La moderna biotecnologia si basa su molte scienze: genetica, microbiologia, biochimica, scienze naturali. L'oggetto principale del loro studio sono batteri e microrganismi. È l'uso di batteri che risolve molti problemi nelle biotecnologie. Oggi, l'ambito del loro uso nella vita umana è così ampio e vario da dare un contributo inestimabile allo sviluppo di industrie quali:
Il campo di applicazione dei batteri in farmacologia e medicina è così ampio e significativo che il loro ruolo nel trattamento di molte malattie nell'uomo è semplicemente inestimabile. Nella nostra vita, sono necessari quando si creano sostituti del sangue, antibiotici, aminoacidi, enzimi, farmaci antivirali e antitumorali, campioni di DNA per la diagnostica, farmaci ormonali.
Gli scienziati hanno dato un contributo inestimabile alla medicina identificando il gene responsabile dell'ormone insulina. Impiantandolo nei batteri coli, hanno ottenuto la produzione di insulina, salvando la vita di molti pazienti. Scienziati giapponesi hanno scoperto batteri che secernono una sostanza che distrugge la placca, prevenendo così la comparsa della carie negli esseri umani.
Dai batteri termofili si ricava un gene che codifica per enzimi di valore nella ricerca scientifica, in quanto insensibili alle alte temperature. Nella produzione di vitamine in medicina viene utilizzato il microrganismo Clostridium, ottenendo la riboflavina, che svolge un ruolo importante nella salute umana.
La capacità dei batteri di produrre sostanze antibatteriche è stata utilizzata nella creazione di antibiotici, risolvendo il problema del trattamento di molte malattie infettive, salvando così la vita a più di una persona.
L'uso delle biotecnologie nell'industria estrattiva può ridurre notevolmente i costi ei costi energetici. Pertanto, l'uso di batteri litotrofici (Thiobacillus ferrooxidous), con la loro capacità di ossidare il ferro, viene utilizzato nell'idrometallurgia. A causa della lisciviazione batterica, i metalli preziosi vengono estratti da rocce a basso apporto. I batteri contenenti metano vengono utilizzati per aumentare la produzione di petrolio. Quando l'olio viene estratto nel modo consueto, non più della metà delle riserve naturali viene estratta dalle viscere e, con l'aiuto di microrganismi, si verifica un rilascio più efficiente delle riserve.
La lisciviazione microbiologica viene utilizzata nelle vecchie miniere per produrre zinco, nichel, rame, cobalto. Nell'industria mineraria, i solfati batterici vengono utilizzati per reazioni di riduzione nelle vecchie miniere, poiché i residui di acido solforico hanno un effetto distruttivo sui supporti, sui materiali e sull'ambiente. I microrganismi anaerobici contribuiscono alla completa decomposizione della materia organica. Questa proprietà viene utilizzata per la purificazione dell'acqua nell'industria metallurgica.
Una persona utilizza i batteri nella produzione di lana, finta pelle, materie prime tessili, per scopi di profumeria e cosmetici.
I batteri coinvolti nella decomposizione vengono utilizzati per pulire le fosse settiche. La base di questo metodo è che i microrganismi si nutrono di liquami. Questo metodo garantisce la rimozione degli odori e la disinfezione delle acque reflue. I microrganismi utilizzati nelle fosse settiche vengono coltivati nei laboratori. Il risultato della loro azione è determinato dalla scomposizione della materia organica in sostanze semplici e innocue per l'ambiente. A seconda del tipo di fossa settica, vengono selezionati microrganismi anaerobici o aerobici. I microrganismi aerobici, oltre alle fosse settiche, sono utilizzati nei biofiltri.
I microrganismi sono necessari anche per mantenere la qualità dell'acqua nei bacini idrici e negli scarichi, per pulire la superficie inquinata dei mari e degli oceani dai prodotti petroliferi.
Con lo sviluppo della biotecnologia nelle nostre vite, l'umanità ha fatto un passo avanti in quasi tutte le aree della sua attività.
Gli studenti, i dottorandi, i giovani scienziati che utilizzano la base di conoscenze nei loro studi e nel loro lavoro ti saranno molto grati.
L'uso di microrganismi in medicina, agricoltura; benefici dei probiotici
Rodnikova Inna
INTRODUZIONE
Le persone hanno agito come biotecnologi per migliaia di anni: hanno prodotto pane, birra, formaggio e altri prodotti a base di acido lattico utilizzando vari microrganismi e non erano nemmeno consapevoli della loro esistenza. In realtà, il termine stesso "biotecnologia" è apparso nella nostra lingua non molto tempo fa, al suo posto si usavano le parole "microbiologia industriale", "biochimica tecnica", ecc.. Probabilmente la fermentazione era il processo biotecnologico più antico. Ciò è dimostrato dalla descrizione del processo di produzione della birra, scoperta nel 1981 durante gli scavi di Babilonia su una tavoletta, che risale al VI millennio a.C. circa. e. Nel 3° millennio aC. e. i Sumeri producevano fino a due dozzine di tipi di birra. Non meno antichi processi biotecnologici sono la vinificazione, la cottura e l'ottenimento di prodotti a base di acido lattico.
Da quanto sopra, vediamo che è abbastanza a lungo la vita umana è indissolubilmente legata ai microrganismi viventi. E se per così tanti anni le persone hanno "collaborato" con successo, anche se inconsciamente, con i batteri, sarebbe logico porsi la domanda: perché, in effetti, hai bisogno di ampliare le tue conoscenze in questo settore? Dopotutto, tutto sembra andare comunque bene, sappiamo come cuocere il pane e preparare la birra, fare vino e kefir, cos'altro ti serve? Perché abbiamo bisogno della biotecnologia? Alcune risposte possono essere trovate in questo abstract.
MEDICINA E BATTERI
Nel corso della storia dell'umanità (fino all'inizio del XX secolo), le famiglie hanno avuto molti figli perché. molto spesso i bambini non sono vissuti fino all'età adulta, sono morti di molte malattie, anche di polmonite, che ai nostri tempi è facilmente curabile, per non parlare di malattie così gravi come il colera, la cancrena e la peste. Tutte queste malattie sono causate da agenti patogeni ed erano considerate incurabili, ma alla fine gli scienziati medici si sono resi conto che altri batteri, o un estratto dai loro enzimi, potevano sconfiggere i batteri "malvagi". Questo è stato notato per la prima volta da Alexander Fleming sull'esempio dello stampo elementare.
Si è scoperto che alcuni tipi di batteri vanno d'accordo con la muffa, ma streptococchi e stafilococchi non si sono sviluppati in presenza di muffa. Numerosi esperimenti precedenti con la riproduzione di batteri nocivi hanno dimostrato che alcuni di essi sono in grado di distruggerne altri e non consentono il loro sviluppo nell'ambiente generale. Questo fenomeno era chiamato "antibiosi" dal greco "anti" - contro e "bios" - vita. Lavorando alla ricerca di un efficace agente antimicrobico, Fleming lo sapeva benissimo. Non aveva dubbi che su una tazza con uno stampo misterioso ha incontrato con il fenomeno dell'antibiosi. Cominciò a studiare attentamente la muffa. Dopo qualche tempo riuscì addirittura a isolare dalla muffa una sostanza antimicrobica. Poiché la muffa di cui si occupava aveva il nome latino specifico Penicilium notatum, chiamò la sostanza risultante penicillina .Così, nel 1929, nel laboratorio dell'ospedale londinese di St. Mary, nacque la penicillina, a noi ben nota.
Test preliminari della sostanza su animali da esperimento hanno dimostrato che anche se iniettato nel sangue, non provoca danni e, allo stesso tempo, in soluzioni deboli, sopprime perfettamente streptococchi e stafilococchi. L'assistente di Fleming, il dottor Stuart Greddock, che si ammalò di un'infiammazione purulenta della cosiddetta cavità mascellare, fu la prima persona a decidere di assumere un estratto di penicillina. Gli fu iniettato nella cavità una piccola quantità di estratto dalla muffa, e dopo tre ore fu possibile vedere che il suo stato di salute era notevolmente migliorato.
Iniziò così l'era degli antibiotici, che salvò milioni di vite, sia in tempo di pace che in tempo di guerra, quando i feriti morirono non per la gravità della ferita, ma per le infezioni ad esse associate. In futuro sono stati sviluppati nuovi antibiotici, a base di penicillina, metodi per la loro produzione ad uso diffuso.
BIOTECNOLOGIE E AGRICOLTURA
Il risultato di una svolta nella medicina è stato un rapido aumento demografico. La popolazione è aumentata drammaticamente, il che significa che era necessario più cibo ea causa del deterioramento dell'ambiente dovuto test nucleari, sono comparsi lo sviluppo dell'industria, l'esaurimento dell'humus della terra coltivata, molte malattie delle piante e del bestiame.
All'inizio, le persone trattavano animali e piante con antibiotici e questo ha portato risultati. Diamo un'occhiata a questi risultati. Sì, se le verdure, la frutta, le erbe, ecc. vengono trattate con forti fungicidi durante la stagione di crescita, ciò aiuterà a sopprimere lo sviluppo di alcuni agenti patogeni (non tutti e non completamente), ma, in primo luogo, ciò porta all'accumulo di veleni e tossine nei frutti, il che significa che le qualità benefiche del feto sono ridotte e, in secondo luogo, i microbi dannosi sviluppano rapidamente l'immunità alle sostanze che li avvelenano e i trattamenti successivi dovrebbero essere effettuati con antibiotici sempre più potenti.
Lo stesso fenomeno si osserva nel mondo animale e, sfortunatamente, nell'uomo. Inoltre, nel corpo degli antibiotici a sangue caldo causano un certo numero di conseguenze negative come dysbacteriosis, deformità fetali nelle donne in gravidanza, ecc.
Come essere? La natura stessa risponde a questa domanda! E quella risposta è PROBIOTICI!
I principali istituti di biotecnologia e ingegneria genetica sono da tempo impegnati nello sviluppo di nuovi e nella selezione di microrganismi noti che hanno una vitalità sorprendente e la capacità di "vincere" nella lotta contro altri microbi. Questi ceppi d'élite come "bacillus subtilis" e "Licheniformis" sono ampiamente utilizzati per trattare persone, animali e piante in modo incredibilmente efficace e completamente sicuro. Com'è possibile? Ed ecco come: nel corpo di persone e animali contiene necessariamente molti batteri necessari. Sono coinvolti nei processi di digestione, nella formazione di enzimi e costituiscono quasi il 70% del sistema immunitario umano. Se per qualsiasi motivo (assunzione di antibiotici, malnutrizione) l'equilibrio batterico di una persona è disturbato, non è protetto da nuovi microbi dannosi e nel 95% dei casi si ammalerà di nuovo. Lo stesso vale per gli animali. E i ceppi d'élite, entrando nel corpo, iniziano a moltiplicarsi attivamente e distruggere la flora patogena, perché. già menzionato sopra, hanno una maggiore vitalità. Pertanto, con l'aiuto di ceppi di microrganismi d'élite, è possibile mantenere un macroorganismo in salute senza antibiotici e in armonia con la natura, poiché di per sé, essendo nel corpo, questi ceppi apportano solo benefici e nessun danno.
Sono migliori degli antibiotici anche perché:
La risposta del microcosmo all'introduzione dei superantibiotici nella pratica aziendale è ovvia e deriva dal materiale sperimentale già a disposizione degli scienziati: la nascita di un supermicrobo.
I microbi sono macchine biologiche sorprendentemente perfette, autosviluppanti e autoapprendenti, in grado di memorizzare nella loro memoria genetica i meccanismi di protezione che hanno creato contro gli effetti dannosi degli antibiotici e di trasmettere informazioni ai loro discendenti.
I batteri sono una specie di "bioreattore" in cui vengono prodotti enzimi, aminoacidi, vitamine e batteriocine che, come gli antibiotici, neutralizzano i patogeni. Tuttavia, non c'è né dipendenza da loro, né effetti collaterali tipici dell'uso di antibiotici chimici. Al contrario, sono in grado di pulire le pareti intestinali, aumentarne la permeabilità per il necessario nutrienti, ripristinano l'equilibrio biologico della microflora intestinale e stimolano l'intero sistema immunitario
Gli scienziati hanno sfruttato il modo naturale in cui la natura mantiene la salute del macroorganismo, vale a dire batteri - saprofiti, che hanno la capacità di sopprimere la crescita e lo sviluppo della microflora patogena, compresi quelli nel tratto gastrointestinale degli animali a sangue caldo, erano isolati dall'ambiente naturale.
Milioni di anni di evoluzione degli esseri viventi sul pianeta hanno creato meccanismi così meravigliosi e perfetti per sopprimere la microflora patogena con quelle non patogene che non c'è motivo di dubitare del successo di questo approccio. La microflora non patogena nella competizione vince nella stragrande maggioranza dei casi e, se non fosse così, oggi non saremmo sul nostro pianeta.
Sulla base di quanto sopra, gli scienziati che producono fertilizzanti e fungicidi per uso agricolo hanno anche cercato di passare da una visione chimica a una biologica. E i risultati non tardarono a mostrarsi! Si è scoperto che lo stesso bacillus subtilis ha combattuto con successo fino a settanta varietà di rappresentanti patogeni che causano malattie delle colture orticole come cancro batterico, appassimento del fusarium, marciume radicale e radicale, ecc., In precedenza considerate malattie delle piante incurabili con le quali non poteva gestire NON UN SINGOLO FUNGICIDA! Inoltre, questi batteri hanno un effetto chiaramente positivo sulla vegetazione della pianta: il periodo di riempimento e maturazione dei frutti si riduce, le qualità utili dei frutti aumentano, il contenuto di nitrati in essi diminuisce, ecc. sostanze tossiche e, soprattutto, la necessità di fertilizzanti minerali è notevolmente ridotta!
I preparati contenenti ceppi di batteri d'élite stanno già occupando il primo posto nelle fiere russe e internazionali, stanno vincendo medaglie per l'efficienza e il rispetto dell'ambiente. Piccoli e grandi produttori agricoli hanno già iniziato il loro uso attivo e fungicidi e antibiotici stanno gradualmente diventando un ricordo del passato.
I prodotti Bio-Ban sono Flora-S e Fitop-Flora-S, che offrono fertilizzanti secchi torba-umici contenenti acidi umici concentrati (e l'humus saturo è garanzia di un ottimo raccolto) e un ceppo batterico "bacillus subtilis" per il controllo delle malattie. Grazie a questi preparati è possibile ripristinare in breve tempo i terreni impoveriti, aumentare la produttività dei terreni, proteggere il raccolto dalle malattie e, soprattutto, ottenere rese eccellenti in aree agricole rischiose!
Penso che gli argomenti di cui sopra siano sufficienti per apprezzare i benefici dei probiotici e capire perché gli scienziati dicono che il ventesimo secolo è il secolo degli antibiotici e il ventunesimo è il secolo dei probiotici!
Il concetto e il significato dell'allevamento come scienza per creare nuove e migliorare razze esistenti di animali, varietà vegetali, ceppi di microrganismi. Valutazione del ruolo e dell'importanza dei microrganismi nella biosfera e delle caratteristiche del loro utilizzo. Forme di batteri lattici.
presentazione, aggiunta il 17/03/2015
test, aggiunto il 05/12/2009
Metodi di base per ottenere piante e animali geneticamente modificati. I microrganismi transgenici in medicina, industria chimica, agricoltura. Effetti negativi degli organismi geneticamente modificati: tossicità, allergia, oncologia.
tesina, aggiunta l'11/11/2014
Differenze tra animali e piante. Caratteristiche della selezione degli animali da allevamento. Cos'è l'ibridazione, la sua classificazione. Varietà moderne selezione degli animali. Sfere di utilizzo dei microrganismi, loro proprietà utili, metodi e caratteristiche di selezione.
presentazione, aggiunta il 26/05/2010
Lo studio della materia, i compiti principali e la storia dello sviluppo della microbiologia medica. Sistematica e classificazione dei microrganismi. Fondamenti di morfologia batterica. Studio delle caratteristiche strutturali di una cellula batterica. L'importanza dei microrganismi nella vita umana.
lezione, aggiunta il 12/10/2013
I probiotici come batteri non patogeni per l'uomo con attività antagonista contro i microrganismi patogeni. Conoscenza delle caratteristiche dei lattobacilli probiotici. Analisi di prodotti a base di latte fermentato con proprietà probiotiche.
abstract, aggiunto il 17/04/2017
Ipotesi sull'origine della vita sulla Terra. Lo studio dell'attività biochimica dei microrganismi, il loro ruolo nella natura, nella vita umana e animale nelle opere di L. Pasteur. ricerca genetica batteri e virus, loro variabilità fenotipica e genotipica.
abstract, aggiunto il 26/12/2013
L'impatto dei probiotici sulla salute umana. Proprietà immunostimolanti e antimutagene dei batteri dell'acido propionico. Effetto dello iodio sulle proprietà biochimiche dei batteri probiotici. Caratteristiche qualitative dei farmaci iodati, parametri biochimici.
articolo, aggiunto il 24/08/2013
Produzione di prodotti di sintesi microbica della prima e della seconda fase, aminoacidi, acidi organici, vitamine. Produzione su larga scala di antibiotici. Produzione di alcoli e polioli. I principali tipi di bioprocessi. Ingegneria metabolica degli impianti.
I batteri sono di grande importanza sia nella biosfera che nella vita umana. I batteri prendono parte a molti processi biologici, soprattutto nel ciclo delle sostanze in natura. Significato per la biosfera:
© I batteri putrefattivi distruggono i composti organici contenenti azoto degli organismi non viventi, trasformandoli in humus.
© I batteri mineralizzanti decompongono i composti organici complessi dell'humus in semplici sostanze inorganiche, mettendole a disposizione delle piante.
© Molti batteri possono fissare l'azoto atmosferico. Inoltre, Azotobatterio, che vive liberamente nel suolo, fissa l'azoto indipendentemente dalle piante e batteri noduli mostrano la loro attività solo in simbiosi con le radici delle piante superiori (principalmente leguminose), grazie a questi batteri il terreno si arricchisce di azoto e la resa delle piante aumenta.
© I batteri simbionti nell'intestino degli animali (principalmente erbivori) e nell'uomo assicurano l'assorbimento delle fibre.
© I batteri non sono solo decompositori, ma anche produttori (creatori) di materia organica, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ dovrebbe essere utilizzato da altri organismi. I composti formati a seguito dell'attività di batteri di un tipo possono fungere da fonte di energia per batteri di un altro tipo.
© Inoltre diossido di carbonio, durante la decomposizione della materia organica, entrano nell'atmosfera anche altri gas: H2, H2S, CH2, ecc.
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, i batteri regolano la composizione gassosa dell'atmosfera.
© Anche i batteri svolgono un ruolo significativo nei processi di formazione del suolo (distruzione di minerali nelle rocce che formano il suolo, formazione di humus).
Alcune sostanze formate durante la vita dei batteri sono importanti anche per l'uomo. Il loro significato è il seguente:
© L'attività dei batteri viene utilizzata per ottenere prodotti a base di acido lattico, per crauti, insilamento del foraggio;
© per ottenere acidi organici, alcoli, acetone, preparati enzimatici;
© Attualmente i batteri sono attivamente utilizzati come produttori di molte sostanze biologicamente attive (antibiotici, aminoacidi, vitamine, ecc.) utilizzate in medicina, veterinaria e zootecnia;
© grazie ai metodi dell'ingegneria genetica, con l'aiuto dei batteri, si ottengono sostanze necessarie come l'insulina umana e l'interferone;
© senza la partecipazione dei batteri, i processi che avvengono durante l'essiccazione delle foglie di tabacco, la preparazione del cuoio per la concia e la macerazione delle fibre di lino e di canapa sono impossibili;
© L'uomo usa i batteri anche per trattare le acque reflue.
Un ruolo negativo è svolto dai batteri patogeni che causano malattie delle piante, degli animali e dell'uomo.
Molti batteri causano il deterioramento del cibo, rilasciando sostanze tossiche nel processo.
Struttura
I batteri sono organismi viventi molto piccoli. Possono essere visti solo con un microscopio ad alto ingrandimento. Tutti i batteri sono unicellulari. La struttura interna di una cellula batterica non è come le cellule di piante e animali. Non hanno un nucleo o plastidi. La sostanza nucleare ei pigmenti sono presenti, ma in uno stato "disperso". La forma è varia.
La cellula batterica è rivestita da uno speciale guscio denso: la parete cellulare, che svolge funzioni protettive e di supporto e conferisce anche al batterio una forma permanente e caratteristica. La parete cellulare di un batterio ricorda il guscio di una cellula vegetale. È permeabile: attraverso di essa, i nutrienti passano liberamente nella cellula e i prodotti metabolici escono nell'ambiente. Spesso, un ulteriore strato protettivo di muco viene prodotto sopra la parete cellulare nei batteri: una capsula. Lo spessore della capsula può essere molte volte maggiore del diametro della cella stessa, ma può essere molto piccolo. La capsula non è una parte obbligatoria della cellula, si forma a seconda delle condizioni in cui entrano i batteri. Impedisce ai batteri di seccarsi.
Sulla superficie di alcuni batteri sono presenti lunghi flagelli (uno, due o molti) o villi corti e sottili. La lunghezza dei flagelli può essere molte volte maggiore delle dimensioni del corpo del batterio.
I batteri si muovono con l'aiuto di flagelli e villi.
All'interno della cellula batterica c'è un citoplasma denso e immobile. Ha una struttura a strati, non ci sono vacuoli, quindi varie proteine (enzimi) e nutrienti di riserva si trovano nella sostanza stessa del citoplasma. Le cellule batteriche non hanno un nucleo. Nella parte centrale delle loro cellule è concentrata una sostanza che trasporta informazioni ereditarie. Batteri - acido nucleico - DNA. Ma questa sostanza non è inquadrata nel nucleo.
L'organizzazione interna di una cellula batterica è complessa e ha la sua caratteristiche specifiche. Il citoplasma è separato dalla parete cellulare dalla membrana citoplasmatica. Nel citoplasma, la sostanza principale, o matrice, i ribosomi e un piccolo numero di strutture di membrana che funzionano di più varie funzioni(analoghi di mitocondri, reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi). Il citoplasma delle cellule batteriche contiene spesso granuli varie forme e dimensioni. I granuli possono essere composti da composti che fungono da fonte di energia e carbonio. Goccioline di grasso si trovano anche nella cellula batterica.
Formazione di spore
Le spore si formano all'interno della cellula batterica. Nel processo di formazione delle spore, una cellula batterica subisce una serie di processi biochimici. Riduce l'importo acqua gratis, l'attività enzimatica diminuisce. Ciò garantisce la resistenza delle spore a condizioni ambientali avverse ( alta temperatura, alta concentrazione di sale, essiccazione, ecc.). La formazione di spore è caratteristica solo di un piccolo gruppo di batteri. Le spore non sono una fase essenziale nel ciclo vitale dei batteri. La sporulazione inizia solo con la mancanza di nutrienti o l'accumulo di prodotti metabolici. I batteri sotto forma di spore possono rimanere inattivi a lungo. Le spore batteriche resistono all'ebollizione prolungata e al congelamento molto lungo. Quando si verificano condizioni favorevoli, la controversia germoglia e diventa praticabile. Le spore batteriche sono adattamenti per la sopravvivenza in condizioni avverse. Le spore batteriche sono usate per trasportare condizioni avverse. Sono formati dall'interno del contenuto della cellula. In questo caso, attorno alla spora si forma un nuovo guscio più denso. Le spore possono tollerare temperature molto basse (fino a -273°C) e molto alte. Le spore non vengono uccise dall'acqua bollente.
Cibo
Molti batteri hanno clorofilla e altri pigmenti. Svolgono la fotosintesi, come le piante (cianobatteri, batteri viola). Altri batteri ottengono energia da sostanze inorganiche: zolfo, composti di ferro e altri, ma la fonte di carbonio, come nella fotosintesi, è l'anidride carbonica.
riproduzione
I batteri si riproducono dividendo una cellula in due. Dopo aver raggiunto una certa dimensione, il batterio si divide in due batteri identici. Quindi ognuno di loro inizia a nutrirsi, cresce, si divide e così via. Dopo l'allungamento della cellula, si forma gradualmente un setto trasversale e quindi le cellule figlie divergono; in molti batteri, in determinate condizioni, le cellule dopo la divisione rimangono collegate in gruppi caratteristici. In questo caso, a seconda della direzione del piano di divisione e del numero di divisioni, forme diverse. La riproduzione per gemmazione avviene nei batteri come eccezione.
In condizioni favorevoli, la divisione cellulare in molti batteri avviene ogni 20-30 minuti. Con una riproduzione così rapida, la progenie di un batterio in 5 giorni è in grado di formare una massa che può riempire tutti i mari e gli oceani. Un semplice calcolo mostra che si possono formare 72 generazioni (720.000.000.000.000.000.000 di cellule) al giorno. Se tradotto in peso - 4720 tonnellate. Tuttavia, ciò non accade in natura, poiché la maggior parte dei batteri muore rapidamente sotto l'influenza della luce solare, dell'essiccazione, della mancanza di cibo, del riscaldamento fino a 65-100ºС, a causa della lotta tra le specie, ecc.
Il ruolo dei batteri in natura. Distribuzione ed ecologia
I batteri sono onnipresenti: nei corpi idrici, nell'aria, nel suolo. Ce ne sono di meno nell'aria (ma non in luoghi affollati). Nelle acque dei fiumi possono essercene fino a 400.000 in 1 cm3 e nel suolo fino a 1.000.000.000 in 1 g I batteri hanno atteggiamenti diversi nei confronti dell'ossigeno: per alcuni è necessario, per altri è distruttivo. Per la maggior parte dei batteri, le temperature tra +4 e +40 °C sono le più favorevoli. La luce solare diretta uccide molti batteri.
Presenti in gran numero (il numero delle loro specie raggiunge 2500), i batteri svolgono un ruolo eccezionalmente importante in molti processi naturali. Insieme a funghi e invertebrati del suolo, partecipano alla decomposizione dei residui vegetali (foglie che cadono, rami, ecc.) in humus. L'attività dei batteri saprofiti porta alla formazione di sali minerali, che vengono assorbiti dalle radici delle piante. I batteri noduli che vivono nei tessuti delle radici delle falene, così come alcuni batteri a vita libera, hanno una notevole capacità di assimilare l'azoto atmosferico, che è inaccessibile alle piante. Pertanto, i batteri partecipano al ciclo delle sostanze in natura.
Microflora del suolo. Il numero di batteri nel suolo è estremamente alto: centinaia di milioni e miliardi di individui in 1 grammo. Sono molto più abbondanti nel suolo che nell'acqua e nell'aria. Il numero totale di batteri nel suolo varia. Il numero di batteri dipende dal tipo di terreno, dalle loro condizioni, dalla profondità degli strati. Sulla superficie delle particelle di terreno, i microrganismi si trovano in piccole microcolonie (20-100 cellule ciascuna). Spesso si sviluppano negli spessori di coaguli di materia organica, su radici di piante vive e morenti, in capillari sottili e grumi interni. La microflora del suolo è molto varia. Qui si trovano diversi gruppi fisiologici di batteri: batteri putrefattivi, nitrificanti, azotofissatori, solforati, ecc. tra questi vi sono aerobi e anaerobi, forme spore e non. La microflora è uno dei fattori di formazione del suolo. L'area di sviluppo dei microrganismi nel suolo è la zona adiacente alle radici delle piante viventi. Si chiama rizosfera e la totalità dei microrganismi in essa contenuti è chiamata microflora della rizosfera.
Microflora dei corpi idrici. L'acqua è un ambiente naturale in cui i microrganismi crescono in gran numero. La maggior parte di loro entra nell'acqua dal suolo. Un fattore che determina il numero di batteri nell'acqua, la presenza di nutrienti in essa. Le più pulite sono le acque dei pozzi e delle sorgenti artesiane. I bacini idrici aperti e i fiumi sono molto ricchi di batteri. Il maggior numero di batteri si trova negli strati superficiali dell'acqua, più vicini alla riva. Con l'aumentare della distanza dalla costa e l'aumentare della profondità, il numero di batteri diminuisce. Acqua pura contiene 100-200 batteri in 1 ml e contaminato - 100-300 mila o più. Ci sono molti batteri nel limo di fondo, specialmente nello strato superficiale, dove i batteri formano una pellicola. Ci sono molti batteri di zolfo e ferro in questo film, che ossidano l'idrogeno solforato in acido solforico e quindi impediscono ai pesci di morire. Ci sono più forme portatrici di spore nel limo, mentre le forme non portatrici di spore predominano nell'acqua. In termini di composizione delle specie, la microflora dell'acqua è simile alla microflora del suolo, ma si trovano anche forme specifiche. Distruggendo vari rifiuti caduti nell'acqua, i microrganismi effettuano gradualmente la cosiddetta purificazione biologica dell'acqua.
Microflora dell'aria. La microflora dell'aria è meno numerosa della microflora del suolo e dell'acqua. I batteri si sollevano nell'aria con la polvere, possono rimanere lì per un po', quindi depositarsi sulla superficie della terra e morire per mancanza di nutrizione o sotto l'influenza dei raggi ultravioletti. Il numero di microrganismi nell'aria dipende area geografica, terreno, stagione, inquinamento da polvere, ecc. ogni granello di polvere è portatore di microrganismi. La maggior parte dei batteri nell'aria imprese industriali. L'aria in campagna è più pulita. L'aria più pulita è sopra le foreste, le montagne, gli spazi innevati. Gli strati superiori dell'aria contengono meno germi. Nella microflora dell'aria sono presenti molti batteri pigmentati e spore che sono più resistenti di altri ai raggi ultravioletti.
Microflora del corpo umano. Il corpo di una persona, anche completamente sana, è sempre portatore di microflora. Quando il corpo umano viene a contatto con l'aria e il suolo, una varietà di microrganismi, inclusi agenti patogeni (bacilli del tetano, cancrena gassosa, ecc.), Si depositano sugli indumenti e sulla pelle. Le parti esposte del corpo umano sono più frequentemente contaminate. E. coli, stafilococchi si trovano sulle mani. Ci sono oltre 100 tipi di microbi nella cavità orale. La bocca, con la sua temperatura, umidità, residui di nutrienti, è un ottimo ambiente per lo sviluppo di microrganismi. Lo stomaco ha una reazione acida, quindi la maggior parte dei microrganismi al suo interno muore. Partendo dall'intestino tenue, la reazione diventa alcalina, cioè favorevole ai microbi. La microflora nell'intestino crasso è molto varia. Ogni adulto espelle ogni giorno circa 18 miliardi di batteri con gli escrementi, ad es. più individui che umani il globo. Gli organi interni che non sono collegati all'ambiente esterno (cervello, cuore, fegato, vescica, ecc.) sono generalmente privi di microbi. I microbi entrano in questi organi solo durante la malattia.
L'importanza dei batteri nella vita umana
I processi di fermentazione sono di grande importanza; questo è ciò che generalmente viene chiamato la decomposizione dei carboidrati. Quindi, a seguito della fermentazione, il latte si trasforma in kefir e altri prodotti; il foraggio per insilato è anche fermentazione. La fermentazione avviene anche nell'intestino umano. Senza i batteri appropriati (come E. coli), l'intestino non può funzionare normalmente. La decomposizione, utile in natura, è altamente indesiderabile nella vita di tutti i giorni (ad esempio, il deterioramento dei prodotti a base di carne). Anche la fermentazione (ad esempio il latte acido) non è sempre utile. In modo che i prodotti non si deteriorino, vengono salati, essiccati, inscatolati, conservati in frigorifero. Pertanto, l'attività dei batteri è ridotta.
Batteri patogeni
Le spore batteriche, a differenza delle spore fungine, non si riproducono, ma servire come adattamento per sopportare condizioni avverse. Ogni batterio si trasforma in una sola spora. Quando le condizioni ambientali diventano idonee, la spora si rigenera di nuovo in un batterio con un normale metabolismo.
Nello stato delle spore, molti batteri sono in grado di sopravvivere a temperature critiche (dall'ebollizione a meno profondi) e rimangono vitali per centinaia di anni.
Con la formazione di spore batteriche, il volume del citoplasma diminuisce a causa della perdita di acqua. Di conseguenza, la spora è solitamente più piccola e più leggera del batterio stesso.
Le spore sono facilmente trasportate dal vento, il che significa che la loro formazione può essere considerata non solo un meccanismo protettivo, ma anche un metodo di insediamento.
Le spore nei funghi servono anche per l'insediamento, ma qui la loro funzione principale è la riproduzione, che non è il caso dei procarioti.
Le controversie possono formarsi in diversi modi. Molto spesso si formano le cosiddette endospore. In questo caso, la membrana cellulare si gonfia verso l'interno, il citoplasma vi passa con il suo contenuto e il resto del batterio si trasforma in uno strato protettivo, che è racchiuso nella membrana cellulare dall'esterno e dall'interno.
I batteri vivono sul pianeta Terra da oltre 3,5 miliardi di anni. Durante questo periodo hanno imparato molto e si sono adattati a molto. Ora stanno aiutando le persone. I batteri e l'uomo sono diventati inseparabili. La massa totale dei batteri è enorme. Si tratta di circa 500 miliardi di tonnellate.
I batteri benefici svolgono due delle più importanti funzioni ecologiche: fissano l'azoto e partecipano alla mineralizzazione dei residui organici. Il ruolo dei batteri in natura è globale. Sono coinvolti nel movimento, concentrazione e dispersione di elementi chimici nella biosfera terrestre.
L'importanza dei batteri benefici per l'uomo è grande. Costituiscono il 99% dell'intera popolazione che abita il suo corpo. Grazie a loro, una persona vive, respira e mangia.
Importante. Forniscono un supporto vitale completo.
I batteri sono piuttosto semplici. Gli scienziati suggeriscono che siano apparsi per la prima volta sul pianeta Terra.
Il corpo umano è abitato sia da utili che. L'equilibrio esistente tra il corpo umano e i batteri è stato levigato per secoli.
Come hanno calcolato gli scienziati, il corpo umano contiene da 500 a 1000 diversi tipi di batteri o trilioni di questi incredibili inquilini, che equivale a 4 kg di peso totale. Fino a 3 chilogrammi di corpi microbici si trovano solo nell'intestino. Il resto si trova nel tratto urogenitale, sulla pelle e in altre cavità del corpo umano. I microbi riempiono il corpo di un neonato fin dai primi minuti della sua vita e infine formano la composizione della microflora intestinale entro 10-13 anni.
Streptococchi, lattobacilli, bifidobatteri, enterobatteri, funghi, virus intestinali, protozoi non patogeni vivono nell'intestino. Lattobacilli e bifidobatteri costituiscono il 60% della flora intestinale. La composizione di questo gruppo è sempre costante, sono i più numerosi e svolgono le funzioni principali.
L'importanza di questo tipo di batteri è enorme.
Riso. 1. La foto mostra i bifidobatteri. Visualizzazione al computer.
L'importanza di questo tipo di batteri per l'uomo è grande.
Riso. 2. La foto mostra E. coli (immagine 3D del computer).
Riso. 3. Nella foto, i batteri benefici sono i lattobacilli (immagine computerizzata 3D).
microbi ammonizzanti(causando la decomposizione), con l'aiuto di numerosi enzimi di cui dispongono, sono in grado di decomporre i resti di animali e piante morti. Quando le proteine si decompongono, vengono rilasciati azoto e ammoniaca.
Urobatteri decompongono l'urea, che l'uomo e tutti gli animali del pianeta secernono quotidianamente. La sua quantità è enorme e raggiunge i 50 milioni di tonnellate all'anno.
Un certo tipo di batteri è coinvolto nell'ossidazione dell'ammoniaca. Questo processo è chiamato nitroficazione.
Microbi denitrificanti restituire ossigeno molecolare dal suolo all'atmosfera.
Riso. 4. Nella foto, i batteri benefici stanno ammonendo i microbi. Espongono i resti di animali e piante morti alla decomposizione.
L'importanza dei batteri nella vita di esseri umani, animali, piante, funghi e batteri è enorme. Come sapete, l'azoto è necessario per la loro normale esistenza. Ma i batteri non possono assorbire l'azoto allo stato gassoso. Si scopre che le alghe blu-verdi possono legare l'azoto e formare ammoniaca ( cianobatteri), fissatori di azoto a vita libera e speciale . Tutti questi batteri utili producono fino al 90% dell'azoto legato e coinvolgono fino a 180 milioni di tonnellate di azoto nel fondo azotato del suolo.
I batteri noduli coesistono bene con le leguminose e l'olivello spinoso.
Piante come erba medica, piselli, lupini e altri legumi hanno i cosiddetti "appartamenti" per i batteri noduli sulle loro radici. Queste piante vengono piantate su terreni impoveriti per arricchirli di azoto.
Riso. 5. La foto mostra i batteri noduli sulla superficie dei peli della radice di una pianta di leguminose.
Riso. 6. Foto della radice di una leguminosa.
Riso. 7. Nella foto, i batteri benefici sono i cianobatteri.
Il carbonio è la sostanza cellulare più importante di un animale e flora così come il mondo vegetale. Costituisce il 50% della sostanza secca della cellula.
Molto carbonio si trova nella fibra che mangiano gli animali. Nel loro stomaco, la fibra si decompone sotto l'azione dei microbi e poi, sotto forma di letame, esce all'esterno.
Decomporre la fibra batteri della cellulosa. Come risultato del loro lavoro, il suolo si arricchisce di humus, che ne aumenta notevolmente la fertilità e l'anidride carbonica viene restituita all'atmosfera.
Riso. 8. I simbionti intracellulari sono colorati di verde, la massa di legno lavorato è colorata di giallo.
Proteine e lipidi contengono una grande quantità di fosforo, la cui mineralizzazione viene effettuata Voi. megaterio(dal genere dei batteri putrefattivi).
batteri di ferro partecipare ai processi di mineralizzazione composti organici contenente ferro. Come risultato della loro attività nelle paludi e nei laghi, una grande quantità di minerale di ferro e giacimenti di ferromanganese.
Batteri dello zolfo vivere nell'acqua e nel suolo. Ce ne sono molti nel letame. Partecipano al processo di mineralizzazione delle sostanze di origine organica contenenti zolfo. Nel processo di decomposizione delle sostanze organiche contenenti zolfo, viene rilasciato gas di idrogeno solforato, estremamente tossico per ambiente, compresi tutti gli esseri viventi. I batteri dello zolfo, come risultato della loro attività vitale, trasformano questo gas in un composto inattivo e innocuo.
Riso. 9. Nonostante l'apparente assenza di vita, c'è ancora vita nel fiume Rio Tinto. Questi sono vari batteri che ossidano il ferro e molte altre specie che possono essere trovate solo in questo luogo.
Riso. 10. Batteri di zolfo verde nella colonna di Winogradsky.
I batteri che partecipano attivamente alla mineralizzazione dei composti organici sono considerati pulitori (inservienti) del pianeta Terra. Con il loro aiuto, la materia organica di piante e animali morti si trasforma in humus, in cui si trasformano i microrganismi del suolo sali minerali, così necessari per la costruzione degli apparati radicali, fusti e fogliari delle piante.
Riso. 11. La mineralizzazione delle sostanze organiche che entrano nel giacimento avviene a seguito dell'ossidazione biochimica.
Le cellule degli organismi vegetali si legano tra loro (cemento) con una sostanza speciale chiamata pectina. Alcuni tipi di batteri dell'acido butirrico hanno la capacità di fermentare questa sostanza, che, una volta riscaldata, si trasforma in una massa gelatinosa (pectis). Questa caratteristica viene utilizzata per ammollare piante contenenti molte fibre (lino, canapa).
Riso. 12. Esistono diversi modi per ottenere i trust. Il più comune è il metodo biologico, in cui la connessione della parte fibrosa con i tessuti circostanti viene distrutta sotto l'influenza di microrganismi. Il processo di fermentazione delle sostanze pectine delle piante di rafia è chiamato lobo e la paglia imbevuta è chiamata fiducia.
batteri purificatori dell'acqua, stabilizzare il livello della sua acidità. Con il loro aiuto, i sedimenti sul fondo si riducono, la salute dei pesci e delle piante che vivono nell'acqua migliora.
Recentemente, un gruppo di scienziati di diversi paesi ha scoperto batteri che distruggono i detersivi che fanno parte dei detersivi sintetici e di alcuni farmaci.
Riso. 13. L'attività degli xenobatteri è ampiamente utilizzata per ripulire suoli e corpi idrici contaminati da prodotti petroliferi.
Riso. 14. Cupole in plastica che purificano l'acqua. Contengono batteri eterotrofi che si nutrono di materiali contenenti carbonio e batteri autotrofi che si nutrono di ammoniaca e materiali contenenti azoto. Il sistema di tubi li mantiene in vita.
Capacità batteri tionici ossidanti lo zolfo utilizzato per arricchire i minerali di rame e uranio.
Riso. 15. Nella foto, i batteri benefici sono Thiobacilli e Acidithiobacillus ferrooxidans (micrografia elettronica). Sono in grado di estrarre ioni rame per la lisciviazione dei rifiuti che si formano durante l'arricchimento per flottazione dei minerali di solfuro.
microbi butirrici sono ovunque. Esistono più di 25 tipi di questi microbi. Prendono parte al processo di decomposizione di proteine, grassi e carboidrati.
La fermentazione butirrica è causata da batteri sporigeni anaerobici appartenenti al genere Clostridium. Sono in grado di fermentare vari zuccheri, alcoli, acidi organici, amido, fibre.
Riso. 16. Nella foto, microrganismi butirrici (visualizzazione al computer).
Molte specie del mondo animale si nutrono di piante, che sono a base di fibre. Per digerire la fibra (cellulosa) gli animali sono aiutati da microbi speciali, la cui residenza è in alcune sezioni del tratto gastrointestinale.
L'attività vitale degli animali è accompagnata dal rilascio di un'enorme quantità di letame. Da esso, alcuni microrganismi possono produrre metano ("gas di palude"), che viene utilizzato come combustibile e materia prima nella sintesi organica.
Riso. 17. Il gas metano come carburante per auto.
Il ruolo dei batteri nella vita umana è enorme. I batteri lattici sono ampiamente utilizzati nell'industria alimentare:
I batteri dell'acido lattico sono streptococchi di latte, streptococchi cremosi, bulgari, acidofili, termofili di cereali e bastoncini di cetriolo. I batteri del genere Streptococcus e Lactobacillus conferiscono ai prodotti una consistenza più densa. Grazie alla loro attività vitale, la qualità dei formaggi migliora. Danno al formaggio un certo sapore di formaggio.
Riso. 18. Nella foto, batteri benefici - lattobacilli ( colore rosa), bacillo bulgaro e streptococco termofilo.
Riso. 19. Nella foto, i batteri benefici sono il fungo kefir (tibetano o latte) e i bastoncini di acido lattico prima di essere introdotti direttamente nel latte.
Riso. 20. Prodotti lattiero-caseari.
Riso. 21. Gli streptococchi termofili (Streptococcus thermophilus) sono usati nella preparazione della mozzarella.
Riso. 22. Ci sono molte opzioni per la penicillina della muffa. La crosta vellutata, le vene verdastre, il gusto unico e l'aroma medicinale di ammoniaca dei formaggi sono unici. Il sapore dei funghi dei formaggi dipende dal luogo e dalla durata della stagionatura.
Riso. 23. Bifiliz - una preparazione biologica per somministrazione orale, contenente una massa di bifidobatteri vivi e lisozima.
L'industria alimentare utilizza principalmente la specie di lievito Saccharomyces cerevisiae. Svolgono la fermentazione alcolica, motivo per cui sono ampiamente utilizzati nel settore della panificazione. L'alcol evapora durante la cottura e le bolle di anidride carbonica formano il pangrattato.
Dal 1910 il lievito è stato aggiunto alle salsicce. Il lievito della specie Saccharomyces cerevisiae viene utilizzato per la produzione di vini, birra e kvas.
Riso. 24. Kombucha è una simbiosi amichevole di bastoncini di aceto e lievito. È apparso nella nostra zona nel secolo scorso.
Riso. 25. Il lievito secco e umido è ampiamente utilizzato nell'industria della panificazione.
Riso. 26. Visione al microscopio di cellule di lievito Saccharomyces cerevisiae e Saccharomyces cerevisiae - lievito di vino "vero".
Pasteur ha anche dimostrato che microrganismi speciali prendono parte all'ossidazione dell'acido acetico - bastoncini di aceto che si trovano ampiamente in natura. Si depositano sulle piante, penetrano nelle verdure e nei frutti maturi. Ce ne sono molti in frutta e verdura sottaceto, vino, birra e kvas.
La capacità dei bastoncini di aceto di ossidare l'alcol etilico ad acido acetico viene utilizzata oggi per produrre aceto utilizzato per scopi alimentari e nella preparazione di mangimi per animali - insilato (inscatolamento).
Riso. 27. Il processo di insilamento dei foraggi. L'insilato è un mangime succulento con un alto valore nutritivo.
Lo studio dell'attività vitale dei microbi ha consentito agli scienziati di utilizzare alcuni batteri per la sintesi di farmaci antibatterici, vitamine, ormoni ed enzimi.
Aiutano a combattere molte malattie infettive e virali. Viene prodotta la maggior parte degli antibiotici attinomiceti, meno spesso batteri non micellari. La penicillina, derivata dai funghi, distrugge la parete cellulare dei batteri. Streptomiceti producono streptomicina, che inattiva i ribosomi delle cellule microbiche. bastoncini di fieno o Bacillus subtilis acidificare l'ambiente. Inibiscono la crescita di microrganismi putrefattivi e condizionatamente patogeni a causa della formazione di una serie di sostanze antimicrobiche. Il bastoncino di fieno produce enzimi che distruggono le sostanze che si formano a seguito del decadimento putrefattivo dei tessuti. Sono coinvolti nella sintesi di aminoacidi, vitamine e composti immunoattivi.
Utilizzando la tecnologia dell'ingegneria genetica, oggi gli scienziati hanno imparato a usare per la produzione di insulina e interferone.
Si suppone che un certo numero di batteri venga utilizzato per produrre una proteina speciale che può essere aggiunta ai mangimi per il bestiame e al cibo umano.
Riso. 28. Nella foto, spore di bacillo di fieno o Bacillus subtilis (dipinte di blu).
Riso. 29. Biosporin-Biopharma è un farmaco domestico contenente batteri apatogeni del genere Bacillus.
Oggi la tecnica è ampiamente utilizzata fitobatteri per la produzione di erbicidi sicuri. tossine Bacillus thuringiensis emettono critossine pericolose per gli insetti, il che consente di utilizzare questa caratteristica dei microrganismi nella lotta contro i parassiti delle piante.
Proteasi o scinde i legami peptidici tra gli amminoacidi che compongono le proteine. L'amilasi scompone l'amido. bastone di fieno (B. subtilis) produce proteasi e amilasi. Le amilasi batteriche sono utilizzate nella produzione di detersivi per bucato.
Riso. 30. Lo studio dell'attività vitale dei microbi consente agli scienziati di applicare alcune delle loro proprietà a beneficio dell'uomo.
L'importanza dei batteri nella vita umana è enorme. I batteri benefici sono stati compagni costanti dell'uomo per molti millenni. Il compito dell'uomo è di non turbare questo delicato equilibrio che si è sviluppato tra i microrganismi che vivono dentro di noi e nell'ambiente. Il ruolo dei batteri nella vita umana è enorme. Gli scienziati scoprono costantemente le proprietà benefiche dei microrganismi, il cui uso nella vita quotidiana e nella produzione è limitato solo dalle loro proprietà.
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Caratteristiche dei microbi dell'organizzazione cellulare
L'ampia distribuzione dei microrganismi indica il loro enorme ruolo in natura. Con la loro partecipazione, si verifica la decomposizione di varie sostanze organiche nei suoli e nei corpi idrici, determinano la circolazione di sostanze ed energia in natura; la fertilità del suolo, la formazione di carbone, petrolio e molti altri minerali dipendono dalla loro attività. I microrganismi sono coinvolti negli agenti atmosferici rocce e altri processi naturali.
Molti microrganismi sono utilizzati nella produzione industriale e agricola. Pertanto, la panificazione, la produzione di prodotti a base di latte fermentato, la vinificazione, la produzione di vitamine, enzimi, proteine alimentari e dei mangimi, acidi organici e molte sostanze utilizzate in agricoltura, industria e medicina si basano sull'attività di vari microrganismi. L'uso di microrganismi nella produzione agricola e nella zootecnia è particolarmente importante. L'arricchimento del suolo con azoto dipende da loro, il controllo dei parassiti delle colture agricole con l'aiuto di preparati microbici, preparazione adeguata e conservazione dei mangimi, la creazione di proteine per mangimi, antibiotici e sostanze microbiche per l'alimentazione animale.
I microrganismi hanno un effetto positivo sui processi di decomposizione di sostanze di origine non naturale: xenobiotici, sintetizzati artificialmente, che cadono nel suolo e nei corpi idrici e li inquinano.
Insieme ai microrganismi benefici, ci sono grande gruppo i cosiddetti microrganismi patogeni, o patogeni, che causano varie malattie degli animali agricoli, delle piante, degli insetti e dell'uomo. Come risultato della loro attività vitale, sorgono epidemie di malattie contagiose dell'uomo e degli animali, che influiscono sullo sviluppo dell'economia e sulle forze produttive della società.
Gli ultimi dati scientifici non solo hanno ampliato in modo significativo la comprensione dei microrganismi del suolo e dei processi che provocano nell'ambiente, ma hanno anche permesso di creare nuove industrie nell'industria e nella produzione agricola. Ad esempio, sono stati scoperti antibiotici secreti dai microrganismi del suolo ed è stata dimostrata la possibilità del loro utilizzo per il trattamento di esseri umani, animali e piante, nonché per lo stoccaggio di prodotti agricoli. È stata scoperta la capacità dei microrganismi del suolo di formare sostanze biologicamente attive: vitamine, aminoacidi, stimolanti della crescita delle piante - sostanze della crescita, ecc. Sono stati trovati modi per utilizzare le proteine dei microrganismi per nutrire gli animali da allevamento. Sono stati identificati preparati microbici che migliorano il flusso di azoto nel suolo dall'aria.
La scoperta di nuovi metodi per ottenere forme ereditarie modificate di microrganismi benefici ha permesso di utilizzare i microrganismi più ampiamente nella produzione agricola e industriale, nonché in medicina. Lo sviluppo dell'ingegneria genetica o genetica è particolarmente promettente. I suoi risultati hanno assicurato lo sviluppo della biotecnologia, l'emergere di microrganismi altamente produttivi che sintetizzano proteine, enzimi, vitamine, antibiotici, sostanze per la crescita e altri prodotti necessari per la zootecnia e la produzione agricola.
L'umanità è sempre stata in contatto con i microrganismi, per millenni senza nemmeno saperlo. Da tempo immemorabile, le persone hanno osservato la fermentazione di impasti, bevande alcoliche preparate, latte fermentato, formaggi fatti, trasferiti varie malattie, comprese le epidemie. La prova di quest'ultimo nei libri biblici è un'indicazione di una malattia epidemica (probabilmente una peste) con raccomandazioni per bruciare cadaveri ed eseguire abluzioni.
Secondo la classificazione attualmente accettata dei microrganismi, in base al tipo di alimentazione, sono divisi in un numero di gruppi a seconda delle fonti di energia e del consumo di carbonio. Quindi, ci sono fototrofi che utilizzano l'energia della luce solare e chemiotrofi, il cui materiale energetico è una varietà di sostanze organiche e inorganiche.
A seconda della forma in cui i microrganismi ottengono carbonio dall'ambiente, sono divisi in due gruppi: autotrofi ("autoalimentati"), utilizzando l'anidride carbonica come unica fonte di carbonio, ed eterotrofi ("nutrendosi a spese degli altri" ), ricevendo carbonio nella composizione di composti organici ridotti piuttosto complessi.
Pertanto, secondo il metodo per ottenere energia e carbonio, i microrganismi possono essere suddivisi in fotoautotrofi, fotoeterotrofi, chemioautotrofi e chemioeterotrofi. All'interno del gruppo, a seconda della natura del substrato ossidabile, detto donatore di elettroni (H-donatore), vi sono a loro volta organotrofi che consumano energia durante la decomposizione delle sostanze organiche, e litotrofi (dal greco lithos - pietra), che ricevono energia per ossidazione di sostanze inorganiche. Pertanto, a seconda della fonte di energia e del donatore di elettroni utilizzati dai microrganismi, si dovrebbe distinguere tra fotoorganotrofi, fotolitotrofi, chemioorganotrofi e chemolitotrofi. Pertanto, ci sono otto possibili tipi di cibo.
Ogni gruppo di microrganismi ha un tipo specifico di alimentazione. Di seguito una descrizione dei tipi di alimentazione più comuni e un breve elenco dei microrganismi che li svolgono.
Nella fototrofia, la fonte di energia è la luce solare. La fotolitoautotrofia è un tipo di nutrizione caratteristica dei microrganismi che utilizzano l'energia luminosa per sintetizzare sostanze cellulari da CO 2 e composti inorganici (H 2 0, H 2 S, S°), cioè svolgere la fotosintesi. Questo gruppo include cianobatteri, batteri dello zolfo viola e batteri dello zolfo verde.
I cianobatteri (Cyanobacteria1es order), come le piante verdi, riducono la CO 2 in materia organica mediante mezzi fotochimici utilizzando l'idrogeno dell'acqua:
C0 2 + H 2 0 luce-› (CH 2 O) * + O 2
I batteri dello zolfo viola (famiglia delle Chromatiaceae) contengono batterioclorofille aeb, che determinano la capacità di questi microrganismi di fotosintetizzare, e vari pigmenti carotenoidi.
Per ripristinare la CO 2 in materia organica i batteri di questo gruppo usano l'idrogeno, che fa parte di H 2 5. Allo stesso tempo, i granuli di zolfo si accumulano nel citoplasma, che viene quindi ossidato ad acido solforico:
C0 2 + 2H 2 S luce-› (CH 2 O) + H 2 + 2S
3CO 2 + 2S + 5H 2 O luce-> 3 (CH 2 0) + 2H 2 S0 4
I batteri dello zolfo viola sono generalmente anaerobi obbligati.
I batteri dello zolfo verde (famiglia delle Chlorobiaceae) contengono batterioclorofille verdi con e, in una piccola quantità di batterioclorofilla, oltre a vari carotenoidi. Come i batteri dello zolfo viola, sono anaerobi stretti e sono in grado di ossidare idrogeno solforato, solfuri e solfiti nel processo di fotosintesi, accumulando zolfo, che nella maggior parte dei casi viene ossidato a 50^" 2.
La fotoorganoeterotrofia è un tipo di nutrizione caratteristico dei microrganismi che, oltre alla fotosintesi, possono utilizzare anche semplici composti organici per ottenere energia. I batteri viola senza zolfo appartengono a questo gruppo.
I batteri viola non solforati (famiglia Rhjdospirillaceae) contengono batterioclorofille aeb, oltre a vari carotenoidi. Non sono in grado di ossidare l'idrogeno solforato (H 2 S), accumulare zolfo e rilasciarlo nell'ambiente.
Nella chemiotrofia, la fonte di energia sono composti inorganici e organici. La chemolitoautotrofia è un tipo di nutrizione caratteristica dei microrganismi che ottengono energia dall'ossidazione di composti inorganici, come H 2, NH 4 +, N0 2 -, Fe 2+, H 2 S, S°, S0z 2 -, S 2 0z 2- , CO, ecc. Il processo di ossidazione stesso è chiamato chemiosintesi. Il carbonio per la costruzione di tutti i componenti delle cellule chemolitoautotrofiche è ottenuto dall'anidride carbonica.
La chemiosintesi nei microrganismi (batteri del ferro e batteri nitrificanti) fu scoperta nel 1887-1890. famoso microbiologo russo S.N. Vinogradskij. La chemolitoautotrofia è effettuata da batteri nitrificanti (ossidare l'ammoniaca o il nitrito), batteri dello zolfo (ossidare l'idrogeno solforato, lo zolfo elementare e alcuni semplici composti inorganici dello zolfo), batteri che ossidano l'idrogeno in acqua, batteri del ferro che possono ossidare i composti ferrosi, ecc.
Un'idea della quantità di energia ottenuta durante i processi di chemolitoautotrofia causati da questi batteri è data dalle seguenti reazioni:
NH3 + 11/2 0 2 - HN0 2 + H 2 0 + 2,8 10 5 J
HN0 2 + 1/2 0 2 - HN0 3 + 0,7 105 J
H 2 S + 1/2 0 2 - S + H 2 0 + 1,7 10 5 J
S + 11/2 0 2 - H 2 S0 4 + 5,0 10 5 J
H 2 + 1/ 2 0 2 - H 2 0 + 2,3 10 5 J
2FeС0 3 + 1/2 0 2 + ZN 2 0 - 2Fe (OH) 3 + 2С0 2 + 1,7 10 5 J
La chemoorganoeterotrofia è un tipo di nutrizione caratteristica dei microrganismi che ottengono l'energia e il carbonio necessari dai composti organici. Tra questi microrganismi ci sono molte specie aerobiche e anaerobiche che vivono nel suolo e in altri substrati.
