Svijet oko nas zadivljuje raznolikošću vrsta svojih stanovnika. Prema posljednjem popisu ove "populacije" Zemlje, 6,6 milijuna vrsta živi na kopnu, a još 2,2 milijuna luta oceanskim dubinama. Svaka vrsta je karika u jednom lancu biosustava našeg planeta. Među njima najmanji živi organizmi su bakterije. Što je čovječanstvo uspjelo naučiti o ovim sićušnim stvorenjima?

Što su bakterije i gdje žive?

bakterije - Ovaj jednostanični organizmi mikroskopske veličine, jedna od vrsta mikroba.

Njihova rasprostranjenost na Zemlji doista je nevjerojatna. Žive u ledu Arktika i na dnu oceana, u svemiru, u toplim izvorima - gejzirima iu najslanijim vodenim površinama.

Ukupna težina ovih "šarmantnih mališana" koji su okupirali ljudsko tijelo doseže 2 kg! To je unatoč činjenici da njihove veličine rijetko prelaze 0,5 mikrona. Ogroman broj bakterija nastanjuje tijelo životinja, obavljajući tamo različite funkcije.

Živo biće i bakterije u njegovom tijelu međusobno utječu na zdravlje i dobrobit. Kada životinjska vrsta izumre, njezine jedinstvene bakterije također umiru.

Gledajući ih izgled, može se samo čuditi domišljatosti prirode. Ovi "privjesci" mogu imati štapićaste, sferne, spiralne i druge oblike. Istovremeno većina ih je bezbojna, samo su rijetke vrste obojene zeleno i ljubičasti izgled. Štoviše, tijekom milijardi godina mijenjaju se samo iznutra, ali njihov izgled ostaje nepromijenjen.

Pronalazač bakterija

Prvi istraživač mikrosvijeta bio je nizozemski prirodoslovac Anthony Van Leeuwenhoek. Njegovo ime postalo je poznato zahvaljujući aktivnosti kojoj je posvećivao sve svoje slobodno vrijeme. Bio je strastven prema proizvodnji i postigao je nevjerojatan uspjeh u ovom poslu. Njemu pripada čast da je izumio prvi mikroskop. U biti, to je bila sićušna leća promjera zrna graška, koja je davala povećanje od 200-300 puta. Moglo se koristiti samo pritiskom na oko.

Godine 1683. otkrio je i kasnije opisao "žive životinje" viđene kroz leću u kapi kišnice. Tijekom sljedećih 50 godina proučavao je različite mikroorganizme, opisujući više od 200 njihovih vrsta. Svoja zapažanja poslao je u Englesku, gdje su sjedokosi znanstvenici s napudranim perikama samo odmahivali glavama, zadivljeni otkrićima ovog nepoznatog samouka. Zahvaljujući Leeuwenhoekovu talentu i ustrajnosti rođena je nova znanost - mikrobiologija.

Opće informacije o bakterijama

Tijekom proteklih stoljeća mikrobiolozi su mnogo naučili o svijetu ovih sićušnih bića. Pokazalo se upravo tako Naš planet duguje rođenje višestaničnih oblika života bakterijama. Imaju veliku ulogu u održavanju kruženja tvari na Zemlji. Smjenjuju se generacije ljudi, biljke umiru, nakuplja se kućni otpad i zastarjele ljušture raznih bića – sve se to iskorištava i uz pomoć bakterija razgrađuje u procesu truljenja. I rezultirajuće kemijski spojevi vratiti se na okruženje.

Kako koegzistiraju čovječanstvo i svijet bakterija? Napravimo rezervaciju da postoje "dobre i loše" bakterije. Za širenje su krive “loše” bakterije ogroman iznos bolesti u rasponu od kuge i kolere do običnog hripavca i dizenterije. U naš organizam ulaze kapljičnim putem, hranom, vodom i kroz kožu. Ovi podmukli pratitelji mogu živjeti u različitim organima, a dok se naš imunološki sustav nosi s njima, oni se ne manifestiraju ni na koji način. Brzina njihove reprodukcije je nevjerojatna. Svakih 20 minuta njihov se broj udvostručuje. Ovo znači da jedan jedini patogeni mikrob stvori višemilijunsku vojsku u 12 sati iste bakterije koje napadaju tijelo.

Postoji još jedna opasnost od bakterija. Oni izazvati trovanje ljudi koji konzumiraju pokvarenu hranu - konzervirana hrana, kobasice itd.

Poraz u pobjedničkom ratu

Veliki napredak u borbi protiv patogenih bakterija bio je otkriće penicilina 1928- prvi antibiotik na svijetu. Ova klasa tvari može inhibirati rast i razmnožavanje bakterija. Rani uspjesi antibiotika bili su golemi. Bilo je moguće izliječiti bolesti koje su prije bile smrtonosne. Međutim, bakterije su otkrile nevjerojatnu prilagodljivost i sposobnost mijenjanja na način da su postojeći antibiotici bili bespomoćni u borbi i protiv najjednostavnijih infekcija. Ovaj sposobnost bakterija da mutiraju postala je stvarna prijetnja ljudskom zdravlju i dovela do pojave neizlječivih infekcija (uzrokovanih superbakterijama).

Bakterije kao saveznici i prijatelji čovječanstva

Razgovarajmo sada o “dobrim” bakterijama. Evolucija životinja i bakterija odvijala se paralelno. Građa i funkcije živih organizama postupno su postajale sve složenije. Ni bakterije nisu drijemale. Životinje, uključujući i ljude, postaju njihov dom. Talože se u ustima, na koži, u želucu i drugim organima.

Većina ih je iznimno korisna jer pomaže u probavi hrane, sudjeluje u sintezi određenih vitamina i čak nas štiti od njihovih patogenih dvojnika. Loša prehrana, stres i neselektivna uporaba antibiotika mogu uzrokovati poremećaje mikroflore, što nužno utječe na dobrobit osobe.

Zanimljivo, bakterije Osjetljivi su na ukusne preferencije ljudi.

Kod Amerikanaca koji tradicionalno konzumiraju visokokalorične namirnice (brza hrana, hamburgeri), bakterije su u stanju probaviti hranu bogatu mastima. A neki Japanci imaju crijevne bakterije prilagođene za probavu algi.

Uloga bakterija u gospodarskom djelovanju čovjeka

Korištenje bakterija počelo je i prije nego što je čovječanstvo znalo za njihovo postojanje. Ljudi su od davnina radili vino, fermentirali povrće, poznavali recepte za spravljanje kefira, kiselog mlijeka i kumisa, proizvodili svježi sir i sireve.

Mnogo kasnije se pokazalo da u svim tim procesima sudjeluju sićušni pomagači prirode – bakterije.

Kako su se saznanja o njima produbljivala, njihova se primjena širila. “Trenirani” su za borbu protiv biljnih nametnika i obogaćivanje tla dušikom, siliranje zelene krme i pročišćavanje otpadnih voda u kojima doslovno proždiru razne organske ostatke.

Umjesto epiloga

Dakle, ljudi i mikroorganizmi međusobno su povezani dijelovi jednog prirodnog ekosustava. Između njih, uz natjecanje u borbi za životni prostor, postoji obostrano korisna suradnja (simbioza).

Kako bismo se obranili kao vrsta, moramo zaštititi svoje tijelo od invazije patogenih bakterija, a također moramo biti iznimno oprezni s upotrebom antibiotika.

Istodobno, mikrobiolozi rade na proširenju područja primjene bakterija. Primjer je projekt stvaranja bakterija osjetljivih na svjetlost i njihove upotrebe za proizvodnju biološke celuloze. Kada se izloži svjetlosti, počinje proizvodnja, a kada se ugasi, proizvodnja prestaje.

Organizatori projekta uvjereni su da organi stvoreni od ovog prirodnog biološkog materijala neće doživjeti odbacivanje u tijelu. Predložena tehnika svijetu otvara nevjerojatne mogućnosti za stvaranje medicinskih implantata.

Ako vam je ova poruka bila korisna, bilo bi mi drago da vas vidim

Metode određivanja ukupne biokemijske aktivnosti mikroflore tla

Značajke mikrobne stanične organizacije

Uloga mikroorganizama u prirodi i poljoprivredi

Široka rasprostranjenost mikroorganizama ukazuje na njihovu golemu ulogu u prirodi. Njihovim sudjelovanjem razgrađuju se razne organske tvari u tlu i vodenim tijelima; O njihovim aktivnostima ovisi plodnost tla, stvaranje ugljena, nafte i mnogih drugih minerala. Mikroorganizmi sudjeluju u trošenju stijena i drugim prirodnim procesima.

Mnogi se mikroorganizmi koriste u industrijskoj i poljoprivrednoj proizvodnji. Tako pekarstvo, proizvodnja fermentiranih mliječnih proizvoda, vinarstvo, proizvodnja vitamina, enzima, proteina hrane i stočne hrane, organskih kiselina i mnogih tvari koje se koriste u poljoprivreda, industrija i medicina, temelje se na aktivnosti različitih mikroorganizama. Posebno je važna uporaba mikroorganizama u biljnoj i stočarskoj proizvodnji. O njima ovisi obogaćivanje tla dušikom, suzbijanje štetnika usjeva uz pomoć mikrobnih pripravaka, odgovarajuću pripremu i skladištenje hrane, stvaranje bjelančevina hrane, antibiotika i tvari mikrobnog podrijetla za hranidbu životinja.

Mikroorganizmi pozitivno utječu na procese razgradnje tvari neprirodnog podrijetla - ksenobiotika, umjetno sintetiziranih, koji ulaze u tlo i vodena tijela i zagađuju ih.

Uz korisne mikroorganizme postoji velika skupina tzv. patogenih, odnosno patogenih mikroorganizama koji uzrokuju razne bolesti domaćih životinja, biljaka, kukaca i ljudi. Kao posljedica njihove životne aktivnosti nastaju epidemije zaraznih bolesti ljudi i životinja, što utječe na razvoj gospodarstva i proizvodnih snaga društva.

Najnoviji znanstveni podaci ne samo da su značajno proširili razumijevanje mikroorganizama u tlu i procesa koje oni uzrokuju u okolišu, već su omogućili i stvaranje novih sektora u industriji i poljoprivrednoj proizvodnji. Primjerice, otkriveni su antibiotici koje izlučuju mikroorganizmi tla, te je prikazana mogućnost njihove primjene za liječenje ljudi, životinja i biljaka, kao i za skladištenje poljoprivrednih proizvoda. Otkrivena je sposobnost mikroorganizama u tlu da stvaraju biološki aktivne tvari: vitamine, aminokiseline, stimulanse rasta biljaka - tvari za rast itd. Pronađeni su načini za iskorištavanje proteina mikroorganizama za ishranu domaćih životinja. Izolirani su mikrobni pripravci koji pospješuju opskrbu tla dušikom iz zraka.

Otkriće novih metoda za dobivanje nasljedno modificiranih oblika korisnih mikroorganizama omogućilo je širu primjenu mikroorganizama u poljoprivredi i industrijska proizvodnja, kao i u medicini. Osobito je perspektivan razvoj genetičkog, odnosno genetskog inženjeringa. Njezina postignuća omogućila su razvoj biotehnologije, nastanak visokoproduktivnih mikroorganizama koji sintetiziraju bjelančevine, enzime, vitamine, antibiotike, tvari za rast i druge proizvode potrebne za stočarstvo i biljnu proizvodnju.

Čovječanstvo je oduvijek dolazilo u kontakt s mikroorganizmima, tisućljećima, a da toga nije ni bilo svjesno. Od pamtivijeka su ljudi promatrali fermentaciju tijesta, pripremali alkoholna pića, fermentirali mlijeko, pravili sireve, prenosili razne bolesti, uključujući i epidemijske. Dokazi o potonjem u biblijskim knjigama ukazuju na raširenu bolest (vjerojatno kugu) s preporukama spaljivanja leševa i pranja.

Sukladno trenutno prihvaćenoj klasifikaciji, mikroorganizmi se prema vrsti prehrane dijele u više skupina ovisno o izvorima energije i potrošnje ugljika. Tako postoje fototrofi, koji koriste energiju sunčeve svjetlosti, i kemotrofi, kojima kao energetski materijal služe razne organske i anorganske tvari.

Ovisno o obliku u kojem mikroorganizmi dobivaju ugljik iz okoliša, dijele se u dvije skupine: autotrofne (“hrane se sami”), koji koriste ugljični dioksid kao jedini izvor ugljika, i heterotrofne (“hrane se na račun drugih”) , primajući ugljik u sastavu prilično složenih reduciranih organskih spojeva.

Dakle, prema načinu dobivanja energije i ugljika mikroorganizme možemo podijeliti na fotoautotrofe, fotoheterotrofe, kemoautotrofe i kemoheterotrofe. Unutar skupine, ovisno o prirodi oksidiranog supstrata, naziva se donor elektrona (H-donor), pak, postoje organotrofi koji troše energiju tijekom razgradnje organskih tvari, te litotrofi (od grčkog lithos - kamen), koji dobivaju energiju oksidacijom anorganskih tvari . Stoga, ovisno o izvoru energije i donoru elektrona koje koriste mikroorganizmi, treba razlikovati fotoorganotrofe, fotolitotrofe, kemoorganotrofe i kemolitotrofe. Dakle, ima ih osam moguće vrste prehrana.

Svaka skupina mikroorganizama ima specifičan način prehrane. U nastavku se nalazi opis najčešćih vrsta ishrane i kratki popis mikroorganizama koji ih provode.

U fototrofiji, izvor energije je sunčeva svjetlost. Fotolitoautotrofija je vrsta prehrane karakteristična za mikroorganizme koji svjetlosnom energijom sintetiziraju stanične tvari iz C0 2 i anorganskih spojeva (H 2 0, H 2 S, S°), t.j. provođenje fotosinteze. Ova skupina uključuje cijanobakterije, ljubičaste sumporne bakterije i zelene sumporne bakterije.

Cijanobakterije (red Cyanobacteria1es), poput zelenih biljaka, reduciraju CO2 u organsku tvar fotokemijski pomoću vodika iz vode:

C0 2 + H 2 0 svjetlo-› (CH 2 O) * + O 2

Ljubičaste sumporne bakterije (obitelj Chromatiaceae) sadrže bakterioklorofile a i b, koji određuju sposobnost fotosinteze ovih mikroorganizama, te razne karotenoidne pigmente.

Za vraćanje CO2 u organsku tvar, bakterije ove skupine koriste vodik, koji je dio H25. U ovom slučaju, granule sumpora se nakupljaju u citoplazmi, koja se zatim oksidira u sumpornu kiselinu:

S0 2 + 2N 2 S svjetlo-› (SH 2 O) + N 2 + 2S

3CO 2 + 2S + 5H 2 O svjetlo-› 3 (CH 2 0) + 2H 2 S0 4

Ljubičaste sumporne bakterije obično su obvezni anaerobi.

Zelene sumporne bakterije (porodica Chlorobiaceae) sadrže zelene bakterioklorofile, au malim količinama i bakterioklorofil, kao i razne karotenoide. Poput purpurnih sumpornih bakterija, oni su strogi anaerobi i sposobni su oksidirati vodikov sulfid, sulfide i sulfite tijekom fotosinteze, akumulirajući sumpor, koji se u većini slučajeva oksidira do 50^2.

Fotoorganoheterotrofija je vrsta prehrane karakteristična za mikroorganizme koji osim fotosinteze za dobivanje energije mogu koristiti i jednostavne organske spojeve. Ova skupina uključuje ljubičaste nesumporne bakterije.

Ljubičaste nesumporne bakterije (obitelj Rhjdospirillaceae) sadrže bakterioklorofile a i b, kao i razne karotenoide. Oni nisu sposobni oksidirati sumporovodik (H 2 S), akumulirati sumpor i ispuštati ga u okoliš.

U kemotrofiji su izvor energije anorganski i organski spojevi. Kemolitoautotrofija je vrsta prehrane karakteristična za mikroorganizme koji dobivaju energiju oksidacijom anorganskih spojeva, kao što su H 2, NH 4 +, N0 2 -, Fe 2+, H 2 S, S°, S03 2 -, S 2 03 2- , CO itd. Sam proces oksidacije naziva se kemosinteza. Ugljik za izgradnju svih komponenti kemolitoautotrofnih stanica dobiva se iz ugljičnog dioksida.

Kemosinteza u mikroorganizmima (bakterije željeza i nitrifikacijske bakterije) otkrivena je 1887.-1890. poznati ruski mikrobiolog S.N. Vinogradskog. Kemolitoautotrofiju provode nitrifikacijske bakterije (oksidiraju amonijak ili nitrite), sumporne bakterije (oksidiraju vodikov sulfid, elementarni sumpor i neke jednostavne anorganske spojeve sumpora), bakterije koje oksidiraju vodik u vodu, željezne bakterije sposobne oksidirati spojeve dvovalentnog željeza itd.

Predodžbu o količini energije dobivene tijekom procesa kemolitoautotrofije uzrokovane ovim bakterijama daju sljedeće reakcije:

NH3 + 11/2 0 2 - HN0 2 + H 2 0 + 2,8 10 5 J

HN0 2 + 1/2 0 2 - HN0 3 + 0,7 105 J

H 2 S + 1/2 0 2 - S + H 2 0 + 1,7 10 5 J

S + 11/2 0 2 - H 2 S0 4 + 5,0 10 5 J

N 2 + 1/ 2 0 2 - N 2 0 + 2,3 10 5 J

2FeC0 3 + 1/2 0 2 + ZN 2 0 - 2Fe (OH) 3 + 2C0 2 + 1,7 10 5 J

Kemoorganoheterotrofija je vrsta prehrane karakteristična za mikroorganizme koji potrebnu energiju i ugljik dobivaju iz organskih spojeva. Među tim mikroorganizmima mnoge su aerobne i anaerobne vrste koje žive u tlu i drugim supstratima.

Bakterije su najstariji organizmi na zemlji, a ujedno i najjednostavniji po svojoj građi. Sastoji se od samo jedne stanice, koja se može vidjeti i proučavati samo pod mikroskopom. Karakteristična značajka bakterija je nedostatak jezgre, zbog čega se bakterije svrstavaju u prokariote.

Neke vrste tvore male skupine stanica; takve nakupine mogu biti okružene čahurom (kutijom). Veličina, oblik i boja bakterije uvelike ovise o okolišu.

Bakterije se po obliku razlikuju na: štapićaste (bacile), kuglaste (koke) i zavijene (spirile). Postoje i modificirani - kubični, u obliku slova C, u obliku zvijezde. Njihova veličina je od 1 do 10 mikrona. Određene vrste bakterija mogu se aktivno kretati pomoću flagela. Potonji su ponekad dvostruko veći od same bakterije.

Vrste oblika bakterija

Za kretanje bakterije koriste bičeve, čiji broj varira - jedan, par ili snop bičeva. Položaj flagela također može biti različit - s jedne strane ćelije, sa strane ili ravnomjerno raspoređen po cijeloj ravnini. Također, jednim od načina kretanja smatra se klizanje zahvaljujući sluzi kojom je prokariota prekrivena. Većina ima vakuole unutar citoplazme. Podešavanje kapaciteta plina u vakuolama pomaže im da se kreću gore ili dolje u tekućini, kao i da se kreću kroz zračne kanale u tlu.

Znanstvenici su otkrili više od 10 tisuća vrsta bakterija, ali prema znanstvenim istraživačima, u svijetu postoji više od milijun vrsta. Opće karakteristike bakterija omogućuje određivanje njihove uloge u biosferi, kao i proučavanje strukture, vrsta i klasifikacije carstva bakterija.

Staništa

Jednostavnost strukture i brzina prilagodbe uvjetima okoliša pomogli su širenju bakterija u širok raspon našeg planeta. Postoje posvuda: voda, tlo, zrak, živi organizmi - sve je to najprihvatljivije stanište za prokariote.

Bakterije su pronađene i na južnom polu i u gejzirima. Nalaze se na dnu oceana, kao iu gornjim slojevima Zemljinog zračnog omotača. Bakterije žive posvuda, ali njihov broj ovisi o povoljnim uvjetima. Na primjer, veliki broj bakterijskih vrsta živi u otvorenim vodenim tijelima, kao iu tlu.

Strukturne značajke

Bakterijska stanica se razlikuje ne samo po tome što nema jezgru, već i po tome što nema mitohondrija i plastida. DNK ovog prokariota nalazi se u posebnoj nuklearnoj zoni i ima izgled nukleoida zatvorenog u prsten. Kod bakterija, stanična struktura sastoji se od stanične stijenke, kapsule, membrane slične kapsuli, bičeva, pila i citoplazmatske membrane. Unutarnju strukturu čine citoplazma, granule, mezosomi, ribosomi, plazmidi, inkluzije i nukleoidi.

Stanična stijenka bakterije ima funkciju obrane i potpore. Tvari mogu slobodno teći kroz njega zbog propusnosti. Ova ljuska sadrži pektin i hemicelulozu. Neke bakterije izlučuju posebnu sluz koja može pomoći u zaštiti od isušivanja. Sluz tvori kapsulu – polisaharid kemijski sastav. U ovom obliku bakterija može podnijeti i vrlo visoke temperature. Također obavlja druge funkcije, kao što je prianjanje na sve površine.

Na površini bakterijske stanice nalaze se tanka proteinska vlakna koja se zovu pili. Može ih biti velik broj. Pili pomažu stanici u prijenosu genetskog materijala i osiguravaju prianjanje na druge stanice.

Ispod ravnine stijenke nalazi se troslojna citoplazmatska membrana. Jamči transport tvari i također igra značajnu ulogu u stvaranju spora.

Citoplazma bakterija je 75 posto sastavljena od vode. Sastav citoplazme:

• ribice;
• mezosomi;
• aminokiseline;
• enzimi;
• pigmenti;
• šećer;
• granule i inkluzije;
• nukleoid.

Metabolizam kod prokariota moguć je i sa i bez sudjelovanja kisika. Većina ih jede gotove hranjivim tvarima organskog porijekla. Vrlo je mali broj vrsta sposoban sintetizirati organske tvari iz anorganskih. Riječ je o modrozelenim bakterijama i cijanobakterijama koje su imale značajnu ulogu u formiranju atmosfere i njenom zasićenju kisikom.

Reprodukcija

U uvjetima povoljnim za razmnožavanje obavlja se pupanjem ili vegetativno. Nespolno razmnožavanje odvija se sljedećim redoslijedom:

1. Bakterijska stanica postiže svoj maksimalni volumen i sadrži potrebnu zalihu hranjivih tvari.
2. Stanica se produljuje i u sredini se pojavljuje pregrada.
3. Dioba nukleotida odvija se unutar stanice.
4. Glavna i odvojena DNK se razilaze.
5. Stanica se dijeli na pola.
6. Rezidualno stvaranje stanica kćeri.

Ovom metodom reprodukcije nema razmjene genetskih informacija, pa će sve stanice kćeri biti točna kopija majke.

Zanimljiviji je proces razmnožavanja bakterija u nepovoljnim uvjetima. O sposobnosti spolne reprodukcije bakterija znanstvenici su saznali relativno nedavno - 1946. godine. Bakterije nemaju podjelu na ženske i spolne stanice. Ali njihov DNK je heterogen. Kada se dvije takve stanice približe jedna drugoj, formiraju kanal za prijenos DNA, te dolazi do izmjene mjesta – rekombinacije. Proces je dosta dug, a rezultat su dvije potpuno nove osobe.

Većinu bakterija vrlo je teško vidjeti pod mikroskopom jer nemaju svoju boju. Malo je sorti ljubičaste ili zelene boje zbog sadržaja bakterioklorofila i bakteriopurpurina. Iako ako pogledamo neke kolonije bakterija, postaje jasno da one ispuštaju obojene tvari u svoju okolinu i dobivaju svijetlu boju. Kako bi se prokarioti detaljnije proučili, oni se boje.

Klasifikacija

Klasifikacija bakterija može se temeljiti na pokazateljima kao što su:

• Oblik
• način prijevoza;
• način dobivanja energije;
• otpadni proizvodi;
• stupanj opasnosti.

Bakterije simbiontižive u zajednici s drugim organizmima.

Bakterije saprofitižive na već mrtvim organizmima, proizvodima i organskom otpadu. Oni potiču procese truljenja i fermentacije.

Truljenje čisti prirodu od leševa i drugog organskog otpada. Bez procesa raspadanja ne bi bilo kruženja tvari u prirodi. Dakle, koja je uloga bakterija u ciklusu tvari?

Bakterije truljenja pomažu u procesu razgradnje proteinskih spojeva, kao i masti i drugih spojeva koji sadrže dušik. Nakon izvođenja složene kemijske reakcije, oni razbijaju veze između molekula organskih organizama i hvataju molekule proteina i aminokiselina. Kada se molekule raspadnu, oslobađaju amonijak, sumporovodik i drugo štetne tvari. Otrovne su i mogu uzrokovati trovanje ljudi i životinja.

Bakterije truleži brzo se množe u za njih povoljnim uvjetima. Budući da to nisu samo korisne bakterije, već i štetne, kako bi spriječili prerano truljenje proizvoda, ljudi su ih naučili prerađivati: sušenje, kiseljenje, soljenje, dimljenje. Sve te metode obrade ubijaju bakterije i sprječavaju njihovo razmnožavanje.

Bakterije fermentacije uz pomoć enzima mogu razgraditi ugljikohidrate. Ljudi su ovu sposobnost primijetili još u davnim vremenima i još uvijek koriste takve bakterije za izradu proizvoda mliječne kiseline, octa i drugih prehrambenih proizvoda.

Bakterije, radeći zajedno s drugim organizmima, obavljaju vrlo važan kemijski rad. Vrlo je važno znati koje sve vrste bakterija postoje i kakvu korist ili štetu donose prirodi.

Značenje u prirodi i za čovjeka

Gore je već spomenuta velika važnost mnogih vrsta bakterija (u procesima truljenja i razne vrste fermentacija), tj. ispunjavajući sanitarnu ulogu na Zemlji.

Bakterije također igraju veliku ulogu u ciklusu ugljika, kisika, vodika, dušika, fosfora, sumpora, kalcija i drugih elemenata. Mnoge vrste bakterija doprinose aktivnoj fiksaciji atmosferskog dušika i pretvaraju ga u organski oblik, čime se povećava plodnost tla. Posebno važno imaju one bakterije koje razgrađuju celulozu, koje su glavni izvor ugljika za život mikroorganizama u tlu.

Bakterije koje smanjuju sulfat sudjeluju u stvaranju nafte i sumporovodika u ljekovitom blatu, tlu i moru. Dakle, sloj vode zasićen sumporovodikom u Crnom moru rezultat je vitalne aktivnosti bakterija koje reduciraju sulfat. Djelovanje ovih bakterija u tlu dovodi do stvaranja sode i zaslanjivanja tla sodom. Bakterije koje smanjuju sulfat pretvaraju hranjive tvari u tlu plantaže riže u oblik koji postaje dostupan korijenu usjeva. Ove bakterije mogu uzrokovati koroziju metalnih podzemnih i podvodnih građevina.

Zahvaljujući vitalnoj aktivnosti bakterija, tlo se oslobađa od mnogih proizvoda i štetnih organizama te je zasićeno vrijednim hranjivim tvarima. Baktericidni pripravci uspješno se koriste za suzbijanje mnogih vrsta insekata štetnika (kukuruzni plamenac, itd.).

Mnoge vrste bakterija koriste se u raznim industrijama za proizvodnju acetona, etilnog i butilnog alkohola, octene kiseline, enzima, hormona, vitamina, antibiotika, proteinsko-vitaminskih pripravaka itd.

Bez bakterija su nemogući procesi štavljenja kože, sušenja lišća duhana, proizvodnje svile, gume, prerade kakaovca, kave, namakanja konoplje, lana i drugih ličnjaka, kiselog kupusa i čišćenja. otpadne vode, ispiranje metala itd.

Među bakterijama industrijska primjena od davnina imaju bakterije mliječne kiseline rodova Lactobacillus, Streptococcus prilikom primanja fermentiranih mliječnih proizvoda. Koke su okruglog, ovalnog oblika promjera 0,5-1,5 mikrona, raspoređene u parovima ili u lancima različitih duljina. Veličine štapićastih bakterija ili spojenih u lance.

Streptokok mliječne kiseline Streptococcus lactis ima stanice povezane u parove ili kratke lance, zgrušava mlijeko nakon 10-12 sati, neke rase stvaraju antibiotik nizin.

C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 CHOHCOOH

Kremasti streptokok S. cremoris oblikuje duge lance od sferičnih stanica, neaktivnih tvoraca kiseline, koji se koriste za fermentaciju vrhnja u proizvodnji kiselog vrhnja.

Acidofilni bacil Lactobacillus acidophilus tvore duge lance štapićastih stanica; kada fermentiraju, nakupljaju do 2,2% mliječne kiseline i antibiotske tvari koje djeluju protiv uzročnika crijevnih bolesti. Na temelju njih pripremaju se medicinski biološki pripravci za prevenciju i liječenje gastrointestinalnih bolesti poljoprivrednih životinja.

Štapići mliječne kiseline L. plantatum imaju stanice povezane u parove ili u lance. Sredstva za fermentaciju tijekom fermentacije povrća i siliranja stočne hrane. L. brevis fermentiraju šećere pri kiseljenju kupusa i krastavaca, stvarajući kiseline, etanol, CO2.

Bez spora, nepomični, gram+ štapići roda Propionibacterium obitelji Propionibacteriaceae– uzročnici propionsko-kiselog vrenja, uzrokuju pretvorbu šećera ili mliječne kiseline i njezinih soli u propionsku i octenu kiselinu.

3C 6 H 12 O 6 →4CH 3 CH 2 COOH+2CH 3 COOH+2CO 2 +2H 2 O

Propionska kisela fermentacija je u osnovi zrenja sireva sa sirilima. Neke vrste bakterija propionske kiseline koriste se za proizvodnju vitamina B12.

Bakterije obitelji koje stvaraju spore Bacilloceae vrsta Clostridium su uzročnici maslačno-kiselog vrenja, pretvarajući šećere u maslačnu kiselinu

C 6 H 12 O 6 → CH 3 (CH 2)COOH+2CO 2 +2H 2

Maslačna kiselina

Staništa– tlo, muljeviti sedimenti vodenih tijela, nakupine organskih ostataka koji se raspadaju, prehrambeni proizvodi.

Ovi se minerali koriste u proizvodnji maslačne kiseline, koja ima neugodan miris, za razliku od svojih emisija:

Metil eter – miris jabuke;

Etil - kruška;

Amyl - ananas.

Koriste se kao arome.

Bakterije maslačne kiseline mogu uzrokovati kvarenje prehrambenih sirovina i proizvoda: bubrenje sireva, užeglost mlijeka, maslaca, bombardiranje konzervirane hrane, uginuće krumpira i povrća. Dobivena maslačna kiselina daje oštar užegli okus i jak neugodan miris.

Bakterije octene kiseline – gram štapići bez spora s polarnim flagelama, pripadaju rodu Gluconobacter (Acetomonas); tvore octenu kiselinu iz etanola

CH3CH2OH+O2→CH3COOH+H2O

Svojevrsni štapići Acetobacter– peritrihi, sposobni oksidirati octenu kiselinu u CO 2 i H 2 O.

Bakterije octene kiseline karakteriziraju varijabilnost u obliku; pod nepovoljnim uvjetima poprimaju oblik debelih, dugih niti, ponekad natečenih. Bakterije octene kiseline su široko rasprostranjene na površini biljaka, njihovim plodovima i u kiselom povrću.

Proces oksidacije etanola u octenu kiselinu temelj je za proizvodnju octa. Spontani razvoj bakterija octene kiseline u vinu, pivu i kvasu dovodi do njihovog kvarenja - kiseljenja, zamućenja. Ove bakterije stvaraju suhe naborane filmove, otoke ili prsten u blizini stijenki posude na površini tekućine.

Uobičajena vrsta oštećenja je truljenje je proces duboke razgradnje proteinskih tvari mikroorganizmima. Najaktivniji uzročnici procesa truljenja su bakterije.

Sijeno i štapić od krumpiraBacillus subtilis - aerobni gram+ štapić koji stvara spore. Spore su otporne na toplinu, ovalne. Stanice su osjetljive na kiselu sredinu i visok sadržaj NaCl.

Rod bakterijaPseudomonus – aerobno pokretni štapići s polarnim flagelama, ne stvaraju spore, gram-. Neke vrste sintetiziraju pigmente, nazivaju se fluorescentne pseudomone, neke su otporne na hladnoću i uzrokuju kvarenje proteinskih proizvoda u hladnjacima. Uzročnici bakterioze kulturnih biljaka.

Spore koje tvore štapiće roda Clostridium razgrađuju bjelančevine uz stvaranje velike količine plina NH 3, H 2 S, kiseline, posebno opasne za konzerviranu hranu. Teško trovanje hranom uzrokuje toksin velikih pokretnih gram+ štapića Clostridium botulinum. Spore daju izgled buke. Egzotoksin ovih bakterija utječe na središnji živčani i kardiovaskularni sustav(znakovi: oštećenje vida, oštećenje govora, paraliza, zatajenje disanja).

Velika vrijednost Nitrifikacijske, denitrifikacijske i dušičnofiksirajuće bakterije igraju ulogu u formiranju tla. To su uglavnom stanice koje ne stvaraju spore. Uzgajaju se u umjetnim uvjetima a primjenjuje se u obliku gnojiva u tlu.

Bakterije se koriste u proizvodnji hidrolitičkih enzima i aminokiselina za proizvodnju hrane.

Među bakterijama posebno je potrebno istaknuti uzročnike prehrambenih infekcija i trovanja hranom. Infekcije koje se prenose hranom uzrokuju patogene bakterije prisutne u hrani i vodi. Crijevne infekcije– kolera – virion kolere;

Mikroorganizmi i njihovi metabolički proizvodi danas se široko koriste u industriji, poljoprivredi i medicini.

Povijest uporabe mikroorganizama

Već 1000. godine prije Krista, Rimljani, Feničani i druge rane civilizacije vadili su bakar iz rudničkih voda ili voda koje su prodirale kroz rudna tijela. U 17. stoljeću Velšani u Engleskoj (County Wales) i u 18.st. Španjolci u rudniku Rio Tinto koristili su ovaj proces "ispiranja" za ekstrakciju bakra iz minerala koji ga sadrže. Ovi drevni rudari nisu imali pojma da bakterije igraju aktivnu ulogu u takvim procesima ekstrakcije metala. Ovaj proces, poznat kao bakterijsko ispiranje, sada se koristi u velikim razmjerima u cijelom svijetu za ekstrakciju bakra iz niskokvalitetnih ruda koje sadrže tragove ovog i drugih vrijednih metala. Bioluženje se također koristi (iako manje široko) za oslobađanje urana. Provedena su brojna istraživanja o prirodi organizama uključenih u procese ispiranja metala, njihovim biokemijskim svojstvima i potencijalnim primjenama u ovom području. Rezultati ovih studija posebno pokazuju da se bakterijsko ispiranje može naširoko koristiti u rudarskoj industriji i, po svoj prilici, može u potpunosti zadovoljiti potrebu za tehnologijama koje štede energiju i ekološki prihvatljive.

Nešto manje poznato, ali jednako važno, je korištenje mikroorganizama u rudarskoj industriji za ekstrakciju metala iz otopina. Neke napredne tehnologije već uključuju biološki procesi za dobivanje metala u otopljenom stanju ili u obliku čvrstih čestica “iz vode za pranje zaostale od obrade rude. Sposobnost mikroorganizama da akumuliraju metale odavno je poznata, a entuzijasti već dugo sanjaju o upotrebi mikroba za izdvajanje vrijednih metala iz morske vode. Provedene studije raspršile su neke nade i uvelike odredile područja primjene mikroorganizama. Oporaba uz pomoć metala ostaje obećavajuća metoda za jeftinu obradu industrijskih otpadnih voda onečišćenih metalima i ekonomičnu oporabu vrijednih metala.

Odavno je poznata sposobnost mikroorganizama da sintetiziraju polimerne spojeve; zapravo, većina staničnih komponenti su polimeri. Međutim, danas manje od 1% ukupne količine polimernih materijala proizvodi mikrobiološka industrija; preostalih 99% dolazi iz nafte. Biotehnologija do sada nije imala presudan utjecaj na tehnologiju polimera. Možda će u budućnosti uz pomoć mikroorganizama biti moguće stvarati nove materijale za posebne namjene.

Treba istaknuti još jedan važan aspekt korištenja mikroorganizama u kemijskoj analizi - koncentraciju i izolaciju elemenata u tragovima iz razrijeđenih otopina. Trošeći i asimilirajući mikroelemente u procesu života, mikroorganizmi mogu selektivno nakupljati neke od njih u svojim stanicama, pročišćavajući hranjive otopine od nečistoća. Na primjer, kalupi se koriste za selektivno taloženje zlata iz otopina klorida.

Moderne aplikacije

Mikrobna biomasa koristi se kao hrana za stoku. Mikrobna biomasa nekih usjeva koristi se u obliku različitih starter kultura, koje se koriste u prehrambena industrija. Tako je i s pripremom kruha, piva, vina, žestokih pića, octa, fermentiranih mliječnih proizvoda, sireva i mnogih proizvoda. Drugo važno područje je korištenje otpadnih produkata mikroorganizama. Na temelju prirode tih tvari i njihove važnosti za proizvođača, otpadne proizvode možemo podijeliti u tri skupine.

1 grupa- To su velike molekule s molekularnom težinom. To uključuje razne enzime (lipaze, itd.) i polisaharide. Primjena im je iznimno široka - od prehrambene i tekstilne industrije do naftne industrije.

2. skupina- to su primarni metanoboliti, koji uključuju tvari potrebne za rast i razvoj same stanice: aminokiseline, organske kiseline, vitamine i druge.

3 grupa- sekundarni metanoboliti. Tu spadaju: antibiotici, toksini, alkaloidi, čimbenici rasta itd. Važno područje biotehnologije je korištenje mikroorganizama kao biotehničkih sredstava za pretvorbu ili pretvorbu određenih tvari, pročišćavanje vode, tla ili zraka od zagađivača. Mikroorganizmi također igraju ulogu u proizvodnji ulja. važnu ulogu. Tradicionalni način Ne više od 50% nafte se izvlači iz naftnog ležišta. Otpadni proizvodi bakterija, nakupljajući se u formaciji, pridonose istiskivanju nafte i njenom potpunijem oslobađanju na površinu.

Ogromna uloga mikroorganizama u stvaranju, održavanju i očuvanju plodnosti tla. Sudjeluju u stvaranju humusa tla – humusa. Koristi se za povećanje prinosa usjeva.

U posljednjih godina Počeo se razvijati još jedan temeljno novi smjer biotehnologije - biotehnologija bez stanica.

Selekcija mikroorganizama temelji se na činjenici da mikroorganizmi donose golemu korist u industriji, poljoprivredi, životinjskom i biljnom svijetu.

Ostale aplikacije

U medicini

Tradicionalne metode proizvodnje cjepiva temelje se na korištenju oslabljenih ili ubijenih patogena. Trenutno se mnoga nova cjepiva (na primjer, za prevenciju gripe, hepatitisa B) dobivaju metodama genetskog inženjeringa. Antivirusna cjepiva se dobivaju uvođenjem u mikrobnu stanicu gena virusnih proteina koji pokazuju najveću imunogenost. Kada se uzgajaju, takve se stanice sintetiziraju veliki broj virusnih proteina koji se naknadno uključuju u pripravke cjepiva. Proizvodnja virusnih proteina u kulturama životinjskih stanica na temelju tehnologije rekombinantne DNA učinkovitija je.

U proizvodnji ulja:

Posljednjih godina razvijene su metode za povećanje iscrpka nafte pomoću mikroorganizama. Njihovi izgledi povezani su, prije svega, s lakoćom implementacije, minimalnim kapitalnim intenzitetom i sigurnošću za okoliš. U 1940-ima, mnoge zemlje proizvođači nafte započele su istraživanja o korištenju mikroorganizama za poticanje protoka u proizvodnim bušotinama i vraćanje injektnosti utisnih bušotina.

U hrani i kemikalijama industrija:

Najpoznatiji industrijski proizvodi mikrobne sinteze su: aceton, alkoholi (etanol, butanol, izopropanol, glicerol), organske kiseline (limunska, octena, mliječna, glukonska, itakonska, propionska), arome i tvari koje pojačavaju mirise (mononatrijev glutaminat). ). Potražnja za potonjim u stalnom je porastu zbog tendencije konzumiranja niskokalorične hrane biljnog podrijetla kako bi se dodala raznolikost okusu i mirisu hrane. Aromatika biljnog porijekla može se proizvesti ekspresijom biljnih gena u mikrobnim stanicama.