Микрооргани́змы, микро́бы (фр. microbe , от греч. μικρός — малый и βίος — жизнь [1] ) — собирательное название живых организмов, которые слишком малы для того, чтобы быть видимыми невооружённым глазом. Термин микроб был предложен 26 февраля 1878 года французским филологом Эмилем Литтре по просьбе учёного Шарля Эммануэля Седийо (фр. Charles-Emmanuel Sédillot ) дать подходящее название микроорганизмам [2] .
Содержание
Общие сведения [ править | править код ]
Характерный размер микроорганизмов — менее 0,1 мм. В их классификацию входят как безъядерные (прокариоты: бактерии, археи), так и эукариоты: некоторые грибы, протисты, но не вирусы, которые обычно выделяют в отдельную группу, и не прионы. Большинство микроорганизмов состоят из одной клетки, но есть и многоклеточные микроорганизмы, точно так же, как существуют одноклеточные микроорганизмы, видимые невооружённым глазом, например Thiomargarita namibiensis, представители рода Caulerpa (являются гигантскими поликариотами). Изучением этих организмов занимается наука микробиология.
Повсеместная распространённость и суммарная мощность метаболического потенциала микроорганизмов определяют их важнейшую роль в круговороте веществ и поддержании динамического равновесия в биосфере Земли.
Краткое рассмотрение различных представителей микромира, занимающих определённые «этажи» размеров, показывает, что, как правило, величина объектов определённо связана с их структурной сложностью. Нижний предел размеров свободноживущего одноклеточного организма определяется пространством, требуемым для упаковки внутри клетки аппарата, необходимого для независимого существования. Ограничение верхнего предела размеров микроорганизмов определяется, по современным представлениям, соотношениями между клеточной поверхностью и объёмом. При увеличении клеточных размеров поверхность возрастает в квадрате, а объём — в кубе, поэтому соотношение между этими величинами сдвигается в сторону последнего.
Среда обитания [ править | править код ]
Микроорганизмы обитают почти повсеместно, где есть вода, включая горячие источники, дно мирового океана, а также глубоко внутри земной коры. Они являются важным звеном в обмене веществ в экосистемах, в основном выполняя роль редуцентов (от лат. reduco — «возвращаю, восстанавливаю»); также деструкторы (лат. destruo — «разрушаю»), сапротрофы (др.-греч. σαπρός — «гниль» и τροφή — «пища») — организмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие останки живых существ, превращая их в неорганические и простейшие органические соединения.), но в некоторых экосистемах они — единственные производители биомассы — продуценты.
Микроорганизмы, обитающие в различных средах, участвуют в круговороте серы, железа, фосфора и других элементов, осуществляют разложение органических веществ животного, растительного происхождения, а также абиогенного происхождения (метан, парафины), обеспечивают самоочищение воды в водоёмах.
Впрочем, не все виды микроорганизмов приносят человеку пользу. Некоторые микроорганизмы вызывают порчу сельскохозяйственной продукции, обедняют почву азотом, вызывают загрязнение водоёмов, накопление в продуктах питания ядовитых веществ (например, микробных токсинов).
Микроорганизмы отличаются хорошей приспособляемостью к действию факторов внешней среды. Различные микроорганизмы могут расти при температуре от −6° до +50—75°. Рекорд выживаемости при повышенной температуре поставили археи, некоторые изученные культуры которых растут на питательных средах свыше 110 °C, например, Methanopyrus kandleri (штамм 116) растёт при 122 °C, рекордно высокой температуре для всех известных организмов [3] . В природе среда обитания с такой температурой существует под давлением в горячих вулканических источниках на дне океанов (Чёрные курильщики).
Известны микроорганизмы, процветающие при гибельных для многоклеточных существ уровнях ионизирующего излучения, в широком интервале значений pH, при 25 % концентрации хлорида натрия, в условиях различного содержания кислорода вплоть до полного его отсутствия (анаэробные микроорганизмы).
Симбиотические микроорганизмы (микробиом) обитают внутри организмов растений и животных, в том числе у человека. В организме человека наибольшее количество микроорганизмов-симбионтов располагается в кишечнике. Микроорганизмы живут как внутри тела, так и на коже. Число клеток (но не масса и не объём!) микробиома у человека в 3—10 раз превышает число клеток его организма [4] [5] .
Микробиом каждого человека уникален, хотя и испытывает ежедневные вариации. Есть общие особенности микробиома у людей, живущих в одной местности, у людей, ведущих один образ жизни, и у людей с похожим рационом. Пониженное разнообразие микробиомов обычно ассоциируется со стационарными больными и с ухудшением здоровья. Установлена связь состава микробиома с рядом заболеваний, включая ожирение, воспалительные заболевания кишечника, рак толстой кишки, болезни сердца, рассеянный склероз и аутизм [5] .
Весьма многочисленное количество видов микроорганизмов является условно-патогенными или патогенными для человека и животных. Патогенные микроорганизмы вызывают болезни человека, животных и растений.
Наиболее общепризнанные теории о происхождении жизни на Земле предполагают, что протомикроорганизмы были первыми живыми организмами, появившимися в процессе эволюции.
Микробы – это самые маленькие живые, в основном одноклеточные организмы, которые можно разглядеть только через очень точный микроскоп. Их размер настолько мал, что измеряется в микрометрах (1 мкм = 1/1000 мм) или даже нанометрах (1 нм = 1/1000 мкм).
Что изучает микробиология
Микробиологией называют науку, которая исследует сферу жизни микроорганизмов: строение, функционирование, условия жизнедеятельности, развитие и размножение.
Первым человеком, которому удалось рассмотреть и описать микробы, был голландец А. Левенгук. На закате 17-го века он смастерил линзы, увеличивающие изображение более чем в 200 раз. Его потрясло то, что он через них увидел, что микробы – это целый мир со своими особенностями существования. Так была положена основа новой науке – микробиологии. Левенгук проиллюстрировал и описал обнаруженные микробы. Фото и картинки с их изображением тех времен – заснятые увеличения через микроскоп.
Виды микробов
Бесчисленное многообразие видов микроорганизмов впечатляет. Микробы – это короткое название сотен их самых разных типов. Они отличаются между собой внешним видом, строением, условиями жизни, способностью к размножению. Различают неклеточные, многоклеточные и одноклеточные микробы. Фото с их визуализацией помогают с легкостью относить каждую особь к тому или иному виду. Классификация микробов:
- бактерии;
- вирусы;
- фаги;
- грибы;
- микроводоросли;
- простейшие;
- дрожжи.
Бактерии
Целый раздел микробиологии — бактериология — открывает нам огромный мир бактерий – прокариотных организмов. От эукариот (многоклеточные, простейшие, водоросли, грибы) они отличаются отсутствием хлорофилла, оформленного ядра с генетическим материалом и органоидами. Размер бактерии непостоянен, может меняться в зависимости от внешней среды (от 0,1 до 28 мкм). Наиболее популярная классификация бактерий – по морфологическому строению.
Кокки
Кокками называют шарообразные микробы, которые могут принимать сферическую, бобовидную, эллипсовидную или ланцетовидную форму.
- Микрококки могут располагаться по одному, парами или беспорядочно. Они называются сапрофитами, живут в воде и воздухе.
- Диплококки размножаются делением в одной плоскости по две штуки. К ним относятся менингококки (носители менингита) и гонококки.
- Стрептококки аналогично делятся в одной плоскости, но целыми цепочками. Известны патогенные для человеческого организма виды, которые передают ангину и различные рожистые воспаления.
- Тетракокки располагаются по две штуки на двух плоскостях, взаимно перпендикулярных. Патогенные особи очень редки.
- Сардины представляют собой характерные тюки клеток по 8, 16 и более на трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Практически все их представители обитают исключительно в воздухе.
- Стафилококки могут делиться одновременно в нескольких плоскостях, расположенных беспорядочно относительно друг друга, по внешнему виду напоминают виноградные грозди.
Палочковидные
Цилиндрические микроорганизмы встречаются гораздо чаще других видов. Их разделяют на бактерии, не имеющие способности образовывать споры (дифтерийная, дизентерийная, туберкулезная, партифозная, кишечная палочка), и бациллы, способные к созданию спор (сибиреязвенная, сенная, столбнячная, анаэробная). Классификация по способу деления:
- Диплобактерии, диплобациллы отличаются расположением только в одной плоскости по две клетки (пневмония).
- Стрептобактерии, стрептобациллы в процессе деления занимают одну плоскость, на которой выстраивают целую цепочку (сибирская язва).
- Основная часть цилиндрических микробов располагаются бессистемно по одной особи.
Извитые
Извитые микробы могут принимать форму запятой, это вибрионы (например, холера). Спириллы имеют несколько завитков, спирохеты – это тонкие извитые палочки (сифилис).
Важно отметить, что все микробы и бактерии полиморфны, они имеют уникальную способность менять свою форму под воздействием самых разных факторов: внешняя среда, температура, кислотность и пр. Именно эта способность лежит в основе многих лабораторных исследований микробов, направленных на разработку медицинских препаратов, которые помогут в дальнейшем бороться с патогенными для человека бактериями.
Вирусы
Вирусы – это обширное сообщество микробов, отличающееся от других отсутствием как такового клеточного строения. Из размеры несопоставимо меньше размеров бактерий: от 5 до 150 нм. Чтобы разглядеть их, придется настроить электронный микроскоп на самый высокий уровень точности. Большинство представителей вирусных микроорганизмов состоят только из белка и нуклеиновой кислоты (РНК, ДНК).
Некоторые микробы и вирусы могут быть возбудителями многих тяжелых человеческих заболеваний (грипп, гепатит, корь). Кроме того, существуют виды, патогенные и для животных (чума, ящур).
Микофаги – вирусы грибов. Бактериофаги – вирусы бактерий, они обитают практически повсюду, где есть хоть какая-то жизнь. Некоторые фаги обладают очень полезной способностью – разрушать микробную клетку, поэтому часто используются при производстве лекарств для профилактики и лечения инфекций различного типа.
Рикетсии – особый вид микробов, которые можно отнести как к бактериям, так и к вирусам. Это обездвиженные палочковидные внутриклеточные паразиты, неспособные образовывать споры или капсулы.
Грибы
Это особенные микроорганизмы растительного происхождения, лишенные хлорофилла и способности синтезировать органические вещества. Более того, для их жизни требуются уже готовые органические вещества, поэтому практически все они растут на основе из субстратов разного происхождения. Имеются некоторые патогенные для человека, животных и растений виды грибов.
Грибы отличаются от бактерий тем, что их клетки более похожи на растительные, имеют ядра и вакуоли. Они представлены в виде гифов — длинных нитей, которые могут ветвиться и переплетаться между собой.
Размножаться грибы могут несколькими способами: вегетативным делением, бесполым и половым – образованием спор. Споры грибов характеризуются высокой стойкостью, они могут продолжительное время жить в разной внешней среде и перемещаться при этом на огромные расстояния до тех пор, пока не попадут в питательную среду, где они достаточно быстро трансформируются в гифы.
Плесневые грибы встречаются нам очень часто, их можно легко разглядеть невооруженным взглядом на подпорченных пищевых продуктах. Они выглядят как творожистый налет неоднородного цвета. Существуют некоторые виды грибов, которые не просто портят продукты, они вырабатывают токсичный для людей и животных митоксин, например аспергиллус или фузариум.
Однако грибы не всегда вредны, их многочисленные полезные свойства успешно используются производителями медицинских препаратов. Самый эффективный и популярный антибиотик пенициллин изготавливают на основе грибов из вида пенициллов.
Актиномицеты – исключительный вид микроорганизмов, который имеет строение и свойства бактерий и способ размножения, аналогичный грибам.
Дрожжи
Это обездвиженные одноклеточные микробы размером от 10 до 15 мкм, которые могут иметь круглую, овальную, в редких случаях цилиндрическую и серповидную форму. Дрожжи аналогичны грибам по своему строению, содержат вакуоль и ядро. Возможные способы размножения — деление, почкование или с помощью спор. Они быстро развиваются в почве, на продуктах питания, растениях. Дрожжи на поверхности продуктов питания приводят к их брожению и закисанию. Спиртовое брожение трансформирует сахар в спирт, этот процесс заложен в основу алкогольной промышленности и домашнего виноделия.
Существуют патогенные для человеческого организма типы. Например, довольно распространенный род дрожжей кандида способствует распространению неприятного заболевания — кандидоза.
Полезные микробы в организме человека
Человеческое тело населено триллионами различных бактерий, которые могут быть как вредными, так и полезными. Существуют и бактерии, которые жизненно необходимы для нормального функционирования нашего организма. Суммарный вес бактерий во взрослом человеке может достигать 4 кг, причем ¾ из них проживают в нашем кишечнике. Остальные прекрасно себя чувствуют в мочеполовой системе, на поверхности кожи и слизистых. Интересно, что тело ребенка заселяется микроорганизмами уже в процессе его рождения, а к 10 годам кишечная микрофлора уже полностью сформирована. Некоторые микробы для детей крайне опасны, поэтому первый год жизни гигиена тела ребенка должна быть очень тщательной.
Какие микробы живут в кишечнике:
- лактобактерии;
- бифидобактерии;
- стрептококки;
- энтеробактерии;
- грибы;
- простейшие;
- вирусы.
Польза бактерий для человека
- При помощи энтеробактерий организмом осваиваются витамины группы В, С, К, никотиновая и фолиевая кислота.
- Помогают переварить нерасщепленную пищу.
- Поддерживают ионный и водно-солевой обмен.
- Сдерживают рост патогенных микроорганизмов.
- Способствуют поддержанию иммунитета.
- Развивают лимфоидный аппарат.
- Снижают чувствительность стенок кишечника к канцерогенным продуктам.
- Повышают вирусоустойчивость.
- Активно участвуют в тепловом балансе.
Бифидо- и лактобактерии занимают более половины кишечной микрофлоры, они играют важную роль в жизни здорового человека:
- Молочная кислота и ацетат, вырабатываемые с участием этих микроорганизмов, способны создавать такую среду в кишечнике, в которой не могут жить болезнетворные микробы.
- Бифидобактерии – натуральное антигистаминное средство, подавляет аллергические реакции в организме.
- Они оказывают антиоксидантный эффект и борются с ростом опухолевых клеток.
- Бифидобактерии активно участвуют в выработке витаминов группы В.
- Бифидо- и лактобактерии способствуют увеличению процента усвоения человеком железа, кальция и витамина Д.
Значение микробов для природы
Бактерии, содержащие аммонифицирующие ферменты, инициативно способствуют процессу гниения останков людей, животных, растений и пищевых отходов. В ходе разложения белка в атмосферу выделяются очень важные газы: аммиак и азот, которые жизненно важны для человека, животных, растений.
Уробактерии способны разложить мочевину, производимую ежедневно каждым человеком и животным. А это, между прочим, не менее 55 млн тонн каждый год.
Микробы, способные к нитрофикации, окисляют аммиак. Денитрифицирующие микроорганизмы способствуют выделению из почвы молекулярного кислорода.
Углерод – одно из важнейших клеточных веществ мира растений и животных. Клетчатка, которую употребляют в пищу многие животные, содержит много углерода. В их желудках он при помощи целлюлозных бактерий ферментируется и выходит с навозом обратно в природу. Таким образом, земля получает гумус, становится гораздо более плодородной, а атмосфера насыщается углекислотами.
Таким образом, бактерии и микробы — это очень важная составляющая всего живого мира. Множество полезных бактерий постоянно сопровождают человека на протяжении всей жизни и защищают наш организм от нежелательных внешних воздействий. Очень важно не нарушить тонкий и хрупкий баланс между благотворными и патогенными микроорганизмами.
Микробы и их жизнедеятельность
Микробы представляют собой различные по своей природе организмы, которые характеризуются очень малыми размерами. Большинство микробов состоят из одной клетки (за исключением грибков).Размеры микроорганизмов принято выражать в тысячных долях миллиметра (микронах) и в миллионных долях миллиметра (миллимикронах). Известны микробы величиной всего лишь в несколько миллимикрон, но есть и достигающие размера 100 мк и более.Как и все живые существа, микробы питаются, растут, размножаются и умирают.
Для того чтобы жить и размножаться, микроб должен питаться и дышать. Питание микробов осуществляется путем проникания питательных веществ через оболочку, покрывающую тело микроба. Таким же путем происходит у микробов выделение продуктов обмена веществ. Для питания микробу необходимы все те вещества, из которых состоит его тело, и в первую очередь углерод и азот.
Дыхание микробов происходит путем поглощения кислорода из воздуха. Но есть группа микробов, на которую кислород действует губительно. В этих случаях дыхание осуществляется за счет продуктов разложения углерода.
Размножение микробов большей частью происходит очень просто: взрослая клетка каждые 20—30 мин делится пополам. Можно представить, что могло произойти, если бы деление клеток происходило беспрепятственно, какое количество микробов смогло бы образоваться. Однако этого не происходит, так как в природе существует много факторов, которые вызывают гибель микробных клеток.
Некоторые микробы легко передвигаются при помощи тонких нитей — жгутиков, расположенных на поверхности всего тела микроба или на одном его конце.
Мир микробов очень разнообразен. Одни из них населяют почву, другие — воду, третьи встречаются на поверхности тела и в кишечнике животных и человека. Одни микроорганизмы относятся к животным организмам, другие — к миру растений. Существует группа микробов, занимающая промежуточное положение между животным и растительным миром.
Различают следующие основные группы микробов: бактерии, грибки, спирохеты, простейшие, риккетсии, вирусы.
Бактерии — одноклеточные организмы растительной природы, которые размножаются простым делением. Обычно величина бактерий колеблется в пределах 0,4—10 мк.
По внешнему виду бактерии подразделяются на три основные группы: кокки, имеющие форму шара; палочки; вибрионы и спириллы — изогнутые и спирально извитые формы.
Кокки в процессе размножения могут делиться в одной, двух и трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
Если кокки делятся в одной плоскости, образуются стрептококки (цепочки кокков). Некоторые виды стрептококков являются возбудителями гнойничковых заболеваний кожи, скарлатины и др.
Если кокки делятся беспорядочно, образуя кучки, по форме напоминающие виноградные гроздья, — это стафилококки. Некоторые виды стафилококков являются возбудителями гнойничковых заболеваний кожи, заболеваний подкожной клетчатки.
Палочки по внешнему виду могут отличаться друг от друга. Бывают палочки строго цилиндрической формы, бочковидные, колбовидной формы и др. Большинство палочек располагается одиночно, беспорядочно, но они могут располагаться парами или цепочкой. Некоторые виды палочек являются болезнетворными для человека (палочка столбняка, палочка сибирской язвы и др.).
Вибрионы имеют изогнутую форму (запятые), спириллы —винтообразную. Среди этой группы мало представителей, вызывающих заболевание у человека.
Бактериальная клетка состоит из протоплазмы, оболочки и ядерного вещества. Кроме того, некоторые виды бактерий имеют еще жгутики, капсулу и пр.
Протоплазма бактерий прозрачная, полужидкая. Иногда ней образуются вакуоли, наполненные клеточным соком. Помимо них в протоплазме наблюдаются отложения капель жира, кристаллики солей, иногда серы.
Ядро бактерий в отличие от других микробов не собрано в виде отдельного образования, а рассеяно по всей протоплазме. У некоторых крупных бактерий имеется четко отграниченное от протоплазмы ядро.
Оболочка бактериальной клетки является довольно плотным и эластичным образованием, благодаря чему бактерии обычно сохраняют свою форму. Оболочку можно наблюдать в электронном микроскопе.
Капсула образуется многими бактериальными клетками и имеет защитное значение. Одни бактерии имеют капсулу постоянно, другие окружаются капсулой при попадании в организм: человека или животного.
Жгутики являются органами движения и имеются не у всех: бактерий. В лабораторной практике этим признаком пользуются для отличия одних видов бактерий от других. Количество жгутиков у бактерий бывает различным (один жгутик; множество жгутиков, отходящих от всех сторон; пучок жгутиков на одном конце бактериальной клетки).
Некоторые бактерии обладают способностью образовывать так называемые споры.
Образование спор у болезнетворных микробов происходит вне организма человека и животного, обычно при неблагоприятных условиях существования.
Споры очень устойчивы. Многие из них выдерживают длительное кипячение. Споры являются особой устойчивой формой существования бактерий. Споры различных бактерий в большом количестве постоянно находятся в воде, почве, где они могут сохраняться десятки лет. Если споры снова попадают в благоприятные условия, каждая из них прорастает в обычную бактериальную клетку.
Грибки — растительные организмы, чаще всего многоклеточные. Их клетки имеют вытянутую форму и похожи на нити. Они состоят из прочной оболочки, протоплазмы и отчетливо-видимого одного или нескольких ядер. Важной особенностью грибков является разнообразие способов размножения (простым делением, спорообразованием, почкованием, половым путем). Наиболее часто грибки размножаются путем спорообразования (споры у грибков в отличие от спор бактерий служат целям размножения, менее устойчивы).
Различают три основные группы грибков: совершенные, несовершенные и лучистые.
К совершенным относятся плесневые грибки и дрожжи.. Плесневые грибки выделяют активные противомикробные вещества — антибиотики. Как возбудители заболеваний человека плесневые грибки имеют очень малое значение.
Дрожжи широко применяются в хлебопечении, пивоваренной промышленности, виноделии и других производствах. В дрожжах содержится значительное количество ценных пищевых белков и витаминов группы В, в связи с чем их используют как дополнительное питание для ослабленных лиц, при некоторых заболеваниях.
В группу несовершенных входят болезнетворные грибки, поражающие волосы, кожу и ногти (грибки стригущего лишая, парши и других болезней).
Лучистые грибки по своему строению занимают промежуточное положение между грибками и бактериями. Известны лучистые грибки, вызывающие заболевания человека и крупного рогатого скота. Из лучистых грибков добывают сильнодействующие антибиотики — стрептомицин и др.
Спирохеты представляют особую группу микроорганизмов В основе строения спирохет лежит осевая эластическая нить на которой винтообразно намотана лента протоплазмы. Ядерное вещество у спирохет, так же как у бактерий, распределено по всей протоплазме. Спирохеты очень подвижны, размножаются простым делением поперек. К ним относятся возбудители возвратного тифа, сифилиса и других инфекционных болезней.
Простейшие—это одноклеточные организмы животного происхождения.
Клетки простейших состоят из протоплазмы и четко отграниченного ядра. Некоторые простейшие имеют жгутики, благодаря которым они передвигаются. Ряд простейших в определенных условиях может превращаться в цисты, которые окружаются плотной оболочкой. Цисты простейших, так же как испоры бактерий, являются устойчивой формой существования клеток в неблагоприятных условиях и не служат целям размножения. Попадая в благоприятные условия, цисты превращаются в обычные клетки. Размножаются простейшие делением, множественным дроблением и половым путем. К простейшим принадлежат возбудители малярии, амебной дизентерии и других заболеваний.
Риккетсии занимают промежуточное положение между бактериями и вирусами. У них имеются оболочка, цитоплазма ядерное вещество. Из риккетсий, вызывающих заболевания у людей, наибольшее значение имеет возбудитель сыпного тифа.
Размер вирусов исчисляется в миллионных долях миллиметра (миллимикронах). Вирусы видны в электронном микроскопе, который дает увеличение в десятки тысяч раз. Несмотря на свои малые размеры, каждая вирусная частица окружена мембраной, в которой заключено внутреннее содержимое. Важнейшим отличием вирусов от бактерий является неспособность размножаться вне организма. Вирусы являются внутриклеточными паразитами и размножаются в протоплазме клеток, а иногда в ядре. К ним относятся возбудители кори, гриппа полиомиелита, оспы и ряда других инфекционных заболеваний.
Физиология микробов
Дыхание бактерий.Необходимую для своей жизнедеятельности энергию клетка бактерии получает в процессе дыхания бактерии.
По типу дыхания все микроорганизмы делятся на две группы: микробы, у которых процесс дыхания связан с использованием свободного кислорода воздуха, и микроорганизмы, не нуждающиеся в свободном кислороде, который для них оказывается даже вредным.
Первая группа микроорганизмов получила название аэробов (тип дыхания аэробный); вторая группа — анаэробов (тип дыхания — анаэробный).
Расщепление углеводов в бескислородных условиях называется брожением. В зависимости от вида микроорганизмов, вызывающих процесс брожения, последний бывает спиртовым, уксуснокислым и др. Это значит, что в процессе брожения может образовываться либо спирт, либо уксусная кислота и т. д.
Ферменты бактерий.Процессы питания и дыхания бактерий протекают обязательно при участии ферментов — особых веществ белкового характера. Ферменты даже в самых незначительных количествах намного ускоряют соответствующие химические процессы, сами почти не изменяясь.
Без ферментов процессы питания и дыхания могли бы протекать, но очень медленно. Ферменты образуются только в живых клетках. Одна группа ферментов не связана с микробной клеткой, и они выделяются бактериями в окружающую среду. Функция этой группы заключается в том, что ферменты способствуют расщеплению сложных соединений на более простые, доступные усвоению. Другая группа ферментов (таких большинство) находится внутри бактериальной клетки и связана ней.
Кроме того, существуют ферменты, которые появляются у бактерий в процессе приспособления к изменившимся условиям питания.
Характерная особенность ферментов заключается в том, что на вещества определенного состава или групп действует свой фермент. Так, имеются ферменты для переработки сложных углеродистых соединений (сахаров), белков, жиров и т. д.
Рост и размножение бактерий.Процесс роста бактериальной клетки выражается в увеличении ее размеров. Этот процесс протекает очень быстро — в течение нескольких минут.
После того как бактерии достигают взрослого состояния, начинается процесс размножения путем простого поперечного деления. В благоприятных условиях (достаточное питание, благоприятная температура) бактериальная клетка делится каждые 50—30мин. Подсчитано, что если бы размножение бактерий происходило беспрепятственно, то в течение 5 суток из одной клетки образовалась бы такая живая масса, которая заполнить все моря и океаны. Но такое размножение требует как указывалось выше, ряда благоприятных условий, которые во внешней среде не имеют места.
Химический состав бактерий.Бактериальная клетка содержит большое количество воды — 75—85% массы клетки. Oстальные 15% приходятся на сухой остаток, в состав которого входят белок, углеводы, жиры, соли и другие вещества.
Бактериальные белки представляют собой сложные белки, состоящие из различных химических соединений. Эти химические вещества необходимы для жизнедеятельности бактериальной клетки.
Кроме белков в состав сухого остатка бактерий входят углеводы (12-28%), нуклеиновые кислоты.
Количество жиров, входящих в состав сухого остатка, может быть различным. У некоторых форм бактерий содержание жира доходит до ‘/з сухого остатка. В основном жиры входят в состав оболочки, обусловливая ряд ее свойств.
Необходимой составной частью бактериальной клетки являются минеральные соли, составляющие около ‘/зоо всей масс клетки. В состав бактериальных клеток входят также азот, кислород, водород, углерод, фосфор, калий, натрий, магний, кальций, кремний, сера, хлор, железо.
В зависимости от условий внешней среды химический состав бактерий может изменяться как количественно, так и качественно.
Питание бактерий.Питание бактерий — весьма сложный процесс, который происходит за счет непрерывного проникновения определенных питательных веществ через полупроницаемую оболочку и выделения из клетки продуктов обмена.
Так как оболочка бактерий непроницаема для белков и других сложных соединений, необходимых для питания клетки, эти вещества усваиваются после расщепления ферментами.
Большое значение для нормального питания бактерий имеет правильное соотношение концентраций солей внутри клеток и в окружающей среде. Наиболее благоприятные условия питания создаются при концентрации солей в окружающей среде, равной 0,5% раствора хлористого натрия.
При попадании в 2—10%-ный раствор хлористого натрия происходит сморщивание бактериальной клетки — обезвоживание, которое делает ее неспособной к размножению. На этом основан способ консервирования продуктов при помощи соления.
Для питания бактериям необходимы кислород, водород, углерод и азот. Источниками снабжения этими веществами может быть вода, воздух и др.
Помимо перечисленных обычных питательных веществ для роста бактерий необходимы особые химические соединения.
Установлено, что некоторые виды стрептококков совершенно не растут при отсутствии витамина В.
Пигментообразование.Некоторые виды бактерий и грибков обладают способностью образовывать различные красящие вещества— пигменты. Большей частью этой способностью обладают бактерии, находящиеся в почве, воздухе и воде. Особенно отчетливо это качество микробов обнаруживается в лабораторных условиях. При размножении на плотных питательных средах бактерии образуют колонии, которые благодаря различным пигментам имеют окраску: красную, белую, фиолетовую, золотистую и др.
Установлено, что наилучшими условиями для образования пигмента являются достаточный доступ кислорода, света и комнатная температура.
Считают, что пигменты у микробов выполняют защитную функцию против губительного действия солнечного света; кроме того, они играют определенную роль в процессах дыхания.
Свечение. В природе существуют микробы, в том числе и бактерии, которые в процессе своей жизнедеятельности образуют вещества, способные при соединении с кислородом воздуха светиться. Явления свечения гнилушек, поверхности моря и др. объясняются развитием подобных микробов. Такие светящиеся микробы не болезнетворны для человека.
Образование запахов.Свойство микробов образовывать запахи (ароматообразование) объясняется наличием особых летучих веществ, которые по своей химической природе близки к эфирам (эфироподобные вещества). Различные ароматообразующие бактерии используются в пищевой промышленности для изготовления сыра, масла, вина и других продуктов.
Из бактерий, являющихся болезнетворными для человека и издающих запах при выращивании в лабораторных условиях, можно назвать туберкулезную палочку, запах которой приближается к запаху меда, и т. д.
Микробные яды.Попадая в организм человека, и размножаясь там, микробы вырабатывают вещества, отрицательно действующие на нервную систему, сердце, внутренние органы. Эти вредные вещества получили название токсинов. Микробные токсины — наиболее сильнодействующие яды из всех известных. Даже незначительное их количество может оказать ядовитое действие на организм. Поражения, наблюдаемые при многих инфекционных заболеваниях, связаны с действием микробных токсинов. Токсины имеются почти у всех болезнетворных микробов. Токсины бывают двух видов: экзотоксины и эндотоксины.
Экзотоксинами называются яды, которые легко выходят из микробной клетки в окружающую среду.
Экзотоксины характеризуются относительно малой устойчивостью, легко разрушаются под влиянием нагревания, действия света и различных химических веществ. Характерным свойством экзотоксинов является их действие в крайне малых дозах.
Микробные экзотоксины — это одни из наиболее сильных. Так, например, 0,00001 мл столбнячного токсина вызывает бель белой мыши, а токсин микроба ботулизма действует в меньшей дозе.
Эндотоксины прочно связаны с телом микробной клетки, освобождаются только после разрушения тела микроба. В отличие от экзотоксинов эндотоксины вызывают в организме следующие признаки отравления: головную боль, слабость, одышку т. д. Эндотоксины более устойчивы, чем экзотоксины, некоторые выдерживают даже кипячение. Токсичность для организмов у них значительно меньше, чем у экзотоксинов.
Эндотоксины имеются у всех болезнетворных микробов; экзотоксины вырабатываются только некоторыми из них — дифтерийной палочкой, стафилококком, бактерией ботулизма.
Clostridium botulinum (окраска генциановым фиолетовым) — возбудитель ботулизма