Какие бывают типы или виды бактерий и как их определить

Кто такие бактерии в биологии: определение

  • Бактериями называются живые микроорганизмы, которые не имеют ядра. Они относятся к домену прокариотов, являясь одной из древнейших жизненных форм на планете. Это также одни из наиболее универсальных «жителей» Земли, способные жить в глубинах почвы и водоемах, в кислой и радиоактивной среде. Несмотря на все старания ученых, человечество до сих пор не может выращивать их все лабораторно (это удается только относительно некоторых видов).
  • Длина бактерий составляет считанные микрометры, а форма их может быть самой разнообразной.  Наука, которая занимается изучением бактерий, называется бактериологией. Они являются составляющей микрофлоры человека, принося как пользу, так и вызывая различные заболевания. Используются в различных сферах человеческой деятельности: промышленность, животноводство, биотехнологические процессы и т.д.
  • Слово происходит из латинского языка, в котором в свою очередь было образовано производное название из греческого, и обозначает понятие «палочка» — именно такими были бактерии, впервые обозначенные учеными.
В биологии
В биологии

Взаимодействия с другими организмами

Микроорганизмы – это группа животных и растений очень малого размера, различить которые можно только при помощи микроскопа. Они могут быть вредными и полезными для человека, участвуют в природном круговороте веществ, процессах разложения органики, распада сложных веществ на более простые, брожении и т. д.

Микроорганизмы относятся к прокариотическим формам жизни, их клетки не имеют ядра, содержат мало органелл и устроены значительно проще, чем ядерные. Но несмотря на всю простоту такие клетки очень жизнеспособны, быстро размножаются и по степени выживаемости стоят выше, чем многоклеточные организмы. 

Микробы повсеместно распространены. Они есть в воде, на суше, в воздухе, на поверхности и внутри организмов. Продукты их выделения содержит ферменты, влияющие на органику в которой живут микроорганизмы. Среди них можно выделить симбиотические и паразитические формы.

Так или иначе, бактерии тесно связаны с высшим организмами и оказывают на них различные воздействия, в зависимости от штамма.

Среди полезных функций микроорганизмов можно отметить то, что они являются преобразователями органических веществ в почве и постоянно пополняют запасы минеральных соединений.

Бактерии перерабатывают экскременты человека и животных, разлагают отмершую органику до простых минеральных веществ, которые возвращаются в почву и становятся доступными для поглощения зелёными растениями, таким образом вовлекая вещества в новый круговорот. 

Многие бактерии живут в кишечнике животных и помогают переваривать труднодоступную растительную пищу, вырабатывая необходимые ферменты, а также витамины и незаменимые аминокислоты.

Обратите внимание

Среди полезных бактерий нужно отметить азотфиксирующие бактерии – симбионты бобовых растений.

Какие бывают типы или виды бактерий и как их определить

Клубеньковые бактерии вступают в симбиоз с корнями фиксируя азот, который в дальнейшем используется растениями для построения клеточных тканей для роста.

Однако среди микроорганизмов есть многочисленные патогенные штаммы, способные вызывать сильнейшие заболевания и приводить к летальным исходам. Среди таких можно выделить холеру, сибирскую язву, тиф и другие.

Многие виды полезных микроорганизмов применяются в пищевой промышленности. Так производятся кисломолочные продукты – йогурт, кефир и сыр, некоторые используются для засолки и закваски, что предотвращает порчу продуктов.

Они изменяют химические и физические показатели продуктов, что в конечном итоге приводит к порче продукции и невозможности ее употребления в пищу.

В современной науке известно более миллиона видов микроорганизмов при том, что это наиболее распространенные и разнообразные формы жизни.

Как правило, они живут колониями, при этом постоянно взаимодействуют друг с другом и очень хорошо приспосабливаются к условиям окружающей среды.

Важно

Среди множества бактерий есть полезные и вредные для человека, живущие с ним в полезном симбиозе или являющиеся опасными паразитами организма.

К основным видам микроорганизмов относят следующие:

    1. Кокки – микроорганизмы имеющие округлую форму клетки, которые могут отличаться по взаимному расположению друг к другу. В зависимости от данного расположения их разделяют ещё на несколько групп. Например, клетки стрептококка выстраиваются в длинную цепочку шариков, диплококки существуют в форме двух соседствующих клеток, живущих постоянно в паре, стафилококки характеризуются тем, что их клетки в колонии расположены хаотично. При попадании в организм человека они способны вызывать серьезные заболевания. Однако, не все виды кокков являются вредными и могут существовать в симбиозе с организмом, не принося никакого вреда. Если у человека снижается иммунитет, то происходит вспышка размножения микроорганизмов и болезнь начинает прогрессировать.
    2. Палочковидные бактерии отличаются между собой размером, формой, могут образовывать споры. Бациллами называют бактерии способные к спорообразованию. К ним относятся палочки сибирской язвы и столбняка. Споры — это особые образования в жизни бактерий, предназначенные для переживания неблагоприятных условий. Клетка в данном случае покрывается твердой защитной оболочкой и способна длительное время пребывать в спящем состоянии, ожидая наступления благоприятных условий для развития. Некоторые споры настолько устойчивы, что способны переносить температуру более 120 градусов по Цельсию.
      • Клетки заостренными концами, например, фузобактерии. Они являются представителями нормальной микрофлоры дыхательных путей и не представляют опасности для человека, а скорее наоборот помогают нормальному функционированию эпителиальных покровов;
      • Клетки с утолщенными концами, по форме напоминают булаву. Явный представитель коринебактерия – возбудителем дифтерии;
      • Клеточные формы с закругленными концами. Представитель – кишечная палочка, которая является необходимой для пищеварения в кишечнике;
      • Палочковидные клетки с прямыми концами. Такая форма клетки у возбудителя сибирской язвы. 

Как правило палочковидные бактерии в пространстве располагается хаотично по отношению друг другу, однако некоторые могут располагаться попарно или в виде цепочки. В первом случае это диплобактерии или диплобацилы, во втором – стрептобактерии или стрептобациллы.

  1. Спириллы – бактерии, клетки которых представлены извитыми формами. Они отличаются от других тем, что способны образовывать споры и очень быстро передвигаются. Большинство из них не представляет опасности для человека и животных, как правило это сапрофиты, питающиеся отмершей органикой.
  2. Спирохеты. По форме и способу жизни и напоминают спириллы, однако являются опасными возбудителями болезней у человека и способны вызывать заболевания кожных покровов, эпителиальных тканей дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта. Отличительной характеристикой спирохет является наличие жгутиков в конце клетки.
  3. Вибрионы. Названы так потому, что клетка вибрирует, что отчётливо видно при рассмотрении в микроскоп. Данные микроорганизмы способны изменяться под действием внешней среды. Их клетки бывают в виде палочек, ниточек, шарообразной и спиралевидной формы. Для человека крайне опасным является вибрион холеры

Более 100 лет назад датский ученый Грамм придумал краситель, который разделил мир бактерий на две группы – грамотрицательные и грамположительные бактерии. Они называются так из-за способности окрашиваться изобретенным красителем.

Дело в том, что некоторые клетки покрыты дополнительной липидной оболочкой, препятствующей проникновению веществ в клеточную стенку и поэтому такие клетки не окрашиваются.

И наоборот те, которые не имеют дополнительной липидной оболочки хорошо окрашиваются по Грамму, образуя устойчивую связь с клеточной стенкой.

Липидная оболочка грамотрицательных бактерий делает их более устойчивыми к антибиотикам, что является важной особенностью в медицинской диагностике заболеваний и подборе методов лечения. К грамотрицательным относятся хламидии и риккетсии, к грамположительным – стрептококки и стафилококки.

Наиболее просто устроенные бактерии проживают на больших глубинах под водой. Для их развития и не нужно наличие кислорода, в отличие от тех, которые более организованы и выбрались на сушу. Поэтому в современной науке бактерии разделяют на аэробные и анаэробные, в зависимости от их потребности в кислороде.

Аэробные организмы не могут существовать без кислорода:

  • Облигатные аэробы – это такие микробы, которые свободно живут во внешней среде. Например, палочка Коха – возбудитель туберкулеза, довольно устойчива и может сохраняться в воде около 5 месяцев, а в тёплом увлажненным помещении до 7 лет;
  • Микроаэрофилы. Таким микроорганизмам достаточно содержание кислорода в окружающей среде около 2%, где они могут нормально размножаться и развиваться. К таким относятся стрептококки – возбудители болезней верхних дыхательных путей.

Анаэробные организмы, для развития которых не нужен кислород:

  • Облигатные анаэробы. Например, фузобактерии прекрасно чувствуют себя в среде с нулевым содержанием кислорода;
  • Факультативные анаэробы. Могут развиваться без кислорода, например, гонококки или стрептококки;
  • Аэротолерантные микроорганизмы. Для их развития не нужен кислород, но они способны жить в кислородосодержащей среде, например, бактерии, вызывающие скисание молока.
Основные бактериальные инфекции человека и их возбудители[153][154]

Основные бактериальные инфекции человека и их возбудители

[153][154]

Несмотря на видимую простоту, бактерии могут вступать в сложные взаимоотношения с другими организмами. Такие симбиотические отношения можно подразделить на паразитизм, мутуализм и комменсализм, а также хищничество. Из-за небольших размеров бактерии-комменсалы распространены повсеместно и обитают на всевозможных поверхностях, в том числе на растениях и животных. Рост бактерий на теле человека ускоряется от тепла и пота, и их большие популяции придают запах телу[en].

Хищники

Некоторые бактерии убивают и поглощают другие микроорганизмы. К числу таких хищных бактерий[155] относится Myxococcus xanthus, формирующая скопления, которые убивают и переваривают любую попавшую на них бактерию[156]. Хищная бактерия Vampirovibrio chlorellavorus[en] прикрепляется к своей добыче, после чего постепенно переваривает её и всасывает высвобождающиеся питательные вещества[157].

Мутуалисты

Некоторые виды бактерий образуют скопления, которые необходимы для их выживания. Одна из таких мутуалистических ассоциаций, известная как межвидовая передача водорода, формируется между кластерами анаэробных бактерий, которые поглощают органические кислоты, такие как масляная и пропионования кислоты, и выделяют водород, и метаногенными археями, которые используют водород.

  • Действительно, бактерии являются организмами, причем, относятся они к наиболее древней группе из всех, которые существуют на сегодняшний день. Их строение достаточно примитивно, многие из бактерий и поныне сохраняют признаки, присущие их предкам, в частности, те виды, которые находятся в особых условиях. Это горячая серная или бескислородная среда.

Этимология

Слово «бактерия» происходит от лат. bacterium, производного от греч.βακτηρία, что означает «трость, палочка», так как первые описанные бактерии были палочковидными[16][17].

Кто обнаружил бактерии?

  • Первооткрывателем бактерий можно считать голландского ученого Антони ван Левенгука, который первым смог обнаружить их под микроскопом и описать. Это произошло во второй половине 17-го века.
  • Еще половину столетие спустя немецкий ученый Христиан Эренберг дал название этим существам, которое мы используем и поныне – бактерии. Оно заменило первое наименование, введенное Левенгуком – анималькули.
  • В середине 19-го века французский микробиолог Луи Пастер не просто обнаружил отдельные свойства, присущие бактериям, но и начал изучать их физиологию и метаболизм бактерий.
  • Его продолжателем в этом деле стал немецкий коллега Роберт Кох, чьи труды по исследованию возбудителей туберкулеза увенчались нобелевским лауреатством.
Обнаружил особые свойства
Обнаружил особые свойства

Происхождение и ранняя эволюция

Предки современных бактерий были одноклеточными микроорганизмами, которые стали одной из первых форм жизни на Земле, появившись около 4 миллиардов лет назад. Почти три миллиарда лет вся жизнь на Земле была микроскопической[18][19]. Хотя для бактерий известны ископаемые останки (например, строматолиты), их морфология очень однообразна, что не позволяет идентифицировать отдельные виды.

Бактерии сыграли важнейшую роль в появлении эукариот. Считается, что эукариотическая клетка возникла, когда бактерии стали эндосимбионтами одноклеточных организмов, вероятно, близких к современным археям[23][24]. Иными словами, прото-эукариотическая клетка проглотила клетку α-протеобактерии, которая дала начало митохондриям и гидрогеносомам.

Какие бывают вредные, болезнетворные бактерии, и их названия?

В этой статье мы рассмотрим бактерии.

Какие бывают бактерии: полезные и вредные? Разновидности бактерий, помогающие организму, а какие вредят?

Рассмотрим все бактерии, живущие в теле. И расскажем всё о бактериях.

Бактерии

Исследователи говорят о том, что на земле около 10 тыс. разновидностей микробов. Однако бытует мнение, что их разновидность достигает 1 млн.

В связи со своей простотой и неприхотливости, существуют они везде. Благодаря маленьким размерам, проникают куда угодно, даже в самую маленькую щелочку. Микроб приспособлены к любой среде обитания, они есть повсюду, будь это хоть засохший остров, хоть мороз, хоть жара 70 градусов, они все равно не потеряют своей жизнеспособности.

В тело человека микробы попадают из окружающей среды. И только попав в благоприятные для них условия, они дают о себе знать, либо помогая, либо вызывая начиная от легких кожных заболеваний и заканчивая серьезными инфекционными, которые приводят к смертельным исходам организма. У бактерий бывают различные названия.

Совет

Эти микробы самый древнейший вид существ, живущий на нашей планете. Появились примерно 3,5 миллиарда лет назад. Они на столько мельчайшие, что их видно только под микроскопом.

Так как это первые представители жизни на земле, они довольно примитивное. С течением времени их строение стало сложнее, хотя некоторые сохранили свое примитивное строение. Большое количество микробов прозрачные, но некоторые из них имеют красный или зеленоватый оттенок. Немногие приобретают цвет окружающей среды.

Микробы относятся к прокариотам, и поэтому имеют свое отдельное царство — Бактерий. Давайте рассмотрим какие бактерии безвредные и вредные.

Лактобактерии являются защитниками вашего тела от вирусов. Они проживают в животе с древних времен, выполняя очень важные и полезные функции. Lactobacillus plantarum обороняют пищеварительный тракт от бесполезных микроорганизмов, которые могут поселиться в желудке и ухудшить состояние.

Lactobacillus помогают избавиться от тяжести и вздутия в животе, бороться с аллергией, вызванной различными продуктами. Так же лактобактерии помогают выведению вредных веществ из кишечника. Очищает весь организм от токсинов.

Это микроорганизм, проживающий также в животе. Это полезные бактерии. При неблагоприятных условиях к существованию Bifidobacterium умирают. Bifidobacterium вырабатывают такие кислоты как, молочная, уксусная, янтарная и муравьиная.

Bifidobacterium выполняют ведущую роль в нормализации работы кишечника. Так же при достаточном количестве содержания их, укрепляют иммунитет и способствуют лучшему усвоению полезных веществ.

Они очень полезны, так как выполняют ряд важнейших функций, рассмотрим список:

  1. Пополняют организм витаминами К, В1, В2, В3, В6, В9, белков и аминокислот.
  2. Защищают от появления вредоносных микроорганизмов.
  3. Препятствуют попаданию вредных токсинов из стенок кишечника.
  4. Ускоряют процесс пищеварения. — Помогают всасыванию ионов Ca, Fe и витамина D.

На сегодняшний день существует множество лекарственных препаратов с содержанием бифидобактерий. Но это не значит, что при их использовании в лечебных целях будет благоприятное влияние на организм, так как полезность препаратов не доказана.

Вредоносные типы микробов могут появиться в наиболее неподходящем месте, где вы не ожидаете их встретить.

Данный вид Corynebacterium minutissimum очень любят жить и размножаться на телефонах и планшетах. Они вызывают сыпь по всему телу. Очень много приложений по борьбе с вирусами для планшетов и телефонов, но так и не придумали средства от вредной Corynebacterium minutissimum.

Так что следует уменьшить контакт с телефонами и планшетами, что бы у вас не появилась аллергия на Corynebacterium minutissimum. И помните, после мытья рук, не следует тереть ладошки друг о друга, так как уменьшается количество бактерий на 37%.

Стрептомицеты

Род бактерий, включающий в себя более 550 видов. В благоприятных условиях стрептомицеты создают ниточки похожие на грибной мицелий. Обитают в основном в почве.

Они содержаться в таких лекарствах как: эритромицин, тетрациклин и так далее. Являются производными медикаментов, борющиеся с: грибком, микробами (антибактериальные средства), опухолями.

В 1940 году стрептомицины применялись в производстве лекарственных препаратов:

  • Физостигмин. Болеутоляющее используется в маленьких дозах для снижения глазного давления при глаукомах. В больших количествах может стать ядом.
  • Такролимус. Лекарственное средство природного происхождения. Применяется для лечения и профилактики при пересадке почек, костного мозга, сердца и печени.
  • Аллозамидин. Препарат для предотвращения формирования деградации хитина. Благополучно используется при уничтожении комаров, мух и так далее.

Какие бывают типы или виды бактерий и как их определить

Но следует заметить, что не все бактерии этого рода благотворно влияет на организм человека.

Микробы, существующие в животе. Она существует и размножается в слизистой оболочке желудка. Helicobacter pylori, появляются в организме человека с малых лет и живут на протяжении всей жизни. Помогают поддержанию стабильного веса, контролирует гормоны и отвечает за чувство голода.

Так же этот коварный микроб может поспособствовать развитию язвы и гастрита. Некоторые ученые считают, что Helicobacter pylori, полезна, но несмотря на ряд существующих теорий, еще не доказано чем же она полезна. Не зря его можно называть защитник живота. 

Бактерии Escherichia coli еще называются кишечные палочки. Escherichia coli, который проживает в нижней части живота. Они заселяются в тело человека при рождении и живут вместе с ним всю его жизнь. Большое количество микробов, данного вида безвредны, но некоторые из них могут вызвать серьезное отравление организма.

Escherichia coli является частым фактором многих инфекционных заболеваний связанных с животом. Но она напоминает о себе и доставляет дискомфорт тогда, когда собирается покинуть наш организм, в более благоприятную для нее среду. А так она даже полезна для человека.

Escherichia coli насыщает организм витамином К, который в свою очередь следит за здоровьем артерий. Так же Escherichia coli очень долгое время могут проживать в воде, почве и даже в продуктах питания, например в молоке.

Погибает кишечная палочка после кипячения или дезинфекции.

Staphylococcus aureus является возбудителем гнойных образований на коже. Часто фурункулы и прыщики вызваны Staphylococcus aureus, которая обитает на коже большого количества людей. Staphylococcus aureus является возбудителем многих инфекционных заболеваний.

Прыщики — это очень неприятно, но только представьте, что проникнув через кожу внутрь тела Staphylococcus aureus может приобрести серьезные последствия, пневмонию или менингит.

Он есть практически на всем теле, но основном золотистый стафилококк, существует в носовых проходах и подмышечных складках, но так же может появиться и в области гортани, промежности и животе.

Staphylococcus aureus имеет золотой оттенок, из-за чего и получила свое название золотистый стафилококк. Он является одним из четырех наиболее частых причин внутрибольничных инфекций, которые получают после операции.

Этот микроб может существовать и размножается в воде и почве. Очень любит теплую воду и бассейн. Является одним из возбудителей гнойных заболеваний. Получили свое название из-за сине-зелёного оттенком. Pseudomonas aeruginosa проживая в теплой воде, попадает под кожу и развивает инфекцию, сопровождающаяся зудом, болью и покраснением в пораженных участках.

Этот микроб может поражать различные виды органов и вызывает кучу инфекционных заболеваний. Синегнойная инфекция поражает кишечник, сердце, органы мочеполовой. Микроорганизм часто является фактором для появления абсцессов и флегмон. От Pseudomonas aeruginosa очень трудно избавиться, так как она устойчива к антибиотикам.

Микробы являются самыми простейшими живыми микроорганизмами, существующие на Земле, которые появились много миллиардов лет назад, приспособлены к любым условиям окружающей среды. Но нужно помнить, что бактерии бывают полезными и вредными.

Обратите внимание

Итак, мы с вами разобрались с разновидностями микроорганизмов, на примере рассмотрели какие полезные бактерии, помогают организму и какие вредные, вызывающие инфекционные заболевания.

Помните, что соблюдение правил личной гигиены, будет лучшей профилактикой от заражения вредными микроорганизмами.

В организме человека обитает множество видов бактерий, среди которых выделяются полезные, патогенные и условно-патогенные формы. Рассмотрим особенности развития микробов, заболевания которые они провоцируют и способы заражения патогенами.

Ученые установили, что на Земле около 1 млн разновидностей микробов.

Существует мнение, что количество бактерий в организме человека превышает объем его собственных клеток в 10 раз. Однако последние исследования поставили под сомнение данный показатель. Согласно новым материалам, он варьирует в интервале от 1,5 до 2. Всего существует около 10 тыс. видов бактерий, которые приспособились к обитанию в различных условиях.

В организм человека они попадают из окружающей среды, в которой могут сохраняться длительное время. Патогенные формы являются возбудителями заболеваний, проявляющихся различной степенью интенсивности и опасности. Это может быть как легкая кожная сыпь, так и серьезное инфекционное проявление, представляющее угрозу для жизни пациента.

Бактерии появились на Земле примерно 3,5 миллиарда лет назад. Их строение незначительно отличается от современных видов. Все бактерии относятся к прокариотам, это значит, что в их клетке отсутствует оформленное ядро.

Снаружи они окружены клеточной стенкой, которая сохраняет форму микроорганизма. Некоторые виды способны вырабатывать слизь, похожую на капсулу и защищающую микроб от высыхания.

Какие бывают типы или виды бактерий и как их определить

Внутреннее строение бактерий довольно простое. Клетка содержит основные включения:

  • цитоплазму, которая на 75% состоит из воды, а остальные 25% составляют минеральные вещества;
  • гранулы, являющиеся источником энергии для организма;
  • мезосомы, необходимые для деления клетки и спорообразования;
  • нуклеоид, содержащий генетическую информацию и выступающий в роли ядра;
  • рибосомы, участвующие в синтезе белка;
  • плазмиды.
  • Как показывает практика – практически в любых, от клокочущих гейзеров, внутри которых температурные условия те же, что и в кипящем чайнике – до 100 С°. Нефть, кислота – эта среда также не пугает бактерии, и они могут существовать в тех условиях, где не выживет более совершенный организм.
  • Есть предположение, что космос также заселен некоторыми видами бактерий, и эта гипотеза стала основанием для одной из версий, поясняющей происхождение жизни на Земле.

Морфология

Различные морфотипы бактерий

Различные морфотипы бактерий

Бактериальные клетки имеют чрезвычайно разнообразную морфологию (то есть форму и размер). Как правило, бактериальные клетки в десять раз мельче эукариотических и достигают 0,5—5 мкм в длину. Однако есть и бактерии, видимые невооружённым глазом: так, Thiomargarita namibiensis достигает половины миллиметра в длину[27], а длина Epulopiscium fishelsoni может составлять 0,7 мм[28].

Большинство бактерий имеют шарообразную (кокки) или палочковидную (бациллы) форму[31]. Некоторые бактерии, называемые вибрионами[en], выглядят как слегка закрученные палочки или запятые; спириллы имеют спиральную форму, а спирохеты имеют длинные плотно закрученные клетки. Описаны и бактерии с другими необычными формами клеток, например, клетками в форме звезды[32].

Размеры прокариот по сравнению с другими организмами и биомолекулами

Размеры прокариот по сравнению с другими организмами и

биомолекулами

Многие виды бактерий существуют в виде одиночных клеток, однако у некоторых видов клетки образуют характерные скопления: например, клетки Neisseria объединены в пары, у Streptococcus — в цепочки, у Staphylococcus — в скопления в виде грозди винограда. Некоторые бактерии могут формировать более сложные многоклеточные структуры.

Так, Actinobacteria формируют длинные филаменты (внутриклеточные нитевидные образования), Myxococcales образуют плодовые тела, а Streptomyces образуют ветвящиеся нити[34]. Иногда такие сложные структуры появляются только при некоторых условиях. Например, при нехватке аминокислот клетки Myxococcales определяют расположение соседних клеток того же вида с помощью чувства кворума, движутся навстречу друг другу и формируют плодовые тела до 500 мкм длиной, состоящие из около 100 тысяч бактериальных клеток[35].

Бактерии часто прикрепляются к какой-либо поверхности и формируют плотные скопления, известные как биоплёнки, или более крупные скопления — бактериальные маты. Толщина биоплёнок и матов может составлять от нескольких микрометров до полуметра, в их состав могут входить бактерии разных видов, а также археи и протисты.

В биоплёнках наблюдается сложное расположение клеток и внеклеточных компонентов, которые формируют вторичные структуры, известные как микроколонии, через которые проходит сеть каналов, обеспечивающая лучшую диффузию питательных веществ[37][38]. В таких местообитаниях, как почва и поверхность растений, большинство бактерий, прикреплённых к поверхностям, входят в состав биоплёнок[39].

Бактерии, их разнообразие. Строение. Жизнедеятельность

Строение клетки типичной грамположительной бактерии (обратите внимание на наличие только одной клеточной мембраны)

Строение клетки типичной грамположительной бактерии (обратите внимание на наличие только одной клеточной мембраны)

В биологии

Бактериальная клетка окружена мембраной, состоящей в основном из фосфолипидов. Мембрана окружает всё содержимое клетки и выступает в роли барьера для удержания в клетке питательных веществ, белков и других компонентов цитоплазмы[41]. В отличие от клеток эукариот, у бактерий, как правило, отсутствуют крупные мембранные органеллы, такие как ядро, митохондрии, хлоропласты[42].

Однако у некоторых бактерий имеются органеллы с белковой оболочкой, в которых протекают определённые метаболические процессы[43][44], например, карбоксисомы[45]. Кроме того, у бактерий имеется многокомпонентный цитоскелет, который контролирует локализацию нуклеиновых кислот и белков внутри клетки и управляет клеточным делением[46][47][48].

Многие важные биохимическиереакции, такие как образование АТФ, происходят за счёт градиента концентрации определённых ионов по разные стороны мембраны, что создаёт разность потенциалов, как в батарейке. Поскольку у бактерий нет мембранных органелл, такие реакции (например, перенос электронов) протекают при участии мембраны бактериальной клетки, обращённой во внешнюю среду в случае грамположительных бактерий или в периплазматическое пространство в случае грамотрицательных бактерий[49].

Однако у многих фотосинтезирующих бактерий мембрана образует многочисленные складки, которые заполняют почти всё внутреннее пространство клетки[50]. На этих складках располагаются светопоглощающие комплексы, однако у некоторых бактерий, например, зелёных серных бактерий, светопоглощающие комплексы находятся внутри особых мембранных пузырьков — хлоросом[51].

У большинства бактерий нет ядра, окружённого мембранами, и их генетический материал, в большинстве случаев представленный единственной кольцевой молекулой ДНК[en], находится в цитоплазме в составе нуклеоида, имеющего неправильную форму[52]. Нуклеоид содержит не только геномную ДНК, но также взаимодействующие с ней белки и РНК.

У некоторых бактерий в цитоплазме имеются гранулы, запасающие питательные вещества, такие как гликоген[54], полифосфат[55], сера[56] или полигидроксиалканоаты[57]. Ряд бактерий, например, фотосинтезирующие цианобактерии, имеют газовыевакуоли, с помощью которых они регулируют свою плавучесть, благодаря чему могут перемещаться между слоями воды с разным содержанием питательных веществ и уровнем освещённости[58].

Поверх мембраны бактериальной клетки располагается клеточная стенка. Клеточная стенка бактерий состоит из пептидогликана, также известного как муреин, который состоит из полисахаридных цепочек, связанных пептидными линкерами из D-аминокислот[59]. По химическому составу бактериальная клеточная стенка отличается от клеточной стенки растений и грибов, у которых она состоит из целлюлозы и хитина соответственно[60].

В широком смысле по составу клеточной стенки бактерий принято делить на грамположительные и грамотрицательные. Название этих типов связано с их дифференциальной окраской по методу Грама, который долгое время используется для классификации бактерий[61]. У грамположительных бактерий имеется толстая клеточная стенка, состоящая из многих слоёв пептидогликана и тейхоевых кислот.

У грамотрицательных бактерий, напротив, клеточная стенка значительно тоньше и включает всего лишь несколько слоёв пептидогликана, а поверх неё залегает вторая мембрана, содержащая липополисахариды и липопротеины. Большинство бактерий грамотрицательны, и только фирмикуты и актинобактерии грамположительны (ранее они были известны как грамположительные бактерии с низким GC-составом и грамположительные бактерии с высоким GC-составом соответственно)[62].

Различия между грамположительными и грамотрицательными бактериями могут обусловливать различную чувствительность к антибиотикам. Например, ванкомицин эффективен только против грамположительных бактерий и не действует на грамотрицательные бактерии[63]. У некоторых бактерий строение клеточной стенки не соответствует в строгом смысле ни грамположительному, ни грамотрицательному типу.

У многих бактерий клетка покрыта так называемым S-слоем, состоящим из плотно уложенных молекул белков[65]. S-слой обеспечивает химическую и физическую защиту клетки и может выступать в роли макромолекулярногодиффузионного барьера. Функции S-слоя разнообразны, но плохо изучены, однако известно, что у Campylobacter он выступает фактором вирулентности, а у Geobacillus stearothermophilus[en] он содержит поверхностные ферменты[66].

Электронная микрофотография Helicobacter pylori, на клеточной поверхности располагается множество жгутиков

Электронная микрофотография

Helicobacter pylori

, на клеточной поверхности располагается множество жгутиков

У многих бактерий имеются жгутики, представляющие собой плотные белковые структуры около 20 нм в диаметре и до 20 мкм в длину. Они обеспечивают подвижность клеток и по строению и механизму работы не имеют ничего общего с эукариотическими жгутиками. Движение жгутиков бактерий происходит за счёт энергии, которая высвобождается при движении ионов по электрохимическому градиенту через клеточную мембрану[67].

Нередко клетки бактерий покрыты фимбриями, которые представляют собой белковые филаменты, достигающие 2—10 нм в диаметре и до нескольких мкм в длину. Они покрывают всю поверхность бактериальной клетки и в электронный микроскоп выглядят как волоски. Предполагается, что фимбрии участвуют в прикреплении клеток бактерий к различным поверхностям и друг к другу, а у многих патогенных бактерий они являются факторами вирулентности[68].

Многие бактериальные клетки выделяют покрывающий их гликокаликс различной сложности строения: от тонкого неструктурированного слоя внеклеточных полимеров[en] до высоко структурированной капсулы. Гликокаликс может защищать бактерию от поглощения эукариотическими клетками, например, макрофагами, входящими в состав иммунной системы[71].

Образование внеклеточных структур бактериальной клетки обеспечивается бактериальными системами секреции. Они транспортируют белки из цитоплазмы в периплазматическое пространство или во внешнюю среду. Известно несколько типов бактериальных систем секреции, кроме того, бактериальные системы секреции нередко выступают в роли факторов вирулентности[73].

Эндоспоры

Представители нескольких родов грамположительных бактерий, таких как Bacillus, Clostridium, Sporohalobacter[en], Anaerobacter[en] и Heliobacterium, образуют покоящиеся структуры, обладающие повышенной устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды и называемые эндоспорами[74]. Эндоспоры образуются в цитоплазме клетки, и, как правило, в одной клетке может сформироваться только одна эндоспора.

Внутри эндоспор не протекают метаболические процессы, и они могут выживать при сильнейших неблагоприятных физических и химических воздействиях, таких как интенсивное УФ-излучение, γ-излучение, детергенты, дезинфицирующие агенты, замораживание, давление и высыхание[en][76]. Эндоспоры могут сохранять жизнеспособность в течение миллионов лет[77][78], и с их помощью бактерии могут оставаться живыми даже в условиях вакуума и космического излучения[79].

Окраска бактерий определяется концентрацией пептидогликана. Организмы, для которых характерно высокое содержание пептидогликана в стенках клетки (около 90%), имеют сине-фиолетовую окраску по Граму. Это грамположительные бактерии.

Все остальные бактерии, имеющие в оболочке от 5 до 20% пептидогликана, приобретают розоватую окраску. К ним причисляются грамотрицательные бактерии. Степень толщины пептидогликана у грамположительных организмов в несколько раз выше, чем у грамотрицательных.

Стенки клеток грамположительных организмов также включают полисахариды, тейхоевые кислоты и белки. Грамотрицательные бактерии покрывает внешняя мембрана, состоящая из липополисахаридов и базальных белков.

Бактерии – это в основном одноклеточные микроорганизмы. Они могут быть опасными для живых организмов. Некоторые из них вызывают тяжелые болезни: тиф, холеру, сифилис, туберкулез, дифтерию и др. 

Если Вы не нашли ответ или Вам может быть полезна помощь врача – Вы можете обратиться к нашим специалистам и получить ответ в течение часа.

Какие бывают типы или виды бактерий и как их определить

Задать вопрос врачу

Люди стараются найти новые способы обезопасить себя от их пагубного влияния. Но существуют и полезные микроорганизмы: способствующие созреванию сливок, образованию нитратов для растений, разлагающие мертвую ткань и др. Живут микроорганизмы в воде, почве, воздухе, на теле живых организмов и внутри них.

Метаболизм

У бактерий наблюдается колоссальное разнообразие видов метаболизма[81]. Традиционно таксономия бактерий строилась на основе их метаболических особенностей, однако она во многом не совпадает с современной классификацией, построенной на геномных последовательностях[82]. Бактерии делятся на три типа питания в зависимости от ключевых черт метаболизма: источника энергии, донораэлектронов и источника углерода[83].

Бактерии получают энергию двумя способами: поглощая свет в ходе фотосинтеза или окисляя химические соединения (хемосинтез)[84]. Хемотрофы используют в качестве источника энергии химические вещества, перенося электроны с имеющегося донора на конечный акцепторэлектронов в ходе окислительно-восстановительной реакции.

Высвобождающаяся при этой реакции энергия далее используется для нужд метаболизма. В зависимости от того, какое вещество используется как донор электронов, хемотрофы подразделяются ещё на несколько групп. Бактерии, использующие неорганические вещества, такие как водород, угарный газ или аммиак, называются литотрофами, а бактерии, окисляющие органические соединения, называются органотрофами.

Многие бактерии удовлетворяют свои потребности в углероде за счёт органических соединений; такие бактерии называются гетеротрофами. Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[85]. В некоторых условиях метанотрофные бактерии используют метан и как источник электронов, и как источник углерода[86].

Типы питания бактерий
Тип питания Источник энергии Источник углерода Примеры
Фототрофы Солнечный свет Органические вещества (фотогетеротрофы) или фиксированный углекислый газ (фотоавтотрофы) Цианобактерии, зелёные серные бактерии, Chloroflexi[en], пурпурные бактерии
Литотрофы Неорганические соединения Органические вещества (литогетеротрофы) или фиксированный углекислый газ (литоавтотрофы) Thermodesulfobacteria[en], Hydrogenophilaceae[en], Nitrospirae[en]
Органотрофы Органические соединения Органические вещества (хемогетеротрофы) или фиксированный углекислый газ (хемоавтотрофы) Bacillus, Clostridium, Enterobacteriaceae

Метаболизм бактерий имеет огромное значение для экологической стабильности и деятельности человека. Например, некоторые бактерии являются единственными фиксаторами атмосферногоазота (с помощью фермента нитрогеназы)[87]. Другими важными для окружающей среды химическими процессами, осуществляемыми бактериями, являются денитрификация, восстановление сульфата и ацетогенез[88][89].

Метаболические процессы бактерий также могут служить источниками загрязнения. Так, сульфатредуцирующие бактерии образуют высокотоксичные соединения ртути (метил- и диметилртуть)[90]. Ряд анаэробных бактерий осуществляет брожение для получения энергии, и его побочные продукты (например, этанол при спиртовом брожении) попадают в окружающую среду.

Численность бактерий на планете Земля

  • Подсчитано, что на Земле свыше 1,4 млн. бактерий. В ходе подсчета этой цифры ученым пришлось прибегнуть к построению филогенетических деревьев, с применением математики и анализом определенных разновидностей РНК. Это дало возможность отследить изменение видов и эволюцию бактерий.
  • Выяснилось, что некоторые бактерии исчезают в процессе эволюции, их общее число постоянно возрастает, и сегодня, если взять за точку отсчета общую биомассу на Земле, бактерии уступают только растениям.

Время размножения бактерий

Многие бактерии размножаются бинарным делением (сравните с митозом и мейозом на этой схеме)

Многие бактерии размножаются бинарным делением (сравните с

митозом

и

мейозом

на этой схеме)

В отличие от многоклеточных организмов, у одноклеточных организмов (и бактерий в том числе) рост, то есть увеличение клетки в размерах, и размножение путём деления клеток тесно связаны[92]. Бактериальные клетки достигают определённого размера и после этого делятся бинарным делением. В оптимальных условиях бактерии растут и делятся очень быстро, описан пример морской псевдомонады, популяция которой может удваиваться каждые 9,8 минуты[93].

При бинарном делении образуются две дочерние клетки, идентичные материнской. Некоторые бактерии, хотя и размножаются простым делением, образуют более сложные структуры, предназначенные для распространения дочерних клеток. Примером могут служить плодовые тела миксобактерий и воздушные гифыстрептомицетов.

В лаборатории бактерии растят на твёрдых или жидких средах. Твёрдые среды, такие как агар, используются для изоляции[en] чистых культур бактериальных штаммов. Жидкие среды используются, когда необходимо измерять скорость роста или получить большое количество клеток. При выращивании бактерий в жидкой среде с перемешиванием получаются однородные клеточные культуры, однако сложно заметить загрязнение другими бактериями.

Для большинства лабораторных методов выращивания бактерий необходимы большие количества питательных веществ, чтобы обеспечить быстрое получение больших объёмов клеток. Однако в естественных условиях питательные вещества ограничены, и бактерии не могут размножаться бесконечно. Из-за ограниченного количества питательных веществ в ходе эволюции появились различные стратегии роста.

Некоторые виды растут чрезвычайно быстро, когда питательные вещества доступны, например, цианобактерии нередко вызывают цветение водоёмов, насыщенных органикой[97]. Другие организмы адаптированы к жёстким условиям окружающей среды, например, бактерии рода Streptomyces выделяют антибиотики, которые подавляют рост конкурирующих бактерий[98].

В природе многие виды бактерий живут сообществами (например, в виде биоплёнок), которые обеспечивают каждую клетку необходимым питанием и защищают от неблагоприятных условий[39]. Некоторые организмы и группы организмов растут только в составе сообществ и не могут быть выделены в чистую культуру[99].

Динамику роста бактериальной популяции можно подразделить на четыре фазы. Когда популяция бактерий попадает в среду, богатую питательными веществами, клетки начинают адаптироваться к новым условиям. Первая фаза роста называется лаг-фазой, это период медленного роста, когда клетки адаптируются к среде, богатой питательными веществами, и готовятся к быстрому росту.

Во время лаг-фазы происходит интенсивный синтез белков[100]. За лаг-фазой следует логарифмическая, или экспоненциальная фаза, во время которой происходит быстрый экспоненциальный рост. Скорость, с которой клетки растут во время этой фазы, называют скоростью роста, а время, которое необходимо для удвоения клеточной популяции, называется временем генерации.

В ходе лог-фазы питательные вещества потребляются с максимальной скоростью, до тех пор пока одно из необходимых соединений не кончится и не начнёт подавлять рост. Третья фаза роста называется стационарной, она начинается при нехватке питательных веществ для быстрого роста. Скорость метаболизма падает, и клетки начинают расщеплять белки, не являющиеся строго необходимыми.

  • Как и любое явление, деление бактерии подчиняется законам термодинамики, по которым время размножения связано с количеством выделяемой наружу теплоты и составляет около шестой части выделяемой теплоты.
  • Проще говоря, создание для бактерии идеальных условий может заставить бактерию делиться практически каждые полчаса. Если бы это было возможно, в течение суток дочерние клетки одной бактерии достигли бы массы в почти 2 тыс. тонн, а за 5 дней заселили бы все водное пространство планеты.
  • Известно, что в качестве опыта использовалась морская псевдомонада, помещенная в оптимальные условия: ее популяция удваивалась практически через 10 минут.

Формы бактерий

  • Как уже говорилось, бактерии могут быть сферическими. Их представляют кокки. Микро – это клетки, которые расположены отдельно; дипло – парами, стафило — гроздьями, стрепто – цепочкой; а также сарцина (пакеты от 8 клеток). Их размер – до 1 мкм.
  • Палочковидным бактериям характерна прямая форма, они имеют до 8 мкм в длину и до 2 мкм – в толщину.  Форма может быть неправильной, вплоть до ветвящейся, какую имеют, к примеру, актиномицет. Если палочка немного изогнутой формы – ее называют вибрионом.
  • Также можно назвать риккетсию,  хламидию, которая вне пределов клетки является сферической, микоплазмы, у которых отсутствует клеточная стенка и т.д.
  • Бактерии извитых форм напоминают спираль, как, например, спирилла, похожая на штопор. А вот хеликобактер похож своими изгибами на крылья чайки в полете. Также близка к этому виду бактерий спирохета, имеющая спиралевидную форму и обладающая подвижностью. Лептоспира же – с частыми завитками, которые напоминают закрученную веревку.

И в курсе школьной программы, и в рамках специализированного университетского образования обязательно рассматривают примеры из царства бактерий. Эта древнейшая форма жизни на нашей планете появилась раньше, чем любые другие, известные человеку.

Разнообразие микрорганизмов

Впервые, как оценивают ученые, бактерии сформировались около трех с половиной миллиардов лет тому назад, и около миллиарда лет на планете не существовало иных форм жизни.

Примеры бактерий, наших врагов и друзей, обязательно рассматриваются в рамках любой образовательной программы, ведь именно эти микроскопические формы жизни делают возможными процессы, характерные нашему миру.

Где в живом мире можно встретить примеры бактерий? Да практически везде! Они есть и в родниковой воде, и в пустынных дюнах, и элементах почвы, воздуха и скалистых пород.

В антарктических льдах, к примеру, бактерии живут при морозе -83 градуса, но не мешает им и высокая температура – обнаружены формы жизни в источниках, где жидкость прогрета до 90.

О плотности населения микроскопического мира говорит тот факт, что, к примеру, бактерии в грамме почвы – это неисчислимые сотни миллионов.

Какие бывают типы или виды бактерий и как их определить

Бактерии могут жить на любой другой форме жизни – на растении, животном. Многие знают словосочетание «микрофлора кишечника», а по телевизору постоянно рекламируют продукты, которые ее улучшают.

Обратите внимание

Фактически она, к примеру, бактериями как раз и сформирована, то есть в норме в человеческом организме тоже живет неисчислимо много микроскопических форм жизни. Они есть и на нашей коже, во рту – словом, где угодно.

Некоторые из них действительно вредны и даже опасны для жизни, поэтому так широко распространены антибактериальные средства, а вот без других выжить было бы просто невозможно – наши виды сосуществуют в симбиозе.

Условия обитания

Какой ни приведи пример бактерий, организмы эти исключительно стойкие, могут выжить в неблагоприятных условиях, легко приспосабливаются к отрицательным факторам. Некоторые формы нуждаются в кислороде для обеспечения жизнедеятельности, а другие могут прекрасно обходиться даже без него. Известно много примеров представителей бактерий, превосходно выживающих в бескислородной среде.

Исследования показали, что микроскопические формы жизни могут выжить при сильном морозе, им не страшна очень высока сухость или повышение температуры. Споры, которыми размножаются бактерии, без труда справляются даже с продолжительным кипячением или обработкой низкими температурами.

Какие бывают?

Разбирая примеры бактерий (врагов и друзей человека), нужно помнить, что современная биология вводит систему классификации, несколько упрощающую понимание этого многообразного царства.

Какие бывают типы или виды бактерий и как их определить

Принято говорить о нескольких разных формах, каждая из которых имеет специализированное наименование. Так, кокками называются бактерии в форме шара, стрептококками – шары, собранные в цепочку, а если образование похоже на гроздь, тогда его относят к группе стафилококков.

Бациллы имеют форму палочек, спириллы – спирали, а вибрионы – это такой пример бактерии (привести его должен уметь любой школьник, ответственно проходящий программу), который похож по форме на запятую.

Нередко бактерии собираются в многочисленные группы, формируют пленки, сложные цепочки с обилием изгибов. Известны примеры бактерий, паразитов, от природы оснащенных жгутиками – одним или несколькими. Выделяют подвижные, статичные формы. Двигаться микроскопические организмы могут, сокращаясь, при этом напоминая волну либо используя жгуты.

Такое наименование было принято относительно микроскопических форм жизни, которые при проведении анализа по Граму не меняют окраску под воздействием кристаллического фиолетового. К примеру, бактерии болезнетворные и безопасные из класса грамположительных сохраняют фиолетовый оттенок даже если промыть их спиртом, а вот грамотрицательные полностью обесцвечены.

При исследовании микроскопической формы жизни после промывания по Граму необходимо использовать контрактное окрашивающее вещество (сафранин), под влиянием которого бактерия станет розовой либо красной. Такая реакция обусловлена строением внешней мембраны, не дающей красителю проникнуть внутрь.

Зачем это нужно?

Если в рамках школьного курса ученику дают задание привести примеры бактерий, обычно он может вспомнить те формы, которые рассмотрены в учебнике, и для них уже указаны их ключевые особенности. Тест с окрашиванием был изобретен как раз для выявления этих специфических параметров. Первоначально исследование преследовало целью классификацию представителей микроскопической формы жизни.

Какие бывают типы или виды бактерий и как их определить

Результаты теста по Граму позволяют делать выводы относительно строения стенок клеток. На основании полученной информации можно разделять все выявленные формы на две группы, что далее учитывается в работе.

К примеру, болезнетворные бактерии из класса грамотрицательных значительно более стойкие к влиянию антител, так как клеточная стенка непроницаемая, защищенная, мощная.

А вот для грамположительных стойкость характерна заметно более низкая.

Классический пример заболевания, вызываемого бактериями – это воспалительный процесс, который может развиться в самых разных тканях и органах. Чаще всего такую реакцию провоцируют грамотрицательные формы жизни, поскольку их клеточные стенки вызывают реакцию со стороны иммунной системы человека.

В стенках содержится ЛПС (липополисахаридный слой), в ответ на который организм генерирует цитокины. Это провоцирует воспаление, организм хозяина вынужден справляться с повышенным производством отравляющих компонентов, что обусловлено борьбой между микроскопической формой жизни и иммунной системой.

Какие известны?

Пример паразитов-бактерий из числа грамотрицательных – это протеобактерии. Группа довольно многочисленная. Именно к ней относятся Salmonella, Pseudomonas, Helicobacter. Не менее важные для науки и медицины представители грамотрицательных микроскопических форм жизни – спирохеты, серобактерии, цианобактерии.

В медицине в настоящее время особенное внимание уделяется трем формам, провоцирующим серьезные заболевания. Половым путем передается бактерия Neisseria gonorrhoeae, симптоматика респираторных патологий наблюдается при заражении организма Moraxella catarrhalis, а одно из очень опасных для человека заболеваний – менингит – провоцируется бактерией Neisseria meningitidis.

Рассматривая, к примеру, бактерии, заболевания, которые они провоцируют, просто нельзя обойти вниманием бациллы.

Какие бывают типы или виды бактерий и как их определить

Слово это в настоящее время известно любому обывателю, даже очень слабо представляющему себе особенности микроскопических форм жизни, а ведь именно эта разновидность грамотрицательных бактерий исключительно важна для современных докторов и исследователей, так как провоцирует серьезные проблемы дыхательной системы человека.

Важно

Известны также примеры заболеваний мочеиспускательной системы, спровоцированные таким заражением. Некоторые бациллы негативно влияют на работу ЖКТ. Степень поражения зависит как от иммунитета человека, так и от конкретной формы, заразившей организм.

Определенная группа грамотрицательных бактерий связана с повышенной вероятностью внутрибольничной инфекции. Самые опасные из относительно широко распространённых вызывают вторичный менингит, пневмонию. Наиболее аккуратными должны быть работники медицинских учреждений отделения интенсивной терапии.

Литотрофы

Рассматривая примеры питания бактерий, особенное внимание нужно уделить уникальной группе литотрофов. Это такая микроскопическая форма жизни, которая для своей деятельности энергию получает из неорганического соединения.

В расход идут металлы, сероводород, аммоний, многие иные соединения, из которых бактерия получает электроны. В качестве окислителя в реакции выступает молекула кислорода либо иное соединение, уже прошедшее этап окисления.

Перенос электрона сопровождается продуцированием энергии, запасаемой организмом и используемой в метаболизме.

Для современных ученых литотрофы интересны в первую очередь потому, что представляют собой довольно нетипичные для нашей планеты живые организмы, и исследование позволяет существенно расширить представления о возможностях, которые есть у некоторых групп живых существ.

Зная примеры, названия бактерий из класса литотрофов, исследовав особенности их жизнедеятельности, можно в некоторой степени восстановить первичную экологическую систему нашей планеты, то есть период, когда фотосинтеза не было, кислорода не существовало, и даже органического вещества пока еще не появилось.

Изучение литотрофов дает шанс познания жизни на иных планетах, где таковая может реализовываться за счет окисления неорганики, при полном отсутствии кислорода.

Кто и что?

Что такое в природе литотрофы? Пример – клубеньковые бактерии, хемотрофные, карбокситрофные, метаногены. В настоящее время ученые не могут утверждать точно, что удалось обнаружить все разновидности, принадлежащие к этой группе микроскопических форм жизни. Предполагается, что дальнейшие исследования в этом направлении – одна из наиболее перспективных областей микробиологии.

Генетика

У большинства бактерий геном представлен единственной кольцевой молекулой ДНК (её иногда называют хромосомой), а размер генома варьирует от 160 тысяч пар оснований (п. о.) у эндосимбиотической бактерии Carsonella ruddii[en][103] до примерно 13 миллионов п. о. у почвенной бактерии Sorangium cellulosum[en][104].

Впрочем, у ряда представителей родов Streptomyces и Borrelia геном представлен единственной линейной хромосомой[105][106], а у некоторых видов рода Vibrio имеется более одной хромосомы[107]. Многие бактерии также содержат плазмиды — маленькие внехромосомные молекулы ДНК, которые содержат несколько генов, обеспечивающих своих обладателей разными полезными свойствами: устойчивостью к антибиотикам, новыми метаболическими реакциями и разнообразными факторами вирулентности[108].

В бактериальных геномах, как правило, содержится от нескольких сотен до нескольких тысяч генов. Бактериальные гены, за редкими исключениями, лишены интронов, а если они и есть, то очень короткие[109].

При делении бактериальной клетки дочерние клетки наследуют идентичные копии её генома и, по сути, являются её клонами. Однако в геномах бактерий постоянно происходят мутации, лучшие из которых поддерживаются отбором, кроме того, иногда у бактерий происходит и генетическая рекомбинация. Мутации возникают из-за ошибок ферментов, удваивающих ДНК, а также под действием мутагенов.

Скорость мутирования значительно различается не только у бактерий разных видов, но даже и у разных клонов, относящихся к одному виду[110]. Изменения в бактериальных геномах происходят также благодаря случайным мутациям и так называемым стресс-направленным мутациям (то есть гены, отвечающие за какой-либо процесс, сдерживающий рост, мутируют особенно часто)[111].

У некоторых бактерий клетки могут обмениваться друг с другом генетическим материалом. Существует три способа обмена генетической информацией между бактериями. Во-первых, бактериальные клетки могут поглощать экзогенную ДНК из окружающей среды в ходе процесса, называемого трансформацией[112]. Некоторые бактерии поглощают ДНК извне в нормальном состоянии, а другие начинают захватывать чужеродную ДНК после химического воздействия, то есть они должны прежде стать компетентными[en][113].

В природе компетентность развивается при стрессовых условиях и выступает в роли адаптивного механизма, потому что захваченный извне фрагмент ДНК может оказаться полезным для переживания неблагоприятных условий[114]. Во-вторых, бактерия может получить чужеродную ДНК в ходе трансдукции, когда бактериофаг не только сам вставляется в бактериальную хромосому, но и приносит с собой фрагмент генома другой бактерии.

Существует множество бактериофагов, но для всех них существует два типа жизненного цикла: литический цикл, когда клетка-хозяин разрушается вскоре после заражения, высвобождая наружу новые вирусные частицы, и лизогенный цикл, когда бактериофаг встраивается в геном бактерии и до некоторого момента мирно сосуществует с ней[115].

У бактерий существует ряд механизмов защиты от бактериофагов, в частности, система рестрикции-модификации[116] и система CRISPR/Cas. Система CRISPR/Cas, по сути, играет роль адаптивного иммунитета, потому что фрагменты геномов фагов, заразивших клетку, встраиваются в локус CRISPR, и при повторном заражении их репликация подавляется за счёт РНК-интерференции[117][118].

В-третьих, бактериальные клетки обмениваются генетическим материалом в ходе конъюгации, когда ДНК передаётся из одной клетки в другую при непосредственном контакте. Обычно передача генетического материала любым из трёх механизмов подразумевает участие бактерий одного вида, однако в некоторых случаях ДНК обмениваются бактерии разных видов.

Из чего состоят бактерии?

  • Клеточная стенка бактерии содержит полисахариды, белки, липиды. В основном же стенка состоит из многослойного пептидогликана.  Также стенка содержит наружную мембрану, которая своей трехслойной структурой похожа на цитоплазматическую (внутреннюю) мембрану. Обе мембраны состоят преимущественно из липидов.
  • Наружная мембрана изнутри состоит из фосфолипидов, наружный слой – это  липополисахариды. Пространство между мембранами заполнено ферментами. Внутренняя мембрана имеет три слоя, ее структура – это фосфолипиды в два слоя и интегральные белки.
Состав
Состав
  • Цитоплазму составляют белки, рибонуклеиновые кислоты, рибосомы. Также наличествуют запасные питательные вещества: гликоген, волютин, полисахариды.
  • Аналогом ядра можно назвать нуклеоид, находящийся в центре и представляющий собой закольцованную двунитевую ДНК. У нуклеоида отсутствует ядерная оболочка и ядрышко. Не представлены и гистоны.
  • В составе бактерий также можно наблюдать слизистую структуру с четкими границами, которую называют капсулой. В ее составе полисахариды, полипептиды.
  • Жгутик – это тонкая нить, длиннее самой клетки (до 15 мкм), начинающаяся с внутренней мембраны. Жгутики достигают в толщину всего 20 нм и имеют диски, с помощью которых крепятся к стенке.
  • И, наконец, неблагоприятные условия для бактерии могут провоцировать образование спор в бактериальной клетке, которые способны не только длительное время сохраняться, но и прорастать.

Поведение

Движение

Многие бактерии подвижны и перемещаются за счёт разных механизмов. Чаще всего для движения используются жгутики — длинные филаменты, которые вращаются, подобно пропеллеру[122], за счёт особого мотора у их основания. Движущей силой для мотора является электрохимический градиент клеточной мембраны[123]. В состав бактериального жгутика входят около 20 белков, а ещё 30 белков необходимы для регуляции его работы и сборки[122].

Различные варианты расположения жгутиков у бактерий: А — монотрих, B — лофотрих, C — амфитрих, D — перитрих

Различные варианты расположения жгутиков у бактерий: А — монотрих, B — лофотрих, C — амфитрих, D — перитрих

С помощью жгутиков бактерии могут двигаться по-разному. Многие бактерии, например, кишечная палочка Escherichia coli, могут двигаться вперёд или кувыркаться. За счёт кувыркания клетка меняет направление своего движения, которое представляет собой случайное блуждание в трёхмерном пространстве[124]. Количество и расположение жгутиков различно у разных видов.

Какие бывают типы или виды бактерий и как их определить

У некоторых бактерий есть всего один жгутик (монотрихи), у других два жгутика располагаются на двух противоположных концах клетки (амфитрихи), у третьих на полюсах клетки находятся пучки жгутиков (лофотрихи), а у четвёртых жгутики покрывают всю поверхность клетки (перитрихи). У спирохет жгутик находится в периплазматическом пространстве между двумя мембранами. Клетки спирохет имеют характерную извитую форму, которая меняется при движении[122].

Некоторые бактерии способны к так называемым подёргиваниям[en] (англ. twitching) за счёт пилей IV типа[125], а также скольжению. При подёргивании на клетке имеется палочковидный пиль, который связывается с субстратом и сокращается, проталкивая клетку вперёд[126].

Для подвижных бактерий характерно движение, направленное навстречу какому-либо стимулу или, напротив, от него — таксис. К числу таких поведенческих программ относятся хемотаксис, фототаксис, энергетический таксис и магнитотаксис[127][128][129]. Клетки бактерий могут кооперироваться с образованием единого скопления за счёт чувства кворума, как, например, миксобактерии при образовании плодовых тел.

Некоторые виды родов внутриклеточных паразитов[en]Listeria и Shigella движутся внутри клетки-хозяина, используя её цитоскелет, который обычно используется для перемещения клеточных органелл. Стимулируя полимеризациюактина у одного из полюсов своих клеток, эти бактерии формируют своего рода актиновый хвост, который проталкивает их вперёд[130].

Коммуникация

У некоторых бактерий имеются химические системы, испускающие свет. Способность к биолюминесценции часто имеется у бактерий, живущих в симбиозе с глубоководными рыбами, и свет, производимый бактериями, привлекает рыб друг к другу или более крупных животных к рыбам[131].

Бактерии часто формируют многоклеточные скопления, известные как биоплёнки, обмениваясь разнообразными химическими сигналами, за счёт которых их движение становится координированным[132][133]. Формирование многоклеточных скоплений даёт бактериям ряд преимуществ: в них наблюдаются разделение труда между клетками и появление различных функциональных типов клеток, питательные вещества усваиваются более эффективно, обеспечивается более надёжная защита от естественных врагов. Например, бактерии в составе биоплёнок в 500 раз более устойчивы к антибиотикам, чем одиночные планктонные клетки того же вида[133].

Какие бывают типы или виды бактерий и как их определить

Координированное поведение клеток одного и того же вида бактерий часто осуществляется за счёт особых химических веществ. На основе локальной концентрации этих веществ бактерия определяет плотность клеток-сородичей вокруг себя (чувство кворума). За счёт чувства кворума бактерии могут координировать экспрессию генов и начинают выделять и улавливать аутоиндукторы[en] или феромоны, концентрация которых повышается по мере роста популяции[134].

Классификация по виду дыхания

Самой распространенной считается фенотипическая группировка, включенная в девятое издание Определителя Берджи. Ее принципы базируются на структуре стенок клетки.

Определитель Берджи также классифицирует бактерии по окраске по Граму. Методика Грама – это способ исследования, при котором окрашивание позволяет дифференцировать организмы по биохимическим свойствам стенок их клетки. Метод разработал в 1884 году датский врач Грам.

Крупнейшие группы бактерий в классификации Берджи:

  • Грамотрицательные.
  • Грамположительные.
  • Микоплазмы.
  • Археи.

В последние годы популярность набирает филогенетическая классификация, которая строится на принципах молекулярной биологии. В 60-е годы прошлого столетия был открыт один из первых способов определения родственных связей по схожести генома – методика сопоставления концентрации гуанина (элемента нуклеиновой кислоты) и цитозина (составляющей ДНК) в макромолекуле ДНК.

В 70-е годы разработали еще одну методику, в корне изменившую теорию микробиологии – оценка последовательности генов в 16s рРНК. Посредством данного метода стало возможным выделение нескольких филогенетических группировок микроорганизмов и анализ их взаимосвязи.

Классификация на уровне вида осуществляется с помощью методики ДНК-ДНК гибридизации. Изучение досконально исследованных видов показывает, что 70% степени гибридизации описывают один вид, от 10% до 60% – один род, меньше 10% – различные роды.

Филогенетическая классификация частично копирует фенотипическую. Так, например, грамотрицательные входят и в ту, и в другую. Вместе с тем система грамотрицательных организмов практически полностью видоизменена. Архебактерии определены как независимый таксон высшего звена, некоторые таксономические группировки перераспределены, к одной категории отнесены микроорганизмы с различным экологическим предназначением.

По виду дыхания различают:

  • аэробные;
  • анаэробные организмы.

Клетки бактерий способны к дыханию, т. е. в них происходит окисление органических соединений кислородом, в результате чего образуется углекислый газ, вода и энергия. Эти организмы считаются аэробными, поскольку им нужен кислород. Они обитают на поверхности воды и земли, в воздушном пространстве.

Многие микроорганизмы существуют без кислорода, т. е. обходятся без дыхания. К ним относятся бактерии, участвующие в процессе разложения веществ при перегное. Такие организмы являются анаэробными. Дыхание заменяет брожение – разложение органических соединений без кислорода с выработкой энергии. В процессе брожения спирта образуется энергия в 114 кДж (или 27 килокалорий), в результате молочнокислого энергия составляет 94 кДж (или 18 килокалорий). Дыхание бактерий осуществляется в их лизосомах.

Ферменты играют важную роль в обменных процессах клетки. Они подразделяются на шесть групп:

  • Оксиредуктазы.
  • Трансферазы.
  • Гидролазы.
  • Лигазы.
  • Лиазы.
  • Изомеразы.

Вырабатываемые ферменты располагаются внутри клетки (эндоферменты) либо выводятся наружу (экзоферменты). Второй тип ферментов участвует в поступлении в клетку углерода и энергии. Большая часть ферментов из группы гидролаз причисляются к экзоферментам. Ряд ферментов (коллагеназа и т. д.) относится к ферментам агрессии. Отдельные ферменты расположены в стенках клетки. Они выполняют транспортную функцию, т. е. переносят в клетку вещества.

Какие бывают типы или виды бактерий и как их определить

Бактерии – это безъядерные одноклеточные микроорганизмы, которые классифицируются по множеству параметров (способы дыхания и питания, строение стенки клетки, форма и т. д.). На сегодняшний день науке известно более 10000 видов бактерий, но предположительно их количество достигает миллиона.

svetlanaguz

Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.

Филогенетическое древо, построенное на основании анализа рРНК, показывает разделение бактерий, архей и эукариот

Филогенетическое древо, построенное на основании анализа

рРНК

, показывает разделение бактерий, архей и эукариот

Бактерий можно классифицировать на основе строения клетки, метаболизма, а также различий в химическом составе клеток (наличия или отсутствия некоторых жирных кислот, пигментов, антигенов, хинонов)[96]. В то время как перечисленные характеристики подходят для выделения штаммов, непонятно, можно ли их использовать для разделения видов бактерий.

Дело в том, что у большинства бактерий нет отличительных структур, а из-за широко распространённого горизонтального переноса генов родственные виды могут сильно отличаться по морфологии и метаболизму[135]. В связи с этим в настоящее время современная классификация базируется на молекулярной филогенетике.

К числу её методов относят определение GC-состава генома, гибридизация геномов, а также секвенирование генов, которые не подверглись интенсивному горизонтальному переносу, такие как гены рРНК[136]. Релевантная классификация бактерий публикуется «Международным журналом систематической бактериологии» (англ.

International Journal of Systematic Bacteriology)[137] и руководством по систематической бактериологии Берджи (англ. Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology). Международный комитет систематики прокариот[en] (англ. International Committee on Systematics of Prokaryotes) регулирует международные правила именования таксонов бактерий и определение их рангов согласно правилам Международного кодекса номенклатуры прокариот[en] (англ. International Code of Nomenclature of Prokaryotes)[138].

Термин «бактерии» традиционно применяли по отношению к микроскопическим одноклеточным прокариотам. Однако данные молекулярной филогенетики свидетельствуют о том, что в действительности прокариоты подразделяются на два независимых домена, которые первоначально получили названия эубактерии (лат. Eubacteria) и архебактерии (лат.

Archaebacteria), но в настоящее время называются бактерии и археи[15]. Эти два домена, наряду с доменом эукариоты, составляют основу трёхдоменной системы, которая является наиболее популярной системой классификации живых организмов[139]. Археи и эукариоты состоят в более близком родстве, чем каждый из этих доменов к бактериям.

В медицине идентификация бактерий имеет огромное значение, поскольку от неё зависит схема лечения. По этой причине ещё до эры молекулярной биологии учёные активно разрабатывали методы, позволяющие быстро идентифицировать патогенные бактерии. В 1884 году Ганс Кристиан Грам предложил метод дифференциального окрашивания бактерий на основе строения их клеточной стенки[61].

При окрашивании по Граму грамположительные бактерии с толстым слоем пептидогликана имеют фиолетовый цвет, а грамотрицательные бактерии с тонким слоем пептидогликана окрашены в розовый. Комбинируя окрашивание по Граму и морфотипы, выделяют четыре основные группы бактерий: грамположительные кокки, грамположительные бациллы, грамотрицательные кокки, грамотрицательные бациллы.

Какие бывают типы или виды бактерий и как их определить

Однако для идентификации некоторых бактерий больше подходят другие методы окрашивания. Например, микобактерии и бактерии рода Nocardia не обесцвечиваются кислотами[en] после окрашивания по Цилю — Нильсену[142]. Некоторых бактерий можно идентифицировать по их росту на специфических средах и при помощи других методов, например, серологии[143].

Методы культивирования бактерий[en] разработаны так, чтобы способствовать росту определённых бактерий, но подавлять рост других бактерий из того же образца. Часто эти методы разрабатываются специально для определённых образцов, откуда берутся микробы. Например, для идентификации возбудителя пневмонии для дальнейшего культивирования берут образец мокроты, для идентификации возбудителя диареи для выращивания на селективной среде берут образец стула, причём во всех случаях рост непатогенных бактерий будет подавляться.

Образцы, которые в норме стерильны (например, кровь, моча, спинномозговая жидкость), культивируются в условиях, подходящих для роста любых микроорганизмов[96][144]. После изоляции патогенного микроорганизма можно изучать его морфологию, особенности роста (например, аэробный или анаэробный рост), характер гемолиза[en], а также окрашивать его разными методами.

Как и для классификации бактерий, молекулярные методы всё чаще применяют и для их идентификации. Диагностика, использующая такие молекулярные методы, как полимеразная цепная реакция (ПЦР), набирает всё большую популярность благодаря своей скорости и специфичности[145]. С помощью этих методов можно обнаруживать и идентифицировать бактерии, которые, хотя и сохраняют метаболическую активность, не делятся и поэтому не могут быть выращены в культуре[146].

Однако даже с помощью молекулярных методов точно определить или хотя бы примерно оценить число существующих видов бактерий невозможно. По состоянию на 2018, год описано несколько тысяч видов бактерий, но лишь около 250 из них являются патогенами человека[147]. Общее число видов бактерий, по разным оценкам, составляет от 107 до 109, но даже эти оценки могут быть на порядки меньше настоящего количества видов[148][149].

Однозначная и точная концепция вида бактерий так и не сформулирована. Это связано с невероятным разнообразием бактерий, широким распространением горизонтального переноса генов, невозможностью культивирования большинства бактерий и рядом других причин. Введение ПЦР и методов секвенирования в микробиологию позволило выделять виды бактерий на основании степени их сходства с геномами уже известных бактерий, однако и этот подход зачастую оказывается неэффективен из-за огромного разнообразия бактерий[150].

Помимо видов, при классификации бактерий иногда используют другие категории. К названию не до конца подтверждённых, а только предполагаемых видов добавляют слово Candidatus[151]. Многие виды подразделяются на так называемые штаммы — морфологические или генетические варианты (подтипы) бактерий в пределах одного вида. Однако ряд специалистов считает категорию «штамм» искусственной[152].

Как делятся, размножаются бактерии: схема

  • Способ размножения бактерий присущ всем одноклеточным организмам – это деление. Оно дает существование двум дочерним клеткам, которые в свою очередь повторяют этот процесс, тем самым каждый раз удваивая количество.
  • Существует также процесс, при котором образовываются споры. Это происходит при наличии неблагоприятных условий, когда цитоплазма способна образовать, покинув материнскую оболочку, новую, которая является более плотной. Такая клетка называется спорой. Если она попадает в благоприятную среду, то возможно ее прорастание и образование полноценной бактерии.
Размножение
Размножение

Бактерии в жизни человека

  • Бактерии влияют практически на любой аспект жизни природы и человека. Именно они «работают» над кругооборотом веществ, разлагая и видоизменяя органические вещества, способствуя почвообразовательным процессам, очищая водоемы.
  • Негативное влияние на живые организмы оказывают болезнетворные бактерии, описанные выше – они вызывают заболевания не только у людей, но влияют и на животных, и на растения.
  • Бактерии используются в фармакологии, являясь компонентами лекарственных препаратов, в пищевой промышленности, способствуя производству кисломолочных продуктов, заквасок, сыров. Процесс маринования также не обходится без участия бактерий, как и винодельческое ремесло.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
MinProduct.ru