Микробиомна наука
Не знаем дали човекът е сам във Вселената. Но е известно, че той не е сам, дори когато е сам. И не просто не сам. Всеки от нас съдържа най-малко 100 трилиона живи същества, както полезни, така и вредни, а общото им тегло достига 3–4 килограма. Повечето от тях живеят в червата ни, но има и такива, които са пуснали корени в носа, ръцете, очите, ушите, кожата – изобщо във всяко кътче на тялото ни. И нашето здраве, настроение, тегло и дори способността ни да мислим разумно зависи от това кой се е настанил в нас в момента.
През последните години учени от цял свят провеждат изследвания в областта на микробиома (така наречената общност от бактерии, които смятат тялото ни за свой дом) – и почти всеки ден правят удивителни открития. Тяхната цел е да накарат бактериите да служат на нашето здраве, тоест да ни спасят от много болести - от диария до диабет. Какво ново се случва тук, разбра колумнистът на МК.
Нашите мозъци се контролират от бактерии
Микрофлората, известна още като микробиота, е набор от едноклетъчни микроорганизми, които живеят както върху нас, така и наблизо. Невероятно, но факт: бактериите, живеещи в нас, са десетки пъти повече от броя на клетките, които изграждат тялото ни! Тоест, човек всъщност не е човек, а просто съвкупност от микроорганизми, живеещи собствен живот. Но най-важното е, че учените признаха, че предишните идеи за едноклетъчните микроорганизми се оказаха погрешни. Тази невидима армия засяга всички сфери на живота ни: те могат да ни направят умни или глупави, здрави или болни, весели или тъжни. И дори вкусно или неприятно за комарите - да, микробите, живеещи по кожата, също са отговорни за тази индивидуална особеност!
Има 300–400 вида бактерии, живеещи в нашия стомашно-чревен тракт - това са тези, които учените са идентифицирали. Вярно е, че светилата на науката не знаят какво правят повечето от тези същества - буквално няколко десетки индивида са изследвани. Но днес е установено, че ако се появи някакъв дисбаланс сред тези малки обитатели, т.е. едни стават повече, а други по-малко, се развиват болести: алергии, чернодробни заболявания, панкреасни заболявания, артрит, аутизъм, депресия и дори рак. Така международна група учени установи, че повечето пациенти с болестта на Алцхаймер имат сериозен дисбаланс на чревната микрофлора. Почти подобна е ситуацията и при децата с аутизъм.
Микробиомът засяга буквално всеки аспект от живота ни. Вредните бактерии водят до развитие на болести. Полезните ни предпазват от патогенни микроби, неутрализират токсините, произвеждат необходимите витамини и хормони и спомагат за усвояването на важни микроелементи от храната.
Дори склонността на човек към затлъстяване зависи от състава на микробиома. И така наречената емоционална интелигентност (EQ - способността на човек да разбира правилно собствените си и чужди емоции и в резултат на това да ги управлява) пряко зависи от царството на бактериите, живеещи в червата. „Има повече от тях, отколкото има звезди в галактиката, и всеки има глас. Това е микробиотата, която регулира функционирането на мозъка“, казва известният детски лекар, ръководител на катедрата по факултетна педиатрия № 2 на Руския национален изследователски медицински университет им. Н. И. Пирогова, научен директор на Московския градски център по имунология и алергология, професор Андрей Продеус. Бактериите са способни да променят човешкото поведение и дори да вдъхновяват желания, принуждавайки ни да играем на тяхната мелодия. Например яденето на сладкиши. Някога се смяташе, че имате естествен пристрастен към сладкото, но сега е установено, че желанието ви за сладоледени торти зависи от това дали имате бактерии, наречени клостридии в червата си. Те се хранят с прости захари и ни подмамват да ядем шоколад и бисквити. Или си спомняте за киселите млека, които карат корема ви да се усмихне? Днес учените съвсем сериозно твърдят, че съдържащите се в киселото мляко бактерии могат да ни успокоят и натъжат, тъй като някои бактерии потискат нивото на хормона на щастието серотонин, както установиха учени от APC (Alimentary Pharmabiotic Center). И не само ние, но и други животни. Неотдавнашен експеримент върху мишки, проведен в Италия, показа, че женските мишки, родени в стерилни условия (т.е. лишени от естествена микрофлора), се оказват глупави и агресивни, а също така имат момичешка памет.
Кой живее в къщата?
Нашите черва са обитавани от представители на археалното царство - едноклетъчни организми. Това са главно метаногени - те лесно се справят без кислород, помагат за смилането на храната и отделят газ метан.
Еукариоти (гъбички и дрожди) и бактерии живеят в червата, както и в интимните зони. Една от най-известните бактерии е ешерихия коли (Escherichia coli). Преди това се смяташе, че води до разстройство на изпражненията, но днес е известно, че има разновидности на тази бактерия, които ни носят изключителна полза. Или вземете Helicobacter pylori - в големи количества причинява язва и рак на стомаха, но в малки количества е необходима за храносмилането.
Голямо разнообразие от бактерии живеят по кожата - те са отговорни за нашата миризма и за привлекателността на комарите. Изненадващ факт: общността от бактерии от дясната страна е коренно различна от общността от бактерии отляво. Все още няма обяснение за това. Но учените вече предлагат да се въведат микробни отпечатъци, които са уникални за всеки от нас.
Популярен обитател на носа е Staphylococcus aureus. Засега са известни само неговите вредни свойства, но учените предполагат, че други назални микроби в повечето случаи му пречат да се развие.
Streptococcus mutans живее в устата – установено е, че именно той износва зъбите ни и причинява кариес. Като цяло оралните бактерии помагат за регулиране на кръвното налягане чрез освобождаване на азотен оксид, като по този начин отпускат артериите.
Микробиом за здраве
Науката за микробиома се развива бързо, като почти всеки ден се правят открития. Днес в тази област са инвестирани почти 1,5 милиарда долара. В края на краищата микробите преди са били смятани за източник на болести, но сега е ясно, че те играят важна роля не само в развитието на болестите, но и в поддържането на здравето.
Очаква се микробиомът скоро да се използва за лечение на повече от 50 различни заболявания, включително захарен диабет, възпалително заболяване на червата, атеросклероза, дерматит, астма, непоносимост към лактоза, имунна недостатъчност и колоректален рак. „Изследванията показват, че базираните на микробиома медицински решения имат потенциала да повлияят положително на всички аспекти на човешкото здраве и да помогнат за излекуването на хората по света. Нашият институт провежда изследвания, за да обясни уникалната и много важна роля, която играе микробиотата. Ние сме вдъхновени от неограничените възможности, които микробиомът предоставя за прогнозиране, диагностициране и лечение на много заболявания, включително чрез използване на естествените реакции на тялото“, казва Дирк Гевърс, ръководител на най-големия Институт за човешки микробиоми (JHMI).
Учените от JHMI изучават как микробиомът се променя под въздействието на генетични фактори, фактори на околната среда, хранене и т.н. Това ще помогне да се разбере как да накараме малките обитатели на нашето тяло да служат на здравето му. Заедно с Weizmann Institute of Science (Израел), американски изследователи от JHMI изучават как съставът на микробиома влияе върху метаболитните нарушения и как може да помогне за лечението на метаболитни нарушения. Очаква се да се разработят препоръки за хранене, които ще помогнат за предотвратяване на развитието на метаболитен синдром, захарен диабет тип 2 и неговите усложнения. Изследователите изучават микробиомите на различни хора и изпробват нови лекарства върху тях. „Заедно ще разработим нови идеи за решаване на метаболитни проблеми чрез микробиологична диагностика и терапия“, каза Дирк Гевърс.
Нещо вече е измислено. Например, коктейли с микроорганизми и бактериофаги са разработени в подкрепа на здравето на микробиома. Лекарства, които могат да увеличат броя на някои бактерии и да потиснат други. Диагностични изследвания, които определят причините за заболявания въз основа на състава на микрофлората. Ваксини, които коригират реакцията на имунната система към промените в микробиома.
Всичко това ще даде възможност за по-специфично лечение на болестите, засягайки причините за болестите на генетично ниво.
Как да излекувате микрофлората си
JHMI отбелязва, че съставът и разнообразието на микробната общност са пряко повлияни от диетата, лекарствата и други външни фактори. И дори такива прости неща като промяна на начина на живот, хранене или прием на микробни коктейли могат да излекуват или предотвратят заболяването.
Изследванията помагат на учените. Наскоро катедрата по генетика към Медицинския център на университета в Гронинген установи, че най-малко 60 категории храни и различни видове диети имат един или друг ефект върху чревната микрофлора. Оказа се, че микробиомите на хората, които редовно ядат плодове, зеленчуци и млечни продукти, са по-разнообразни. Но прекомерната консумация на месо намалява разнообразието от организми в сравнение с диета, доминирана от плодове и зеленчуци.
Учените също се опитаха да разберат кои лекарства променят състава на микробиотата повече и кои по-малко. Оказа се, че 19 вида наркотици влияят върху „вътрешната екосистема“ на човека. И това не е само добре познатите антибиотици и лекарства, които намаляват стомашната киселинност. В „черния списък“ са включени антидепресанти, както и АСЕ инхибитори (лекарства, приемани при сърдечна недостатъчност и за понижаване на кръвното налягане).
Един от основните експерти в Русия, занимаващи се с изследване на микробиотата, биологът Дмитрий Алексеев, казва, че днес това изследване е най-висококачествено и широкообхватно: „Можем да кажем, че това е началото на цяло направление в науката. В момента Русия провежда свое собствено, по-скромно популационно изследване на ohmygut, резултатите от което би било интересно да се сравнят с резултатите от проучване на колеги от Холандия. Но вече можем да кажем, че в холандската извадка броят на организмите с микробиота, променена от употребата на антибиотици, ще бъде значително по-малък, отколкото в Русия: в тази страна употребата на антибиотици е строго ограничена от лекари и фармацевти, но в нашата страна те могат се купува в аптека без рецепта. Холандците също така идентифицираха неочаквани фактори, влияещи върху микробиотата. Например при употребата на лекарства се очакваше антибиотиците да са на първо място, но в холандската извадка се откроиха инхибиторите на протонната помпа (PPI) - лекарства, които се използват доста често в гастроентерологията по света и все още се считат за безопасни. Друго откритие: хората, които ядат повече плодове, имат значително по-ниски нива на пептида хромогранин А (CgA), маркер на стреса, отколкото тези, които ядат месо. Така че яжте плодове и ще бъдете по-малко нервни!“
В допълнение, ферментиралите млечни продукти, особено обогатените с полезни бактерии, имат положителен ефект върху състава на микробиотата.
Не всичко е толкова розово
И все пак науката за микробиомите е обещаваща, но нова посока. И много експерти гледат на напредъка в тази област със здравословна доза скептицизъм. Както казва ръководителят на биотехнологичната компания Олег Парошин, връзката между развитието на болестите и микробиома все още е само хипотеза: „Все още няма твърди факти, доказващи тази връзка. Въпросът за влиянието на чревния микробиом върху риска от развитие на рак се обсъжда от доста време. Но ако например вече е установено, че ключовият фактор за развитието на рак на стомаха е хеликобактер пилори, то бактерията, която е причинителят на рака на червата, все още не е идентифицирана. Съществуват хипотези за прякото влияние на отпадъчни продукти и ензими на някои видове чревни микроорганизми, което може да доведе до онкологична дегенерация на клетките (особено на дебелото черво). Надявам се, че по-нататъшното изследване на генома на човешкия микробиом ще разкрие конкретните виновници за онкологичната дегенерация на здрава тъкан.“
Въпреки това Парошин се съгласява, че здравословната диета ви позволява да отглеждате по-полезни щамове микроорганизми: „Видовият състав на микробиома, който има почти неограничен ефект върху човешкото тяло, зависи от храната, която ядем. Освен това може да повлияе на развитието на много заболявания. С други думи, бактериите, които преобладават в микробиома, се определят именно от естеството на консумираната храна и те, може би, основно определят естеството на заболяването.
Като цяло учените все още имат много въпроси. Както се оказа, микробиомът има много по-сложна структура дори от човешките гени, така че тепърва предстои да бъде проучен задълбочено. И все пак изследователите се надяват да получат отговори на въпросите си в близко бъдеще...
Най-доброто в "MK" - в кратък вечерен бюлетин: абонирайте се за нашия канал в
Световноизвестният учен обясни как бактериите влияят на здравето и характера ни, откъде идват новите инфекции и кога ще се появят революционните антибиотици.Константин Северинов- Доктор на биологичните науки, ръководи лабораторията по молекулярна генетика на микроорганизмите в Института по генна биология на Руската академия на науките, както и лаборатория в Института по молекулярна генетика на Руската академия на науките, е професор в Сколковски институт за наука и технологии (Skoltech), професор в университета Rutgers (САЩ) .
БАКТЕРИИ НА ДЪРВОТО НА ЖИВОТА
Представете си огромно дърво, на което всеки клон е генетичен текст, определен набор от гени, съответстващ на някакъв организъм - Константин Северинов рисува “пейзажа”.- На това много разпространено, разклонено дърво хората, животните и растенията ще заемат много малко място в короната, а останалата част от разнообразието ще бъдат бактерии, тоест микроби. Може да ни се сторят монотонни, защото са много малки и не виждаме разликите. Но всъщност бактериите съставляват повече от 95% от разнообразието на живота на планетата. Много микроби се наричат „екстремофили“, защото живеят в много неподходящи условия от наша гледна точка: във вечна замръзналост, в горещи извори, на дъното на океана под огромно налягане и в безумната концентрация на сол в Мъртво море.
Но ние сме свикнали с факта, че микробите са вредители, патогени. Ако те са толкова вездесъщи и могат да се адаптират към всичко, тогава излиза, че човечеството никога няма да спечели битката с тях и няма да се отърве от опасните зарази?
Този стереотип съществува от времето на Пастьор ( известен френски микробиолог, основател на теорията за инфекциозните болести. - авт.): предполага се, че сме в състояние на война с коварен враг - микроби, които планират някакви стъпки, изграждат препятствия и искат да ни завладеят. Истинската ситуация е съвсем различна. Първо, огромното мнозинство от микроорганизмите не знаят за нас, не знаят, занимават се с работата си и ние сме дълбоко безразлични към тях. От друга страна, ние самите до голяма степен зависим от микробите, които ни обитават, много повече, отколкото те зависят от нас.
ПОРЪЧАХТЕ ЛИ ВИТАМИНИ?
- Тогава ни кажете: защо и как зависим от бактериите?
Човешкото тяло се състои от приблизително трилион клетки. И в същото време в тялото ни живеят десетки пъти повече бактериални клетки! Те живеят главно в червата и всъщност образуват един огромен орган - микробиома. Това е най-големият човешки орган по тегло, много по-голям от черния дроб или мозъка.
Нашите бактерии изпълняват много незаменими функции. Например, хората са загубили способността, която имат най-близките им роднини, приматите: да произвеждат редица витамини и аминокиселини, необходими за живота. Можем да си позволим това, защото имаме бактерии, които произвеждат такива вещества за нас. Чревните бактерии имат голям принос за функционирането на имунната система: те произвеждат важни противовъзпалителни съединения, които тялото ни не може да синтезира. Между другото, съвременните изследвания показват, че някои заболявания, които доскоро се смятаха за генетични и свързани със стрес и други фактори, всъщност имат бактериален характер. Диабет, автоимунни заболявания (когато имунната система атакува собствените здрави клетки на тялото и унищожава органите. – авт.), дори някои психични заболявания, като шизофрения, могат да бъдат причинени от промени в състава на микробиома.
КЪМ ОСНОВНИЯ ВЪПРОС
- Канадски учени проведоха серия от експерименти, които показаха: бактериална чревна инфекция може да увреди... паметта.Лабораторни мишки са били заразени с бактерията Citrobacter rodentium, която нарушава чревната функция. Гризачите с това разстройство започнаха да разпознават познатите предмети много по-зле - започнаха да ги изследват, сякаш ги виждат за първи път. Експерти спекулират, че ешерихия коли може по подобен начин да увреди паметта на хората.
- Австралийският лекар Бари Маршал се заразява с бактерията Helicobacter pylori през 1984 г. и развива гастрит, а след това и стомашна язва.И се излекува успешно с антибиотици. Всеотдайният изследовател, открил бактериалната природа на гастрита и стомашните язви, получи Нобелова награда.
- Датски учени установиха, че слабите хора имат значително повече бактерии от семейство Christensenelaceae в червата си, отколкото тези с наднормено тегло.Тъй като микроорганизмите участват активно в нашия метаболизъм, изследователите предполагат, че този вид бактерии са един от факторите, отговорни за добрата фигура.
ПРИМАМИ МИКРОБИ ЗА ОТСЛАБВАНЕ И ЗДРАВЕ
Има версия, че наднорменото тегло при хората също е плод на работата (или недостатъците?) на бактериите. Ако е така, възможно ли е да отслабнете, като се насочите към бактериите?
Да, има такива примери. В САЩ един не много естетичен, но много ефективен метод вече е преминал клинични изпитания и се използва в практиката. Хората с наднормено тегло получават чревно съдържание от тънки донори. Някои бактерии се вкореняват, някои умират, процедурите трябва да се повтарят. Но ефектът е забележим. В допълнение, тази технология дава възможност за лечение на тежки и опасни заболявания: колит и болест на Crohn. Като цяло смятам, че колкото повече научаваме за връзката между бактериите и някои заболявания, толкова по-активно ще се развива ново обещаващо направление в медицината: лечение чрез възстановяване на нормалния състав на микробиома.
Освен трансплантирането на полезните бактерии от червата, има ли някакъв начин те да бъдат въведени в тялото? Да вземем например пробиотиците?
Пробиотиците обикновено са изсушени препарати от един или повече видове „нормални“ чревни бактерии, отгледани в лаборатория. За да се създадат пробиотици, които наистина могат да лекуват хората, е необходимо да се изолират огромен брой бактерии, да се характеризират и изследват съвместните им ефекти една върху друга и върху хората и да се осигури ефективен начин за доставянето им на правилното място в червата и да се даде възможност да изгонят своите „конкуренти“. Въпреки че след прием на антибиотици, които са като атомна бомба и убиват повечето микроорганизми в нашите черва, съществуващите прости пробиотици също могат да помогнат за частично възстановяване и нормализиране на микрофлората. Само не забравяйте, че няма смисъл да приемате такива лекарства, докато не приключите лечението с антибиотици: те ще унищожат всички новоколонизирани бактерии.
АНТИБИОТИКИТЕ СА ИЗОБРЕТЕНИ ОТ БАКТЕРИИ ЗА КОМУНИКАЦИЯ ПОМЕЖДА С ДРУГ
Световната здравна организация смята, че една от основните заплахи за човечеството сега е резистентността на вредните бактерии към повечето известни антибиотици. Поради това хората могат да загубят защита от опасни инфекции. И нови антибиотици не се появяват на рафтовете на аптеките от дълго време. Защо?
Като цяло антибиотиците изобщо не са изобретение на хората, а химически вещества, с помощта на които бактериите „комуникират“ помежду си. В природата микроорганизмите образуват сложни общности. Членовете на общността зависят един от друг, някои си помагат, докато други се опитват да се справят с конкуренти - всичко е като хората, трудни отношения, - усмихнат професор. - Крайната цел на всеки вид бактерии в една общност е да победят, да заемат възможно най-много място. Но други не дават това, защото самите те имат същата цел. В резултат на това се създава и поддържа определен баланс.
В същото време най-важната информация за бактериите е дали има храна на някое място и колко други представители както на вашия вид, така и на друг вид има там, които може да не ви допуснат. И те определят това с помощта на механизъм, наречен quorum sensing на английски и „elbow feel“ на руски. Всъщност изглежда така: в определен обем от околната среда има определен брой бактерии и всяка бактерия отделя определено вещество, присъствието на което тя и нейните събратя могат да усетят. Ако има много бактерии, тогава концентрацията на това вещество ще бъде висока и микробите ще „разберат“, че тук е пренаселено, няма достатъчно храна за всички и те ще спрат да растат. Тези вещества, които дават сигнал, че е невъзможно да се развива по-нататък, са антибиотици. И така, исторически антибиотиците са били „изобретени“ от бактерии, за да комуникират помежду си.
- След като в природата има безброй бактерии, имаме ли шанс да открием още много нови антибиотици?
На определен етап възникна проблем с това. Първоначално учените култивирали ( повдигнати. - авт.) различни бактерии в лабораторията, върху петриеви панички, и изследва веществата, секретирани от отглежданите микроорганизми. Използвахме предимно почвени бактерии, защото има много от тях в почвата, те активно „комуникират“ помежду си чрез химически сигнали и някои от тях се развиват добре в лабораторията. Обхватът на такива „култивирани“ микроорганизми обаче все още е ограничен, така че скоро не се е чувало за откриването на нови антибиотици. И към повечето стари бактерии те се адаптираха чрез мутации и станаха резистентни.
МЕТАГЕНОМ И ПЕТИЯТ iPhone
Сравнително наскоро се случи пробив - появи се новата наука геномика. Учените вече имат възможност да идентифицират и изследват геномите на бактериите, които отказват да растат в лабораторията. И има мнозинство от такива бактерии, те просто не са видими за класическите микробиолози. Ако точно сега, точно тук, близо до теб и мен, изсмукваме въздух през бактериален филтър с прахосмукачка, тогава с помощта на съвременни инструменти ще можем да определим метагенома - набор от гени на всички организми, които са присъствали във въздушната проба. Можете да вземете проба за чревна микрофлора, промиване на кожата и каквото и да е. И тогава, с помощта на друга нова наука - биоинформатиката, можете да четете генетични текстове, да сравнявате гени един с друг, нови гени с тези, които вече са ни познати.
Оказва се, че във всяка проба ще има огромно разнообразие от неизвестни гени от некултивирани бактерии. Не можем да ги отглеждаме, не можем да ги държим в ръцете си, но ги разпознаваме по гените. Именно този подход позволява, например, да се установи връзка между промените в бактериалния метагеном в човека и развитието на определени заболявания, състояния, дори черти на характера. Ако погледнем в бъдещето, тогава с достатъчно развитие на социалните мрежи и технологиите за геномно секвениране ( дешифриране на геноми. - авт.) ще можете да покажете както собствения си геном, така и микробиом на личната си страница. Маркетинговите експерти ще могат да провеждат мащабни асоциативни изследвания: при наличието на такава и такава бактерия хората най-често имат желание да си купят пети iPhone... Но сериозно, благодарение на такива технологии ще бъде възможно да се диагностицира заболявания и аномалии с най-висока точност, чиято природа сега е мистерия. И успешно изберете лечение, включително с помощта на бактерии.
В същото време геномиката разкрива широки хоризонти за търсене на нови антибиотици. Разчитаме генетичната информация на неизвестни досега бактерии и, използвайки биоинформатика, прогнозираме групи от гени, които са отговорни за производството на антибиотични вещества. И тогава генните инженери създават нови щамове на базата на бактерии, които растат добре в лабораторията, съдържат такива гени и следователно произвеждат нови антибиотици.
ЗАПОЗНАЙТЕ СЕ С НОВАТА ИНФЕКЦИЯ
- Откакто Ебола бушува в Африка, мнозина се притесняват от въпроса: как и откъде идват новите инфекции?
Микробите се адаптират много добре към промените в околната среда. Микроорганизмите постоянно обменят своите гени и вируси помежду си, от които имат много. Някои вируси случайно се вкарват в генома на бактериите, което води до микроб с леко променени свойства. Най-вероятно ще умре, но понякога това не става и някои от тези редки микроби могат да причинят епидемия поради вредни гени, въведени от вируса.
Околната среда се промени значително, откакто хората започнаха широко да използват антибиотици, особено в селското стопанство. Гените за резистентност към антибиотици са се разпространили и всъщност са били избрани от хората и сега се срещат с висока честота в повечето патогенни бактерии. Това създава огромни трудности при лечението на причинените от тях „нови” стари инфекции, които са особено чести в болниците.
Що се отнася до треската Ебола, тя не се причинява от бактерии, а от вирус. Не се предава от човек на човек по въздуха. Ако не ядете месо от горила или африкански прилеп за закуска, тогава няма за какво да се притеснявате.
ТОВА ЩЕ БЪДЕ ПОЛЕЗНО
Как да храним полезните бактерии
Казват, че полезните бактерии в тялото ни умират не само от антибиотици, но и когато ядем храни с консерванти. Това е вярно?
Не ми е известно да има научни изследвания, потвърждаващи това. Всички продукти, които се използват широко като храна, преминават много сериозни тестове: за токсичност, канцерогенност и други показатели за безопасност. Повечето от тези тестове са свързани с проверка на ефекта на хранителните компоненти върху бактериите. Така че качествените продукти, които са преминали пълно тестване, са безопасни. Поне при умерена консумация.
- Какво ще помогне на нашите полезни бактерии да се чувстват по-добре?
Кефирът, ферментиралите млечни продукти са нещо здравословно, Мечников популяризира това преди повече от сто години. Като цяло, въпреки че такива изследвания не са провеждани, почти сигурно ще се окаже, че нашите полезни микроби се повлияват добре от рецептите от книгата „За вкусната и здравословна храна“. Диетолозите и домакините не знаеха нищо за микробите, но в крайна сметка се вкорениха онези ястия, които не предизвикаха отхвърляне на жителите на най-големия ни орган.
Бактериите са се появили преди приблизително 3,5-3,9 милиарда години, те са били първите живи организми на нашата планета. С течение на времето животът се развива и усложнява - появяват се нови, всеки път по-сложни форми на организми. Бактериите не останаха настрана през цялото това време, те бяха най-важният компонент на еволюционния процес. Те бяха първите, които разработиха нови форми за поддържане на живота, като дишане, ферментация, фотосинтеза, катализа... и също така намериха ефективни начини за съвместно съществуване с почти всяко живо същество. Човекът не беше изключение.
Вътре в човека, както и в други бозайници, живеят невъобразимо голям брой бактерии. Има 10 пъти повече от тях в телата ни, отколкото всички клетки на тялото взети заедно. Сред тях абсолютното мнозинство са полезни, но парадоксът е, че тяхната жизнена дейност, тяхното присъствие в нас е нормално състояние на нещата, те зависят от нас, ние от своя страна от тях и в същото време ние не усетите признаци на това сътрудничество. Друго нещо е вредно, например, патогенни бактерии, веднъж вътре в нас тяхното присъствие веднага става забележимо и последствията от тяхната дейност могат да станат много сериозни.
Повечето хора са свикнали да гледат негативно на бактериите. И нищо чудно! В края на краищата най-често ги помним във връзка с думи като инфекция, възпалено гърло, дизентерия... Този нездравословен списък може да бъде продължен дълго, но междувременно бактериите помагат на тялото ни повече, отколкото вредят. И опитът да ги „изгорите“ с антибиотици абсолютно не си струва.
Запознайте се с бактериите, които съставляват 90% от живите клетки в тялото ви. Човешкото тяло е дом на трилиони живи организми, от пръчковидна E. coli, която използва опашката си, за да плува нагоре и надолу по вътрешностите ни, до салмонела, която може да отрови храната или да живее тихо върху кожата ни, без да ни наранява.
1.Компютърно изображение на бактерии (сини и зелени) върху човешка кожа. Много видове бактерии живеят върху човешката кожа, особено в потните жлези и космените фоликули. Те обикновено не причиняват проблеми, въпреки че някои могат да причинят болка. Бактериите обикновено се превръщат в проблем, когато проникнат в кожата, например чрез порязвания или ожулвания. (SPL / BARCROFT MEDIA)
2. В едно човешко тяло има от 500 до 1000 различни вида бактерии. Те се размножават, образувайки около 100 трилиона отделни клетки, 10 пъти по-големи от човешките клетки, които изграждат нашето тяло. На снимката: бактерията Helicobacter pylori, която причинява пептична язва на стомаха и дванадесетопръстника. (SPL / BARCROFT MEDIA)
3. „Само човешките черва съдържат почти 1,81 кг бактерии“, казва д-р Рой Слейтър. "Всъщност ние сме само 10% хора, останалото са микроби." На снимката: вериги от стрептококи. Грам-положителните бактерии с овална форма са един от причинителите на пневмония. Въпреки че живеят доста хармонично в нашето тяло, понякога могат да причинят опасни инфекции в белите дробове. (SPL / BARCROFT MEDIA)
4. Фактът, че имаме толкова много бактерии в телата си, може да изглежда вълнуващ, но д-р Слейтър казва, че бактериите са полезни за нас и без тях не бихме оцелели дълго. „Тази връзка между бактериите и хората е чисто символична. В замяна на храна бактериите помагат на храносмилането ни, произвеждат витамини и укрепват имунната ни система. Те също ни предпазват от инфекции." На снимката: E. coli във вътрешностите. E. coli може да причини диария. (SPL / BARCROFT MEDIA)
5. Концептуална визуализация на множество коки върху повърхността на клетките. (SPL / BARCROFT MEDIA)
6. Компютърно изображение на типична пръчковидна бактерия. (SPL / BARCROFT MEDIA)
7. Плаващи бактерии. (SPL / BARCROFT MEDIA)
8. Компютърно изображение на Helicobacter pylori. (SPL / BARCROFT MEDIA)
9. Типична ресничеста пръчковидна бактерия. (SPL / BARCROFT MEDIA)
10. Helicobacter pylori. (SPL / BARCROFT MEDIA)
11. Типичните пръчковидни бактерии включват E. coli и салмонела, но има и други. Тези бактерии имат флагели в единия край, които използват, за да се движат. (SPL / BARCROFT MEDIA)
12. Фекален стрептокок. Тази бактерия е една от така наречените супербактерии, която е резистентна към антибиотици на някои етапи от развитието си в тялото на пациента. (SPL / BARCROFT MEDIA)
13. Helicobacter pylori в човешкия стомах. Тези бактерии причиняват гастрит и са причина за рак на стомаха. Pylori също може да бъде причина или кофактор на рак, тъй като наличието на тези бактерии увеличава риска от развитие на стомашни тумори. (SPL / BARCROFT MEDIA)
А сега подробно и по ред:
Бактериите са най-старата група организми, съществуващи в момента на Земята. Първите бактерии вероятно са се появили преди повече от 3,5 милиарда години и почти милиард години са били единствените живи същества на нашата планета. Тъй като това бяха първите представители на живата природа, тялото им имаше примитивна структура.
С течение на времето тяхната структура се усложнява, но и до днес бактериите се считат за най-примитивните едноклетъчни организми. Интересно е, че някои бактерии все още запазват примитивните черти на своите древни предци. Това се наблюдава при бактерии, живеещи в горещи серни извори и аноксична кал на дъното на резервоари.
Повечето бактерии са безцветни. Само няколко са лилави или зелени. Но колониите на много бактерии имат ярък цвят, който се дължи на освобождаването на цветно вещество в околната среда или пигментацията на клетките.
Откривателят на света на бактериите е Антони Льовенхук, холандски натуралист от 17-ти век, който пръв създава перфектен увеличителен микроскоп, който увеличава обектите 160-270 пъти.
Бактериите се класифицират като прокариоти и се класифицират в отделно царство - Бактерии.
Форма на тялото
Бактериите са многобройни и разнообразни организми. Те се различават по форма.
| Име на бактерията | Форма на бактерии | Изображение на бактерии |
| Коки | С форма на топка | |
| Бацил |  | Пръчковидна |
| Вибрион | С форма на запетая | |
| Спирилум |  | Спирала |
| Стрептококи |  | Верига от коки |
| Стафилококи |  | Клъстери от коки |
| Диплокок | Две кръгли бактерии, затворени в една лигавична капсула |
Начини на транспортиране
Сред бактериите има подвижни и неподвижни форми. Мотилите се движат поради вълнообразни контракции или с помощта на флагели (усукани спирални нишки), които се състоят от специален протеин, наречен флагелин. Може да има един или повече флагели. При някои бактерии те са разположени в единия край на клетката, при други – в два или по цялата повърхност.
Но движението е присъщо и на много други бактерии, които нямат флагели. Така бактериите, покрити отвън със слуз, са способни да се плъзгат.
Някои водни и почвени бактерии без флагели имат газови вакуоли в цитоплазмата. В една клетка може да има 40-60 вакуоли. Всяка от тях е пълна с газ (вероятно азот). Чрез регулиране на количеството газ във вакуолите, водните бактерии могат да потънат във водния стълб или да се издигнат на повърхността му, а почвените бактерии могат да се движат в капилярите на почвата.
Среда на живот
Поради своята простота на организация и непретенциозност, бактериите са широко разпространени в природата. Бактериите се намират навсякъде: в една капка дори от най-чистата изворна вода, в зърната на почвата, във въздуха, върху скалите, в полярния сняг, пустинните пясъци, на океанското дъно, в нефта, извлечен от големи дълбочини, и дори в вода от горещи извори с температура около 80ºC. Те живеят върху растения, плодове, различни животни и при човека в червата, устната кухина, крайниците и по повърхността на тялото.
Бактериите са най-малките и най-многобройни живи същества. Поради малкия си размер те лесно проникват във всякакви пукнатини, цепнатини или пори. Много издръжлив и адаптиран към различни условия на живот. Те понасят изсушаване, силен студ и нагряване до 90ºC, без да губят жизнеспособността си.
На практика няма място на Земята, където да не се срещат бактерии, но в различни количества. Условията на живот на бактериите са разнообразни. Някои от тях се нуждаят от атмосферен кислород, други не се нуждаят от него и могат да живеят в безкислородна среда.
Във въздуха: бактериите се издигат до горните слоеве на атмосферата до 30 км. и още.
Особено много от тях има в почвата. 1 g почва може да съдържа стотици милиони бактерии.
Във вода: в повърхностните слоеве на водата в открити водоеми. Полезните водни бактерии минерализират органичните остатъци.
В живите организми: патогенните бактерии навлизат в тялото от външната среда, но само при благоприятни условия причиняват заболявания. Симбиотичните живеят в храносмилателните органи, помагат за разграждането и усвояването на храната и синтеза на витамини.
Външна структура
Бактериалната клетка е покрита със специална плътна обвивка - клетъчна стена, която изпълнява защитни и поддържащи функции, а също така придава на бактерията постоянна, характерна форма. Клетъчната стена на бактерията прилича на стената на растителна клетка. Той е пропусклив: през него хранителните вещества свободно преминават в клетката, а метаболитните продукти излизат в околната среда. Често бактериите произвеждат допълнителен защитен слой от слуз върху клетъчната стена - капсула. Дебелината на капсулата може да бъде многократно по-голяма от диаметъра на самата клетка, но може да бъде и много малка. Капсулата не е съществена част от клетката, тя се формира в зависимост от условията, в които се намират бактериите. Предпазва бактериите от изсъхване.
На повърхността на някои бактерии има дълги флагели (един, два или много) или къси тънки власинки. Дължината на камшичетата може да бъде многократно по-голяма от размера на тялото на бактерията. Бактериите се движат с помощта на флагели и власинки.
Вътрешна структура
Вътре в бактериалната клетка има плътна, неподвижна цитоплазма. Има слоеста структура, няма вакуоли, поради което различни протеини (ензими) и резервни хранителни вещества се намират в субстанцията на самата цитоплазма. Бактериалните клетки нямат ядро. В централната част на клетката им е концентрирано вещество, носещо наследствена информация. Бактерии - нуклеинова киселина - ДНК. Но това вещество не се образува в ядро.
Вътрешната организация на бактериалната клетка е сложна и има свои специфични характеристики. Цитоплазмата е отделена от клетъчната стена от цитоплазмената мембрана. В цитоплазмата има основно вещество или матрица, рибозоми и малък брой мембранни структури, които изпълняват различни функции (аналози на митохондриите, ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи). Цитоплазмата на бактериалните клетки често съдържа гранули с различни форми и размери. Гранулите могат да бъдат съставени от съединения, които служат като източник на енергия и въглерод. Капчици мазнина също се намират в бактериалната клетка.
В централната част на клетката е локализирано ядреното вещество - ДНК, което не е ограничено от цитоплазмата с мембрана. Това е аналог на ядрото - нуклеоид. Нуклеоидът няма мембрана, ядро или набор от хромозоми.
Методи на хранене
Бактериите имат различни методи на хранене. Сред тях има автотрофи и хетеротрофи. Автотрофите са организми, които могат самостоятелно да образуват органични вещества за своето хранене.
Извличайте хранителни вещества от мъртъв и разлагащ се органичен материал. Те обикновено отделят своите храносмилателни ензими в този разлагащ се материал и след това абсорбират и асимилират разтворените продукти.
Те живеят заедно с други организми и често им носят осезаеми ползи. Бактерии, живеещи в удебеленията на корените на бобовите растения.
Те живеят вътре или върху друг организъм, като се подслоняват и хранят с неговите тъкани. Те причиняват различни заболявания - бактериоза.
Растенията се нуждаят от азот, но не могат сами да абсорбират азот от въздуха. Някои бактерии комбинират азотни молекули във въздуха с други молекули, което води до вещества, които са достъпни за растенията.
Тези бактерии се установяват в клетките на младите корени, което води до образуване на удебеления по корените, наречени нодули. Такива нодули се образуват върху корените на растения от семейство Бобови и някои други растения.
Корените осигуряват на бактериите въглехидрати, а бактериите доставят на корените азотсъдържащи вещества, които могат да бъдат усвоени от растението. Съжителството им е взаимноизгодно.
Корените на растенията отделят много органични вещества (захари, аминокиселини и други), с които се хранят бактериите. Следователно особено много бактерии се установяват в почвения слой около корените. Тези бактерии превръщат мъртвите растителни остатъци в налични за растенията вещества. Този слой почва се нарича ризосфера.
Има няколко хипотези за проникването на нодулни бактерии в кореновата тъкан:
- чрез увреждане на епидермалната и кортексната тъкан;
- чрез коренови косми;
- само през младата клетъчна мембрана;
- благодарение на придружаващите бактерии, произвеждащи пектинолитични ензими;
- поради стимулиране на синтеза на B-индолоцетна киселина от триптофан, винаги присъстващ в кореновите секрети на растенията.
Процесът на въвеждане на нодулни бактерии в кореновата тъкан се състои от две фази:
- инфекция на кореновите косми;
- процес на образуване на възли.
В повечето случаи инвазивната клетка активно се размножава, образува така наречените инфекциозни нишки и под формата на такива нишки се придвижва в растителната тъкан. Нодулните бактерии, излизащи от инфекциозната нишка, продължават да се размножават в тъканта на гостоприемника.
Растителните клетки, пълни с бързо размножаващи се клетки от нодулни бактерии, започват бързо да се делят. Връзката на млад възел с корена на бобово растение се осъществява благодарение на съдово-влакнести снопове. По време на периода на функциониране възлите обикновено са плътни. Докато настъпи оптимална активност, възлите придобиват розов цвят (благодарение на пигмента легхемоглобин). Само онези бактерии, които съдържат легхемоглобин, са способни да фиксират азот.
Нодулните бактерии създават десетки и стотици килограми азотен тор на хектар почва.
Метаболизъм
Бактериите се различават една от друга по своя метаболизъм. При едни протича с участието на кислород, при други – без него.
Повечето бактерии се хранят с готови органични вещества. Само няколко от тях (синьо-зелени или цианобактерии) са способни да създават органични вещества от неорганични. Те изиграха важна роля в натрупването на кислород в земната атмосфера.
Бактериите абсорбират вещества отвън, разкъсват молекулите си на парчета, сглобяват обвивката си от тези части и допълват съдържанието им (така растат) и изхвърлят ненужните молекули. Обвивката и мембраната на бактерията й позволяват да абсорбира само необходимите вещества.
Ако обвивката и мембраната на една бактерия бяха напълно непропускливи, никакви вещества не биха навлезли в клетката. Ако бяха пропускливи за всички вещества, съдържанието на клетката щеше да се смеси със средата – разтвора, в който живее бактерията. За да оцелеят, бактериите се нуждаят от обвивка, която позволява на необходимите вещества да преминават, но не и на ненужните вещества.
Бактерията абсорбира хранителни вещества, разположени в близост до нея. Какво се случва след това? Ако може да се движи самостоятелно (чрез преместване на флагел или изтласкване на слуз), тогава се движи, докато намери необходимите вещества.
Ако не може да се движи, тогава изчаква, докато дифузията (способността на молекулите на едно вещество да проникнат в гъсталака от молекули на друго вещество) донесе необходимите молекули до него.
Бактериите, заедно с други групи микроорганизми, извършват огромна химическа работа. Преобразувайки различни съединения, те получават енергията и хранителните вещества, необходими за живота им. Метаболитните процеси, начините за получаване на енергия и необходимостта от материали за изграждане на веществата на телата им са разнообразни при бактериите.
Други бактерии задоволяват всичките си нужди от въглерод, необходим за синтеза на органични вещества в организма, за сметка на неорганични съединения. Те се наричат автотрофи. Автотрофните бактерии са способни да синтезират органични вещества от неорганични. Сред тях са:
| Фотосинтезиращи бактерии | Хемосинтетици | Метилотрофи |
Те синтезират органични вещества, използвайки слънчева енергия. Цианобактерии, лилави бактерии и зелени бактерии | Органичните вещества се синтезират с помощта на химическата енергия на окислението на сярата - серни бактерии; амониеви и нитритни – нитрифициращи; желязо – железни бактерии; водород – водородни бактерии. | Органичната материя се синтезира с помощта на химическата енергия на метаболизма на въглеродни съединения, съдържащи метилова група, най-простият от които е метанът. |
Хемосинтеза
Използването на лъчиста енергия е най-важният, но не и единственият начин за създаване на органична материя от въглероден диоксид и вода. Известно е, че бактериите не използват слънчевата светлина като източник на енергия за такъв синтез, а енергията на химичните връзки, възникващи в клетките на организмите по време на окисляването на някои неорганични съединения - сероводород, сяра, амоняк, водород, азотна киселина, железни съединения на желязо и манган. Те използват органичната материя, образувана с помощта на тази химическа енергия, за да изградят клетките на тялото си. Следователно този процес се нарича хемосинтеза.
Най-важната група хемосинтезиращи микроорганизми са нитрифициращите бактерии. Тези бактерии живеят в почвата и окисляват амоняка, образуван по време на разлагането на органични остатъци до азотна киселина. Последният реагира с минерални съединения на почвата, превръщайки се в соли на азотна киселина. Този процес протича в две фази.
Железните бактерии превръщат двувалентното желязо в железен оксид. Полученият железен хидроксид се утаява и образува така наречената блатна желязна руда.
Някои микроорганизми съществуват поради окисляването на молекулярен водород, като по този начин осигуряват автотрофен метод на хранене.
Характерна особеност на водородните бактерии е способността им да преминават към хетеротрофен начин на живот, когато са снабдени с органични съединения и липсата на водород.
По този начин хемоавтотрофите са типични автотрофи, тъй като те самостоятелно синтезират необходимите органични съединения от неорганични вещества и не ги вземат готови от други организми, като хетеротрофите. Хемоавтотрофните бактерии се различават от фототрофните растения по своята пълна независимост от светлината като източник на енергия.
Бактериална фотосинтеза
Някои пигмент-съдържащи серни бактерии (лилави, зелени), съдържащи специфични пигменти - бактериохлорофили, могат да абсорбират слънчева енергия, с помощта на която сероводородът в телата им се разгражда и освобождава водородни атоми, за да възстанови съответните съединения. Този процес има много общо с фотосинтезата и се различава само по това, че в лилавите и зелените бактерии донорът на водород е сероводородът (понякога карбоксилни киселини), а в зелените растения е водата. И в двата отделянето и преносът на водород се извършва благодарение на енергията на погълнатите слънчеви лъчи.
Тази бактериална фотосинтеза, която протича без отделяне на кислород, се нарича фоторедукция. Фоторедуцирането на въглероден диоксид се свързва с преноса на водород не от вода, а от сероводород:
6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О
Биологичното значение на хемосинтезата и бактериалната фотосинтеза в планетарен мащаб е сравнително малко. Само хемосинтетичните бактерии играят значителна роля в процеса на кръговрат на сярата в природата. Абсорбирана от зелените растения под формата на соли на сярна киселина, сярата се редуцира и става част от протеиновите молекули. Освен това, когато мъртвите растителни и животински останки се унищожават от гнилостни бактерии, сярата се освобождава под формата на сероводород, който се окислява от серни бактерии до свободна сяра (или сярна киселина), образувайки сулфити в почвата, които са достъпни за растенията. Хемо- и фотоавтотрофните бактерии са от съществено значение в цикъла на азота и сярата.
Спорообразуване
Вътре в бактериалната клетка се образуват спори. По време на процеса на спорулация бактериалната клетка претърпява редица биохимични процеси. Количеството свободна вода в него намалява и ензимната активност намалява. Това осигурява устойчивостта на спорите към неблагоприятни условия на околната среда (висока температура, висока концентрация на сол, изсушаване и др.). Спорообразуването е характерно само за малка група бактерии.
Спорите са незадължителен етап от жизнения цикъл на бактериите. Спорулацията започва само при липса на хранителни вещества или натрупване на метаболитни продукти. Бактериите под формата на спори могат да останат латентни за дълго време. Бактериалните спори могат да издържат на продължително кипене и много дълго замразяване. При благоприятни условия спората покълва и става жизнеспособна. Бактериалните спори са адаптация за оцеляване при неблагоприятни условия.
Възпроизвеждане
Бактериите се размножават чрез разделяне на една клетка на две. След като достигне определен размер, бактерията се разделя на две еднакви бактерии. След това всеки от тях започва да се храни, расте, дели се и т.н.
След удължаване на клетката постепенно се образува напречна преграда и след това дъщерните клетки се отделят; При много бактерии при определени условия след делене клетките остават свързани в характерни групи. В този случай в зависимост от посоката на разделителната равнина и броя на деленията възникват различни форми. Размножаването чрез пъпкуване се среща по изключение при бактериите.
При благоприятни условия клетъчното делене в много бактерии става на всеки 20-30 минути. При такова бързо размножаване потомството на една бактерия за 5 дни е в състояние да образува маса, която може да изпълни всички морета и океани. Едно просто изчисление показва, че на ден могат да се образуват 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клетки). Ако се преобразува в тегло - 4720 тона. Това обаче не се случва в природата, тъй като повечето бактерии бързо умират под въздействието на слънчева светлина, изсушаване, липса на храна, нагряване до 65-100ºC, в резултат на борба между видовете и др.
Бактерията (1), погълнала достатъчно храна, се увеличава по размер (2) и започва да се подготвя за възпроизвеждане (клетъчно делене). Неговата ДНК (при една бактерия ДНК молекулата е затворена в пръстен) се удвоява (бактерията произвежда копие на тази молекула). И двете ДНК молекули (3,4) се оказват прикрепени към стената на бактерията и, докато бактерията се удължава, се раздалечават (5,6). Първо се дели нуклеотидът, а след това цитоплазмата.
След разминаването на две ДНК молекули върху бактерията се появява стеснение, което постепенно разделя тялото на бактерията на две части, всяка от които съдържа ДНК молекула (7).
Случва се (при Bacillus subtilis) две бактерии да се слепят и между тях да се образува мост (1,2).
Джъмперът транспортира ДНК от една бактерия към друга (3). Веднъж попаднали в една бактерия, ДНК молекулите се преплитат, слепват се на някои места (4) и след това обменят участъци (5).
Ролята на бактериите в природата
Gyre
Бактериите са най-важното звено в общия кръговрат на веществата в природата. Растенията създават сложни органични вещества от въглероден диоксид, вода и минерални соли в почвата. Тези вещества се връщат в почвата с мъртви гъби, растения и животински трупове. Бактериите разграждат сложните вещества до прости, които след това се използват от растенията.
Бактериите разрушават сложни органични вещества от мъртви растения и животински трупове, екскрети на живи организми и различни отпадъци. Хранейки се с тези органични вещества, сапрофитните бактерии на гниене ги превръщат в хумус. Това са един вид санитари на нашата планета. Така бактериите активно участват в кръговрата на веществата в природата.
Образуване на почвата
Тъй като бактериите са разпространени почти навсякъде и се срещат в огромни количества, те до голяма степен определят различни процеси, протичащи в природата. През есента листата на дърветата и храстите падат, надземните издънки на тревите умират, старите клони падат, а от време на време стволовете на старите дървета падат. Всичко това постепенно се превръща в хумус. В 1 см3. Повърхностният слой на горската почва съдържа стотици милиони сапрофитни почвени бактерии от няколко вида. Тези бактерии превръщат хумуса в различни минерали, които могат да бъдат абсорбирани от почвата от корените на растенията.
Някои почвени бактерии са в състояние да абсорбират азот от въздуха, като го използват в жизненоважни процеси. Тези азотфиксиращи бактерии живеят самостоятелно или се установяват в корените на бобовите растения. Прониквайки в корените на бобовите растения, тези бактерии причиняват растежа на кореновите клетки и образуването на възли върху тях.
Тези бактерии произвеждат азотни съединения, които растенията използват. Бактериите получават въглехидрати и минерални соли от растенията. По този начин съществува тясна връзка между бобовото растение и нодулните бактерии, което е полезно както за единия, така и за другия организъм. Това явление се нарича симбиоза.
Благодарение на симбиозата с нодулни бактерии, бобовите растения обогатяват почвата с азот, което спомага за увеличаване на добива.
Разпространение в природата
Микроорганизмите са повсеместни. Изключение правят само кратерите на активни вулкани и малки площи в епицентровете на взривени атомни бомби. Нито ниските температури на Антарктида, нито кипящите потоци от гейзери, нито наситените солни разтвори в солени басейни, нито силната изолация на планинските върхове, нито суровото облъчване на ядрените реактори пречат на съществуването и развитието на микрофлората. Всички живи същества постоянно взаимодействат с микроорганизмите, като често са не само техните хранилища, но и техни разпространители. Микроорганизмите са местни жители на нашата планета, активно изследващи най-невероятните естествени субстрати.
Почвена микрофлора
Броят на бактериите в почвата е изключително голям – стотици милиони и милиарди индивиди на грам. В почвата ги има много повече, отколкото във водата и въздуха. Общият брой на бактериите в почвата се променя. Броят на бактериите зависи от вида на почвата, състоянието им и дълбочината на слоевете.
На повърхността на почвените частици микроорганизмите са разположени в малки микроколонии (20-100 клетки всяка). Те често се развиват в дебелината на съсиреци от органична материя, върху живи и умиращи корени на растения, в тънки капиляри и вътрешни бучки.
Почвената микрофлора е много разнообразна. Тук има различни физиологични групи бактерии: гнилостни бактерии, нитрифициращи бактерии, азотфиксиращи бактерии, серни бактерии и др. Сред тях има аероби и анаероби, спорови и неспорови форми. Микрофлората е един от факторите за образуване на почвата.
Областта на развитие на микроорганизми в почвата е зоната, съседна на корените на живите растения. Нарича се ризосфера, а съвкупността от съдържащите се в нея микроорганизми се нарича ризосферна микрофлора.
Микрофлора на резервоари
Водата е естествена среда, в която микроорганизмите се развиват в големи количества. По-голямата част от тях навлизат във водата от почвата. Фактор, който определя броя на бактериите във водата и наличието на хранителни вещества в нея. Най-чисти са водите от артезиански кладенци и извори. Откритите водоеми и реки са много богати на бактерии. Най-голям брой бактерии се намират в повърхностните слоеве на водата, по-близо до брега. С отдалечаване от брега и увеличаване на дълбочината броят на бактериите намалява.
Чистата вода съдържа 100-200 бактерии на милилитър, а замърсената вода съдържа 100-300 хиляди или повече. В дънната утайка има много бактерии, особено в повърхностния слой, където бактериите образуват филм. Този филм съдържа много серни и железни бактерии, които окисляват сероводорода до сярна киселина и по този начин предотвратяват смъртта на рибата. В тинята има повече спорови форми, докато във водата преобладават неспоровите форми.
По видов състав микрофлората на водата е сходна с микрофлората на почвата, но има и специфични форми. Унищожавайки различни отпадъци, които попадат във водата, микроорганизмите постепенно извършват така нареченото биологично пречистване на водата.
Микрофлора на въздуха
Микрофлората на въздуха е по-малко на брой от микрофлората на почвата и водата. Бактериите се издигат във въздуха с прах, могат да останат там известно време и след това да се установят на повърхността на земята и да умрат от липса на хранене или под въздействието на ултравиолетови лъчи. Броят на микроорганизмите във въздуха зависи от географската зона, терена, времето на годината, замърсяването с прах и др. Всяка прашинка е носител на микроорганизми. Най-много бактерии има във въздуха над промишлени предприятия. Въздухът в селските райони е по-чист. Най-чистият въздух е над горите, планините и заснежените райони. Горните слоеве на въздуха съдържат по-малко микроби. Микрофлората на въздуха съдържа много пигментни и спороносни бактерии, които са по-устойчиви от останалите на ултравиолетовите лъчи.
Микрофлора на човешкото тяло
Човешкото тяло, дори напълно здраво, винаги е носител на микрофлора. Когато човешкото тяло влезе в контакт с въздуха и почвата, върху дрехите и кожата се заселват различни микроорганизми, включително патогенни (бацили на тетанус, газова гангрена и др.). Замърсени са най-често изложените части на човешкото тяло. Е. коли и стафилококи се откриват по ръцете. В устната кухина има над 100 вида микроби. Устата със своята температура, влажност и остатъци от хранителни вещества е отлична среда за развитие на микроорганизми.
Стомахът има кисела реакция, така че по-голямата част от микроорганизмите в него умират. Започвайки от тънките черва, реакцията става алкална, т.е. благоприятен за микробите. Микрофлората в дебелото черво е много разнообразна. Всеки възрастен отделя около 18 милиарда бактерии дневно с екскременти, т.е. повече индивиди, отколкото хора на земното кълбо.
Вътрешните органи, които не са свързани с външната среда (мозък, сърце, черен дроб, пикочен мехур и др.), обикновено са свободни от микроби. Микробите навлизат в тези органи само по време на заболяване.
Бактериите в кръговрата на веществата
Микроорганизмите като цяло и бактериите в частност играят голяма роля в биологично важните цикли на веществата на Земята, извършвайки химически трансформации, които са напълно недостъпни нито за растенията, нито за животните. Различните етапи от цикъла на елементите се извършват от организми от различни видове. Съществуването на всяка отделна група организми зависи от химическата трансформация на елементите, извършвана от други групи.
Цикъл на азота
Цикличната трансформация на азотните съединения играе основна роля в доставянето на необходимите форми на азот на организми от биосферата с различни хранителни нужди. Над 90% от общото фиксиране на азот се дължи на метаболитната активност на определени бактерии.
Въглероден цикъл
Биологичната трансформация на органичния въглерод във въглероден диоксид, придружена от редукция на молекулярен кислород, изисква съвместната метаболитна активност на различни микроорганизми. Много аеробни бактерии извършват пълно окисляване на органични вещества. При аеробни условия органичните съединения първоначално се разграждат чрез ферментация, а органичните крайни продукти на ферментацията се окисляват допълнително чрез анаеробно дишане, ако присъстват неорганични акцептори на водород (нитрат, сулфат или CO 2 ).
Цикъл на сярата
Сярата е достъпна за живите организми главно под формата на разтворими сулфати или редуцирани органични серни съединения.
Цикъл на желязо
Някои сладководни тела съдържат високи концентрации на редуцирани железни соли. На такива места се развива специфична бактериална микрофлора - железни бактерии, които окисляват редуцираното желязо. Те участват в образуването на блатни железни руди и водоизточници, богати на железни соли.
Бактериите са най-древните организми, появили се преди около 3,5 милиарда години в архея. В продължение на около 2,5 милиарда години те доминираха на Земята, образувайки биосферата и участваха в образуването на кислородната атмосфера.
Бактериите са едни от най-просто структурираните живи организми (с изключение на вирусите). Смята се, че те са първите организми, появили се на Земята.
Бактерии. Освен тях тялото ни е обитавано от археи – едноклетъчни организми, гъбички и вируси, които изграждат човешката микрофлора. Съвкупността от човешка микрофлора и микробни гени се нарича микробиом.
Въз основа на топографията се разграничава микробиомът на кожата, устната кухина, дихателните пътища, урогениталния тракт и червата. Повечето се знае за чревните микроби, но това не прави останалите видове по-малко важни. Например, според проучване, щамът Staphylococcus epidermidis, който е открит върху човешката кожа, предпазва от рак на кожата.
Микробиомът на всеки човек е индивидуален. Зависи от набора от хранителни вещества в тялото, рН, влажност, температура и други критерии. „Ако погледнете микробиомите на двама души в един и същи град, ще има големи разлики“, казва Роб Найт, професор по педиатрия и компютърни науки и инженерство в Калифорнийския университет в Сан Диего. Членовете на едно и също семейство, живеещи заедно, домашните любимци и техните собственици имат сходни микробиоми.
Стари митове
Какво влияе микробиомът и защо да го изследваме?
Чревният микробиом влияе върху човешкото здраве, включително апетита, здравето на храната и имунната система. Има дори няколко механизма за влияние върху настроението, единият от които е чрез нерв вагус, който свързва мозъка и органите.
Отговорът на човек към лекарства, химиотерапия и дори сън зависи от бактериите в червата. И вагиналният микробиом влияе върху ефективността на вагиналните лекарства срещу ХИВ.
Микробиомът е толкова уникален, колкото пръстовите отпечатъци на човек, така че наскоро започнаха да говорят за използването му в съдебната медицина. Благодарение на бактериите е възможно да се определи дали човек е бил на определено място, както и времето на смъртта.
Нови лечения
Трансплантацията на изпражнения вече се използва за лечение на клостридиоза. При тази процедура човек с разстройство се инжектира с изпражнения от здрав донор, което им позволява да „нулират“ и да направят микробиома на човека по-разнообразен. Някои учени смятат, че процедурата може да помогне при лечението на други заболявания.
С ограничен достъп до трансплантация на изпражнения хората поемат нещата в свои ръце, както показват видеоклиповете в YouTube. Специалистите предупреждават, че опитът за трансплантация у дома е опасен. „Вие сте изложени на риск от предаване на наистина сериозни заболявания. Само защото можете да правите нещо у дома, не означава, че трябва“, казва Найт.
Някои изследователи, включително Cryan, смятат, че изследването на микробиома ще доведе до разработването на нови психични терапии. Cryan вярва, че в бъдеще тестването на микробиома ще стане рутинно за лекарите, а изследването на бактериите ще доведе до прецизна медицина.
Как да поддържате своя микробиом в добро състояние?
Разнообразието от микроби в тялото е важно и за това трябва да се разширяваме. Ферментиралите храни ще бъдат от полза: кисело зеле, кефир, комбуча и храни с високо съдържание на фибри: сини сливи, сушени кайсии, варена леща, боб и артишок.
Пребиотиците и пробиотиците са важни. Първите са вещества, които подхранват и насърчават растежа на полезни микроби. Вторите са лакто- и бифидобактерии, дрожди, микроби, които присъстват в червата на здравия човек и се считат за полезни за здравето.
Какви бактерии има: видове бактерии, тяхната класификация
Бактериите са малки микроорганизми, които са се появили преди много хиляди години. Невъзможно е да се видят микробите с просто око, но не трябва да забравяме за тяхното съществуване. Има огромен брой бацили. Науката микробиология се занимава с тяхната класификация, изучаване, разновидности, структурни особености и физиология.
Микроорганизмите се наричат по различен начин в зависимост от начина на действие и функция. Под микроскоп можете да наблюдавате как тези малки същества взаимодействат едно с друго. Първите микроорганизми са били доста примитивни по форма, но тяхното значение в никакъв случай не трябва да се подценява. От самото начало бацилите се развиват, създават колонии и се опитват да оцелеят в променящите се климатични условия. Различните вибриони могат да обменят аминокиселини, за да растат и да се развиват нормално.
Днес е трудно да се каже колко вида от тези микроорганизми има на земята (този брой надхвърля милион), но най-известните и техните имена са познати на почти всеки човек. Няма значение какъв вид микроби има и как се наричат, всички те имат едно предимство - живеят в колонии, което ги прави много по-лесни за адаптиране и оцеляване.
Първо, нека да разберем какви микроорганизми съществуват. Най-простата класификация е добро и лошо. С други думи, тези, които са вредни за човешкото тяло, причиняват много заболявания, а тези, които са полезни. След това ще говорим подробно за това какви са основните полезни бактерии и ще дадем тяхното описание.
Можете също така да класифицирате микроорганизмите според тяхната форма и характеристики. Мнозина вероятно си спомнят, че в училищните учебници имаше специална таблица, изобразяваща различни микроорганизми, а до тях беше значението и ролята им в природата. Има няколко вида бактерии:
- коки - малки топчета, които приличат на верига, тъй като са разположени една след друга;
- пръчковидна;
- spirilla, spirochetes (имат извита форма);
- вибриони.
Бактерии с различна форма
Вече споменахме, че една от класификациите разделя микробите на видове в зависимост от техните форми.
Bacillus бактериите също имат някои характеристики. Например, има пръчковидни видове със заострени полюси, удебелени, заоблени или прави краища. По правило пръчковидните микроби са много различни и винаги са в хаос, не се подреждат във верига (с изключение на стрептобацилите) и не се прикрепят един към друг (с изключение на диплобацилите).
Сред сферичните микроорганизми микробиолозите включват стрептококи, стафилококи, диплококи и гонококи. Това могат да бъдат двойки или дълги вериги от топки.
Извитите бацили са spirilla, spirochetes. Те винаги са активни, но не произвеждат спори. Спирила е безопасна за хора и животни. Можете да различите spirilla от spirochetes, ако обърнете внимание на броя на спиралите, те са по-малко извити и имат специални камшичета на крайниците си.
Видове патогенни бактерии
Например, група микроорганизми, наречени коки, и по-точно стрептококи и стафилококи, стават причина за истински гнойни заболявания (фурункулоза, стрептококов тонзилит).
Анаеробите живеят и се развиват добре без кислород; за някои видове от тези микроорганизми кислородът става фатален. Аеробните микроби се нуждаят от кислород, за да виреят.
Археите са практически безцветни едноклетъчни организми.
Трябва да се пазите от патогенни бактерии, тъй като те причиняват инфекции; грам-отрицателните микроорганизми се считат за резистентни към антитела. Има много информация за почвата, гнилостните микроорганизми, които могат да бъдат вредни или полезни.
По принцип спирилите не са опасни, но някои видове могат да причинят содоку.
Видове полезни бактерии
Дори учениците знаят, че бацилите могат да бъдат полезни и вредни. Хората знаят някои имена на ухо (стафилококи, стрептококи, чумен бацил). Това са вредни същества, които пречат не само на външната среда, но и на хората. Има микроскопични бацили, които причиняват хранително отравяне.
Определено трябва да знаете полезна информация за млечнокиселите, хранителните и пробиотичните микроорганизми. Например, пробиотиците, с други думи добрите организми, често се използват за медицински цели. Може да попитате: за какво? Те не позволяват на вредните бактерии да се размножават вътре в човека, укрепват защитните функции на червата и имат добър ефект върху човешката имунна система.
Бифидобактериите също са много полезни за червата. Млечнокиселите вибриони включват около 25 вида. Те се намират в огромни количества в човешкото тяло, но не са опасни. Напротив, предпазват стомашно-чревния тракт от гнилостни и други микроби.
Говорейки за добри, не може да не споменем огромните видове стрептомицети. Те са известни на тези, които са приемали хлорамфеникол, еритромицин и подобни лекарства.
Има микроорганизми като азотобактер. Те живеят в почвата в продължение на много години, имат благоприятен ефект върху почвата, стимулират растежа на растенията и почистват почвата от тежки метали. Те са незаменими в медицината, селското стопанство, медицината и хранително-вкусовата промишленост.
Видове бактериална изменчивост
По своята същност микробите са много непостоянни, умират бързо, могат да бъдат спонтанни или индуцирани. Няма да навлизаме в подробности за променливостта на бактериите, тъй като тази информация е по-интересна за тези, които се интересуват от микробиологията и всички нейни клонове.
Видове бактерии за септични ями
Жителите на частни къщи разбират спешната необходимост от пречистване на отпадъчни води, както и помийни ями. Днес можете бързо и ефективно да почистите канализацията, като използвате специални бактерии за септични ями. Това е огромно облекчение за човек, тъй като почистването на канализацията не е приятна задача.
Вече изяснихме къде се използва биологичното пречистване на отпадъчни води, а сега нека поговорим за самата система. Бактериите за септични ями се отглеждат в лаборатории, убиват неприятната миризма на отпадъчните води, дезинфекцират дренажните кладенци, помийните ями и намаляват обема на отпадъчните води. Има три вида бактерии, които се използват за септични ями:
- аеробика;
- анаеробни;
- живи (биоактиватори).
Много често хората използват комбинирани методи за почистване. Следвайте стриктно инструкциите на продукта, като се уверите, че нивото на водата е благоприятно за нормалното оцеляване на бактериите. Също така не забравяйте да използвате канализацията поне веднъж на всеки две седмици, за да дадете на бактериите нещо за ядене, в противен случай те ще умрат. Не забравяйте, че хлорът от почистващите прахове и течности убива бактериите.
Най-популярните бактерии са Doctor Robic, Septifos, Waste Treat.
Видове бактерии в урината
На теория не трябва да има бактерии в урината, но след различни действия и ситуации малки микроорганизми се заселват където си поискат: във влагалището, в носа, във водата и т.н. Ако по време на изследванията се открият бактерии, това означава, че човекът страда от заболявания на бъбреците, пикочния мехур или уретерите. Има няколко начина, по които микроорганизмите влизат в урината. Преди лечението е много важно да се изследва и точно да се определи вида на бактерията и пътя на навлизане. Това може да се определи чрез биологична култура на урина, когато бактериите са поставени в благоприятно местообитание. След това се проверява реакцията на бактериите към различни антибиотици.
Желаем ви винаги да сте здрави. Грижете се за себе си, мийте редовно ръцете си, пазете тялото си от вредните бактерии!