бактерій в природі: бродіння пектинових речовин

Клітини рослинних організмів зв'язуються один з одним (цементуються) спеціальною речовиною, яка називається пектин. Деякі види маслянокисле бактерій мають здатність зброджувати це речовина, яка при нагріванні перетворюючи в драглисту масу (пектіс). Ця особливість використовується при замочуванні рослин, що містять багато волокон (льон, конопля).

Мал. 12. Існує кілька способів отримання трести. Найпоширенішим є біологічний спосіб, при якому зв'язок волокнистої частини з навколишніми тканинами руйнується під впливом мікроорганізмів. Процес бродіння пектинових речовин луб'яних рослин називається мочкою, а вимочений солома - трест.

Роль бактерій в очищенні води

Бактерії, які очищають воду, Стабілізують рівень її кислотності. З їх допомогою скорочуються донні відкладення, поліпшується здоров'я риб і рослин, що живуть у воді.

Нещодавно групою вчених з різних країн були виявлені бактерії, які руйнують детергенти, що входять до складу синтетичних миючих засобів та деякі лікарські препарати.

Мал. 13. Широко застосовується діяльність ксенобактерій для очищення грунтів і водойм, забруднених нафтопродуктами.

Мал. 14. Пластикові купола, які очищають воду. У них містяться гетеротрофні бактерії, пітаюшіеся вуглерод матеріали, і автотрофні бактерії, пітаюшіеся амміак- і азотсодержащие матеріалами. Система трубок підтримує їх життєзабезпечення.

Використання бактерій при збагаченні руд

здатність тіонових сіроокіслюючих бактерійвикористовується для збагачення мідних і уранових руд.

Мал. 15. На фото корисні бактерії - тиобацилл і Acidithiobacillus ferrooxidans (електронна мікрофотографія). Вони здатні витягувати іони міді для вилуговування відходів, які утворюються при флотаційного збагачення сульфідних руд.

Роль бактерій в маслянокислом бродінні

маслянокислі мікробизнаходяться всюди. Налічується понад 25-и видів цих мікробів. Вони беруть участь в процесі розкладання білків, жирів і вуглеводів.

Маслянокислое бродіння викликають анаеробні спороутворюючі бактерії, що відносяться до роду клостридиум. Вони здатні зброджувати різні цукру, спирти, органічні кислоти, крохмаль, клітковину.

Мал. 16. На фото маслянокислі мікроорганізми (комп'ютерна візуалізація).

Роль бактерій в житті тварин

Безліч видів тваринного світу харчується рослинами, основу яких становить клітковина. Перетравлювати клітковину (целюлозу) тваринам допомагають особливі мікроби, місцем перебування яких є певні відділи шлунково-кишкового тракту.

Значення бактерій у тваринництві

Життєдіяльність тварин супроводжується виділенням величезної кількості гною. З нього деякі мікроорганізми можуть виробляти метан ( «болотний газ»), який використовується, як паливо і сировину в органічному синтезі.

Мал. 17. Газ метан як паливо для автомобілів.

Використання бактерій в харчовій промисловості

Роль бактерій в житті людини величезна. Широко застосовуються в харчовій промисловості молочнокислі бактерії:

• при виробництві кислого молока, сирів, сметани і кефіру;
• при сквашивании капусти і засолюванні огірків, беруть участь в мочіння яблук і маринуванні овочів;
• вони надають особливого аромату вин;
• виробляють молочну кислоту, квасять молоко. Ця властивість використовується для виробництва кислого молока і сметани;
• при приготуванні сирів і йогуртів в промислових масштабах;
• в процесі засолювання молочна кислота служить консервантом.

До молочнокислим бактеріям відносяться молочні стрептококи, вершкові стрептококи, палички болгарська, ацидофильная, зернова термофільна і огіркова. Бактерії роду стрептококів і лактобацил надають продуктам більш густу консистенцію. В результаті їх життєдіяльності поліпшується якість сирів. Саме вони надають сиру певний сирний аромат.

Мал. 18. На фото корисні бактерії - лактобактерії (рожевий колір), болгарська паличка і термофільний стрептокок.

Мал. 19. На фото корисні бактерії - кефірний (тибетський або молочний) гриб і молочнокислі палички перед безпосереднім внесенням в молоко.

Мал. 20. Кисломолочна продукція.

Мал. 21. Термофільні стрептококи (Streptococcus thermophilus) застосовуються при приготуванні сиру моцарелла.

Мал. 22. Варіантів цвілеві пеніциліну безліч. Оксамитова скоринка, зеленуваті прожилки, неповторний смак і лікарсько-аміачний аромат сирів унікальний. Грибний смак сирів залежить від місця і тривалості дозрівання.

Мал. 23. Бифилиз - біопрепарат для прийому всередину, що містить масу живих біфідобактерій і лізоцим.

Використання дріжджів і грибів в харчовій промисловості

У харчовій промисловості використовуються переважно вид дріжджів Saccharomyces cerevisiae. Вони здійснюють спиртове бродіння, через що широко застосовуються в хлібопекарському справі. Спирт при випічці випаровується, а бульбашки вуглекислого газуформують хлібний м'якуш.

З 1910 року дріжджі стали додавати в ковбаси. Дріжджі виду Saccharomyces cerevisiae застосовуються для виробництва вин, пива та квасу.

Мал. 24. Чайний гриб - це дружній симбіоз оцтової палички і дріжджових грибків. Він з'явився в наших краях ще в минулому столітті.

Мал. 25. Дріжджі сухі і мокрі широко використовуються в хлібопекарській промисловості.

Мал. 26. Вид клітин дріжджів Saccharomyces cerevisiae під мікроскопом і Saccharomyces cerevisiae - «справжні» винні дріжджі.

Роль бактерій в житті людини: уксуснокислое окислення

Ще Пастер довів, що в ОЦТОВОКИСЛОГО окисленні беруть участь особливі мікроорганізми - оцтові палички, Які широко зустрічаються в природі. Вони поселяються на рослини, проникають в дозрілі овочі і фрукти. Їх багато в квашених овочах і фруктах, вині, пиві і квасі.

Здатність оцтових паличок окисляти етиловий спирт до оцтової кислоти використовується сьогодні для отримання оцту, застосовуваного в харчових цілях і при заготівлі кормів для тварин - силосовании (консервуванні).

Мал. 27. Процес силосування кормів. Силос - соковитий корм, що володіє високою кормовою цінністю.

Роль бактерій в житті людини: виробництво лікарських препаратів

Вивчення життєдіяльності мікробів дозволило вченим застосовувати деякі бактерії для синтезу антибактеріальних препаратів, вітамінів, гормонів та ферментів.

Вони допомагають боротися з багатьма інфекційними та вірусними захворюваннями. Найчастіше антибіотики продукують актиноміцети, Рідше - неміцеллярние бактерії. Пеніцилін, отриманий з цвілевих грибів, руйнує клітинну оболонку бактерій. стрептоміцетипродукують стрептоміцин, який інактивує рибосоми мікробних клітин. сінешні паличкиабо Bacillus subtilisзакісляет середовище проживання. Вони пригнічують ріст гнильних і умовно патогенних мікроорганізмів за рахунок утворення цілого ряду речовин антимікробної спрямованості. Сінна паличка продукує ферменти, що руйнують речовини, які утворюються в результаті гнильного розпаду тканин. Вони беруть участь в синтезі амінокислот, вітамінів і іммуноактівних з'єднань.

Використовуючи технологію генної інженерії, сьогодні вчені навчилися використовувати для виробництва інсуліну і інтерферону.

Ряд бактерій передбачається використовувати для отримання спеціального білка, який можна буде додавати в корм худобі і в їжу людині.

Мал. 28. На фото суперечки сінної палички або Bacillus subtilis (пофарбовані в синій колір).

Мал. 29. Биоспорин-Біофарма - вітчизняний препарат, що містить апатогенние бактерії роду Bacillus.

Використання бактерій для виробництва безпечних гербіцидів

Сьогодні широко використовується методика застосування фітобактерійдля виробництва безпечних гербіцидів. токсини Bacillus thuringiensisвиділяють небезпечні для комах Cry-токсини, що дозволяє використовувати цю особливість мікроорганізмів в боротьбі з шкідниками рослин.

Використання бактерій у виробництві миючих засобів

Протеази або розщеплюють пептидні зв'язки між амінокислотами, з яких складаються білки. Амілаза розщеплює крохмаль. Сінна паличка (B. subtilis) Продукує протеази і амілази. Бактеріальні амілази використовуються при виробництві прального порошку.

Мал. 30. Вивчення життєдіяльності мікробів дозволяє вченим застосовувати деякі їх властивості для блага людини.

Значення бактерій у житті людини величезна. Корисні бактерії є постійними супутниками людини багато тисячоліть. Завдання людства - не порушити це тонке рівновагу, яке склалося між мікроорганізмами, що живуть всередині нас і в навколишньому середовищі. Роль бактерій в житті людини величезна. Вчені постійно відкривають корисні властивостімікроорганізмів, використання яких в повсякденному життіі на виробництві обмежується тільки їх властивостями.