Бактерии — общая характеристика. Классификация, строение, питание и роль бактерий в природе

Всемирная организация здравоохранения опубликовала список самых опасных бактерий, устойчивых к антибиотикам. По мнению специалистов, чтобы избежать эпидемий и пандемий, необходимо сосредоточиться на разработке новых лекарств, которые могли бы эффективно противодействовать перечисленным ниже патогенам.

Список микроорганизмов составлялся 70 экспертами (инфектологами, микробиологами, педиатрами и другими) на основе множества критериев – например, смертности от вызываемых этими бактериями заболеваний, роста устойчивости к антибиотикам за последние 10 лет, возможности предотвратить заражение в условиях больницы, излечимости заболеваний и так далее.

Критический уровень опасности

Acinetobacter baumannii, устойчивые к карбапенемам

Вызывает инфекции кровотока, дыхательных путей, кожи и мягких тканей, нервной системы, мочевыводящих путей и другие. Эти бактерии могут быть причиной пневмонии, менингита, абсцессов головного мозга, сепсиса, реже – остеомиелита, артрита, перитонита и холангита, могут вызывать заболевания глаз.

Pseudomonas aeruginosa, устойчивые к карбапенемам

Синегнойная палочка инфицирует кишечник, сердце, мочеполовую систему, дыхательные пути. В результате развиваются такие заболевания, как пневмония, сепсис, эндокардит, тромбофлевит. Страдают в основном пациенты с ослабленным иммунитетом.

Enterobacteriaceae, устойчивые к карбапенемам и цефалоспоринам 3 поколения

Энтеробактерии в основном отвечают за кишечные инфекции. К зоне их «юрисдикции» относятся брюшной тиф, иерсиниоз, дизентерия, сальмонеллез и чума, а также пневмония и диарея.

Высокий уровень опасности

Enterococcus faecium, устойчивые к ванкомицину

Фекальные энтерококки присутствуют в микрофлоре кишечника и «в мирное время», однако они могут быть и возбудителями целого ряда заболеваний, поражающих мочеполовую систему, органы малого таза и так далее. Воспалительные процессы могут привести к перитониту, эндокардиту, а у мужчин – к эректильной дисфункции.

Staphylococcus aureus, устойчивые к метициллину и ванкомицину

Золотистый стафилококк обитает на коже у человека, и в норме себя практически не проявляет. Однако если иммунитет по каким-либо причинам снижается – бактерия может вызывать заболевания кожи, слизистых оболочек, суставов, костей и органов. Такое заражение может проявляться в виде сепсиса, дерматита, асбцессов, пиелонефрита, цистита, пневмонии, артрита, интоксикации.

Helicobacter pylori, устойчивые к кларитромицину

Эти микроорганизмы инфицируют желудок и двенадцатиперстную кишку. Бактерии могут стать причиной гастрита, дуоденита, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки и даже рака желудка.

Campylobacter, устойчивые к фторхинолонам

Кампилобактерии вызывают различные кишечные инфекции, особенно опасные для детей, пожилых людей и пациентов с ослабленным иммунитетом. В основном это заболевания диарейного типа, после которых могут возникнуть осложнения – гепатит, панкреатит, расстройства неврологического характера.

Salmonella spp., устойчивые к фторхинолонам

Заражение сальмонеллами приводит не только к сальмонеллезу. Проблемы со здоровьем, вызванные этими микроорганизмами, могут включать в себя брюшной тиф и паратифы, а также пиелонефрит, простатит и цистит.

Neisseria gonorrhoeae, устойчивые к фторхинолонам и цефалоспоринам 3 поколения

Возбудители урогенитальных инфекций, в частности, гонореи, которая может поражать не только половые органы. Гонококк вызывает фарингит, а у новорожденных — и конъюнктивит.

Средний уровень опасности

Streptococcus pneumoniae, невосприимчивые к пенициллину

Пневмококки обитают в дыхательных путях. Они могут быть возбудителями плеврита, пневмонии, отита, артрита, менингита, эндокардита.

Haemophilus influenzae, устойчивые к ампициллину

Другое название этой бактерии – палочка Пфайфера или гемофильная палочка. От нее страдают органы дыхания и центральной нервной системы. Синусит, отит, перикардит, артрит, менингит, пневмония, воспаление надгортанника – вот только часть заболеваний, к которым приводит гемофильная инфекция.

Shigella spp., устойчивые к фторхинолонам

Шигеллы – вид энтеробактерий. Они также вызывают кишечные инфекции, например, дизентерию, называемую также шигеллезом.

Эксперты ВОЗ подчеркивают, что необходимо наращивать темпы разработки новых лекарственных средств вне зависимости от требований рынка, иначе существующие антибиотики могут перестать справляться с вызванными перечисленными бактериями заболеваниями.

Бактерии это самый древний организм на земле, а также самый простой в своем строении. Он состоит всего из одной клетки, которую можно увидеть и изучить только под микроскопом. Характерным признаком бактерий является отсутствие ядра, вот почему бактерии относят к прокариотам.

Некоторые виды образовывают небольшие группы клеток, такие скопления могут быть окружены капсулой (чехлом). Размер, форма и цвет бактерии сильно зависит от окружающей среды.

По форме бактерии различаются на: палочковидные (бациллы), сферические (кокки) и извитые (спириллы). Встречаются и видоизмененные – кубические, С-образные, звездчатые. Их размеры колеблются от 1 до 10мкм. Отдельные виды бактерий могут активно передвигаться при помощи жгутиков. Последние иногда превышают размер самой бактерии в два раза.

Виды форм бактерий

Для движения бактерии используют жгутики, количество которых бывает различное – один, пара, пучок жгутиков. Расположение жгутиков также бывает разным – с одной стороны клетки, по бокам или равномерно распределены по всей плоскости. Также одним из способов передвижения считается скольжение благодаря слизи, которой покрыт прокариот. У большинства внутри цитоплазмы есть вакуоли. Регулировка ёмкости газа в вакуолях помогает им двигаться в жидкости вверх или вниз, а также перемещаться по воздушных каналах почвы.

Ученые открыли более 10 тысяч разновидностей бактерий, но по предположениям научных исследователей в мире существует их более миллиона видов. Общая характеристика бактерий дает возможность определиться с их ролью в биосфере, а также изучить строение, виды и классификацию царства бактерий.

Места обитания

Простота строения и быстрота адаптации к окружающим условиям помогла бактериям распространиться в широком диапазоне нашей планеты. Они существуют везде: вода, почва, воздух, живые организмы – всё это максимально приемлемое место обитания для прокариотов.

Бактерии находили как на южном полюсе, так и в гейзерах. Они есть на океанском дне, а также в верхних слоях воздушной оболочки Земли. Бактерии живут везде, но их количество зависит от благоприятных условий. К примеру, большая численность видов бактерий проживает в открытых водоемах, а также почве.

Особенности строения

Клетка бактерии отличается не только тем, что в ней нет ядра, но и отсутствием митохондрий и пластид. ДНК данного прокариота находится в специальной ядерной зоне и имеет вид замкнутого в кольцо нуклеоида. У бактерии строение клетки состоит из клеточной стенки, капсулы, капсулоподобной оболочки, жгутиков, пили и цитоплазматичной мембраны. Внутреннее строение оформляют цитоплазма, гранулы, мезосомы, рибосомы, плазмиды, включения и нуклеоид.

Клеточная стенка бактерии выполняет функцию обороны и опоры. Вещества могут свободно протекать сквозь неё, благодаря проницаемости. Данная оболочка имеет в своем составе пектин и гемицеллюлозу. Некоторые бактерии выделяют особую слизь, которая может помочь защититься от пересыхания. Слизь формирует капсулу – полисахарид по химическому составу. В такой форме бактерия способна переносить даже очень большие температуры. Также она выполняет и другие функции, к примеру слипание с любыми поверхностями.

На поверхности клетки бактерии находятся тонкие белковые ворсинки – пили. Их может быть большая численность. Пили помогают клетке передавать генетический материал, а также обеспечивают слипание с другими клетками.

Под плоскостью стенки находится трехслойная цитоплазматичная мембрана. Она гарантирует транспорт веществ, а также имеет немалую роль в образовании спор.

Цитоплазма бактерий на 75 процентов произведена из воды. Состав цитоплазмы:

Рыбосомы;
мезосомы;
аминокислоты;
ферменты;
пигменты;
сахар;
гранулы и включения;
нуклеоид.

Обмен веществ у прокариотов возможен, как с участием кислорода, так и без его него. Большая их часть питаются уже готовыми питательными веществами органического происхождения. Очень мало видов способны сами синтезировать органические вещества из неорганических. Это сине-зеленые бактерии и цианобактерии, которые отыграли немалую роль в формировании атмосферы и насыщении её кислородом.

Размножение

В условиях, благоприятных для размножения, оно осуществляется почкованием или вегетативно. Бесполое размножение происходит в такой последовательности:

Клетка бактерии достигает максимального объема и содержит необходимый запас питательных веществ.
Клетка удлиняется, посередине появляется перегородка.
Внутри клетки происходит дележ нуклеотида.
ДНК основная и отделенная расходятся.
Клетка делится пополам.
Остаточное формирование дочерних клеток.

При таком способе размножения нету обмена генетической информацией, поэтому все дочерние клетки будут точной копией материнской.

Процесс размножения бактерий в неблагоприятных условиях более интересен. О способности полового размножения бактерий ученые узнали сравнительно недавно – в 1946 году. У бактерий нет разделения на женские и половые клетки. Но ДНК у них встречается разнополое. Две такие клетки при приближении друг к другу образовывают канал для передачи ДНК, происходит обмен участками – рекомбинация. Процесс довольно длительный, результатом которого являются две совершенно новые особи.

Большинство бактерий очень сложно увидеть под микроскопом, так как они не имеют своей окраски. Немногие разновидности имеют пурпурный или зеленый окрас, благодаря содержанию в них бактериохлорофилла и бактериопурпурина. Хотя если рассматривать некоторые колонии бактерий, становится ясно, что они выделяют окрашиваемые вещества в среду обитания и приобретают яркую окраску. Для того, чтобы подробней изучать прокариотов, их окрашивают.

Классификация

Классификация бактерий может быть основана на таких показателях, как:

Форма
способ передвижения;
способ получения энергии;
продукты жизнедеятельности;
степень опасности.

Бактерии симбионты живут в содружестве с иными организмами.

Бактерии сапрофиты проживают на уже отмерших организмах, продуктах и органических отходах. Они способствуют процессам гниения и брожения.

Гниение очищает природу от трупов и других отходов органического происхождения. Без процесса гниения не было бы круговорота веществ в природе. Так в чем же состоит роль бактерий в круговороте веществ?

Бактерии гниения - это помощник в процессе расщепления белковых соединений, а также жиров и других соединений, содержащих в себе азот. Проведя сложную химическую реакцию, они разрывают связи между молекулами органических организмов и захватывают молекулы белка, аминокислот. Расщепляясь, молекулы высвобождают аммиак, сероводород и другие вредные вещества. Они ядовиты и могут вызывать отравление у людей и животных.

Бактерии гниения быстро размножаются в благоприятных для них условиях. Так как это не только полезные бактерии, но и вредные, то чтобы не допустить преждевременного гниения у продуктов, люди научились их обрабатывать: сушить, мариновать, солить, коптить. Все эти способы обработки убивают бактерии и не дают им размножаться.

Бактерии брожения при помощи ферментов способны расщеплять углеводы. Эту способность люди заметили еще в древние времена и используют такие бактерии для изготовления молочнокислых продуктов, уксусов, а также других продуктов питания до сих пор.

Бактерии, трудясь в совокупности с другими организмами, делают очень важную химическую работу. Очень важно знать какие есть виды бактерий и какую пользу или вред приносят для природы.

Значение в природе и для человека

Выше уже отмечалось большое значение многих видов бактерий (при процессах гниения и различных типах брожения), т.е. выполнение санитарной роли на Земле.

Бактерии также играют огромную роль в круговороте углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора, серы, кальция и других элементов. Многие виды бактерий способствуют активной фиксации атмосферного азота и переводят его в органическую форму, способствуя повышению плодородия почв. Особо важное значение имеют те бактерии, которые разлагают целлюлозу, являющиеся основным источником углерода для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов.

Сульфатредуцирующие бактерии участвуют в образовании нефти и сероводорода в лечебных грязях, почвах и морях. Так, насыщенный сероводородом слой воды в Черном море является результатом жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий. Деятельность этих бактерий в почвах приводит к образованию соды и содового засоления почвы. Сульфатредуцирующие бактерии переводят питательные вещества в почвах рисовых плантаций в такую форму, которая становится доступной для корней этой культуры. Эти бактерии могут вызывать коррозию металлических подземных и подводных сооружений.

Благодаря жизнедеятельности бактерий почва освобождается от многих продуктов и вредных организмов и насыщается ценными питательными веществами. Бактерицидные препараты успешно используются для борьбы с многими видами насекомых-вредителей (кукурузным мотыльком и др.).

Многие виды бактерий используются в различных отраслях промышленности для получения ацетона, этилового и бутилового спиртов, уксусной кислоты, ферментов, гормонов, витаминов, антибиотиков, белково-витаминных препаратов и т.д.

Без бактерий невозможны процессы при дублении кожи, сушке листьев табака, выработке шелка, каучука, обработке какао, кофе, мочении конопли, льна и других лубоволокнистых растений, квашении капусты, очистке сточных вод, выщелачивании металлов и т.д.

Многие бактерии являются возбудителями, которые вызывают смертельные болезни у своих обладателей. Каждый год из-за этих крошечных живых существ погибают миллионы людей. Определить смертельно опасные бактерии трудно, ведь многие из них кажутся вполне безобидными, если вовремя начать лечение. Тем не менее, вот некоторые смертельно опасные бактерии, которые встречаются в нашем мире.

Сальмонеллы

Одна из смертельно опасных форм сальмонеллы - брюшной тиф. В год от этой палочки погибают до 261 тысяч людей (в эндемичных районах). Эта палочка передается через фекалии и загрязнение мочи. Некоторые люди могут быть бессимптомными носителями сальмонеллы.

Столбняк

Хорошая новость заключается в том, что вакцина от столбняка была разработана. В современных городах вероятность подхватить столбняк довольно мала, однако ежегодно в мире умирают 58 тысяч детей и взрослых, заразившихся столбняком и вовремя не обратившихся за лечением.

Золотистый стафилококк

Стафилококк представляет собой одну из крупнейших групп бактерий с 40 подвидами. При небольшом количестве таких бактерий нормальная иммунная система сможет с ними справиться. Однако в последнее время появилось множество штаммов, который устойчивы к антибиотикам.

Сифилис

Сифилис был включен в этот список по той причине, что он считается из самых изнурительных и трудно диагностируемых болезней. Тем не менее, сифилис легко поддается лечению на первой и второй стадии. На третьей стадии лечение довольно проблематично, так как бактерии проникают в мозг.

Пневмококк

Эта бактерия несет ответственность за многочисленные случаи пневмонии во всем мире, а так же является основной причиной бактериального менингита.

Туберкулез

Туберкулез разит мир на протяжении веков. В 2007 году в мире насчитывалось 13.7млн хронически больных, 9.3 млн. Новых больных и 1.8 млн предсмертных случаев. Инфицированные люди живут преимущественно в развивающихся странах. Установлено, что долгое время болезнь дремлет в человеке, прежде чем активизироваться.

Кишечная палочка

Вирулентные штаммы кишечной палочки могут вызывать гастроэнтерит, инфекции мочевыводящих путей, менингит. В более редких случаях, вирулентные штаммы также несут ответственность за гемолитической - уремический синдром (ГУС) , перитонит, мастит, сепсис и грамотрицательные пневмонии. Кишечная палочка хорошо лечится при помощи антибиотиков, однако она также становится быстро устойчивой к подобному лечению.

Серию «10 фактов о...» продолжает статья канд. биол. наук, зав. Лабораторией вирусов микроорганизмов Института микробиологии РАН им. С. Н. Виноградского Андрея Летарова .

Первые теории о живом контагии, вызывающем заразные болезни, были сформулированы различными авторами античности и эпохи Возрождения (например, Джироламо Фракасторо , 1478–1553) применительно в первую очередь к болезням людей, в особенности к чуме и холере, которые вызывали опустошительные эпидемии (пандемия чумы в 1346–1351 годах унесла более 25 миллионов жизней - около трети населения Европы). Тем не менее, первой описанной болезнетворной бактерией стал Bacillus anthracis - возбудитель сибирской язвы, заболевания, поражающего по большей части скот и лишь изредка передающегося человеку.
Этот микроб был выделен и исследован Робертом Кохом в 1876 году. Помимо самого факта бактериальной этиологии сибирской язвы в ходе этой работы Кох открыл способность некоторых бактерий образовывать эндоспоры - покоящиеся тельца, чрезвычайно устойчивые к неблагоприятным воздействиям, включая кратковременное кипячение, и способные в благоприятной среде прорастать в нормальные вегетативные клетки соответствующих бактерий (одновременно с Кохом споры описал его бывший учитель Фердинанд Кон , работавший на близком, но совершенно безопасном микробе - сенной палочке, Bacillus subtilis ).
Первый надежный способ борьбы с инфекциями, в том числе и бактериальными, был изобретен Луи Пастером и его коллегами в конце XIX века. Это вакцинопрофилактика. И хотя наиболее известным достижением Пастера в этой области является прививка от бешенства (заболевания вирусной природы), первые вакцины были предложены против куриной холеры и сибирской язвы и использовались в ветеринарных целях. Интересно, что при этом первые серьезные успехи в сокращении смертности от бактериальных инфекций были достигнуты под влиянием других работ Пастера - по гниению и по болезням шелкопрядов.
Эти исследования вдохновили английского хирурга Джозефа Листера на введение асептики и антисептики при проведении хирургических операций, в результате чего удалось резко увеличить выживаемость пациентов после успешно проведенных вмешательств. В то же время гигиеническая практика при обычных медицинских манипуляциях долгое время не приживалась. Так, д-р Игнац Земмельвейс (1818–1861) сумел резко сократить ужасающую (в 1846 году - 18–50%!) смертность женщин от родильной горячки в одном из отделений родовспоможения госпиталя в Вене, потребовав от медиков обеззараживать руки перед осмотром пациенток. Но в 1850 году он вынужден был уехать из Австрии под давлением своих коллег, не желавших признать, что множество смертей их пациенток вызвано банальным нежеланием врачей мыть руки.
Подавляющее большинство микробов, окружающих нас, не способно вызывать заболевания (непатогенны). Болезнетворные виды обладают определенным набором молекулярных приспособлений - факторов патогенности, которые позволяют им успешно проникнуть в организм и существовать в нем более или менее длительное время, избегая уничтожения иммунной системой. К факторам патогенности могут относиться слизистые чехлы (капсулы) бактериальных клеток, белки прикрепления к тканям хозяина, белки поверхности бактерии, которые связывают белки крови и маскируют таким образом патогена от клеток иммунной системы.
Также среди факторов патогенности имеются молекулярные системы секреции, позволяющие бактерии инъецировать некоторые свои белки внутрь клеток макроорганизма, чтобы заставить их вести себя образом, удобным для патогена, например поглотить его клетку (после чего микроб размножается во внутренней среде клетки макроорганизма, как это делает, например, возбудитель дизентерии), и многие другие приспособления. Однако при попадании в ослабленный организм и/или в поврежденные органы и ткани многие виды бактерий, совершенно безопасные для здоровых людей и животных, также могут вызывать заболевания. Например, синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa ) - очень опасный возбудитель госпитальных, хирургических и некоторых других инфекций - в природе обитает в основном в водоемах и особой опасности для купальщиков или потребителей воды не представляет.

С бактерий началась жизнь на нашей планете. Ученые полагают, что ими все и закончится. Ходит шутка, что когда инопланетяне изучали Землю, то они не могли понять, кто же ее настоящий хозяин - человек или бацилла. Самые интересные факты о бактериях подобраны ниже.

Бактерия - это отдельный организм, который и размножается с помощью деления. Чем благоприятней среда обитания, тем скорее она делится. Живут эти микроорганизмы во всех живых существах, а также в воде, продуктах питания, в трухлявых деревьях, в растениях.

Этим список не ограничивается. Бациллы прекрасно выживают на предметах, которые трогал человек. Например, на поручне в общественном транспорте, на ручке холодильника, на кончике карандаша. Интересные факты о бактериях недавно открыли из Аризонского университета. По их наблюдениям на Марсе обитают «спящие» микроорганизмы. Ученые уверены, что это одно из доказательств существования жизни на других планетах, кроме того, по их мнению, инопланетные бактерии можно «оживить» на Земле.

Впервые микроорганизм рассмотрел в оптический микроскоп голландский ученый Антоний ван Левенгук еще в конце 17 века. В настоящий момент известных видов бацилл насчитывается порядка двух тысяч. Все их можно условно разделить на:

вредные;
полезные;
нейтральные.

При этом вредные обычно воюют с полезными и нейтральными. Это одна из наиболее частных причин, из-за которых болеет человек.

Самые любопытные факты

В целом, одноклеточные организмы участвуют во всех жизненных процессах.

Бактерии и люди

С рождения человек попадает в мир полный различных микроорганизмов. Какие-то помогают ему выжить, другие вызывают инфекции и болезни.

Самые любопытные интересные факты о бактериях и людях:

Получается, бацилла может как полностью излечить человека, так и уничтожить наш вид. В настоящее время уже существует и бактериальные токсины.

Как бактерии помогли нам выжить?

Вот еще некоторые интересные факты о бактериях, которые приносят пользу человеку:

некоторые виды бацилл защищают человека от аллергии;
с помощью бактерий можно утилизировать опасные отходы (например, продукты из нефти);
без микроорганизмов в кишечнике человек бы не выжил.

Как рассказать малышам о бациллах?

Малыши о бациллах готовы разговаривать уже в 3-4 года. Чтобы правильно донести информацию, стоит рассказать интересные факты о бактериях. Для детей, к примеру, очень важно понимание того, что существуют злые и добрые микробы. Что добрые способны превратить молоко в ряженку. А также, что они помогают животику переваривать пищу.

Внимание нужно обращать на злых бактерий. Рассказывать, что они очень маленькие, поэтому их не видно. Что, попадая в тело человека, микробов быстро становится много, и они начинают нас кушать изнутри.

Ребенок должен знать, чтобы злой микроб не попал в организм нужно:

Мыть руки после улицы и перед едой.
Не есть много сладкого.
Ставить прививки.

Лучше всего показать бактерии с помощью картинок и энциклопедий.

Что должен знать каждый школьник?

С ребенком постарше лучше говорить уже не о микробах, а рассказывать про бактерии. Интересные факты для школьников важно аргументировать. То есть, рассказывая о важности мытья рук, можно поведать, что на ручках туалетов живут 340 колоний вредных бацилл.

Можно вместе найти информацию о том, какие бактерии вызывают кариес. А также рассказать школьнику, что шоколад в небольшом количестве обладает антибактериальным эффектом.

Даже ученик младших классов сможет понять, что такое вакцина. Это когда в организм вводится небольшое количество вируса или бактерий, а иммунная система их побеждает. Поэтому так важно ставить прививки.

Уже с детских лет должно прийти понимание, что страна бактерий - это целый, еще не до конца изученный, мир. И пока есть эти микроорганизмы, есть и сам человеческий вид.