Многоклеточность у бактерий (???)

Клеточная стенка

· Клеточная стенка бактериальной клетки является для нее защитой и опорой. Она придает микроорганизму свою, специфическую форму.

· Клеточная стенка проницаема. Через нее проходят питательные вещества внутрь и продукты обмена (метаболизма) наружу.

· Некоторые виды бактерий поверх клеточной стенки вырабатывают специальную слизь, которая напоминает капсулу, предохраняющую их от высыхания.

· На поверхности клеточной стенки имеются многочисленные рецепторы. К ним прикрепляются убийцы клеток — фаги.

Клеточная стенка, в отличие от целлюлозной оболочки клеток растений состоит из вещества –муреина, свойственного только бактериальным клеткам. Муреин является гликопротеином. Его основу образуют волокна полисахарида, подобного целлюлозе, но несколько отличающегося по составу. Между параллельно расположенными волокнами находятся короткие цепи пептидов, которые соединены с полисахаридными волокнами и как бы сшивают их в поперечном направлении. Образуется довольно жесткий и плотный сетевидный мешок, окружающий прокариотическую клетку. Снаружи муреиновая оболочка может быть покрыта слоем липидов, которые выполняют защитную функцию и придает оболочке устойчивость к воздействию различных веществ, например пенициллина. Кроме этого, клетка может имеет дополнительные слизистые слои и капсулу, которые выполняют защитную функцию, предотвращая ее от высыхание и предохраняя от воздействия посторонних веществ.

Рис. 17. На фото строение бактериальной стенки грамотрицательных бактерий (слева) и грамположительных (справа).

У бактерий существует два основных типа строения клеточной стенки, свойственных грамположительным и грамотрицательным видам.

У бактериальных клеток, которые при окрашивании по Грамму приобретают фиолетовую окраску (грамположительные), клеточная стенка толстая, многослойная.

У бактерий, которые при окрашивании по Грамму приобретают красную (розовую) окраску (грамотрицательные), клеточная стенка тонкая.

 

Клеточная стенка грамположительных бактерий представляет собой гомогенный слой толщиной 20—80 нм, построенный в основном из пептидогликана с меньшим количеством тейхоевых кислот и небольшим количеством полисахаридов, белков и липидов (так называемый липополисахарид). В клеточной стенке имеются поры диаметром 1—6 нм, которые делают её проницаемой для ряда молекул.

У грамотрицательных бактерий пептидогликановый слой неплотно прилегает к ЦПМ и имеет толщину лишь 2—3 нм. Он окружён наружной мембраной, имеющей, как правило, неровную, искривлённую форму. Между ЦПМ, слоем пептидогликана и внешней мембраной имеется пространство, называемое периплазматическим и заполненное раствором, включающим в себя транспортные белки и ферменты.

 

 

Таблица 1. Основные группы и формы бактерий.

 

 

Капсула

Чаще всего при неблагоприятных условиях внешней среды бактерии образуют капсулу. Микрокапсула плотно прилегает к стенке. Ее можно увидеть только в электронном микроскопе. Макрокапсулу часто образуют патогенные микробы (пневмококки). У клебсиеллы пневмонии макрокапсула обнаруживаются всегда.

Рис. 18. На фото пневмококк. Стрелками указана капсула (электронограмма ультратонкого среза).

 

Капсулоподобная оболочка представляет собой образование, непрочно связанное с клеточной стенкой. Благодаря бактериальным ферментам капсулоподобная оболочка покрывается углеводами (экзополисахаридами) внешней среды, благодаря чему обеспечивается слипание бактерий с разными поверхностями, даже совершенно гладкими.

Например, стрептококки, попадая в организм человека, способны слипаться с зубами и сердечными клапанами.

Рис.19. Стрептококки способны слипаться с эмалью зубов и вместе с другими микробами являются причиной кариеса.	Рис. 20. На фото поражение митрального клапана при ревматизме. Причина — стрептококки.

Функции капсулы многообразны:

· защита от агрессивных условий внешней среды,

· обеспечение адгезии (слипанию) с клетками человека,

· обладая антигенными свойствами, капсула оказывает токсический эффект при внедрении в живой организм.

 

Жгутики

· У некоторых бактериальных клеток имеются жгутики (один или несколько) или ворсинки, которые помогают передвигаться. В составе жгутиков находится сократительный белок флагелин.

· Количество жгутиков может быть разным — один, пучок жгутиков, жгутики на разных концах клетки или по всей поверхности.

· Движение (беспорядочное или вращательное) осуществляется в результате вращательного движения жгутиков.

· Антигенные свойства жгутиков оказывают токсический эффект при заболевании.

· Бактерии, не имеющие жгутиков, покрываясь слизью, способны скользить. У водных бактерий содержатся вакуоли в количестве 40 — 60, наполненные азотом.

Они обеспечивают погружение и всплытие. Бактерии могут всплывать и погружаться в жидкости, меняя свою плотность, наполняя газами или опустошая аэросомы.

В почве бактериальная клетка передвигается по почвенным каналам.

Бактерии активно передвигаются в направлении, определяемом теми или иными раздражителями. Это явление получило название таксис. Различают хемотаксис, аэротаксис, фототаксис и др.

Толщина жгутика составляет 10—20 нм, длина — 3—15 мкм. Его вращение осуществляется против часовой стрелки с частотой 40—60 об/с.

 

Рис. 21. Схема прикрепления и работы жгутика.

Рис.22. На фото разные типы жгутиковых бактерий.

Пили

· Пили (ворсинки, фимбрии) покрывают поверхность бактериальных клеток. Ворсинка представляет собой винтообразно скрученную тонкую полую нить белковой природы.

· Пили общего типа обеспечивают адгезию (слипание) с клетками хозяина. Их количество огромно и составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч.Они тоньше жгутиков (диаметр 5—10 нм, длина до 2 мкм).  С момента прикрепления начинается любой инфекционный процесс.

· Половые пили (F-пили, нитевидные образования, более тонкие и короткие - 3—10 нм × 0,3—10 мкм) способствуют переносу генетического материала от донора реципиенту. Их количество от 1 до 4-х на одну клетку.

А                            Б

Рис. 23. А - На фото кишечная палочка. Видны жгутики и пили. Фото сделано при помощи туннельного микроскопа (СТМ). Б-на фото видны многочисленные жгутики и пили.

 

 

Рис.24. На фото видны многочисленные пили (фимбрии) у кокков.	Рис. 25. На фото бактериальная клетка с фимбриями.

Цитоплазматическая мембрана

· Цитоплазматическая мембрана располагается под клеточной стенкой и представляет собой липопротеин (до 30% липидов и до 70% протеинов).

· У разных бактериальных клеток разный липидный состав мембран.

· Мембранные белки выполняют множество функций. Функциональные белки представляют собой ферменты, благодаря которым на цитоплазматической мембране происходит синтез разных ее компонентов и др.

· Цитоплазматическая мембрана состоит из 3-х слоев. Двойной фосфолипидный слой пронизан глобулинами, которые обеспечивают транспорт веществ в бактериальную клетку. При нарушении ее работы клетка погибает.

· Цитоплазматическая мембрана принимает участие в спорообразовании.

Рис. 26. На фото отчетливо видна тонкая клеточная стенка (КС), цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) и нуклеотид в центре (бактерия Neisseriacatarrhalis).

 

Плазматическая мембрана бактериальной клетки, сходная по структуре и функциям с аналогичной структурой эукариотической клетки. У бактерий мембрана образует впячивания внутрь протоплазмы – мезосомы.

Мезосомы

 Имеют разную форму — концентрические мембраны, пузырьки, трубочки, петли и др. Мезосомы имеют связь с нуклеоидом. На поверхности мезосом располагаются ферменты. Мезосомы, подобны митохондриям, выполняющим функции дыхания в клетке (кислородный этап расщепления питательных веществ, поступивших в клетку). Они напоминают кристы, имеющиеся в митохондрияхэукариотической клетки. Во время деления бактериальной клетки, мезосомы связываются с ДНК и, по-видимому, облегчают разделение двух дочерних ДНК, способствуют образованию перегородки в бактериальной клетке. У фотосинтезирующих бактерий на впячиваниях (мезосомах) находятся фотосинтезирующие пигменты. Это фотосинтезирующие мембраны. Они могут располагаться в виде мембранных стопок в цитоплазме бактериальной клетки и напоминать тилакоиды и граны хлоропластов эукариотических клеток.

Рис. 27. I- гетеротрофная бактериальная клетка, II-фотосинтезирующая бактериальная клетка: 1-жгутик, 2-плазматическая мембрана, 3-оболочка, 4-включения, 5-мезосома, 6-молекула ДНК (нуклеоид), 7-фотосинтезирующие мембраны, 8-рибосомы.

Цитоплазма

Цитоплазма на 75% состоит из воды, остальные 25% приходится на минеральные соединения, белки, РНК и ДНК. Цитоплазма всегда густая и неподвижная. В ней содержатся ферменты, некоторые пигменты, сахара, аминокислоты, запас питательных веществ, рибосомы, мезосомы, гранулы и всевозможные другие включения. Цитоплазмы бактерий имеет важное свойство – способность к росту и восстановлению при частичном удалении. Но, несмотря на все свои свойства, она способна функционировать только в присутствии ДНК – без нее цитоплазма не может существовать.Вещество внутриклеточного пространства живой бактерии находится в постоянном движении (это называется циклоз), перемещая тем самым содержащиеся в нем вещества и органеллы.

 В центре клетки концентрируется вещество, которое несет наследственную информацию — нуклеоид (кольцевая молекула ДНК).

Гранулы

Гранулы состоят из соединений, которые являются источником энергии и углерода.

Плазмиды

Плазмиды представляют собой автономные фрагменты молекулы, свернутые в кольцо, двунитевой ДНК. Их масса значительно меньше массы нуклеотида. Несмотря на то, что в ДНК плазмид закодирована наследственная информация, они не являются жизненно важными и необходимыми для бактериальной клетки.Плазмиды могут быть настолько велики, что становятся неотличимы от хромосомы, но содержат дополнительные гены, необходимые лишь в специфических условиях.Специальные механизмы распределения обеспечивают сохранение плазмиды в дочерних клетках так, как они теряются. Специфичность плазмид может быть весьма разнообразной: от присутствия лишь у одного вида-хозяина до плазмид, встречающихся почти у всех грамотрицательных бактерий. В плазмидах кодируются механизмы устойчивости к антибиотикам, разрушения специфических веществ и т. д., nif-гены, необходимые для азотфиксации, также находятся в плазмидах.

Рис. 29. На фото бактериальная плазмида. Фото сделано с помощью электронного микроскопа.

Рибосомы

Рибосомы бактериальной клетки участвуют в синтезе белка из аминокислот. Рибосомы бактериальных клеток не располагаются на стенках эндоплазматической сети, как у клеток, имеющих ядро. Бактериальные рибосомы мельче, чем эукариотические (70S).  Именно рибосомы часто становятся «мишенью» для многих антибактериальных препаратов.

Включения

Включения — продукты метаболизма ядерных и безъядерных клеток. Представляют собой запас питательных веществ. Многие включения представляют собой источники углерода или энергии. При благоприятных условиях микроорганизм формирует подобный запас во внутриклеточном пространстве, который расходует при наступлении неблагоприятных условий.

 

 Включения часто при окраске приобретают иной вид, чем цвет красителя. По валютину можно диагностировать дифтерийную палочку.

Включения, содержащие питательные вещества, принадлежат к гранулярному типу соединений.

 По своему составу могут подразделяться на:

· полисахариды – гранулеза (крахмал), гликоген;

· волютин (гранулы метахроматина) – содержит полиметафосфат;

· жировые капли;

· капли серы.

Именно включения низкомолекулярных образований приводят к возникновению различных значений осмотического давления цитоплазмы бактерии и наружной среды.

 

Органические вещества

В бактериальной клетке находится от 6 до 14% белков, 1 — 4% жиров, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Белки

 Основа любой клетки. В бактериальных клетках они являются основой цитоплазмы. Их много в оболочке клетки. Они входят в состав некоторых клеточных структур, в том числе ферментов — катализаторов обменных реакций. Тысячи белковых молекул уложены вдоль молекулы ДНК.

Жиры

Липиды (жиры) — энергетический материал бактериальной клетки. Липопротеиды, в состав которых жиры, составляют основу цитоплазматической мембраны. В цитоплазме они находятся в виде гранул и составляют энергетический запас клетки.

Углеводы

Углеводы находятся в цитоплазме, оболочках и капсуле бактерии и представлены сложными углеводами. Углеводы в клетке находятся в виде полисахаридов — крахмала, декстрина, гликогена и клетчатки. Как и жиры, углеводы в виде гликогена откладываются в цитоплазме и представляют собой запас энергетического материала.

Минеральные вещества

Катализаторами обмена веществ внутри бактериальной клетки являются ферменты. В небелковую (простетическую) группу ферментов входят медь, железо, кобальт и цинк. У некоторых бактерий — витамины и их производные. Минеральные вещества в виде фосфора, натрия, магния, хлора и серы входят в состав белков. Они принимают участие в обмене веществ и поддерживают нормальное внутриклеточное осмотическое давление.

Витамины

Витамины входят в небелковую (простетическую) группу ферментов бактерий. Некоторые бактерии сами синтезируют витамины В2 или В12. При участии бифидо-, лакто-, энтеробактерий и кишечной палочки синтезируются витамины К, С, группы В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 и В12), фолиевая и никотиновая кислоты.

Пигменты бактерий

Почти все бактерии в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают пигменты.

· Пигмент располагается между клетками и имеет вид зернышек у Bacteriumprodigiosum и Staphylococcusaureus.

· У Bacteriumviolaceum пигмент расположен в оболочке.

· Bacteriumpyocyaneum выделяет пигмент в окружающую среду.

Некоторые бактерии растворимы в воде и окрашивают питательную среду. Пигменты стафилококка и сарцин (желтые пигменты) растворимы в спирту, но не растворяются в воде. Не растворяются ни в спирту, ни в воде, пигменты бурого и черного цветов дрожжей и плесени.

Пигменты образуются в условиях присутствия кислорода. Они имеют самые разнообразные цвета. Их физиологическая роль учеными до конца не установлена.

В настоящее время широко изучается химический состав и природа пигментов, которые синтезируют бактерии. Пигменты являются биологически активными веществами — антибиотиками, фитонцидами, стимуляторами роста. Пигменты вместе с другими факторами являются инструментом при их систематике. Русские ученые впервые установили связь между пигментами бактерий и их физиологическими функциями.

Рис. 30. На фото слева направо: бактерия Моргана, синегнойная палочка, неинокулированный контроль, ПротеусМирабилис и кишечная палочка, выращенные на среде Клиглера (содержит цитрат железа).

 

Питание бактерий

Питательные вещества через клеточную стенку путем диффузии проходят внутрь бактерии, а продукты обмена (метаболизма) наружу. Факторы, влияющие на поступление питательных веществ в бактериальную клетку:

· концентрация вещества,

· величина молекул,

· рН среды,

· проницаемость мембран и др.

Фотосинтез

Фотоавтотрофы для синтеза органических веществ из неорганических используют энергию солнца. К ним относятся зеленые водоросли, пурпурные и цианобактерии. Процесс носит название фотосинтеза.

Хемосинтез

Хемосинтезирующие бактерии для синтеза органических веществ из неорганических используют химические реакции окисления. Процесс носит название хемосинтеза.

· Серобактерии — получают энергию за счет окисления серы.

· Нитрифицирующие бактерии — получают энергию за счет окисления аммония и нитрита.

· Железобактерии — получают энергию за счет окисления двухвалентного железа.

· Водородные бактерии — получают энергию за счет окисления водорода.

· Метилотрофы с целью получения углерода и энергии используют окисленные или замещенные производные метана. Сегодня они представляют особый интерес, как объекты биотехнологии. С их помощью производится белок, ферменты, липиды, гормоны, антиоксиданты, пигменты, полисахариды, факторы транспорта железа и др.

Рис.32. Зелёные серобактерии в колонне Виноградского.

 

 

Гетеротрофные бактерии

Гетеротрофные бактерии используют для построения своего организма и обеспечения его жизнедеятельности готовые органические вещества.

· Сапрофиты питаются остатками мертвых органических веществ. Для расщепления питательных веществ они выделяют в субстрат пищеварительные ферменты (молочнокислые и бактерии гниения др).

· Бактерии-симбиоты всегда проживают с другими организмами. Они приносят друг другу пользу (клубеньковые бактерии бобовых растений).

· Паразитические бактерии потребляют питательные вещества клеток хозяина — менингококки, гонококки и др.

· Паразитический и сапрофитный образ жизни ведут палочки сыпного тифа, сибирской язвы, бруцеллеза и др.

 

Рис. 33. На фото корни бобовых растений. Усваивать самостоятельно азот из воздуха бобовые растения не могут. В их корни проникают клубеньковые бактерии. Они связывают азот воздуха, образуя вещества, доступные растениям. Сами же растения выделяют органические вещества, которые служат питанием для бактериальной клетки.	Рис. 34. Клубеньковые бактерии сосредотачиваются вокруг ядра растительной клетки и активно размножаются, образуя инфекционные нити, по которым перемещаются. Они создают сотни килограммов удобрений, содержащих азот на один гектар почвы.

Дыхание бактерий

 

При окислении веществ органической или неорганической природы высвобождается энергия, так необходимая для бактериальной клетки. Она идет на образование молекул АТФ — источника энергии. Для использования энергии химических реакций большинство бактерий использует кислород. Этот процесс называется дыханием.

Аэробные бактерии (аэробы)

Аэробы развиваются в средах, содержащих кислород.

· Облигатные аэробы развиваются только при наличии достаточного количества кислорода в окружающей среде. Такой тип дыхания характерен для бактерий, обитающих в почве, в водной среде, в воздухе. Их дыхание осуществляется через окисление сероводорода, метана, водорода, железа и азота (Sulfomonasdenitrificans, Вас. methanicus, Вас. hydrogenes, Ferribacterium и Nitrosomonas, Nitrobacter). Бактерии этой группы принимают активное участие в круговороте веществ в природе. В наличии кислорода нуждаются патогенные бактерии из рода Bacillus, Bacterium, Bordetella, Brucella, Corynebacterium, Diplococcus, Pasteurella и др. В повышенном содержании кислорода нуждаются микобактерии туберкулеза, туляремии и холеры.

· Факультативные бактерии способны развиваться при наличии в окружающей среде минимального количества кислорода — Salmonella, Shigella, Escherichia и др.

 

 

Рис.35. На фото аммонифицирующие бактерии подвергают останки погибших животных и растений разложению.	Рис. 36. Разлагают клетчатку целлюлозные бактерии. В результате их работы почва обогащается гумусом, что значительно повышает ее плодородие, а углекислота возвращается в атмосферу. Зеленым цветом окрашены внутриклеточные симбионты, желтым – масса перерабатываемой древесины.

Автотрофы

Гетеротрофы

Сами синтезируют органические соединения из неорганических

Используют органические вещества в готовом виде

Фототрофы Хемотрофы Сапрофиты (сапротрофы) Паразиты Используют энергию света – процесс называется фотосинтез Используют энергию окисления неорганических веществ - хемосинтез Извлекают органические вещества из мертвых тел растений и животных (разлагают) Питаются органическими веществами живых тел (паразитируют) цианобактерии Серобактерии, железобактерии Бактерии гниения Палочка Коха, вибрион холеры

Кроме перечисленных групп, есть еще бактерии-симбионаты, которые получают органику «взамен» на что-то (симбиоз-взаимовыгодное существование организмов). Примеры:

1. Кишечная палочка, находится в кишечнике человека, расщепляет клетчатку (но, по сути она – «сапрофит» - разлагает клетчатку)

2. Азотфиксирующие бактерии, находятся в корнях растений, семейства Бобовых, улавливают из атмосферы и расщепляют азотсодержащие соединения (но, по сути они – «хемотрофы» - используют энергию химических связей)

Бактерии-азотфиксаторы обитают также в клубеньках бобовых и других групп растений. В симбиозе со многими морскими животными (прежде всего, губками и асцидиями, а также с некоторыми растениями (например, водным папортникомазолоой) и грибами (в составе лишайников) живут и цианобактерии. Хемоавтотрофные бактерии живут в симбиозе с рифтиями и многими другими видами беспозвоночных и протистов, населяющих сообщества гидротерм

 

 

Дополнительный материал по питанию бактерий (способы получения энергии)

Способы же получения энергии у бактерий отличаются своеобразием. Существует три вида получения энергии (и все три известны у бактерий): брожение, дыхание и фотосинтез.

Брожение — серия окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых образуются нестабильные молекулы, с которых остаток фосфорной кислоты переносится на АДФ с образованием АТФ (субстратное фосфорилирование). При этом возможно внутримолекулярное окисление и восстановление.

Дыхание — окисление восстановленных соединений с переносом электрона через локализованную в мембране дыхательную электронтранспортную цепь, создающую трансмембранный градиент протонов, при использовании которого синтезируется АТФ (окислительное фосфорилирование). В то время как эукариоты в конечном итоге почти всегда «сбрасывают» электрон на кислород (лишь в редких случаях акцептором электронов могут служить нитраты), бактерии могут использовать вместо него окисленные органические и минеральные соединения (фумарат, углекислый газ, сульфат-анион, нитрат-анион и др.; см. анаэробное дыхание), а вместо окисляемого органического субстрата использовать минеральный (водород, аммиак, сероводород и др.), что часто бывает сопряжено с автотрофной фиксацией CO₂ (см. хемосинтез).

Фотосинтез бактерий может быть двух типов — бескислородный, с использованием бактериохлорофилла (зелёные, пурпурные и гелиобактерии) и кислородный с использованием хлорофилла (цианобактерии (хлорофилл a), прохлорофиты (a и b)). Цианобактерии, глаукоцистофитовые, красные и криптофитовые водоросли — единственные фотосинтезирующие организмы, содержащие фикобилипротеины. У архей встречается бесхлорофилльный фотосинтез с участием бактериородопсина (правда, энергия света используется при этом не для фиксации CO₂, а непосредственно для синтеза АТФ, так что в строгом смысле это не фотосинтез, а фотофосфорилирование).

Бактерии, осуществляющие только бескислородный фотосинтез, не имеют фотосистемы II. Во-первых, это пурпурные и зелёные нитчатые бактерии, у которых функционирует только циклический путь переноса электронов, направленный на создание трансмембранного протонного градиента, за счёт которого синтезируется АТФ (фотофосфорилирование), а также восстанавливается НАД(Ф)⁺, использующийся для ассимиляции CO₂. Во-вторых, это зелёные серные и гелиобактерии, имеющие и циклический, и нециклический транспорт электронов, что делает возможным прямое восстановление НАД(Ф)⁺. В качестве донора электрона, заполняющего «вакансию» в молекуле пигмента в бескислородном фотосинтезе используются восстановленные соединения серы (молекулярная, сероводород, сульфит) или молекулярный водород.

Существуют также бактерии с весьма специфическим энергетическим метаболизмом. Так, в октябре 2008 года в журнале Science появилось сообщение об обнаружении экосистемы, состоящей из представителей одного единственного ранее неизвестного вида бактерии — Desulforudisaudaxviator, которые получают энергию для своей жизнедеятельности из химических реакций с участием водорода, образующегося в результате распада молекул воды под воздействием радиации залегающих вблизи нахождения колонии бактерий урановых руд. Некоторые колонии бактерий, обитающие на дне океана, используют для передачи энергии своим собратьям электрический ток.

 

Размножение бактерий

 

Некоторые бактерии не имеют полового процесса и размножаются бесполым способом лишь бинарным поперечным делением (делением надвое) или, редко, почкованием.

 

 Для одной группы одноклеточных цианобактерий описано множественное деление (ряд быстрых последовательных бинарных делений, приводящий к образованию от 4 до 1024 новых клеток). Для обеспечения необходимой для эволюции и приспособления к изменчивой окружающей среде пластичности генотипа у них существуют иные механизмы.

При делении большинство грамположительных бактерий и нитчатых цианобактерий синтезируют поперечную перегородку от периферии к центру при участии мезосом.

Грамотрицательные бактерии делятся путём перетяжки: на месте деления обнаруживается постепенно увеличивающееся искривление ЦПМ и клеточной стенки внутрь.

 При почковании на одном из полюсов материнской клетки формируется и растёт почка, материнская клетка проявляет признаки старения и обычно не может дать более 4 дочерних. Почкование имеется у разных групп бактерий и, предположительно, возникало несколько раз в процессе эволюции.

У других бактерий кроме размножения наблюдается половой процесс, но в самой примитивной форме. Половой процесс бактерий отличается от полового процесса эукариот тем, что у бактерий не образуются гаметы и не происходит слияния клеток. Однако главнейшее событие полового процесса, а именно обмен генетическим материалом, происходит и в этом случае. Это называется генетической рекомбинацией. Часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки-донора переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора. При этом перенесённая ДНК замещает часть ДНК реципиента. В процессе замещения ДНК участвуют ферменты, расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК. При этом образуется ДНК, которая содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У потомства, или рекомбинантов, наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смещением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции и является главным преимуществом полового процесса.

Известны 3 способа получения рекомбинантов. Это — в порядке их открытия — трансформация, конъюгация и трансдукция.

При конъюгации клетка-донор в ходе непосредственного контакта передаёт клетке-реципиенту часть своего генома (в некоторых случаях весь). Участки ДНК донора могут обмениваться на гомологичные участки ДНК реципиента. Вероятность такого обмена значима только для бактерий одного вида.

Аналогично бактериальная клетка может поглощать и свободно находящуюся в среде ДНК, включая её в свой геном в случае высокой степени гомологии с собственной ДНК. Данный процесс носит название трансформация.

 В природных условиях протекает обмен генетической информацией при помощи умеренных фагов (трансдукция). Кроме этого, возможен перенос нехромосомных генов при помощи плазмид определённого типа, процесс обмена другими плазмидами.

При горизонтальном переносе новых генов не образуется, однако осуществляется создание разных генных сочетаний.

 

СПОРООБРАЗОВАНИЕ

Спорообразование – процесс образования особо устойчивых форм с замедленным метаболизмом, служащих для сохранения в неблагоприятных условиях и распространения. Содержимое споры сжимается и вокруг него образуется плотная оболочка. Споры многих бактерий способны выдерживать 10-минутное кипячение при 100 °C, высушивание в течение 1000 лет и, по некоторым данным, сохраняются в почвах и горных породах в жизнеспособном состоянии миллионы лет.

Рис.39. У маслянокислых бацилл споры образуются в центре, придавая им вид веретена. У столбнячных палочек — на концах, придавая им вид барабанных палочек.

 

Значение бактерий:

Где	Какое	Примеры
В природе	Положительное	Бактерии – автотрофы (фототрофы и хемотрофы) синтезируют органические вещества из неорганических (фотосинтез, хемосинтез) и вместе с растениями, как продуценты – являются начальными звеньями в цепи питания. Кроме того в процессе фотосинтеза образуется кислород, которым дышат живые организмы.
		Бактерии –сапрофиты – разлагают органические остатки до минеральных веществ, которые потом используются растениями - таким образом способствуют круговороту веществ в природе
		Бактерии-симбионаты вступают в различные взаимоотношения в различными организмами (азотфиксирующие бактерии и бобовые растения). В процессе хемосинтеза улавливают атмосферный азот и образуют доступные для растений азотсодержащие соединения.
	Отрицательные	Бактерии-паразиты вызывают различные заболевания живых организмов и их гибель (контролируют численность видов)
Для человека	Положительное	Кисломолочные бактерии используются для создания продуктов питания – сметаны, йогурта, кефира и др.
		В биотехнологии используют бактерии (производство витаминов, АМК, ферментов, гормонов, сывороток, вакцин и др.)
		Бактерии – объект, используемый в методах генной инженерии
		Человек добывает полезные ископаемые (серу, железо) – это продукты жизнедеятельности серобактерий и железобактерий
		Бактерии-симбионаты (микрофлора кишечника) в кишечнике человека расщепляют клетчатку и синтезируют витамины
		В сельском хозяйстве используют азотфиксирующие бактерии и бактерии гниения для повышения плодородия почвы.
		Бактерии используют для «утилизации» бытовых отходов, очистки сточных вод, а так же при устранении последствий экологических катастроф
	Отрицательное	Портят продукты питания, одежду, бумагу
		Вызывают различные заболевания человека, домашних животных и сельскохозяйственных растений
		Вызывают коррозию металлов
Для эволюции	Положительное	Бактерии автотрофы в процессе фотосинтеза способствовали образованию кислорода. Благодаря кислороду появился процесс дыхания (кислородный этап энергетического обмена веществ). Энергии стало образовываться много и живые организмы стали более активны и сложнее устроены. Генетического материала стало больше – формируется ядро (эукариоты). По мере накопления кислорода в атмосфере формируется озоновый экран, который способствовал выходу организмов на сушу
	Отрицательное	Формирование кислорода на первом этапе вызвало массовую гибель живых организмов (первая экологическая катастрофа)

 

Меры борьбы с бактериями (напоминаем, что благоприятными условиями для жизнедеятельности бактерий являются – тепло, влага):

Обработка продуктов питания высокими температурами	Стерилизация – кипячение, температура свыше 100 градусов, время 10-15 минут. Можно обработать пламенем, паром. Бактерии погибают
	Пастеризация – нагревание, температура 60-70 градусов, время 20-30 минут. Бактерии переходят в состоянии споры, их жизнедеятельность замедляется, продукты питания сохраняются дольше.
Обработка продуктов питания низкими температурами	Глубокая заморозка – вызывает гибель бактерий
	Охлаждение - бактерии переходят в состоянии споры, их жизнедеятельность замедляется, продукты питания сохраняются дольше.
Высушивание	Сублимация – обезвоживание (высушивание) - бактерии переходят в состоянии споры, их жизнедеятельность замедляется, продукты питания сохраняются дольше.
Обработка дезинфицирующими растворами	Дезрастворы - спирт, хлоргексидин, хлорка, мыло, марганцовка, стиральный порошок и др. - бактерии погибают
Обработка УФ-лучами (а также прямой солнечный свет)	«Кварцевание» - использование специальных ламп – обычно применяется для помещений
Вакуумная упаковка продуктов питания	Вместе с воздухом и бактерии «убираются», поэтому продукты питания хранятся дольше.
Консервация	Использование сильно концентрированных растворов (соль, сахар) – соленье, варенье
Квашение	Создание кислой среды (квашение капусты, закладка силоса) - бактерии переходят в состоянии споры, их жизнедеятельность замедляется

 

Рис. 40. Способность уксусных палочек окислять этиловый спирт до уксусной кислоты используется сегодня для получения уксуса, применяемого в пищевых целях и при заготовке кормов для животных — силосовании (консервировании). На фото процесс силосования кормов. Силос — сочный корм, обладающий высокой кормовой ценностью.

Рис.41. На фото колонии бактерий, которые растут и размножаются на капле нефти. Они вырабатывают поверхностно-активные вещества, отчего 123Следующая ⇒ Поделиться с друзьями: Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах... Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций... Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)... Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...  © cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста. Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы! 0.132 с.