Роль бактерий в жизни человека. полезные бактерии

Строение бактерии

• Оболочка — клеточный орган, создаваемый тремя элементами — мембраной, клеточной стенкой, и слизистой капсулой.
• Цитоплазма — полувязкая жидкость, заполняющая бактерию и содержащая органоиды и запас питательных веществ.
• Ядерное вещество — бактериальная ДНК в виде одноцепочечного кольца.
• Плазмиды — дополнительные кольца ДНК, встраивающиеся в материнскую клетку.
• Рибосомы — элементы, синтезирующие белковые молекулы.
• Клеточные включения — питательные вещества крахмал, гликоген, жиры, гранулы волютина.
• Жгутик — нарост одноклеточной оболочки, позволяющий клетке перемещаться. Возможно формирование от 1 до 1000 жгутиков. Наросты бывают одиночными, пучковыми или равномерно распределенными по поверхности бактерии.
• Ворсинки – приспособления для крепления к инородной поверхности.

По внешней форме бактерии разделяются на виды:

• стафилококки — похожи на грозди ягод;
• диплококки — округлые парные;
• стрептококки — длинные цепочки округлых клеток;
• палочки;
• вибрионы — дугообразные;
• спириллы — короткие спирали;
• спирохеты — длинные спирали.

Бактерии известны как одноклеточные, однако после деления новообразованные клетки могут оставаться единой колонией, соединяясь клеточными стенками или слизистыми. Кокки часто создают пары, цепочки или грозди; бациллы — короткие или длинные нити. Нити цианобактерий могут достигать одного метра в длину.

Биология относит бактерии к прокариотам (доядерным организмам).

Разнообразие бактерий

Бактерии обитают повсеместно: в почве, воздухе, воде.  Бактерии живут даже в нашем организме! Они составляют микрофлору слизистых, поселяются в аппендиксе. Однако больше всего бактерий можно найти в почвенной среде – там много детрита, которым они питаются. Подробнее о детрите и детритофагах мы поговорим в статье «Экосистема Ч1».

Какими бывают бактерии?

Выделяют три основные группы бактерий: 

• архебактерии,
• эубактерии,
• цианобактерии.

1. Архебактерии – древнейшие бактерии. Приставка “архе-” в дословном переводе означает “древний”. Мы уже слышали её в слове “археолог” – это учёный, который занимается раскопками древних отложений. К архебактериям относятся, например, метанообразующие бактерии. Они вырабатывают газ – метан. Они обитают в пищеварительном тракте человека и жвачных, где помогают переваривать пищу. 

1. Эубактерии – истинные бактерии, они имеют самое типичное строение клетки из всех представителей царства. Наверняка, Вы что-нибудь слышали о стрептококках или стафилококках, которые вызывают заболевания слизистых. Так вот они типичные представители данной группы.

1. Цианобактерии, или сине-зелёные водоросли – фототрофные бактерии. Они способны питаться за счет фотосинтеза. Эти бактерии ещё миллионы лет назад начали создавать озоновый слой, который до сих пор защищает нас от ультрафиолетового излучения. 

Почему Шелдон Планктон из мультфильма про Спанчбоба ест только голографические продукты?Помните серию Спанч Боба, где Планктон ел голографическое мясо? В детстве при первом просмотре мультфильма мало кто понимал, зачем он это делает – ведь он, наверное, не получит никакой энергии! На самом деле Шелдон – это пример цианобактерии, осуществляющей фотосинтез: под действием света он образует органические вещества.

Внешний вид бактерий

В рекламе разных моющих средств мы можем увидеть бактерии как злобных маленьких шариков, которые быстро двигаются и размножаются. Но на самом деле формы бактерий очень разнообразны. 

• кокки – бактерии, имеющие шарообразную форму;
• бациллы, или палочки – вытянутые в длину бактерии;
• вибрионы – дугообразно изогнутые бактерии;
• спириллы – имеющие спиралеобразную форму.

Многие бактерии соединяются в цепочки, образуя целые скопления клеток:

• диплококки – образованы попарно соединенными кокками;
• стрептококки – скопление кокков в виде цепочки;
• стафилококки – скопление кокков в виде виноградной грозди;
• сарцины – кокки, имеющие вид плотных пачек.

Особенности размножения

Условия, при которых размножаются различные микроорганизмы, приблизительно одинаковые: им необходима повышенная влажность, высокая температура (+14−36 градусов), питательные вещества, темнота — эти условия находятся на теле каждого человека в районе паха и подмышек.

Определенным патогенным организмам даже не требуется воздух — класс анаэробных микробов может развиваться в консервах, а во время проникновения в организм начинают провоцировать появления ботулизма. Пониженные температуры сделает их малоподвижными, термообработка и солнечные лучи разрушают бактерии.

Значение бактерий в сельском хозяйстве

Человек давно заметил полезные свойства бактерий и применяет их в различных сферах своей жизни. Под влиянием одних микроорганизмов навоз превращается в перегной. Благодаря другим, из перегноя преобразуется в вещества, необходимые для питания растений и повышения урожая.

На корнях клевера, бобовых растений можно обнаружить много утолщений – клубеньков, их образование происходит под влиянием определенных бактерий. Они поглощают азот из воздуха, содержащегося в почве. При гниении отмерших корней этих растений образуются полезные соли азота, которые являются хорошим удобрением для растений.

Из листьев и стеблей кукурузы приготавливают отличный корм для скота – силос. Под влиянием бактерий молочнокислого брожения образуется молочная кислота, которая предохраняет силос от гниения и сохраняет все его питательные свойства. Современная наука ищет способы использования простейших для защиты и противодействия пагубному влиянию патогенных одноклеточных. Создаются соединения, способные защищать культуры и животных от болезней. При этом используются не обычные антибиотики с побочными действиями, а усовершенствованные варианты бактериальной природы, не вызывающие привыкания и не влияющие на иммунитет.

Общие сведения о бактериях

За прошедшие столетия микробиологи узнали о мире этих крохотных существ чрезвычайно много. Оказалось, что именно бактериям наша планета обязана зарождению многоклеточных форм жизни. Именно они играют главную роль в поддержании кругооборота веществ на Земле. Поколения людей сменяют друг друга, отмирают растения, накапливаются бытовые отходы и отжившие оболочки различных существ — все это утилизируется и с помощью бактерий разлагается в процессе гниения. А образующиеся при этом химические соединения возвращаются в окружающую среду.

А как сосуществует человечество и мир бактерий? Оговоримся, что существуют бактерии «плохие и хорошие». «Плохие» бактерии повинны в распространении огромного количества болезней, начиная от чумы и холеры до обычного коклюша и дизентерии. Попадают они в наш организм воздушно-капельным путём, вместе с едой, водой и через кожные покровы. Эти коварные попутчики могут обитать в различных органах, и пока наш иммунитет с ними справляется, они никак себя не проявляют. Поражает скорость их размножения. Каждые 20 минут их количество удваивается. Это значит, что один единственный патогенный микроб, за 12 часов порождает многомиллионную армию таких же бактерий, которые атакуют организм.

Существует ещё одна опасность, которую несут бактерии. Они вызывают отравление людей, потребляющих испорченные продукты — консервы, колбасные изделия и т. д.

Виды бактерий, Классификация по влиянию на организм человека с примерами

Принято выделять два крупных класса бактерий:

1. Аэробные, для жизнедеятельности которых необходим кислород. Представителями являются: палочка туляремии, туберкулезная палочка, холерный вибрион.
2. Анаэробные, способные обходиться без кислорода. К ним относят:

• болезнетворные бактерии, вызывающие токсические поражения желудочно кишечного тракта, столбняк, газовую гангрену;
• условно-патогенные микробы, обитающие в кишечном тракте и на коже (становятся опасными при попадании в открытую рану).

Кроме того, отмечают факультативно-аэробные микробы, для существования которых нужно малое количество кислорода. Ярким примером являются кокки (стафилококк, стрептококк) и сальмонелла. 

По строению клеточной стенки бактерии разделяют на грамположительные (муреиновый слой достаточно толстый) и грамотрицательные (тонкий муреиновый слой покрыт второй мембраной). Такое подразделение основано на различном восприятии красителей при окраске по методу датского бактериолога Г. К. Грама.

Грамположительные бактерии по Граму окрашиваются в синий (фиолетовый) цвет.

Грамотрицательные бактерии по данному методу окрашиваются в красный цвет.

Существуют также бактерии без клеточной стенки — микоплазмы.

По влиянию на человека бактерии можно подразделяют на три вида:

Сапрофиты (непатогенные). Они не причиняют вред, а обладают полезными свойствами, так как способствуют нормальному пищеварению и, соответственно, усвоению питательных веществ.

К ним относят:

• молочнокислые бактерии: используются в пищевой промышленности, например, для приготовления кисломолочных продуктов, сыров, теста;
• бифидобактерии.

Функции бифидобактерий:

1. Защищают кишечник от проникновения патогенных организмов.
2. Вырабатывают органические кислоты, препятствующие размножению болезнетворных микробов.
3. Усиливают всасывание витамина Д.
4. Помогают синтезировать белки, витамины (К, группы В).

Условно-патогенные. Эти микроорганизмы могут долгое время жить, например, в кишечнике, носоглотке, на коже и не вызывать заболевания. Но при возникновении благоприятных условий, например, нарушении микрофлоры, ослаблении иммунитета, их количество резко увеличивается и они становятся опасными для здоровья.

Классическим примером условно-патогенных микробов является золотистый стафилококк — микроб, который может вызывать более 100 разных заболеваний, включая сепсис, то есть смертельное заражение крови. Чаще всего, эта бактерия хотя и есть в анализах многих людей, но болезней у них нет. 

Среди других представителей таких бактерий выделяют:

• кишечную палочку;
• хеликобактер пилори (может стать причиной гастрита, язвы, но у большинства людей является частью здоровой микрофлоры);
• стрептококки.

Патогенные или болезнетворные (более 3000 видов). Их наличие в организме всегда свидетельствует о развитии инфекции. Даже малое количество таких бактерий, преодолевая защитные барьеры организма, способно причинить вред здоровью.

Принято выделять два типа токсинов:

1. Экзотоксины — смертельно опасные яды, вырабатываемые бактерий в процессе ее жизнедеятельности. Возбудители таких инфекций, как столбняк, газовая гангрена, дифтерия, ботулизм, сибирская язва вырабатывает этот токсин.
2. Эндотоксины — яды, образующиеся при разрушении клетки.

При таких заболеваниях, как холера, коклюш, некоторые виды дизентерии, бактерии могут вырабатывать одновременно и эндо- и экзотоксины.  

При лечении таких инфекций необходимо не только уничтожить болезнетворные микроорганизмы, но и снять вызванное ими отравление. В некоторых случаях, например, при заражении столбнячной палочкой, основной терапией является именно введение анатоксина. 

Также выделяют такие известные патогенные бактерии, как:

• гонококк;
• туберкулезная палочка (палочка Коха);
• синегнойная палочка;
• сальмонелла;
• шигелла;
• бледная трепонема.

… и чем дышать

Первые запасы кислорода на нашей планете появились тоже благодаря бактериям. Это звучит достаточно странно, но кислород – всего лишь побочный продукт питания фотосинтезирующих микроорганизмов (фототрофов), так сказать, отходы жизнедеятельности.

Животные и человек тоже играют свою роль в поддержании баланса атмосферы. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, а он как раз и выделяется при дыхании и в процессе горения (вспомним наши заводы, фабрики и автомобили). Снова замыкается круг и налицо явные плюсы существования уравновешенной системы.

Еще один, не менее необходимый элемент – азот. Он в обязательном порядке входит в состав белков и нуклеиновых кислот, то есть составляет основу белковой жизни. Животные и человек получают этот элемент из пищи, богатой белком. Она может быть растительного или животного происхождения. Животные берут белок из растений, а как он образуется в самих растениях?

Здесь есть небольшая проблема. Азота в атмосфере нашей планеты достаточно много (78% от общего объема), но усваивать его из воздуха самостоятельно растения не умеют. В почве тоже есть азот, но совсем немного и зачастую в таких соединениях, которые не годятся в пищу растениям. На помощь, как обычно, приходят наши маленькие друзья. Есть особая порода бактерий (азотфиксирующие), превращающих соединения азота в нитраты, доступные для растений.

Роль азотфиксирующих бактерий в природе заключается в помощи растениям

Итак, почва готова, атмосфера создана, база для белковой жизни есть. После подготовительной работы, проведенной бактериями, появляются грибы, водоросли и простейшие, увеличивая разнообразие жизни и приближая наше появление на Земле.

Разнообразие по формам

Выделяют три основных группы:

• шаровидные;
• палочковидные;
• спиралевидные.

Шаровидные

Кокки, клетки которых имеют форму правильного шара, вытянутого, похожие на кофейное зерно, бобы. Данный тип микроорганизмов не имеет жгутиков, не могут они образовывать споры. При этом их можно обнаружить почти в любом месте:

• в почве;
• в продуктах питания;
• в воздухе.

При попадании в среду, богатую питательными веществами, запускается активный процесс деления. Одни из их представителей микрококки, которые можно встретить очень часто. Могут быть одиночными или собираться в небольшие группы. Для их жизнедеятельности необходим кислород. Они не влияют на ткани и организмы, где обнаруживаются, таким образом, они не патогенны для живых существ и могут быть обнаружены на слизистых человека и поверхности кожи.

Представители шарообразных, вызывающие серьезные заболевания у человека, — диплококки. Встречаются по двое. К ним относятся менингококки, при обнаружении которых в организме необходимо срочно приступать к лечению.

Палочковидные

При рассмотрении их в микроскопе можно отметить их сходство с палочками размером не более 10 мкм. Некоторые представители способны образовывать споры, — бациллы и клостридии.  Диплобактерии располагаются попарно, стрептобактерии – цепочками.

Бациллы – самые распространённые представители. Многие из них активно применяются на службе у человека:

• в текстильной промышленности;
• получении бумаги;
• выделке кожи;
• пищевой промышленности;
• сельском хозяйстве.

Например, сенная палочка, используется при производстве препарата по защите растений – фитоспорина.

Спиралевидные

Данный вид бактерий имеет изгибы, похож на штопор. Число и вид завитков определяют принадлежность этих простейших к одному типов:

• вибрионы;
• спириллы;
• спирохеты.

Первые имеют один перегиб. У вторых  не много завитков, но их диаметр отличается большим размером. У третьих – количество завитков более 4.

К данному типу относится хеликобактерия, ставшая известной человечеству чуть более 30 лет назад. Кислая желудочная среда всегда считалась не пригодной для существования каких-то микроорганизмов. А хеликобактерия оказалась способной к существованию в таких агрессивных условиях. Исследования говорят о патогенной природе данного типа простейших из-за токсических веществ, которые он выделяет.

Значение бактерий в пищевом производстве

Простейшие микроорганизмы широко используются в пищевой промышленности. Если оставить свежее молоко в теплом месте, оно скиснет, а затем превратится в простоквашу. Это происходит под влиянием бактерий молочнокислого брожения.

Попадая на продукт, гнилостные организмы размножаются и вызывают его  порчу. Это свойство некоторых представителей микромира заставляет человека искать пути предотвращения данных процессов. Одним из способов хранения мяса, рыбы, овощей в течение длительного времени является метод консервирования. Продукт закупоривают в тару и прогревают паром в котлах-автоклавах при температуре 110-130 градусов Цельсия. В этих условиях погибают не только патогенные микроорганизмы, но и их споры.

В пищевом производстве в основном используются бактерии, приводящие к процессу брожения, в результате которого получают множество разнообразных продуктов питания:

• алкогольные напитки;
• молочные продукты;
• выпечка.

Пищевые продукты содержат белки, жиры и углеводы – питательные вещества для микроорганизмов, которые могут появиться в любом месте. В процессе своей жизнедеятельности они образуют  ферменты. В зависимости от того, какой эффект при этом наблюдается, идет речь о полезных и вредных бактериях для пищевой промышленности. Множество полезных продуктов появляется при участии различных видов микроорганизмов, благодаря им, человек изготавливает кефир, мацони, простоквашу, сливочное масло, сыр и многое другое.

Интересно, что при нахождении свежего молока при температуре выше 15 градусов в нем первее всех начинают размножаться молочнокислые бактерии, препятствую размножение и существованию патогенных микроорганизмов. Это происходит за счет выделения молочной кислоты, которая не пригодна для существования патогенной флоры. А полученный продукт, простокваша,  очень полезен для человека. Еще более полезен продукт жизнедеятельности ацидофильной молочной палочки, используемый для лечения кишечных заболеваний человека и животных.

Изучив бактерии, человек нашел способы борьбы с болезнетворными и вредными их представителями. Полезные же микроорганизмы люди широко используют в пищевой промышленности, медицине  и сельском хозяйстве. При этом опасные бактерии по — прежнему представляют угрозу для людей. Соблюдая необходимые меры профилактики, можно избежать многих болезней. Ученым предстоит еще много работы по изучению загадочного мира бактерий.

Как принимать пробиотики?

Дозировка и способ использования зависят от назначения, возраста потребителя, формы выпуска и количественного состава препарата. Малышам до года подойдут жидкие пробиотики (биогая). С двух лет переходят на сухую форму выпуска, представленную таблетками, капсулами, порошками.

Правила приема пробио культур:

1. Принимать регулярно каждый день не меньше двух недель (оптимально – 2 месяца), затем сделать перерыв на 30 дней и повторить курс.

Помните, пробиотики не действуют быстро, улучшение самочувствия наступит только через две недели непрерывного употребления.

1. Наилучшее время для приема – утро, натощак, за 30 – 60 минут до приема пищи. Препараты, которые требуют разведения водой (порошки) готовятся непосредственно перед употреблением. Хранить готовые смеси нельзя, поскольку уже через 15 минут их целебные свойства снижаются втрое. Разводить такие средства можно только холодной кипяченой водой или кефиром.

Горячая жидкость убивает полезные микроорганизмы.

1. Грудничкам пробиотик дается с едой или наносится на сосок перед кормлением. Жидкий препарат можно добавлять в бутылочку со смесью, если малыш находится на искусственном питании.
2. Пробиотики рекомендуется пить одновременно с пребиотиками. Что это такое? Пребиотики представляют собой неперевариваемые компоненты пищи, которые не усваиваются в пищеварительном тракте, при этом, стимулируют рост и жизнедеятельность микрофлоры толстого кишечника. Они создают благоприятную среду для размножения полезных бактерий. Для лучшего усвоения пробиотик и пребиотик могут содержаться в одном препарате («Лактиале», «Нормоспектрум»).
3. Для лечения и профилактики заболеваний рекомендуется отдать предпочтение поликомпонентным, комбинированным препаратам, поскольку они, в отличие от монокомпонентных, содержат симбиоз разных штаммов микрокультур.
4. Во время приема антибиотиков обязательно принимайте пробиотики. Предпочтение стоит отдать тому препарату, в состав которого входят живые бактерии (не сублимированные) в наибольшем количестве.

Рекомендуемая минимальная эффективная суточная доза пробиотиков – 108–109 колониеобразующих единиц (КОЕ). В зависимости от пробиотического штамма и формы выпуска эффективная суточная доза пробиотика может отличаться. После окончания курса лечения антибиотиками не прекращайте потребление пробиотиков на протяжении двух-трех недель. Иначе симптомы дисбактериоза могут дать о себе знать уже через 10 дней.

1. Все пробиотические изделия хранятся в холодильнике.
2. Соблюдайте нормы приема, указанные производителем. Передозировка пробиотиками невозможна. При приеме препарата в большом количестве, «излишки» не прикрепленных полезных бактерий выводятся естественным путем без нанесения вреда здоровью. Возможны единичные случаи диспептических нарушений в виде расстройства стула, появления тяжести в области живота.

Полезные бактерии в организме человека

Человеческий организм населяют и полезные и вредные бактерии. Существующий баланс между организмом человека и бактериями отшлифовывался веками.

Как подсчитали ученые, в организме человека содержится от 500 до 1000 всевозможных видов бактерий или триллионы этих удивительных жильцов, что составляет до 4-х кг совокупного веса. До 3-х килограмм микробных тел находится только в кишечнике. Остальная их часть находится в мочеполовых путях, на коже и других полостях человеческого тела. Микробы заполняют организм новорожденного уже с первых минут его жизни и окончательно формируют состав кишечной микрофлоры к 10-13 годам.

В кишечнике обитают стрептококки, лактобактерии, бифидобактерии, энтеробактерии, грибы, кишечные вирусы, непатогенные простейшие. Лактобактерии и бифидобактерии составляют 60% кишечной флоры. Состав этой группы всегда постоянный, они самые многочисленные и осуществляющие основные функции.

Бифидобактерии

Значение бактерий этого вида огромно.

• Благодаря им вырабатываются ацетат и молочная кислота. Закисляя среду обитания, они подавляют рост патогенных бактерий, вызывающих гниение и брожение.
• Благодаря бифидобактериям снижается риск развития аллергии к пищевым продуктам у малышей.
• Они обеспечивают антиоксидантный и противоопухолевый эффект.
• Бифидобактерии принимают участие в синтезе витамина С.
• Бифидо- и лактобактерии принимают участие в процессах по усвоению витамина Д, кальция и железа.

Рис. 1. На фото бифидобактерии. Компьютерная визуализация.

Кишечная палочка

Значение бактерий этого вида для человека большое.

• Особое значение уделяется представителю этого рода Escherichia coli M17. Она способна вырабатывать вещество коцилин, которое угнетает рост целого ряда болезнетворных микробов.
• При участии кишечной палочки синтезируются витамины К, группы В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 и В12), фолиевая и никотиновая кислоты.

Рис. 2. На фото кишечная палочка (трехмерное компьютерное изображение).

Положительная роль бактерий в жизни человека

• При участии бифидо-, лакто-, и энтеробактерий синтезируются витамины К, С, группы В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 и В12), фолиевая и никотиновая кислоты.
• Благодаря микрофлоре кишечника расщепляются непереваренные компоненты пищи из верхних отделов кишечника – крахмал, целлюлоза, белковые и жировые фракции.
• Кишечная микрофлора поддерживает водно-солевой обмен и ионный гомеостаз.
• Благодаря секреции особых веществ микрофлора кишечника подавляет рост патогенных бактерий, вызывающих гниение и брожение.
• Бифидо-, лакто-, и энтеробактерии принимает участие в детоксикации веществ, попадающих извне и образующихся внутри самого организма.
• Кишечная микрофлора играет большую роль в восстановлении местного иммунитета. Благодаря ей увеличивается количество лимфоцитов, активность фагоцитов и выработка иммуноглобулина А.
• Благодаря кишечной микрофлоре стимулируется развитие лимфоидного аппарата.
• Повышается устойчивость эпителия кишечника к канцерогенам.
• Микрофлора защищают слизистую стенку кишечника и обеспечивает энергией кишечный эпителий.
• Они регулируют перистальтику кишечника.
• Кишечная флора приобретает навыки по захвату и выводу вирусов из организма хозяина, с которым долгие годы она находилась в симбиозе.
• Велико значение бактерий в поддержке теплового баланса организма. Кишечная микрофлора питается за счет веществ, непереваренных ферментативной системой, которые поступают из верхних отделов желудочно-кишечного тракта. В результате сложных биохимических реакций вырабатывается огромное количество тепловой энергии. Тепло с током крови разносится по всему организму и поступает во все внутренние органы. Вот почему при голодании человек всегда мерзнет.
• Кишечная микрофлора регулирует обратное всасывание компонентов желчных кислот (холестерина), гормонов и др.

Рис. 3. На фото полезные бактерии — лактобактерии (трехмерное компьютерное изображение).