Бактерии - обща характеристика. Класификация, структура, хранене и роля на бактериите в природата. Видове патогенни бактерии

Световната здравна организация публикува списък с най-опасните бактерии, устойчиви на антибиотици. Според експертите, за да се избегнат епидемии и пандемии, е необходимо да се съсредоточим върху разработването на нови лекарства, които биха могли ефективно да противодействат на изброените по-долу патогени.

Списъкът на микроорганизмите е съставен от 70 експерти (инфекционисти, микробиолози, педиатри и други) въз основа на много критерии - например смъртност от заболявания, причинени от тези бактерии, повишаване на антибиотичната резистентност през последните 10 години, способността за предотвратяване на инфекция в болнична обстановка, лечимостта на заболяванията и т.н.

Критично ниво на опасност

Устойчив на карбапенем Acinetobacter baumannii

Причинява инфекции на кръвта, дихателните пътища, кожата и меките тъкани, нервна система, пикочните пътищаи други. Тези бактерии могат да причинят пневмония, менингит, мозъчни абсцеси, сепсис и по-рядко остеомиелит, артрит, перитонит и холангит и могат да причинят очни заболявания.

Устойчив на карбапенем Pseudomonas aeruginosa

Pseudomonas aeruginosa заразява червата, сърцето, пикочно-половата система, Airways. В резултат на това се развиват заболявания като пневмония, сепсис, ендокардит и тромбофлевит. Засяга предимно пациенти с отслабена имунна система.

Enterobacteriaceae, устойчиви на карбапенеми и цефалоспорини от 3-то поколение

Enterobacteriaceae са отговорни главно за чревни инфекции. Районът на тяхната „юрисдикция“ включва Коремен тиф, йерсиниоза, дизентерия, салмонелоза и чума, както и пневмония и диария.

Висока степен на опасност

Enterococcus faecium, резистентен на ванкомицин

Фекалните ентерококи присъстват в чревната микрофлора „в мирно време“, но те също могат да бъдат причинители на редица заболявания, засягащи пикочно-половата система, тазовите органи и др. Възпалителни процесиможе да доведе до перитонит, ендокардит, а при мъжете – до еректилна дисфункция.

Staphylococcus aureus, устойчив на метицилин и ванкомицин

Стафилококус ауреусживее върху човешката кожа и обикновено не се проявява. Въпреки това, ако имунитетът намалее по някаква причина, бактерията може да причини заболявания на кожата, лигавиците, ставите, костите и органите. Такава инфекция може да се прояви под формата на сепсис, дерматит, абсцеси, пиелонефрит, цистит, пневмония, артрит и интоксикация.

Helicobacter pylori, резистентна към кларитромицин

Тези микроорганизми заразяват стомаха и дванадесетопръстника. Бактериите могат да причинят гастрит, дуоденит, стомашна язва и дванадесетопръстникаи дори рак на стомаха.

Campylobacter, резистентен към флуорохинолони

Campylobacter причинява различни чревни инфекции, особено опасни за деца, възрастни хора и пациенти с отслабена имунна система. Това са предимно заболявания от диаричен тип, след които могат да възникнат усложнения - хепатит, панкреатит, неврологични заболявания.

Salmonella spp., резистентни към флуорохинолони

Инфекцията със салмонела не води само до салмонелоза. Здравословните проблеми, причинени от тези микроорганизми, могат да включват коремен тиф и паратиф, както и пиелонефрит, простатит и цистит.

Neisseria gonorrhoeae, резистентна към флуорохинолони и цефалоспорини от 3-то поколение

Причинители на урогенитални инфекции, по-специално гонорея, които могат да засегнат не само гениталиите. Гонококите причиняват фарингит, а при новородени - конюнктивит.

Средно ниво на опасност

Streptococcus pneumoniae, устойчив на пеницилин

Пневмококите живеят в респираторен тракт. Те могат да бъдат причинители на плеврит, пневмония, възпаление на средното ухо, артрит, менингит и ендокардит.

Haemophilus influenzae, резистентен на ампицилин

Друго име за тази бактерия е бацилът на Pfeiffer или Haemophilus influenzae. Засяга дихателната система и централната нервна система. Синузит, отит на средното ухо, перикардит, артрит, менингит, пневмония, възпаление на епиглотиса – това са само част от заболяванията, до които води инфекцията с хемофилус инфлуенце.

Shigella spp., устойчиви на флуорохинолони

Shigella е вид ентеробактерия. Те причиняват и чревни инфекции като дизентерия, наричана още шигелоза.

Експертите на СЗО подчертават, че е необходимо да се ускорят темповете на развитие на нови лекарстванезависимо от изискванията на пазара, в противен случай съществуващите антибиотици може вече да не се справят със заболяванията, причинени от изброените бактерии.

Почти винаги, наред с антибиотиците, лекарите предписват и лекарства за дисбактериоза. Но засега това се случва на сляпо: достъпни начиниОпределяне на състава на бактериалната общност в човешките черва все още не съществува. Лошият микробиом обаче може да доведе до смъртта на пациента. Разнообразието на бактериалната общност в червата е критичен параметър, който трябва да бъде в състояние да се определи. Учените от Санкт Петербург са измислили как да оценят здравето на микробиома като цяло, без да могат да изследват всяка бактерия поотделно.

Смята се, че около хиляда вида бактерии живеят в червата на човека: някои имат повече, други имат по-малко. Известни са случаи, когато при рак на кръвта страховитата болест се оттегля, но човекът все още умира странични ефекти: Твърде много полезни бактерии са били жертви на химиотерапията. И нещо подобно, макар и в по-малък мащаб, се случва всеки път, когато поглъщаме антибиотици: полезни бактерииумират. За да научите как да възстановите тази общност след външно въздействие - например след курс на антибиотици - са необходими надеждни диагностични методи. По този път обаче учените срещат бариера.

Ние не познаваме по-голямата част от микроорганизмите, живеещи на Земята, защото не можем да ги отглеждаме в лабораторни условия“, обяснява професор Алла Лапидус, заместник-ръководител на Центъра за алгоритмична биотехнология в Института по транслационна биомедицина към Държавния университет в Санкт Петербург . - От бактериите, които живеят в червата на човека, са известни приблизително половината.

Според Павел Певзнер, ръководител на Центъра за алгоритмична биотехнология в Държавния университет в Санкт Петербург, професор в Калифорнийския университет в Сан Диего (САЩ), Медицински институт Хауърд Хюз (САЩ) и директор на Центъра за изчислителна масспектрометрия Национален институтЗдраве на Съединените щати, разнообразен микробиом се счита за здравословен.

Разнообразието и сложността на микробиома на всеки от нас непрекъснато се променя, казва Павел Певзнер. - След като използвате антибиотик, разнообразието намалява, защото антибиотикът убива много видове бактерии. Химиотерапията също влияе значително на микробиома: понякога става толкова примитивно, че един или повече видове бактерии заемат цялото пространство и човек може да не оцелее. Разнообразието на микробиомите е критичен параметър, който трябва да бъде оценен.

Учените стигнаха до идеята да анализират сложността на човешкия микробиом като цяло, без да могат да изучават всяка бактерия поотделно. Биоинформатиците получиха задача, която от една страна е важна за изследването на метагеномите (съвкупността от геноми, например в червата е микробиомът), а от друга страна е разрешима от изчислителна гледна точка .

Заедно с моя служител Антон Банкевич намерихме начин да изчислим сложността на микробиома“, казва Павел Певзнер. - Разработихме математическа програма, която ни позволява да получим такава информация за всеки отделен човек и да кажем дали микробиомът е здрав или болен и да кажем на лекаря какво трябва да се направи, за да го възстанови, например след курс на антибиотици.

Антон Банкевич, служител на Центъра за алгоритмични биотехнологии на Санкт Петербургския държавен университет, отбеляза значението на появата на технология за четене (секвениране) на геноми, способна да генерира дълги и точни геномни последователности на всеки жив организъм, включително микробиомни бактерии.

Алгоритъмът е създаден в пика на интереса към тази технология, подчерта експертът. - Наличието му е от решаващо значение за прилагането на разработения алгоритъм, който изчислява стойността на математическа формула, замествайки стойности, получени с помощта на реални данни, и, ако е необходимо, коригиране на резултата, като се вземат предвид характеристиките на реални данни, а не взети предвид във формулата. Алгоритъмът е реализиран като програма и е свободно достъпен.

Публикуване на алгоритъма в междунар научно списание Cell Systems консолидира лидерството на биоинформатиците в Санкт Петербург в тази област на научното познание. Но ще отнеме още няколко години, за да научим, заедно с лекарите, как да използваме големи количества данни. До момента, в който ще може да се анализира микробиома конкретно лицеЩе отнеме 3-4 години.

За развитието на науката новият алгоритъм е много интересен, казва ръководителят на изследователската лаборатория по нозокомиални инфекции в Националния медицински изследователски център на името на. В.А. Алмазова, лекар медицински наукиЕлена Баранцевич. Тя отбеляза, че в съвременната епоха има бърза смянатехнологии, достъпни за учените.

Преди това можехме да четем само кратки фрагменти от ДНК и да оценяваме микробиома от тях. И сега е възможно да се четат дълги ДНК фрагменти, което разшири нашите възможности, но в същото време доведе до необходимостта от създаване на адекватни методи за оценка на получените данни.

Според нея предложеният математически алгоритъм може да бъде много обещаващ.

Хората се опитват да намерят нови начини да се предпазят от тях. вредно влияние. Но има и полезни микроорганизми: те насърчават узряването на крема, образуването на нитрати за растенията, разлагат мъртвите тъкани и т.н. Микроорганизмите живеят във водата, почвата, въздуха, върху тялото на живите организми и вътре в тях.

Форми на бактерии

Има 4 основни форми на бактерии, а именно:

1. Микрококи – разположени отделно или в неправилни групи. Обикновено са неподвижни.
2. Диплококите са разположени по двойки и могат да бъдат заобиколени от капсула в тялото.
3. Стрептококите се срещат под формата на вериги.
4. Сарцините образуват групи от клетки, оформени като пакети.
5. Стафилококи. В резултат на процеса на разделяне те не се разминават, а образуват клъстери (гроздове).

Бактерията има сложна структура:

• Стенапредпазва клетките едноклетъчен организъмот външни влияния, придава определена форма, осигурява хранене и запазване на вътрешното си съдържание.
• Цитоплазмена мембранасъдържа ензими, участва в процеса на възпроизводство и биосинтеза на компоненти.
• Цитоплазмаслужи за изпълнение на жизненоважни функции. При много видове цитоплазмата съдържа ДНК, рибозоми, различни гранули и колоидна фаза.
• Нуклеоид- това е ядреният регион неправилна форма, в който се намира ДНК.
• Капсулае повърхностна структура, която прави черупката по-издръжлива и предпазва от повреда и изсъхване. Тази мукозна структура е с дебелина повече от 0,2 микрона. С по-малка дебелина се нарича микрокапсула.Понякога около черупката има слуз, няма ясни граници и е разтворим във вода.
• камшичетасе наричат ​​повърхностни структури, които служат за движение на клетки в течна среда или върху твърда повърхност.
• пиех- нишковидни образувания, много по-тънки и с по-малко флагели. Те се предлагат в различни видове, различни по предназначение и структура. Пили са необходими за прикрепване на организма към засегнатата клетка.
• Спорове. Споронообразуването възниква при възникване на неблагоприятни условия и служи за адаптиране на вида или за запазването му.

Предлагаме да разгледаме основните видове бактерии:

Хранителните вещества влизат в клетката през цялата й повърхност. Микроорганизмите са широко разпространени поради съществуването на различни видове хранене. За да живеят, те се нуждаят от различни елементи: въглерод, фосфор, азот и др. Доставката на хранителни вещества се регулира с помощта на мембрана.

Видът на храненето се определя от това как се усвояват въглеродът и азотът и от вида на енергийния източник. Някои от тях могат да получават тези елементи от въздуха и да използват слънчева енергия, докато други изискват вещества от органичен произход, за да съществуват. Всички те се нуждаят от витамини и аминокиселини, които могат да действат като катализатори за реакциите, протичащи в тялото им. Отстраняването на вещества от клетката става чрез процеса на дифузия.

В много видове микроорганизми важна роляКислородът играе роля в метаболизма и дишането. В резултат на дишането се отделя енергия, която се използва за образуване органични съединения. Но има бактерии, за които кислородът е смъртоносен.

Възпроизвеждането става чрез разделяне на клетката на две части. След като достигне определен размер, започва процесът на разделяне. Клетката се удължава и в нея се образува напречна преграда. Получените части се разпръскват, но някои видове остават свързани и образуват клъстери. Всяка от новообразуваните части се храни и расте като самостоятелен организъм. Когато се постави в благоприятна среда, процесът на възпроизвеждане протича с висока скорост.

Микроорганизмите са в състояние да разграждат сложни вещества до прости, които след това могат да бъдат използвани отново от растенията. Следователно бактериите са незаменими в кръговрата на веществата, без тях много неща не биха били възможни. важни процесиНа земята.

Знаеш ли?

Заключение: Не забравяйте да миете ръцете си всеки път, когато се приберете вкъщи след излизане. Когато отидете до тоалетната, също измийте ръцете си със сапун. Просто правило, но толкова важно! Поддържайте го чист и бактериите няма да ви безпокоят!

За да затвърдим материала, ви каним да изпълните нашите вълнуващи задачи. Късмет!

Задача No1

Разгледайте внимателно снимката и ми кажете коя от тези клетки е бактериална? Опитайте се да наименувате останалите клетки, без да гледате уликите:

Бактериите са най-древният организъм на земята, а също и най-простият по своята структура. Състои се само от една клетка, която може да се види и изследва само под микроскоп. Характерна особеностбактериите са липсата на ядро, поради което бактериите се класифицират като прокариоти.

Някои видове образуват малки групи от клетки; такива групи могат да бъдат заобиколени от капсула (калъф). Размерът, формата и цветът на бактерията са силно зависими от околната среда.

Бактериите се различават по формата си на пръчковидни (бацил), сферични (коки) и извити (спирила). Има и видоизменени - кубични, С-образни, звездовидни. Размерите им варират от 1 до 10 микрона. Избрани видовебактериите могат активно да се движат с помощта на флагели. Последните понякога са два пъти по-големи от самата бактерия.

Видове форми на бактерии

За да се движат, бактериите използват флагели, чийто брой варира - един, чифт или сноп камшичета. Местоположението на камшичетата също може да бъде различно - от едната страна на клетката, отстрани или равномерно разпределено по цялата равнина. Също така, един от методите на движение се счита за плъзгане благодарение на слузта, с която е покрит прокариотът. Повечето имат вакуоли вътре в цитоплазмата. Регулирането на газовия капацитет на вакуолите им помага да се движат нагоре или надолу в течността, както и да се движат през въздушните канали на почвата.

Учените са открили повече от 10 хиляди разновидности на бактерии, но според учените в света има повече от един милион вида. Общата характеристика на бактериите позволява да се определи тяхната роля в биосферата, както и да се проучи структурата, видовете и класификацията на бактериалното царство.

местообитания

Простотата на структурата и скоростта на адаптиране към условията на околната среда помогнаха на бактериите да се разпространят в широк диапазон от нашата планета. Те съществуват навсякъде: вода, почва, въздух, живи организми - всичко това е най-приемливото местообитание за прокариотите.

Бактерии са открити както на южния полюс, така и в гейзерите. Срещат се на океанското дъно, както и в горните слоеве на въздушната обвивка на Земята. Бактериите живеят навсякъде, но броят им зависи от благоприятните условия. Например, голям брой бактериални видове живеят в открити водоеми, както и в почвата.

Конструктивни особености

Бактериалната клетка се отличава не само с факта, че няма ядро, но и с липсата на митохондрии и пластиди. ДНК на този прокариот се намира в специална ядрена зона и има вид на затворен в пръстен нуклеоид. При бактериите клетъчната структура се състои от клетъчна стена, капсула, мембрана, подобна на капсула, камшичета, пили и цитоплазмена мембрана. Вътрешна структураобразувани от цитоплазма, гранули, мезозоми, рибозоми, плазмиди, включвания и нуклеоиди.

Клетъчната стена на бактерията изпълнява функцията на защита и подкрепа. Веществата могат да преминават свободно през него поради пропускливостта. Тази черупка съдържа пектин и хемицелулоза. Някои бактерии отделят специална слуз, която може да предпази от изсушаване. Слузта образува капсула - полизахарид химичен състав. В тази форма бактерията може да понася дори много високи температури. Той изпълнява и други функции, като адхезия към всякакви повърхности.

На повърхността на бактериалната клетка има тънки протеинови влакна, наречени пили. Може да има голям брой от тях. Пили помагат на клетката да предава генетичен материал, а също така осигуряват адхезия към други клетки.

Под равнината на стената има трислойна цитоплазмена мембрана. Гарантира преноса на вещества и също така играе важна роля при образуването на спори.

Цитоплазмата на бактериите е 75 процента направена от вода. Състав на цитоплазмата:

• рибки;
• мезозоми;
• аминокиселини;
• ензими;
• пигменти;
• захар;
• гранули и включвания;
• нуклеоид.

Метаболизмът при прокариотите е възможен както с участието на кислород, така и без него. Повечето от тях ядат готови хранителни веществаорганичен произход. Много малко видове са способни да се синтезират сами органична материяот неорганични. Това са синьо-зелени бактерии и цианобактерии, които са изиграли значителна роля в образуването на атмосферата и нейното насищане с кислород.

Възпроизвеждане

При условия, благоприятни за размножаване, то се извършва чрез бутонизация или вегетативно. Безполово размножаванепротича в следната последователност:

1. Бактериалната клетка достига своя максимален обем и съдържа необходимия запас от хранителни вещества.
2. Клетката се удължава и в средата се появява преграда.
3. Нуклеотидното делене се извършва вътре в клетката.
4. Основната и отделената ДНК се разминават.
5. Клетката се дели наполовина.
6. Остатъчно образуване на дъщерни клетки.

При този метод на размножаване няма обмен генетична информация, значи това е дъщерни клеткище бъде точно копие на майката.

По-интересен е процесът на размножаване на бактерии при неблагоприятни условия. Учените научиха за способността на бактериите за сексуално размножаване сравнително наскоро - през 1946 г. Бактериите нямат разделение на женски и репродуктивни клетки. Но тяхното ДНК е хетерогенно. Когато две такива клетки се доближат една до друга, те образуват канал за пренос на ДНК и се получава обмен на места - рекомбинация. Процесът е доста дълъг, резултатът от който са два напълно нови индивида.

Повечето бактерии са много трудни за виждане под микроскоп, защото нямат собствен цвят. Малко разновидности са лилави или зелени на цвят поради съдържанието на бактериохлорофил и бактериопурпурин. Въпреки че, ако разгледаме някои колонии от бактерии, става ясно, че те отделят цветни вещества в околната среда и придобиват ярък цвят. За да се изследват по-подробно прокариотите, те се оцветяват.

Класификация

Класификацията на бактериите може да се основава на показатели като:

• форма
• начин на пътуване;
• метод за получаване на енергия;
• отпадъци;
• степен на опасност.

Бактерии симбионтиживеят в общност с други организми.

Бактерии сапрофитиживеят върху вече мъртви организми, продукти и органични отпадъци. Те допринасят за процесите на гниене и ферментация.

Гниенето почиства природата от трупове и други органични отпадъци. Без процеса на гниене нямаше да има кръговрат на веществата в природата. И така, каква е ролята на бактериите в кръговрата на веществата?

Гниещите бактерии са помощник в процеса на разграждане на протеинови съединения, както и мазнини и други съединения, съдържащи азот. След като извърши трудна химическа реакция, те разрушават връзките между молекулите на органичните организми и улавят молекули на протеини и аминокиселини. Когато молекулите се разпадат, те отделят амоняк, сероводород и други вредни вещества. Те са отровни и могат да причинят отравяне при хора и животни.

Гниещите бактерии се размножават бързо в благоприятни за тях условия. Тъй като това са не само полезни бактерии, но и вредни, за да предотвратят преждевременното гниене на храните, хората са се научили да ги обработват: сушене, ецване, осоляване, пушене. Всички тези методи на лечение убиват бактериите и предотвратяват тяхното размножаване.

Ферментационните бактерии с помощта на ензими са в състояние да разграждат въглехидратите. Хората са забелязали тази способност още в древността и все още използват такива бактерии за производството на млечнокисели продукти, оцет и други хранителни продукти.

Бактериите, работещи заедно с други организми, извършват много важна химическа работа. Много е важно да знаете какви видове бактерии има и какви ползи или вреда носят на природата.

Значение в природата и за хората

Вече беше отбелязано по-горе голямо значениемного видове бактерии (по време на процесите на гниене и различни видовеферментация), т.е. изпълнявайки санитарна роля на Земята.

Бактериите също играят огромна роля в цикъла на въглерод, кислород, водород, азот, фосфор, сяра, калций и други елементи. Много видове бактерии допринасят за активното фиксиране на атмосферния азот и го превръщат в органична форма, което спомага за повишаване на плодородието на почвата. Особено важни са тези бактерии, които разграждат целулозата, която е основният източник на въглерод за живота на почвените микроорганизми.

Сулфат-редуциращите бактерии участват в образуването на нефт и сероводород в лечебна кал, почви и морета. Така наситеният със сероводород слой вода в Черно море е резултат от жизнената дейност на сулфатредуциращи бактерии. Активността на тези бактерии в почвите води до образуване на сода и содово засоляване на почвата. Бактериите, намаляващи сулфатите, превръщат хранителните вещества в почвата на оризовите насаждения във форма, която става достъпна за корените на културата. Тези бактерии могат да причинят корозия на метални подземни и подводни конструкции.

Благодарение на жизнената активност на бактериите, почвата се освобождава от много продукти и вредителии е наситен с ценни хранителни вещества. Бактерицидните препарати се използват успешно за борба с много видове насекоми вредители (царевичен пробивач и др.).

Много видове бактерии се използват в различни отрасли за производство на ацетон, етилов и бутилов алкохол, оцетна киселина, ензими, хормони, витамини, антибиотици, протеиново-витаминни препарати и др.

Без бактерии са невъзможни процесите на дъбене на кожа, сушене на тютюневи листа, производство на коприна, каучук, обработка на какао, кафе, накисване на коноп, лен и други ликови влакна, кисело зеле и почистване. Отпадъчни води, излужване на метали и др.

Много бактерии са патогени, които причиняват смъртоносни заболяванияот техните собственици. Милиони хора умират всяка година заради тези малки живи същества. Трудно е да се идентифицират смъртоносните бактерии, тъй като много от тях изглеждат доста безобидни, ако бъдат лекувани навреме. Ето обаче някои смъртоносни бактерии, които се срещат в нашия свят.

Салмонела

Един от смъртоносните опасни формисалмонела - коремен тиф. До 261 хиляди души умират от тази бактерия годишно (в ендемични райони). Този бацил се предава чрез замърсяване с изпражнения и урина. Някои хора може да са асимптоматични носители на салмонела.

Тетанус

Добрата новина е, че е разработена ваксина срещу тетанус. В съвременните градове вероятността от заразяване с тетанус е доста малка, но всяка година 58 хиляди деца и възрастни умират по света, които се заразяват с тетанус и не търсят лечение навреме.

Стафилококус ауреус

Стафилококите са една от най-големите групи бактерии с 40 подвида. С малък брой такива бактерии, нормално имунната системаще може да се справи с тях. Въпреки това, в напоследъкПоявиха се много щамове, които са устойчиви на антибиотици.

Сифилис

Сифилисът е включен в този списък, защото се смята за едно от най-изтощителните и трудни за диагностициране заболявания. Въпреки това, сифилисът е лесно лечим в първия и втория етап. На третия етап лечението е доста проблематично, тъй като бактериите проникват в мозъка.

Пневмококи

Тази бактерия е отговорна за многобройни случаи на пневмония в световен мащаб и също така е водещата причина за бактериален менингит.

Туберкулоза

Туберкулозата е измъчвала света от векове. През 2007 г. имаше 13,7 милиона хронично болни хора, 9,3 милиона нови пациенти и 1,8 милиона близки до смъртта. Заразените хора живеят предимно в развиващи се държави. Реши това за дълго времеболестта лежи в латентно състояние в човека, преди да стане активна.

Ешерихия коли

Вирулентните щамове на E. coli могат да причинят гастроентерит, инфекции на пикочните пътища и менингит. В по-редки случаи вирулентните щамове също са отговорни за хемолитичните - уремичен синдром(HUS), перитонит, мастит, сепсис и грам-отрицателна пневмония. E. coli може да се лекува добре с антибиотици, но също така бързо става резистентна към такова лечение.