Współczesna biotechnologia opiera się na wielu naukach: genetyce, mikrobiologii, biochemii, naukach przyrodniczych. Głównym przedmiotem ich badań są bakterie i mikroorganizmy. To właśnie wykorzystanie bakterii rozwiązuje wiele problemów w biotechnologii. Dziś zakres ich wykorzystania w życiu człowieka jest tak szeroki i różnorodny, że wnosi nieoceniony wkład w rozwój takich branż jak:
Pole zastosowań bakterii w farmakologii i medycynie jest tak szerokie i znaczące, że ich rola w leczeniu wielu chorób u ludzi jest po prostu nie do przecenienia. W naszym życiu są niezbędne przy tworzeniu substytutów krwi, antybiotyków, aminokwasów, enzymów, leków przeciwwirusowych i przeciwnowotworowych, próbek DNA do diagnostyki, leków hormonalnych.
Naukowcy wnieśli nieoceniony wkład w medycynę, identyfikując gen odpowiedzialny za hormon insuliny. Wszczepiając go do bakterii coli, uzyskali produkcję insuliny, ratując życie wielu pacjentom. Japońscy naukowcy odkryli bakterie, które wydzielają substancję niszczącą płytkę nazębną, zapobiegając w ten sposób pojawieniu się próchnicy u ludzi.
Z bakterii termofilnych wywodzi się gen, który koduje enzymy, które są cenne w badaniach naukowych, ponieważ są niewrażliwe na wysokie temperatury. Do produkcji witamin w medycynie wykorzystuje się mikroorganizm Clostridium, jednocześnie pozyskując ryboflawinę, która odgrywa ważną rolę w zdrowiu człowieka.
Zdolność bakterii do wytwarzania substancji przeciwbakteryjnych została wykorzystana przy tworzeniu antybiotyków, rozwiązując problem leczenia wielu chorób zakaźnych, ratując w ten sposób życie więcej niż jednej osobie.
Zastosowanie biotechnologii w przemyśle wydobywczym może znacznie obniżyć koszty i koszty energii. Tak więc w hydrometalurgii stosuje się bakterie litotroficzne (Thiobacillus ferrooxidous), które mają zdolność utleniania żelaza. W wyniku wymywania bakteryjnego metale szlachetne wydobywane są ze skał niskonośnych. Bakterie zawierające metan są wykorzystywane do zwiększenia produkcji oleju. Kiedy olej jest wydobywany w zwykły sposób, nie więcej niż połowa zasobów naturalnych jest wydobywana z jelit, a przy pomocy mikroorganizmów następuje wydajniejsze uwalnianie rezerw.
Ługowanie mikrobiologiczne stosuje się w starych kopalniach do produkcji cynku, niklu, miedzi, kobaltu. W górnictwie siarczany bakteryjne są wykorzystywane do reakcji redukcji w starych kopalniach, ponieważ pozostałości kwasu siarkowego mają destrukcyjny wpływ na podpory, materiały i środowisko. Mikroorganizmy beztlenowe przyczyniają się do dokładnego rozkładu materii organicznej. Ta właściwość jest wykorzystywana do oczyszczania wody w przemyśle metalurgicznym.
Człowiek wykorzystuje bakterie do produkcji wełny, sztucznej skóry, surowców tekstylnych, do celów perfumeryjnych i kosmetycznych.
Bakterie biorące udział w rozkładzie są wykorzystywane do czyszczenia szamb. Podstawą tej metody jest to, że mikroorganizmy żywią się ściekami. Ta metoda zapewnia usuwanie nieprzyjemnych zapachów i dezynfekcję ścieków. Mikroorganizmy stosowane w szambach są hodowane w laboratoriach. O wyniku ich działania decyduje rozpad materii organicznej na proste, nieszkodliwe dla środowiska substancje. W zależności od rodzaju szamba wybierane są mikroorganizmy beztlenowe lub tlenowe. W biofiltrach oprócz szamb wykorzystywane są mikroorganizmy tlenowe.
Mikroorganizmy są również potrzebne do utrzymania jakości wody w zbiornikach i drenach, do oczyszczania zanieczyszczonej powierzchni mórz i oceanów z produktów ropopochodnych.
Wraz z rozwojem biotechnologii w naszym życiu, ludzkość zrobiła krok naprzód w niemal wszystkich obszarach swojej działalności.
Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy będą Ci bardzo wdzięczni.
Wykorzystanie mikroorganizmów w medycynie, rolnictwie; zalety probiotyków
Rodnikowa Inn
WPROWADZANIE
Ludzie przez tysiące lat działali jako biotechnologowie: wypiekali chleb, warzyli piwo, robili sery i inne produkty kwasu mlekowego przy użyciu różnych mikroorganizmów i nawet nie byli świadomi ich istnienia. Właściwie sam termin „biotechnologia” pojawił się w naszym języku nie tak dawno temu, zamiast niego używano słów „mikrobiologia przemysłowa”, „biochemia techniczna” itp. Prawdopodobnie najstarszym procesem biotechnologicznym była fermentacja. Świadczy o tym opis procesu warzenia piwa, odkryty w 1981 roku podczas wykopalisk Babilonu na tabliczce, datowany na około VI tysiąclecie p.n.e. mi. W III tysiącleciu p.n.e. mi. Sumerowie wyprodukowali do dwóch tuzinów rodzajów piwa. Nie mniej starożytne procesy biotechnologiczne to produkcja wina, wypiek i otrzymywanie produktów kwasu mlekowego.
Z powyższego widzimy, że jest dość długi czasżycie ludzkie jest nierozerwalnie związane z żywymi mikroorganizmami. A jeśli przez tyle lat ludzie z powodzeniem, choć nieświadomie, „współpracowali” z bakteriami, to logiczne byłoby postawić pytanie – po co właściwie trzeba poszerzać swoją wiedzę w tym zakresie? Przecież i tak wszystko wydaje się być w porządku, umiemy piec chleb i warzyć piwo, robić wino i kefir, czego jeszcze potrzeba? Dlaczego potrzebujemy biotechnologii? Niektóre odpowiedzi można znaleźć w tym streszczeniu.
MEDYCYNA I BAKTERIE
W całej historii ludzkości (aż do początku XX wieku) rodziny miały wiele dzieci, ponieważ. bardzo często dzieci nie dożywały wieku dorosłego, umierały na wiele chorób, nawet na łatwo uleczalne w naszych czasach zapalenie płuc, nie mówiąc już o tak groźnych chorobach jak cholera, gangrena, dżuma. Wszystkie te choroby są wywoływane przez patogeny i zostały uznane za nieuleczalne, ale w końcu naukowcy zdali sobie sprawę, że inne bakterie lub wyciąg z ich enzymów mogą pokonać „złe” bakterie. Po raz pierwszy zauważył to Alexander Fleming na przykładzie elementarnej pleśni.
Okazało się, że niektóre rodzaje bakterii dobrze dogadują się z pleśnią, ale paciorkowce i gronkowce nie rozwinęły się w obecności pleśni. Liczne wcześniejsze eksperymenty z rozmnażaniem się szkodliwych bakterii wykazały, że niektóre z nich są w stanie niszczyć inne i nie pozwalają na ich rozwój w ogólnym środowisku. Zjawisko to nazwano „antybiozą" od greckiego „anty" - przeciw i „bios" - życie. Pracując nad znalezieniem skutecznego środka przeciwdrobnoustrojowego Fleming doskonale o tym wiedział. Nie miał wątpliwości, że na kubku z tajemniczą pleśnią spotkał ze zjawiskiem antybiotyków. Zaczął dokładnie badać pleśń. Po pewnym czasie udało mu się nawet wyizolować z pleśni substancję przeciwdrobnoustrojową. Tak więc w 1929 roku w laboratorium londyńskiego szpitala St. Mary narodziła się dobrze nam znana penicylina.
Wstępne testy substancji na zwierzętach doświadczalnych wykazały, że nawet wstrzyknięta do krwi nie wyrządza szkody, a jednocześnie w słabych roztworach doskonale tłumi paciorkowce i gronkowce. Asystent Fleminga, dr Stuart Greddock, który zachorował na ropne zapalenie tzw. jamy szczękowej, był pierwszą osobą, która zdecydowała się na zażywanie wyciągu z penicyliny. Wstrzyknięto mu do wnęki niewielką ilość ekstraktu z formy i po trzech godzinach można było zauważyć, że jego stan zdrowia znacznie się poprawił.
Tak rozpoczęła się era antybiotyków, które uratowały miliony istnień, zarówno w czasie pokoju, jak i w czasie wojny, kiedy ranni umierali nie z powodu ciężkości rany, ale z powodu infekcji z nimi związanych. W przyszłości opracowano nowe antybiotyki, oparte na penicylinie, metody ich produkcji do szerokiego zastosowania.
BIOTECHNOLOGIA I ROLNICTWO
Rezultatem przełomu w medycynie był szybki wzrost demograficzny. Populacja wzrosła dramatycznie, co oznacza, że potrzeba było więcej żywności, a także z powodu pogorszenia stanu środowiska z powodu testy nuklearne, rozwój przemysłu, wyczerpywanie się próchnicy ziemi uprawnej, pojawiło się wiele chorób roślin i zwierząt gospodarskich.
Początkowo ludzie leczyli zwierzęta i rośliny antybiotykami, co przyniosło efekty. Przyjrzyjmy się tym wynikom. Tak, jeśli warzywa, owoce, zioła itp. zostaną potraktowane silnymi fungicydami w okresie wegetacji, pomoże to zahamować rozwój niektórych patogenów (nie wszystkich i nie całkowicie), ale po pierwsze prowadzi to do nagromadzenia trucizn i toksyn w owocach, co oznacza, że dobroczynne właściwości płodu ulegają zmniejszeniu, a po drugie szkodliwe drobnoustroje szybko rozwijają odporność na substancje, które je zatruwają i kolejne zabiegi należy przeprowadzać coraz mocniejszymi antybiotykami.
To samo zjawisko obserwuje się w świecie zwierząt i niestety u ludzi. Ponadto w organizmie stałocieplnych antybiotyki powodują szereg negatywne konsekwencje takie jak dysbakterioza, deformacje płodu u kobiet w ciąży itp.
Jak być? Sama natura odpowiada na to pytanie! A ta odpowiedź to PROBIOTYKI!
Wiodące instytuty biotechnologii i inżynierii genetycznej od dawna zajmują się opracowywaniem nowych i selekcją znanych mikroorganizmów, które mają niesamowitą żywotność i zdolność „wygrywania” w walce z innymi drobnoustrojami. Te elitarne szczepy, takie jak „bacillus subtilis” i „licheniformis”, są szeroko stosowane w leczeniu ludzi, zwierząt i roślin niezwykle skutecznie i całkowicie bezpiecznie. Jak to jest możliwe? A oto jak: w ciele ludzi i zwierząt koniecznie zawiera wiele niezbędnych bakterii. Biorą udział w procesach trawienia, tworzeniu enzymów i stanowią prawie 70% układu odpornościowego człowieka. Jeśli z jakiegoś powodu (przyjmowanie antybiotyków, niedożywienie) równowaga bakteryjna człowieka jest zaburzona, to nie jest on chroniony przed nowymi szkodliwymi drobnoustrojami i w 95% przypadków ponownie zachoruje. To samo dotyczy zwierząt. A elitarne szczepy, dostające się do organizmu, zaczynają się aktywnie rozmnażać i niszczyć patogenną florę, ponieważ. już wspomniane powyżej, mają większą żywotność. Tak więc, przy pomocy szczepów elitarnych mikroorganizmów, możliwe jest utrzymanie makroorganizmu w zdrowiu bez antybiotyków i w zgodzie z naturą, ponieważ same w sobie, będąc w organizmie, przynoszą tylko korzyści, a nie szkodzą.
Są lepsze od antybiotyków również dlatego, że:
Odpowiedź mikrokosmosu na wprowadzenie superantybiotyków do praktyki biznesowej jest oczywista i wynika z materiału doświadczalnego, jakim dysponują naukowcy - narodziny supermikroba.
Mikroby są zaskakująco doskonałymi, samorozwojowymi i samouczącymi się maszynami biologicznymi, zdolnymi do zapamiętywania w pamięci genetycznej stworzonych przez siebie mechanizmów ochrony przed szkodliwym działaniem antybiotyków i przekazywania informacji swoim potomkom.
Bakterie to rodzaj „bioreaktora”, w którym wytwarzane są enzymy, aminokwasy, witaminy i bakteriocyny, które podobnie jak antybiotyki neutralizują patogeny. Nie ma jednak ani uzależnienia od nich, ani skutków ubocznych typowych dla stosowania chemicznych antybiotyków. Wręcz przeciwnie, są w stanie oczyścić ściany jelit, zwiększyć ich przepuszczalność na niezbędne składniki odżywcze przywracają równowagę biologiczną mikroflory jelitowej i stymulują cały układ odpornościowy
Naukowcy wykorzystali naturalny sposób na zachowanie przez naturę zdrowia makroorganizmu, czyli bakterii - saprofitów, które mają zdolność hamowania wzrostu i rozwoju mikroflory chorobotwórczej, w tym w przewodzie pokarmowym zwierząt stałocieplnych, zostały odizolowane od środowiska naturalnego.
Miliony lat ewolucji organizmów żywych na naszej planecie stworzyły tak wspaniałe i doskonałe mechanizmy tłumienia patogennej mikroflory niepatogenną, że nie ma powodu, aby wątpić w powodzenie tego podejścia. Mikroflora niepatogenna w konkursie w zdecydowanej większości wygrywa, a gdyby tak nie było, nie byłoby nas dzisiaj na naszej planecie.
W oparciu o powyższe, naukowcy produkujący nawozy i fungicydy do użytku rolniczego również próbowali przejść z perspektywy chemicznej na biologiczną. A wyniki nie były powolne, aby się pokazać! Okazało się, że ten sam Bacillus subtilis skutecznie zwalcza aż siedemdziesiąt odmian patogennych przedstawicieli wywołujących takie choroby upraw ogrodniczych jak rak bakteryjny, więdnięcie fuzariozy, zgnilizna korzeni i korzeni itp., wcześniej uważane za nieuleczalne choroby roślin, z którymi nie mógł uchwyt NIE JEDNYM FUNGICYDEM! Ponadto bakterie te mają wyraźnie pozytywny wpływ na wegetację rośliny: skraca się okres napełniania i dojrzewania owoców, zwiększają się użyteczne właściwości owoców, zmniejsza się w nich zawartość azotanów itp. substancje toksyczne a co najważniejsze, znacznie zmniejsza się zapotrzebowanie na nawozy mineralne!
Preparaty zawierające szczepy elitarnych bakterii już zajmują pierwsze miejsca na wystawach w Rosji i na świecie, zdobywają medale za skuteczność i przyjazność dla środowiska. Mali i duzi producenci rolni rozpoczęli już aktywne stosowanie, a fungicydy i antybiotyki stopniowo odchodzą w przeszłość.
Produkty Bio-Ban to Flora-S i Fitop-Flora-S, które oferują suche nawozy torfowo-humusowe zawierające skoncentrowane kwasy humusowe (a humus nasycony to gwarancja doskonałych zbiorów) oraz szczep bakterii „bacillus subtilis” do zwalczania chorób. Dzięki tym preparatom można w krótkim czasie przywrócić zubożone grunty, zwiększyć produktywność ziemi, chronić uprawę przed chorobami, a co najważniejsze, uzyskać doskonałe plony na ryzykownych obszarach rolniczych!
Myślę, że powyższe argumenty wystarczą, aby docenić korzyści płynące z probiotyków i zrozumieć, dlaczego naukowcy twierdzą, że XX wiek to wiek antybiotyków, a XXI wiek to wiek probiotyków!
Pojęcie i znaczenie hodowli jako nauki o tworzeniu nowych i doskonaleniu istniejących ras zwierząt, odmian roślin, szczepów mikroorganizmów. Ocena roli i znaczenia mikroorganizmów w biosferze oraz cech ich wykorzystania. Formy bakterii kwasu mlekowego.
prezentacja, dodana 17.03.2015
test, dodano 05/12/2009
Podstawowe metody pozyskiwania genetycznie zmodyfikowanych roślin i zwierząt. Mikroorganizmy transgeniczne w medycynie, przemyśle chemicznym, rolnictwie. Niekorzystne skutki organizmów modyfikowanych genetycznie: toksyczność, alergia, onkologia.
praca semestralna, dodana 11.11.2014
Różnice między zwierzętami a roślinami. Cechy doboru zwierząt do hodowli. Czym jest hybrydyzacja, jej klasyfikacja. Nowoczesne odmiany wybór zwierząt. Sfery zastosowania mikroorganizmów, ich właściwości użytkowe, metody i cechy selekcji.
prezentacja, dodano 26.05.2010
Studium przedmiotu, główne zadania i historia rozwoju mikrobiologii medycznej. Systematyka i klasyfikacja mikroorganizmów. Podstawy morfologii bakterii. Badanie cech strukturalnych komórki bakteryjnej. Znaczenie mikroorganizmów w życiu człowieka.
wykład, dodany 10.12.2013
Probiotyki jako bakterie niepatogenne dla człowieka o działaniu antagonistycznym wobec drobnoustrojów chorobotwórczych. Zapoznanie z cechami probiotycznych pałeczek kwasu mlekowego. Analiza fermentowanych produktów mlecznych o właściwościach probiotycznych.
streszczenie, dodane 17.04.2017
Hipotezy o pochodzeniu życia na Ziemi. Badanie aktywności biochemicznej mikroorganizmów, ich roli w przyrodzie, życiu ludzi i zwierząt w pracach L. Pasteura. badania genetyczne bakterie i wirusy, ich zmienność fenotypowa i genotypowa.
streszczenie, dodane 26.12.2013
Wpływ probiotyków na zdrowie człowieka. Właściwości immunostymulujące, antymutagenne bakterii kwasu propionowego. Wpływ jodu na właściwości biochemiczne bakterii probiotycznych. Charakterystyka jakościowa leków jodowanych, parametry biochemiczne.
artykuł, dodano 24.08.2013
Wytwarzanie produktów syntezy mikrobiologicznej pierwszej i drugiej fazy, aminokwasów, kwasów organicznych, witamin. Produkcja antybiotyków na dużą skalę. Produkcja alkoholi i polioli. Główne rodzaje bioprocesów. Inżynieria metaboliczna roślin.
Bakterie mają ogromne znaczenie zarówno w biosferze, jak iw życiu człowieka. Bakterie biorą udział w wielu procesach biologicznych, zwłaszcza w cyklu substancji występujących w przyrodzie. Znaczenie dla biosfery:
© Bakterie gnilne niszczą zawierające azot związki organiczne organizmów nieżywych, zamieniając je w próchnicę.
© Bakterie mineralizujące rozkładają złożone związki organiczne humusu na proste substancje nieorganiczne, udostępniając je roślinom.
© Wiele bakterii potrafi wiązać azot atmosferyczny. Ponadto, Azotobakteria, swobodnie żyjący w glebie, wiąże azot niezależnie od roślin, oraz bakterie brodawkowe wykazują swoją aktywność jedynie w symbiozie z korzeniami roślin wyższych (głównie strączkowych), dzięki tym bakteriom gleba zostaje wzbogacona w azot i wzrasta plon roślin.
© Bakterie symbiotyczne w jelitach zwierząt (przede wszystkim roślinożerców) i ludzi zapewniają przyswajanie błonnika.
© Bakterie to nie tylko rozkładacze, ale także producenci (twórcy) materii organicznej, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ powinny być wykorzystywane przez inne organizmy. Związki powstające w wyniku działania bakterii jednego typu mogą służyć jako źródło energii dla bakterii innego typu.
© Dodatkowo dwutlenek węgla, podczas rozkładu materii organicznej do atmosfery dostają się również inne gazy: H2, H2S, CH2 itp.
, bakterie regulują skład gazu w atmosferze.
© Bakterie odgrywają również istotną rolę w procesach formowania gleby (niszczenie minerałów w skałach glebotwórczych, tworzenie próchnicy).
Niektóre substancje powstające podczas życia bakterii są również ważne dla człowieka. Ich znaczenie jest następujące:
© Aktywność bakterii jest wykorzystywana do pozyskiwania produktów kwasu mlekowego, do kapusty kiszonej, kiszenia pasz;
© do otrzymywania kwasów organicznych, alkoholi, acetonu, preparatów enzymatycznych;
© Obecnie bakterie są aktywnie wykorzystywane jako producenci wielu substancji biologicznie czynnych (antybiotyków, aminokwasów, witamin itp.) stosowanych w medycynie, weterynarii i hodowli zwierząt;
© dzięki metodom inżynierii genetycznej przy pomocy bakterii uzyskuje się takie niezbędne substancje, jak ludzka insulina i interferon;
© bez udziału bakterii procesy zachodzące podczas suszenia liści tytoniu, przygotowania skóry do garbowania, maceracji włókien lnianych i konopnych są niemożliwe;
© Człowiek wykorzystuje bakterie również do oczyszczania ścieków.
Negatywną rolę odgrywają bakterie chorobotwórcze wywołujące choroby roślin, zwierząt i ludzi.
Wiele bakterii powoduje psucie się żywności, uwalniając przy tym substancje toksyczne.
Struktura
Bakterie to bardzo małe żywe organizmy. Można je zobaczyć tylko pod mikroskopem o bardzo dużym powiększeniu. Wszystkie bakterie są jednokomórkowe. Wewnętrzna struktura komórki bakteryjnej nie przypomina komórek roślinnych i zwierzęcych. Nie mają jądra ani plastydów. Substancja jądrowa i pigmenty są obecne, ale w stanie „zdyspergowanym”. Forma jest zróżnicowana.
Komórka bakteryjna okryta jest specjalną gęstą otoczką - ścianą komórkową, która pełni funkcje ochronne i podtrzymujące, a także nadaje bakterii trwały, charakterystyczny kształt. Ściana komórkowa bakterii przypomina powłokę komórki roślinnej. Jest przepuszczalny: przez nią składniki odżywcze swobodnie przechodzą do komórki, a produkty przemiany materii trafiają do środowiska. Często na powierzchni ściany komórkowej bakterii wytwarzana jest dodatkowa warstwa ochronna śluzu - kapsułka. Grubość kapsułki może być wielokrotnie większa niż średnica samej komórki, ale może być bardzo mała. Kapsułka nie jest obowiązkową częścią komórki, powstaje w zależności od warunków, w jakie wnikają bakterie. Zapobiega wysychaniu bakterii.
Na powierzchni niektórych bakterii znajdują się długie wici (jedna, dwie lub wiele) lub krótkie cienkie kosmki. Długość wici może być wielokrotnie większa niż wielkość ciała bakterii.
Bakterie poruszają się za pomocą wici i kosmków.
Wewnątrz komórki bakteryjnej znajduje się gęsta nieruchoma cytoplazma. Ma strukturę warstwową, nie ma wakuoli, więc różne białka (enzymy) i zapasowe składniki odżywcze znajdują się w samej substancji cytoplazmy. Komórki bakteryjne nie mają jądra. W centralnej części ich komórek skoncentrowana jest substancja zawierająca informacje dziedziczne. Bakterie - kwas nukleinowy - DNA. Ale ta substancja nie jest oprawiona w jądro.
Wewnętrzna organizacja komórki bakteryjnej jest złożona i ma swoją własną specyficzne cechy. Cytoplazma jest oddzielona od ściany komórkowej błoną cytoplazmatyczną. W cytoplazmie główna substancja lub macierz, rybosomy i niewielka liczba struktur błonowych, które wykonują najbardziej różne funkcje(analogi mitochondriów, retikulum endoplazmatyczne, aparat Golgiego). Cytoplazma komórek bakteryjnych często zawiera granulki różne kształty i rozmiary. Granulki mogą składać się ze związków, które służą jako źródło energii i węgla. Kropelki tłuszczu znajdują się również w komórce bakteryjnej.
Formacja zarodnikow
Zarodniki tworzą się wewnątrz komórki bakteryjnej. W procesie tworzenia zarodników komórka bakteryjna przechodzi szereg procesów biochemicznych. Zmniejsza ilość Darmowa woda zmniejsza się aktywność enzymatyczna. Zapewnia to odporność zarodników na niekorzystne warunki środowiskowe ( wysoka temperatura, wysokie stężenie soli, suszenie itp.). Tworzenie zarodników jest charakterystyczne tylko dla niewielkiej grupy bakterii. Zarodniki nie są istotnym etapem cyklu życiowego bakterii. Zarodnikowanie zaczyna się dopiero od braku składników odżywczych lub nagromadzenia produktów przemiany materii. Bakterie w postaci zarodników mogą przez długi czas pozostawać w stanie uśpienia. Zarodniki bakterii wytrzymują długotrwałe gotowanie i bardzo długie zamrażanie. W sprzyjających warunkach spór kiełkuje i staje się opłacalny. Zarodniki bakteryjne są przystosowane do przetrwania w niesprzyjających warunkach. Zarodniki bakterii służą do przenoszenia niekorzystne warunki. Powstają z wnętrza zawartości komórki. W tym przypadku wokół zarodnika tworzy się nowa, gęstsza skorupa. Zarodniki tolerują bardzo niskie temperatury (do -273°C) i bardzo wysokie. Zarodniki nie są zabijane przez gotującą się wodę.
Żywność
Wiele bakterii ma chlorofil i inne pigmenty. Przeprowadzają fotosyntezę, podobnie jak rośliny (sinice, fioletowe bakterie). Inne bakterie czerpią energię z substancji nieorganicznych – siarki, związków żelaza i innych, ale źródłem węgla, podobnie jak w fotosyntezie, jest dwutlenek węgla.
reprodukcja
Bakterie rozmnażają się, dzieląc jedną komórkę na dwie. Po osiągnięciu pewnego rozmiaru bakteria dzieli się na dwie identyczne bakterie. Potem każdy z nich zaczyna się żerować, rośnie, dzieli i tak dalej. Po wydłużeniu komórki stopniowo tworzy się przegroda poprzeczna, a następnie komórki potomne rozchodzą się; u wielu bakterii w określonych warunkach komórki po podziale pozostają połączone w charakterystyczne grupy. W takim przypadku w zależności od kierunku płaszczyzny podziału i liczby podziałów, Różne formy. Rozmnażanie przez pączkowanie występuje w bakteriach jako wyjątek.
W sprzyjających warunkach podział komórek u wielu bakterii następuje co 20-30 minut. Przy tak szybkim rozmnażaniu potomstwo jednej bakterii w ciągu 5 dni jest w stanie uformować masę, która może wypełnić wszystkie morza i oceany. Proste obliczenia pokazują, że dziennie mogą powstawać 72 pokolenia (72 000 000 000 000 000 000 000 komórek). W przeliczeniu na wagę - 4720 ton. Jednak tak się nie dzieje w naturze, ponieważ większość bakterii szybko umiera pod wpływem światła słonecznego, suszenia, braku jedzenia, ogrzewania do 65-100ºС w wyniku walki między gatunkami itp.
Rola bakterii w przyrodzie. Dystrybucja i ekologia
Bakterie są wszechobecne: w zbiornikach wodnych, powietrzu, glebie. Najmniej jest ich w powietrzu (ale nie w zatłoczonych miejscach). W wodach rzek może ich być do 400 000 w 1 cm3, aw glebie - do 1 000 000 000 w 1 g. Bakterie mają różne podejście do tlenu: dla niektórych jest to konieczne, dla innych jest destrukcyjne. Dla większości bakterii najkorzystniejsze są temperatury od +4 do +40 °C. Bezpośrednie światło słoneczne zabija wiele bakterii.
Występujące w ogromnych ilościach (liczba ich gatunków sięga 2500) bakterie odgrywają niezwykle ważną rolę w wielu naturalnych procesach. Wraz z grzybami i bezkręgowcami glebowymi biorą udział w rozkładzie resztek roślinnych (opadających liści, gałęzi itp.) do próchnicy. Działanie bakterii saprofitycznych prowadzi do powstawania soli mineralnych, które są wchłaniane przez korzenie roślin. Bakterie brodawkowe żyjące w tkankach korzeni ciem, a także niektóre bakterie wolno żyjące, mają niezwykłą zdolność asymilacji azotu atmosferycznego, niedostępnego dla roślin. W ten sposób bakterie uczestniczą w cyklu substancji w przyrodzie.
Mikroflora glebowa. Liczba bakterii w glebie jest niezwykle wysoka - setki milionów i miliardy osobników w 1 gramie. Występują znacznie liczniej w glebie niż w wodzie i powietrzu. Całkowita liczba bakterii w glebie jest różna. Liczba bakterii zależy od rodzaju gleby, ich stanu, głębokości warstw. Na powierzchni cząstek gleby mikroorganizmy znajdują się w małych mikrokoloniach (po 20-100 komórek). Często rozwijają się w grubości skrzepów materii organicznej, na żywych i obumierających korzeniach roślin, w cienkich naczyniach włosowatych i wewnątrz grudek. Mikroflora glebowa jest bardzo zróżnicowana. Występują tu różne fizjologiczne grupy bakterii: bakterie gnilne, nitryfikacyjne, wiążące azot, siarkowe itp. wśród nich są tlenowce i beztlenowce, formy zarodnikowe i bezprzetrwalnikowe. Mikroflora jest jednym z czynników kształtowania gleby. Obszar rozwoju mikroorganizmów w glebie to strefa przylegająca do korzeni żywych roślin. Nazywa się ryzosferą, a całość zawartych w niej mikroorganizmów nazywana jest mikroflorą ryzosfery.
Mikroflora zbiorników wodnych. Woda to naturalne środowisko, w którym licznie rozwijają się mikroorganizmy. Większość z nich dostaje się do wody z gleby. Czynnik, który determinuje liczbę bakterii w wodzie, obecność w niej składników odżywczych. Najczystsze są wody studni i źródeł artezyjskich. Otwarte zbiorniki i rzeki są bardzo bogate w bakterie. Najwięcej bakterii znajduje się w powierzchniowych warstwach wody, bliżej brzegu. Wraz ze wzrostem odległości od wybrzeża i głębokością zmniejsza się liczba bakterii. Czysta woda zawiera 100-200 bakterii w 1 ml, a zanieczyszczonych - 100-300 tys. i więcej. W mule dennym znajduje się wiele bakterii, zwłaszcza w warstwie powierzchniowej, gdzie bakterie tworzą film. W tym filmie jest wiele bakterii siarkowych i żelaznych, które utleniają siarkowodór do kwasu siarkowego, zapobiegając w ten sposób umieraniu ryb. W mule występuje więcej form zarodnikowych, podczas gdy w wodzie przeważają formy bez zarodników. Pod względem składu gatunkowego mikroflora wodna jest zbliżona do mikroflory glebowej, ale spotykane są również formy specyficzne. Niszcząc różne odpady, które dostały się do wody, mikroorganizmy stopniowo przeprowadzają tak zwane biologiczne oczyszczanie wody.
Mikroflora powietrza. Mikroflora powietrza jest mniej liczna niż mikroflora glebowa i wodna. Bakterie unoszą się w powietrze z kurzem, mogą tam przebywać przez chwilę, a następnie osiadać na powierzchni ziemi i ginąć z braku pożywienia lub pod wpływem promieni ultrafioletowych. Liczba mikroorganizmów w powietrzu zależy od obszar geograficzny, ukształtowanie terenu, pora roku, zanieczyszczenie pyłem itp. każda drobinka kurzu jest nośnikiem drobnoustrojów. Większość bakterii w powietrzu przedsiębiorstwa przemysłowe. Powietrze na wsi jest czystsze. Najczystsze powietrze jest nad lasami, górami, zaśnieżonymi przestrzeniami. Górne warstwy powietrza zawierają mniej zarazków. W mikroflorze powietrza znajduje się wiele bakterii pigmentowych i zarodnikowych, które są bardziej odporne niż inne na promienie ultrafioletowe.
Mikroflora ludzkiego ciała. Ciało człowieka, nawet całkowicie zdrowego, jest zawsze nośnikiem mikroflory. Gdy ciało ludzkie wchodzi w kontakt z powietrzem i glebą, na odzieży i skórze osadzają się różne mikroorganizmy, w tym patogeny (pałeczki tężca, zgorzel gazowa itp.). Skażone są najczęściej odsłonięte części ludzkiego ciała. Na dłoniach znajdują się E. coli, gronkowce. W jamie ustnej występuje ponad 100 rodzajów drobnoustrojów. Usta ze swoją temperaturą, wilgotnością, resztkami składników odżywczych są doskonałym środowiskiem do rozwoju mikroorganizmów. Żołądek ma odczyn kwaśny, więc większość mikroorganizmów w nim ginie. Począwszy od jelita cienkiego reakcja staje się zasadowa, tj. korzystny dla drobnoustrojów. Mikroflora w jelicie grubym jest bardzo zróżnicowana. Każdy dorosły wydala około 18 miliardów bakterii dziennie wraz z odchodami, tj. więcej osób niż ludzi Globus. Narządy wewnętrzne, które nie są połączone ze środowiskiem zewnętrznym (mózg, serce, wątroba, pęcherz itp.) są zwykle wolne od drobnoustrojów. Mikroby dostają się do tych organów tylko podczas choroby.
Znaczenie bakterii w życiu człowieka
Duże znaczenie mają procesy fermentacji; to jest ogólnie nazywane rozkładem węglowodanów. Tak więc w wyniku fermentacji mleko zamienia się w kefir i inne produkty; zakiszanie paszy to także fermentacja. Fermentacja zachodzi również w jelicie człowieka. Bez odpowiednich bakterii (takich jak E. coli) jelita nie mogą normalnie funkcjonować. Zgnilizna, pożyteczna w przyrodzie, jest wysoce niepożądana w życiu codziennym (np. psucie się produktów mięsnych). Fermentacja (na przykład kwaśne mleko) też nie zawsze się przydaje. Aby produkty się nie pogorszyły, są solone, suszone, konserwowane, przechowywane w lodówkach. W ten sposób zmniejsza się aktywność bakterii.
Bakterie chorobotwórcze
Zarodniki bakterii, w przeciwieństwie do zarodników grzybów, nie rozmnażają się, ale służyć jako adaptacja do znoszenia niesprzyjających warunków. Każda bakteria zamienia się tylko w jeden zarodnik. Kiedy warunki środowiskowe stają się odpowiednie, zarodnik regeneruje się z powrotem do bakterii o normalnym metabolizmie.
W stanie zarodników wiele bakterii jest w stanie przetrwać krytyczne temperatury (od wrzenia do głębokiego minusu) i zachować żywotność przez setki lat.
Wraz z powstawaniem zarodników bakteryjnych zmniejsza się objętość cytoplazmy z powodu utraty wody. W rezultacie zarodnik jest zwykle mniejszy i lżejszy niż sama bakteria.
Zarodniki są łatwo przenoszone przez wiatr, co oznacza, że ich powstawanie można uznać nie tylko za mechanizm ochronny, ale także sposób osadzania.
Zarodniki w grzybach służą również do osadnictwa, ale tutaj ich główną funkcją jest rozmnażanie, co nie dotyczy prokariontów.
Spory mogą powstawać na różne sposoby. Najczęściej powstają tak zwane endospory. W tym przypadku błona komórkowa wybrzusza się do wewnątrz, cytoplazma przechodzi tam wraz z zawartością, a reszta bakterii zamienia się w warstwę ochronną, która jest zamknięta w błonie komórkowej od zewnątrz i od wewnątrz.
Bakterie żyją na Ziemi od ponad 3,5 miliarda lat. Przez ten czas wiele się nauczyli i wiele się przystosowali. Teraz pomagają ludziom. Bakterie i człowiek stały się nierozłączne. Całkowita masa bakterii jest ogromna. To około 500 miliardów ton.
Pożyteczne bakterie pełnią dwie najważniejsze funkcje ekologiczne – wiążą azot i uczestniczą w mineralizacji pozostałości organicznych. Rola bakterii w przyrodzie jest globalna. Biorą udział w ruchu, koncentracji i rozproszeniu pierwiastków chemicznych w biosferze ziemskiej.
Znaczenie bakterii pożytecznych dla ludzi jest ogromne. Stanowią 99% całej populacji zamieszkującej jego ciało. Dzięki nim człowiek żyje, oddycha i je.
Ważny. Zapewniają pełne podtrzymanie życia.
Bakterie są dość proste. Naukowcy sugerują, że po raz pierwszy pojawiły się na planecie Ziemia.
Ciało ludzkie zamieszkuje zarówno pożyteczny, jak i. Istniejąca równowaga między ludzkim ciałem a bakteriami została dopracowana od wieków.
Jak obliczyli naukowcy, ludzkie ciało zawiera od 500 do 1000 różnych rodzajów bakterii lub biliony tych niesamowitych lokatorów, co stanowi do 4 kg całkowitej wagi. Do 3 kilogramów ciał drobnoustrojów znajduje się tylko w jelitach. Pozostałe znajdują się w układzie moczowo-płciowym, na skórze i innych jamach ciała człowieka. Drobnoustroje wypełniają organizm noworodka od pierwszych minut jego życia i ostatecznie tworzą skład mikroflory jelitowej przez 10-13 lat.
Paciorkowce, lactobacilli, bifidobakterie, enterobakterie, grzyby, wirusy jelitowe, niepatogenne pierwotniaki żyją w jelicie. Lactobacilli i bifidobakterie stanowią 60% flory jelitowej. Skład tej grupy jest zawsze stały, są najliczniejsze i pełnią główne funkcje.
Znaczenie tego typu bakterii jest ogromne.
Ryż. 1. Zdjęcie przedstawia bifidobakterie. Wizualizacja komputerowa.
Znaczenie tego typu bakterii dla ludzi jest ogromne.
Ryż. 2. Zdjęcie przedstawia E. coli (obraz komputerowy 3D).
Ryż. 3. Na zdjęciu pożyteczne bakterie to lactobacilli (obraz komputerowy 3D).
drobnoustroje amonifikujące(powodując rozkład), za pomocą szeregu posiadanych enzymów są w stanie rozłożyć szczątki martwych zwierząt i roślin. Kiedy białka rozkładają się, uwalniany jest azot i amoniak.
Urobakterie rozkładają mocznik, który człowiek i wszystkie zwierzęta planety codziennie wydzielają. Jego ilość jest ogromna i sięga 50 mln ton rocznie.
W utlenianie amoniaku bierze udział pewien rodzaj bakterii. Proces ten nazywa się nitryfikacja.
Mikroby denitryfikujące powrót tlenu cząsteczkowego z gleby do atmosfery.
Ryż. 4. Na zdjęciu pożyteczne bakterie amonifikują drobnoustroje. Narażają na rozkład szczątki martwych zwierząt i roślin.
Znaczenie bakterii w życiu ludzi, zwierząt, roślin, grzybów i bakterii jest ogromne. Jak wiecie, azot jest niezbędny do ich normalnego życia. Ale bakterie nie mogą wchłonąć azotu w stanie gazowym. Okazuje się, że sinice mogą wiązać azot i tworzyć amoniak ( cyjanobakteria), wolno żyjące utrwalacze azotu i specjalne . Wszystkie te pożyteczne bakterie wytwarzają do 90% związanego azotu i angażują do 180 milionów ton azotu w funduszu azotowym gleby.
Bakterie brodawkowe dobrze współistnieją z roślinami strączkowymi i rokitnikiem.
Rośliny takie jak lucerna, groch, łubin i inne rośliny strączkowe mają na korzeniach tzw. „mieszkania” dla bakterii brodawkowych. Rośliny te sadzi się na zubożonych glebach w celu wzbogacenia ich w azot.
Ryż. 5. Zdjęcie przedstawia bakterie brodawkowe na powierzchni włośnika rośliny strączkowej.
Ryż. 6. Zdjęcie korzenia rośliny strączkowej.
Ryż. 7. Na zdjęciu pożytecznymi bakteriami są sinice.
Węgiel jest najważniejszą substancją komórkową zwierzęcia i flora jak również świat roślin. Stanowi 50% suchej masy komórki.
Dużo węgla znajduje się we włóknach, które jedzą zwierzęta. W żołądku błonnik rozkłada się pod wpływem drobnoustrojów, a następnie w postaci obornika wydostaje się na zewnątrz.
Rozkładać błonnik bakterie celulozowe. W wyniku ich pracy gleba zostaje wzbogacona o próchnicę, co znacznie zwiększa jej żyzność, a dwutlenek węgla powraca do atmosfery.
Ryż. 8. Symbionty wewnątrzkomórkowe są zabarwione na zielono, masa przetworzonego drewna jest zabarwiona na żółto.
Białka i lipidy zawierają dużą ilość fosforu, którego mineralizacja jest przeprowadzana Ty. megatherium(z rodzaju bakterii gnilnych).
bakterie żelazne uczestniczyć w procesach mineralizacji związki organiczne zawierające żelazo. W wyniku ich działalności na bagnach i jeziorach duża ilość Ruda żelaza i złoża żelazomanganu.
Bakterie siarkoweżyć w wodzie i glebie. Jest ich wiele w oborniku. Uczestniczą w procesie mineralizacji substancji zawierających siarkę pochodzenia organicznego. W procesie rozkładu organicznych substancji zawierających siarkę uwalniany jest siarkowodór, który jest niezwykle toksyczny dla środowisko, w tym wszystkie żywe istoty. Bakterie siarkowe, w wyniku swojej życiowej aktywności, zamieniają ten gaz w nieaktywny, nieszkodliwy związek.
Ryż. 9. Pomimo pozornej martwoty, w rzece Rio Tinto wciąż jest życie. Są to różne bakterie utleniające żelazo i wiele innych gatunków, które można znaleźć tylko w tym miejscu.
Ryż. 10. Zielone bakterie siarkowe w kolumnie Winogradskiego.
Bakterie biorące czynny udział w mineralizacji związków organicznych uważane są za czyścicieli (sanitariuszy) planety Ziemia. Z ich pomocą materia organiczna martwych roślin i zwierząt zamienia się w próchnicę, w którą zamieniają się mikroorganizmy glebowe sole mineralne, tak niezbędne do budowy systemów korzeniowych, łodygowych i liściowych roślin.
Ryż. 11. Mineralizacja substancji organicznych dostających się do zbiornika następuje w wyniku utleniania biochemicznego.
Komórki organizmów roślinnych łączą się ze sobą (cement) specjalną substancją zwaną pektyną. Niektóre rodzaje bakterii kwasu masłowego mają zdolność fermentacji tej substancji, która po podgrzaniu zamienia się w galaretowatą masę (pectis). Ta funkcja jest wykorzystywana podczas moczenia roślin zawierających dużo włókien (len, konopie).
Ryż. 12. Istnieje kilka sposobów na uzyskanie trustów. Najpopularniejsza jest metoda biologiczna, w której połączenie części włóknistej z otaczającymi tkankami zostaje zniszczone pod wpływem mikroorganizmów. Proces fermentacji substancji pektynowych roślin łykowych nazywa się płatem, a namoczona słoma nazywa się zaufaniem.
bakterie oczyszczające wodę, stabilizują poziom jego kwasowości. Z ich pomocą zmniejszają się osady denne, poprawia się zdrowie ryb i roślin żyjących w wodzie.
Niedawno grupa naukowców z różnych krajów odkryła bakterie, które niszczą detergenty wchodzące w skład syntetycznych detergentów i niektórych leków.
Ryż. 13. Działalność ksenobakterii jest szeroko wykorzystywana do oczyszczania gleb i zbiorników wodnych skażonych produktami ropopochodnymi.
Ryż. 14. Plastikowe kopuły oczyszczające wodę. Zawierają bakterie heterotroficzne żywiące się materiałami zawierającymi węgiel oraz bakterie autotroficzne żywiące się amoniakiem i materiałami zawierającymi azot. System lamp utrzymuje je przy życiu.
Umiejętność tionowe bakterie utleniające siarkę używany do wzbogacania rud miedzi i uranu.
Ryż. 15. Na zdjęciu pożyteczne bakterie to Thiobacilli i Acidithiobacillus ferrooxidans (mikrografia elektronowa). Są w stanie ekstrahować jony miedzi do ługowania odpadów, które powstają podczas wzbogacania flotacyjnego rud siarczkowych.
Mikroby masłowe są wszędzie. Istnieje ponad 25 rodzajów tych drobnoustrojów. Biorą udział w procesie rozkładu białek, tłuszczów i węglowodanów.
Fermentację masłową wywołują bakterie beztlenowe tworzące przetrwalniki należące do rodzaju Clostridium. Są w stanie fermentować różne cukry, alkohole, kwasy organiczne, skrobię, błonnik.
Ryż. 16. Na zdjęciu mikroorganizmy masłowe (wizualizacja komputerowa).
Wiele gatunków świata zwierzęcego żywi się roślinami, które są oparte na błonniku. W trawieniu błonnika (celulozy) zwierzętom pomagają specjalne drobnoustroje, w których przebywają określone odcinki przewodu pokarmowego.
Życiowej aktywności zwierząt towarzyszy uwalnianie ogromnej ilości obornika. Z niego niektóre mikroorganizmy mogą wytwarzać metan („gaz bagienny”), który jest wykorzystywany jako paliwo i surowiec w syntezie organicznej.
Ryż. 17. Metan jako paliwo do samochodów.
Rola bakterii w życiu człowieka jest ogromna. Bakterie kwasu mlekowego są szeroko stosowane w przemyśle spożywczym:
Bakterie kwasu mlekowego są paciorkowce mleczne, paciorkowce kremowe, pałeczki bułgarskie, kwasolubne, ciepłolubne zbożowe i ogórkowe. Bakterie z rodzaju Streptococcus i Lactobacillus nadają produktom gęstszą konsystencję. W wyniku ich żywotnej aktywności poprawia się jakość serów. Nadają serowi określony smak serowy.
Ryż. 18. Na zdjęciu pożyteczne bakterie - lactobacilli ( kolor różowy), bułgarski Bacillus i ciepłolubne paciorkowce.
Ryż. 19. Na zdjęciu pożyteczne bakterie to grzyby kefirowe (tybetańskie lub mleczne) i pałeczki kwasu mlekowego przed bezpośrednim wprowadzeniem do mleka.
Ryż. 20. Produkty mleczne.
Ryż. 21. Do przygotowania sera mozzarella stosuje się paciorkowce termofilne (Streptococcus thermophilus).
Ryż. 22. Istnieje wiele opcji dla penicyliny pleśniowej. Aksamitna skórka, zielonkawe żyłki, niepowtarzalny smak i leczniczy amoniakowy aromat serów są wyjątkowe. Smak grzybowy serów zależy od miejsca i czasu dojrzewania.
Ryż. 23. Bifiliz - biologiczny preparat do podawania doustnego, zawierający masę żywych bifidobakterii i lizozymu.
Przemysł spożywczy wykorzystuje głównie gatunki drożdży Saccharomyces cerevisiae. Przeprowadzają fermentację alkoholową, dlatego są szeroko stosowane w branży piekarniczej. Alkohol odparowuje podczas pieczenia, a bąbelki dwutlenku węgla tworzą miękisz chleba.
Od 1910 roku do kiełbas dodawano drożdże. Drożdże z gatunku Saccharomyces cerevisiae wykorzystywane są do produkcji win, piwa i kwasu chlebowego.
Ryż. 24. Kombucha to przyjazna symbioza octu i drożdży. Pojawił się na naszym terenie w ubiegłym stuleciu.
Ryż. 25. Drożdże suche i mokre są szeroko stosowane w przemyśle piekarniczym.
Ryż. 26. Widok mikroskopowy komórek drożdży Saccharomyces cerevisiae i Saccharomyces cerevisiae - "prawdziwych" drożdży winiarskich.
Pasteur udowodnił również, że w utlenianiu kwasu octowego biorą udział specjalne mikroorganizmy - paluszki octu które są powszechnie spotykane w przyrodzie. Osadzają się na roślinach, wnikają w dojrzałe warzywa i owoce. Jest ich wiele w marynowanych warzywach i owocach, winie, piwie i kwasie chlebowym.
Zdolność pałeczek octu do utleniania alkoholu etylowego do kwasu octowego jest dziś wykorzystywana do produkcji octu do celów spożywczych oraz do przygotowania pasz dla zwierząt – kiszenia (konserwowania).
Ryż. 27. Proces zakiszania pasz. Kiszonka to soczysta pasza o wysokiej wartości odżywczej.
Badanie żywotnej aktywności drobnoustrojów pozwoliło naukowcom wykorzystać niektóre bakterie do syntezy leków przeciwbakteryjnych, witamin, hormonów i enzymów.
Pomagają zwalczać wiele chorób zakaźnych i wirusowych. Większość antybiotyków jest produkowana promieniowce, rzadziej bakterie niemicelarne. Penicylina pochodząca z grzybów niszczy ścianę komórkową bakterii. Streptomycetes wytwarzają streptomycynę, która dezaktywuje rybosomy komórek drobnoustrojów. paluszki siana lub Bacillus subtilis zakwaszają środowisko. Hamują wzrost gnilnych i warunkowo patogennych mikroorganizmów dzięki tworzeniu się szeregu substancji przeciwdrobnoustrojowych. Kij siana wytwarza enzymy, które niszczą substancje powstałe w wyniku gnilnego rozkładu tkanek. Biorą udział w syntezie aminokwasów, witamin i związków immunoaktywnych.
Korzystając z technologii inżynierii genetycznej, dziś naukowcy nauczyli się używać do produkcji insuliny i interferonu.
Przypuszcza się, że wiele bakterii zostanie wykorzystanych do produkcji specjalnego białka, które można dodać do paszy dla bydła i żywności dla ludzi.
Ryż. 28. Na zdjęciu zarodniki Bacillus siana lub Bacillus subtilis (pomalowane na niebiesko).
Ryż. 29. Biosporin-Biopharma to domowy lek zawierający apatogenne bakterie z rodzaju Bacillus.
Dziś technika ta jest szeroko stosowana fitobakterie do produkcji bezpiecznych herbicydów. toksyny Bacillus thuringiensis emitują niebezpieczne dla owadów Cry-toksyny, co umożliwia wykorzystanie tej cechy mikroorganizmów w walce ze szkodnikami roślin.
Proteazy lub rozszczepiają wiązania peptydowe między aminokwasami tworzącymi białka. Amylaza rozkłada skrobię. kij do siana (B. subtilis) wytwarza proteazy i amylazy. Amylazy bakteryjne są wykorzystywane w produkcji detergentów do prania.
Ryż. 30. Badanie żywotnej aktywności drobnoustrojów pozwala naukowcom zastosować niektóre z ich właściwości z korzyścią dla człowieka.
Znaczenie bakterii w życiu człowieka jest ogromne. Pożyteczne bakterie są stałymi towarzyszami człowieka od wielu tysiącleci. Zadaniem ludzkości nie jest zakłócenie tej delikatnej równowagi, jaka wytworzyła się między mikroorganizmami żyjącymi w nas iw środowisku. Rola bakterii w życiu człowieka jest ogromna. Naukowcy nieustannie odkrywają dobroczynne właściwości mikroorganizmów, których wykorzystanie w życiu codziennym i produkcji jest ograniczone jedynie ich właściwościami.
Artykuły w dziale „Co wiemy o drobnoustrojach”Najbardziej popularnyMetody określania całkowitej aktywności biochemicznej mikroflory glebowej
Charakterystyka drobnoustrojów organizacji komórkowej
Szeroka dystrybucja drobnoustrojów wskazuje na ich ogromną rolę w przyrodzie. Przy ich udziale następuje rozkład różnych substancji organicznych w glebach i zbiornikach wodnych, determinują one obieg substancji i energii w przyrodzie; Od ich aktywności zależy żyzność gleby, tworzenie się węgla, ropy i wielu innych minerałów. Mikroorganizmy biorą udział w wietrzeniu skały i inne naturalne procesy.
Wiele mikroorganizmów jest wykorzystywanych w produkcji przemysłowej i rolniczej. Tak więc pieczenie, produkcja fermentowanych produktów mlecznych, produkcja wina, produkcja witamin, enzymów, białek spożywczych i paszowych, kwasów organicznych i wielu substancji stosowanych w rolnictwie, przemyśle i medycynie opiera się na działaniu różnych mikroorganizmów. Szczególnie ważne jest wykorzystanie mikroorganizmów w produkcji roślinnej i hodowli zwierząt. Od nich zależy wzbogacenie gleby w azot, zwalczanie szkodników upraw rolnych za pomocą preparatów mikrobiologicznych, właściwe przygotowanie i przechowywanie paszy, tworzenie białka paszowego, antybiotyków i substancji mikrobiologicznych do żywienia zwierząt.
Mikroorganizmy mają pozytywny wpływ na procesy rozkładu substancji pochodzenia nienaturalnego - ksenobiotyków, sztucznie syntetyzowanych, wpadających do gleb i zbiorników wodnych i zanieczyszczających je.
Wraz z pożytecznymi mikroorganizmami istnieją duża grupa tak zwane patogenne lub chorobotwórcze mikroorganizmy, które powodują różne choroby zwierząt rolniczych, roślin, owadów i ludzi. W wyniku ich żywotnej działalności powstają epidemie chorób zakaźnych ludzi i zwierząt, co wpływa na rozwój gospodarki i sił wytwórczych społeczeństwa.
Najnowsze dane naukowe nie tylko znacznie poszerzyły wiedzę o mikroorganizmach glebowych i procesach, jakie wywołują w środowisku, ale także umożliwiły tworzenie nowych branż w przemyśle i produkcji rolniczej. Na przykład odkryto antybiotyki wydzielane przez mikroorganizmy glebowe i wykazano możliwość ich zastosowania do leczenia ludzi, zwierząt i roślin, a także do przechowywania produktów rolnych. Odkryto zdolność mikroorganizmów glebowych do tworzenia substancji biologicznie czynnych: witamin, aminokwasów, stymulatorów wzrostu roślin - substancji wzrostowych itp. Znaleziono sposoby wykorzystania białka mikroorganizmów do karmienia zwierząt gospodarskich. Zidentyfikowano preparaty mikrobiologiczne, które wzmagają przepływ azotu do gleby z powietrza.
Odkrycie nowych metod otrzymywania dziedzicznie modyfikowanych form pożytecznych mikroorganizmów umożliwiło szersze zastosowanie mikroorganizmów w produkcji rolniczej i przemysłowej, a także w medycynie. Szczególnie obiecujący jest rozwój inżynierii genetycznej lub genetycznej. Jej osiągnięcia zapewniły rozwój biotechnologii, pojawienie się wysokowydajnych mikroorganizmów syntetyzujących białka, enzymy, witaminy, antybiotyki, substancje wzrostowe i inne produkty niezbędne do hodowli zwierząt i produkcji roślinnej.
Ludzkość od tysiącleci miała kontakt z mikroorganizmami, nawet o tym nie wiedząc. Od niepamiętnych czasów ludzie obserwowali fermentację ciasta, przygotowywane napoje alkoholowe, fermentowane mleko, wytwarzane sery, przetaczane różne choroby, w tym epidemie. Świadectwem tego ostatniego w księgach biblijnych jest wskazanie na epidemię choroby (prawdopodobnie dżuma) z zaleceniami palenia zwłok i wykonywania ablucji.
Zgodnie z przyjętą obecnie klasyfikacją drobnoustrojów, ze względu na rodzaj żywienia, dzieli się je na szereg grup w zależności od źródeł zużycia energii i węgla. Są więc fototrofy, które wykorzystują energię światła słonecznego, i chemotrofy, których materiałem energetycznym są różnorodne substancje organiczne i nieorganiczne.
W zależności od formy, w jakiej mikroorganizmy pozyskują węgiel ze środowiska dzieli się je na dwie grupy: autotroficzne („samożywiące się”), wykorzystujące dwutlenek węgla jako jedyne źródło węgla oraz heterotroficzne („żerujące kosztem innych” ), otrzymując węgiel w składzie raczej złożonych zredukowanych związków organicznych.
Tak więc, zgodnie z metodą pozyskiwania energii i węgla, mikroorganizmy można podzielić na fotoautotrofy, fotoheterotrofy, chemoautotrofy i chemoheterotrofy. W grupie, w zależności od charakteru utlenialnego substratu, zwanego donorem elektronów (donor H), znajdują się z kolei organotrofy zużywające energię podczas rozkładu substancji organicznych oraz litotrofy (z greckiego litos – kamień), które otrzymują energię w wyniku utleniania substancji nieorganicznych. Dlatego w zależności od źródła energii i donora elektronów wykorzystywanego przez mikroorganizmy należy rozróżnić fotoorganotrofy, fotolitotrofy, chemoorganotrofy i chemolitotrofy. Tak więc istnieje osiem możliwych rodzajów żywności.
Każda grupa drobnoustrojów ma określony rodzaj żywienia. Poniżej znajduje się opis najczęstszych rodzajów żywienia oraz krótka lista mikroorganizmów, które je wykonują.
W fototrofii źródłem energii jest światło słoneczne. Fotolitoautotrofia to rodzaj odżywiania charakterystyczny dla mikroorganizmów, które wykorzystują energię świetlną do syntezy substancji komórkowych z CO 2 i związków nieorganicznych (H 2 0, H 2 S, S °), tj. przeprowadzanie fotosyntezy. Do tej grupy należą cyjanobakterie, fioletowe bakterie siarkowe i zielone bakterie siarkowe.
Sinice (rzędu cyjanobakterii), podobnie jak rośliny zielone, redukują CO 2 do materii organicznej metodami fotochemicznymi przy użyciu wodoru z wody:
C0 2 + H 2 0 światło-› (CH 2 O) * + O 2
Fioletowe bakterie siarkowe (rodzina Chromatiaceae) zawierają bakteriochlorofile a i b, które decydują o zdolności tych mikroorganizmów do fotosyntezy, oraz różne barwniki karotenoidowe.
Aby przywrócić CO 2 w materia organiczna bakterie z tej grupy wykorzystują wodór, który jest częścią H 2 5. Jednocześnie w cytoplazmie gromadzą się ziarna siarki, które następnie utleniają się do kwasu siarkowego:
C0 2 + 2H 2 S jasny-› (CH 2 O) + H 2 + 2S
3CO 2 + 2S + 5H 2 O jasny-> 3 (CH 2 0) + 2H 2 S0 4
Fioletowe bakterie siarkowe są zwykle bezwzględnymi beztlenowcami.
Bakterie siarki zielonej (rodzina Chlorobiaceae) zawierają zielone bakteriochlorofile z niewielką ilością bakteriochlorofilu oraz różne karotenoidy. Podobnie jak fioletowe bakterie siarkowe, są one ścisłymi beztlenowcami i są zdolne do utleniania siarkowodoru, siarczków i siarczynów w procesie fotosyntezy, gromadząc siarkę, która w większości przypadków jest utleniana do 50^" 2.
Fotoorganoheterotrofia to rodzaj odżywiania charakterystyczny dla drobnoustrojów, które oprócz fotosyntezy potrafią również wykorzystywać do pozyskiwania energii proste związki organiczne. Do tej grupy należą fioletowe bakterie bezsiarkowe.
Purpurowe bakterie niesiarkowe (rodzina Rhjdospirillaceae) zawierają bakteriochlorofile a i b, a także różne karotenoidy. Nie są w stanie utleniać siarkowodoru (H 2 S), akumulować siarki i uwalniać ją do środowiska.
W chemotrofii źródłem energii są związki nieorganiczne i organiczne. Chemolitoautotrofia to rodzaj odżywiania charakterystyczny dla mikroorganizmów, które pozyskują energię z utleniania związków nieorganicznych, takich jak H 2, NH 4 +, N0 2 -, Fe 2+, H 2 S, S °, S0z 2 -, S 2 0z 2- , CO, itp. Sam proces utleniania nazywa się chemosyntezą. Węgiel do budowy wszystkich składników komórek chemolitoautotroficznych pozyskiwany jest z dwutlenku węgla.
Chemosyntezę w mikroorganizmach (bakterie żelaza i bakterie nitryfikacyjne) odkryto w latach 1887-1890. słynny rosyjski mikrobiolog S.N. Winogradski. Chemolitoautotrofia jest przeprowadzana przez bakterie nitryfikacyjne (utleniają amoniak lub azotyny), bakterie siarkowe (utleniają siarkowodór, siarkę elementarną i niektóre proste nieorganiczne związki siarki), bakterie utleniające wodór do wody, bakterie żelazowe, które mogą utleniać związki żelaza itp.
Wyobrażenie o ilości energii uzyskanej podczas procesów chemolitoautotrofii wywołanych przez te bakterie dają następujące reakcje:
NH3 + 11/2 0 2 - HN 0 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
Chemoorganoheterotrofia to rodzaj odżywiania charakterystyczny dla mikroorganizmów, które pozyskują niezbędną energię i węgiel ze związków organicznych. Wśród tych mikroorganizmów jest wiele gatunków tlenowych i beztlenowych żyjących w glebie i innych podłożach.
