Il mondo che ci circonda colpisce con una varietà di specie dei suoi abitanti. Secondo l'ultimo censimento di questa "popolazione" della Terra, 6,6 milioni di specie vivono sulla terraferma e altri 2,2 milioni navigano nelle profondità oceaniche. Ciascuna delle specie è un anello di un'unica catena del biosistema del nostro pianeta. Di questi, gli organismi viventi più piccoli sono i batteri. Cosa è riuscita a imparare l'umanità su queste minuscole creature?

Cosa sono i batteri e dove vivono

batteri - sono organismi unicellulari di dimensioni microscopiche, una delle varietà di microbi.

La loro prevalenza sulla Terra è davvero sorprendente. Vivono nel ghiaccio dell'Artico e sul fondo dell'oceano, nello spazio aperto, nelle sorgenti termali - geyser e nei bacini più salati.

Il peso totale di queste "graziose briciole" che occupavano il corpo umano raggiunge i 2 kg! Questo nonostante il fatto che le loro dimensioni superino raramente 0,5 micron. Un numero enorme di batteri abita il corpo degli animali, svolgendovi varie funzioni.

Un essere vivente e i batteri nel suo corpo influenzano la salute e il benessere reciproci. Con l'estinzione di una specie di animali, i batteri inerenti solo a loro muoiono.

Guardandoli aspetto esteriore, resta solo da stupirsi dell'ingegnosità della natura. Questi "ciondoli" possono essere a forma di bastoncino, sferici, a spirale e altre forme. in cui la maggior parte di loro sono incolori, solo le specie rare sono colorate di verde e viola. Inoltre, nel corso di miliardi di anni, cambiano solo internamente, mentre il loro aspetto rimane invariato.

Lo scopritore di batteri

Il primo esploratore del microcosmo fu il naturalista olandese Anthony Van Leeuwenhoek. Il suo nome divenne famoso grazie all'occupazione a cui dedicò tutto il suo tempo libero. Amava la produzione e ottenne un successo straordinario in questa materia. A lui spetta l'onore di inventare il primo microscopio. Si trattava infatti di una minuscola lente del diametro di un pisello, che dava un ingrandimento di 200-300 volte. Era possibile utilizzarlo solo premendolo sull'occhio.

Nel 1683 scoprì e in seguito descrisse "animali viventi" visti attraverso una lente in una goccia d'acqua piovana. Nei successivi 50 anni si dedicò allo studio di vari microrganismi, descrivendo più di 200 delle loro specie. Ha inviato le sue osservazioni in Inghilterra, dove scienziati dai capelli grigi con parrucche incipriate hanno appena scosso la testa per lo stupore delle scoperte di questo oscuro autodidatta. È stato grazie al talento e alla perseveranza di Leeuwenhoek che è nata una nuova scienza - microbiologia.

Informazioni generali sui batteri

Nei secoli passati, i microbiologi hanno imparato molto sul mondo di queste minuscole creature. Si è scoperto che è così batteri, il nostro pianeta deve la nascita di forme di vita multicellulari. Svolgono un ruolo importante nel mantenimento della circolazione delle sostanze sulla Terra. Generazioni di persone si sostituiscono a vicenda, le piante muoiono, i rifiuti domestici e i gusci obsoleti di varie creature si accumulano: tutto questo viene smaltito e decomposto con l'aiuto dei batteri nel processo di decomposizione. E il risultante composti chimici Ritornare a ambiente.

E come convivono l'umanità e il mondo dei batteri? Facciamo una prenotazione che ci siano batteri "cattivi e buoni". I batteri "cattivi" sono responsabili della diffusione di un numero enorme di malattie, che vanno dalla peste e dal colera alla normale pertosse e alla dissenteria. Entrano nel nostro corpo tramite goccioline trasportate dall'aria, insieme al cibo, all'acqua e attraverso la pelle. Questi insidiosi compagni di viaggio possono vivere in vari organi e mentre la nostra immunità li affronta, non si manifestano in alcun modo. La velocità della loro riproduzione è sorprendente. Ogni 20 minuti il ​​loro numero raddoppia. Significa che un singolo microbo patogeno, in 12 ore genera un esercito multimilionario gli stessi batteri che attaccano il corpo.

C'è un altro pericolo rappresentato dai batteri. Essi causare avvelenamento persone che consumano cibi avariati - cibo in scatola, salsicce, ecc.

Sconfitta in una guerra vittoriosa

La grande svolta nella lotta contro i batteri patogeni è stata scoperta della penicillina nel 1928- il primo antibiotico al mondo. Questa classe di sostanze è in grado di inibire la crescita e la riproduzione dei batteri. I primi successi nell'uso degli antibiotici furono enormi. Era possibile curare malattie che in precedenza si sono concluse con la morte. Tuttavia, i batteri hanno mostrato un'incredibile adattabilità e la capacità di mutare in modo tale che gli antibiotici disponibili erano impotenti nella lotta anche contro le infezioni più semplici. Questo la capacità dei batteri di mutare è diventata una vera minaccia per la salute umana e ha portato a infezioni incurabili (causate da superbatteri).

I batteri come alleati e amici dell'umanità

Ora parliamo dei batteri "buoni". L'evoluzione di animali e batteri è avvenuta in parallelo. La struttura e le funzioni degli organismi viventi divennero gradualmente più complesse. "Non si è appisolato" e batteri. Gli animali, compresi gli esseri umani, diventano la loro casa. Si depositano in bocca, sulla pelle, nello stomaco e in altri organi.

La maggior parte di loro sono estremamente utili perché aiuta la digestione del cibo, partecipa alla sintesi di alcune vitamine e ci protegge persino dalle loro controparti che causano malattie. Alimentazione scorretta, lo stress e l'uso indiscriminato di antibiotici possono causare una violazione della microflora, che influisce necessariamente sul benessere di una persona.

È interessante notare che i batteri sensibile alle preferenze di gusto delle persone.

Negli americani che tradizionalmente consumano cibi ipercalorici (fast food, hamburger), i batteri sono in grado di digerire cibi ricchi di grassi. E in alcuni giapponesi, i batteri intestinali sono adattati per digerire le alghe.

Il ruolo dei batteri nell'attività economica umana

L'uso dei batteri iniziò ancor prima che l'umanità sapesse della loro esistenza. Sin dai tempi antichi, le persone producevano vino, fermentavano verdure, conoscevano le ricette per fare il kefir, il latte cagliato e il koumiss, producevano ricotta e formaggi.

Molto più tardi, si è scoperto che piccoli aiutanti della natura, i batteri, sono coinvolti in tutti questi processi.

Con l'approfondimento della conoscenza su di loro, la loro applicazione si è ampliata. Sono stati "addestrati" per combattere i parassiti delle piante e arricchire il terreno con azoto, insilare il foraggio verde e purificare le acque reflue, in cui divorano letteralmente vari residui organici.

Invece di un epilogo

Quindi, uomo e microrganismi sono parti interconnesse di un unico ecosistema naturale. Tra di loro, insieme alla competizione nella lotta per lo spazio vitale, c'è cooperazione reciprocamente vantaggiosa (simbiosi).

Per difenderci come specie, dobbiamo proteggere il nostro corpo dall'invasione di batteri patogeni e anche essere estremamente attenti all'uso degli antibiotici.

Allo stesso tempo, i microbiologi stanno lavorando per ampliare la portata dei batteri. Un esempio è il progetto per la creazione di batteri fotosensibili e la loro applicazione alla produzione di cellulosa biologica. Sotto l'influenza della luce, inizia la produzione e quando viene spenta, la produzione si interrompe.

Gli organizzatori del progetto sono fiduciosi che gli organi creati da questo materiale biologico naturale non verranno respinti nel corpo. La tecnica proposta apre incredibili opportunità per il mondo nella creazione di impianti medici.

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Metodi per determinare l'attività biochimica totale della microflora del suolo

Caratteristiche dei microbi dell'organizzazione cellulare

Il ruolo dei microrganismi in natura e in agricoltura

L'ampia distribuzione dei microrganismi indica il loro enorme ruolo in natura. Con la loro partecipazione, si verifica la decomposizione di varie sostanze organiche nei suoli e nei corpi idrici, determinano la circolazione di sostanze ed energia in natura; la fertilità del suolo, la formazione di carbone, petrolio e molti altri minerali dipendono dalla loro attività. I microrganismi sono coinvolti negli agenti atmosferici delle rocce e in altri processi naturali.

Molti microrganismi sono utilizzati nella produzione industriale e agricola. Quindi, la panificazione, la produzione di prodotti lattiero-caseari fermentati, la vinificazione, l'ottenimento di vitamine, enzimi, proteine ​​alimentari e dei mangimi, acidi organici e molte sostanze utilizzate in agricoltura, industria e medicina, si basano sulle attività di una varietà di microrganismi. L'uso di microrganismi nella produzione agricola e nella zootecnia è particolarmente importante. L'arricchimento del suolo con azoto dipende da loro, il controllo dei parassiti delle colture agricole con l'aiuto di preparati microbici, preparazione adeguata e conservazione dei mangimi, la creazione di proteine ​​per mangimi, antibiotici e sostanze microbiche per l'alimentazione animale.

I microrganismi hanno un effetto positivo sui processi di decomposizione di sostanze di origine non naturale: xenobiotici, sintetizzati artificialmente, che cadono nel suolo e nei corpi idrici e li inquinano.

Insieme ai microrganismi benefici, esiste un ampio gruppo di cosiddetti microrganismi patogeni o patogeni che causano varie malattie degli animali agricoli, delle piante, degli insetti e dell'uomo. Come risultato della loro attività vitale, sorgono epidemie di malattie contagiose dell'uomo e degli animali, che influiscono sullo sviluppo dell'economia e sulle forze produttive della società.

Gli ultimi dati scientifici non solo hanno ampliato in modo significativo la comprensione dei microrganismi del suolo e dei processi che provocano nell'ambiente, ma hanno anche permesso di creare nuove industrie nell'industria e nella produzione agricola. Ad esempio, sono stati scoperti antibiotici secreti dai microrganismi del suolo ed è stata dimostrata la possibilità del loro utilizzo per il trattamento di esseri umani, animali e piante, nonché per lo stoccaggio di prodotti agricoli. È stata scoperta la capacità dei microrganismi del suolo di formare sostanze biologicamente attive: vitamine, aminoacidi, stimolanti della crescita delle piante - sostanze della crescita, ecc. Sono stati trovati modi per utilizzare le proteine ​​dei microrganismi per nutrire gli animali da allevamento. Sono stati identificati preparati microbici che migliorano il flusso di azoto nel suolo dall'aria.

La scoperta di nuovi metodi per ottenere forme ereditarie modificate di microrganismi benefici ha permesso di utilizzare più ampiamente i microrganismi in agricoltura e produzione industriale e anche in medicina. Lo sviluppo dell'ingegneria genetica o genetica è particolarmente promettente. I suoi risultati hanno assicurato lo sviluppo della biotecnologia, l'emergere di microrganismi altamente produttivi che sintetizzano proteine, enzimi, vitamine, antibiotici, sostanze per la crescita e altri prodotti necessari per l'allevamento e la produzione agricola.

L'umanità è sempre stata in contatto con i microrganismi, per millenni senza nemmeno saperlo. Da tempo immemorabile, le persone hanno osservato la fermentazione di impasti, bevande alcoliche preparate, latte fermentato, formaggi fatti, trasferiti varie malattie, comprese le epidemie. La prova di quest'ultimo nei libri biblici è un'indicazione di una malattia epidemica (probabilmente una peste) con raccomandazioni per bruciare cadaveri ed eseguire abluzioni.

Secondo la classificazione attualmente accettata dei microrganismi, in base al tipo di alimentazione, sono divisi in un numero di gruppi a seconda delle fonti di energia e del consumo di carbonio. Quindi, ci sono fototrofi che utilizzano l'energia della luce solare e chemiotrofi, il cui materiale energetico è una varietà di sostanze organiche e inorganiche.

A seconda della forma in cui i microrganismi ottengono carbonio dall'ambiente, sono divisi in due gruppi: autotrofi ("alimentandosi"), utilizzando l'anidride carbonica come unica fonte di carbonio, ed eterotrofi ("nutrendosi a spese degli altri") , ricevendo carbonio nella composizione di composti organici ridotti piuttosto complessi.

Pertanto, secondo il metodo per ottenere energia e carbonio, i microrganismi possono essere suddivisi in fotoautotrofi, fotoeterotrofi, chemioautotrofi e chemioeterotrofi. All'interno del gruppo, a seconda della natura del substrato ossidabile, detto donatore di elettroni (H-donatore), vi sono a loro volta organotrofi che consumano energia durante la decomposizione delle sostanze organiche, e litotrofi (dal greco lithos - pietra), che ricevono energia per ossidazione di sostanze inorganiche. Pertanto, a seconda della fonte di energia e del donatore di elettroni utilizzati dai microrganismi, si dovrebbe distinguere tra fotoorganotrofi, fotolitotrofi, chemioorganotrofi e chemolitotrofi. Pertanto, ci sono otto possibili tipi di cibo.

Ogni gruppo di microrganismi ha un tipo specifico di alimentazione. Di seguito una descrizione dei tipi di alimentazione più comuni e un breve elenco dei microrganismi che li svolgono.

Nella fototrofia, la fonte di energia è la luce solare. La fotolitoautotrofia è un tipo di nutrizione caratteristica dei microrganismi che utilizzano l'energia luminosa per sintetizzare sostanze cellulari da CO 2 e composti inorganici (H 2 0, H 2 S, S°), cioè svolgere la fotosintesi. Questo gruppo include cianobatteri, batteri dello zolfo viola e batteri dello zolfo verde.

I cianobatteri (Cyanobacteria1es order), come le piante verdi, riducono la CO 2 in materia organica mediante mezzi fotochimici utilizzando l'idrogeno dell'acqua:

C0 2 + H 2 0 luce-› (CH 2 O) * + O 2

I batteri dello zolfo viola (famiglia Chromatiaceae) contengono batterioclorofille aeb, che determinano la capacità di questi microrganismi di fotosintetizzare, e vari pigmenti carotenoidi.

Per ripristinare la CO 2 nella materia organica, i batteri di questo gruppo utilizzano l'idrogeno, che fa parte di H 2 5. Allo stesso tempo, i granuli di zolfo si accumulano nel citoplasma, che viene quindi ossidato ad acido solforico:

C0 2 + 2H 2 S luce-› (CH 2 O) + H 2 + 2S

3CO 2 + 2S + 5H 2 O luce-> 3 (CH 2 0) + 2H 2 S0 4

I batteri dello zolfo viola sono generalmente anaerobi obbligati.

I batteri dello zolfo verde (famiglia delle Chlorobiaceae) contengono batterioclorofille verdi con e, in una piccola quantità di batterioclorofilla, oltre a vari carotenoidi. Come i batteri dello zolfo viola, sono anaerobi stretti e sono in grado di ossidare idrogeno solforato, solfuri e solfiti nel processo di fotosintesi, accumulando zolfo, che nella maggior parte dei casi viene ossidato a 50^" 2.

La fotoorganoeterotrofia è un tipo di nutrizione caratteristico dei microrganismi che, oltre alla fotosintesi, possono utilizzare anche semplici composti organici per ottenere energia. I batteri viola senza zolfo appartengono a questo gruppo.

I batteri viola non solforati (famiglia Rhjdospirillaceae) contengono batterioclorofille aeb, oltre a vari carotenoidi. Non sono in grado di ossidare l'idrogeno solforato (H 2 S), accumulare zolfo e rilasciarlo nell'ambiente.

Nella chemiotrofia, la fonte di energia sono composti inorganici e organici. La chemolitoautotrofia è un tipo di nutrizione caratteristico dei microrganismi che ottengono energia dall'ossidazione di composti inorganici, come H 2, NH 4 +, N0 2 -, Fe 2+, H 2 S, S °, S0z 2 -, S 2 0z 2- , CO, ecc. Il processo di ossidazione stesso è chiamato chemiosintesi. Il carbonio per la costruzione di tutti i componenti delle cellule chemolitoautotrofiche è ottenuto dall'anidride carbonica.

La chemiosintesi nei microrganismi (batteri del ferro e batteri nitrificanti) fu scoperta nel 1887-1890. famoso microbiologo russo S.N. Vinogradskij. La chemolitoautotrofia è effettuata da batteri nitrificanti (ossida l'ammoniaca o il nitrito), batteri dello zolfo (ossida l'idrogeno solforato, lo zolfo elementare e alcuni semplici composti inorganici dello zolfo), batteri che ossidano l'idrogeno in acqua, batteri del ferro che possono ossidare i composti ferrosi, ecc.

Un'idea della quantità di energia ottenuta durante i processi di chemolitoautotrofia causati da questi batteri è data dalle seguenti reazioni:

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

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

2FeС0 3 + 1/2 0 2 + ZN 2 0 - 2Fe (OH) 3 + 2С0 2 + 1,7 10 5 J

La chemoorganoeterotrofia è un tipo di nutrizione caratteristica dei microrganismi che ottengono l'energia e il carbonio necessari dai composti organici. Tra questi microrganismi ci sono molte specie aerobiche e anaerobiche che vivono nel suolo e in altri substrati.

I batteri sono l'organismo più antico della terra, nonché il più semplice nella sua struttura. È costituito da una sola cellula, che può essere vista e studiata solo al microscopio. tratto caratteristico i batteri sono l'assenza di un nucleo, motivo per cui i batteri sono classificati come procarioti.

Alcune specie formano piccoli gruppi di cellule; tali grappoli possono essere circondati da una capsula (guaina). Le dimensioni, la forma e il colore dei batteri dipendono fortemente dall'ambiente.

In termini di forma, i batteri si dividono in: bastoncelli (bacilli), sferici (cocchi) e contorti (spirilla). Ce ne sono anche di modificati: cubici, a forma di C, a forma di stella. Le loro dimensioni variano da 1 a 10 micron. Alcuni tipi di batteri possono muoversi attivamente con l'aiuto dei flagelli. Questi ultimi a volte superano due volte le dimensioni del batterio stesso.

Tipi di forme batteriche

Per il movimento, i batteri usano i flagelli, il cui numero è diverso: uno, una coppia, un fascio di flagelli. Anche la posizione dei flagelli è diversa: su un lato della cellula, sui lati o distribuita uniformemente sull'intero piano. Inoltre, uno dei modi di movimento è considerato lo scivolamento a causa del muco di cui è ricoperto il procariote. La maggior parte ha vacuoli all'interno del citoplasma. La regolazione della capacità del gas nei vacuoli li aiuta a salire o scendere nel liquido, nonché a muoversi attraverso i canali d'aria del terreno.

Gli scienziati hanno scoperto più di 10mila varietà di batteri, ma secondo le ipotesi dei ricercatori scientifici, nel mondo ne esistono più di un milione di specie. caratteristiche generali i batteri consentono di determinare il loro ruolo nella biosfera, nonché di studiare la struttura, i tipi e la classificazione del regno dei batteri.

habitat

La semplicità della struttura e la velocità di adattamento alle condizioni ambientali hanno aiutato i batteri a diffondersi vasta gamma il nostro pianeta. Esistono ovunque: acqua, suolo, aria, organismi viventi: tutto questo è l'habitat più accettabile per i procarioti.

I batteri sono stati trovati sia al polo sud che nei geyser. Si trovano sul fondo dell'oceano, così come negli strati superiori del guscio d'aria terrestre. I batteri vivono ovunque, ma il loro numero dipende da condizioni favorevoli. Ad esempio, un gran numero di specie batteriche vive in corpi idrici aperti e nel suolo.

Caratteristiche strutturali

Una cellula batterica si distingue non solo per il fatto che non ha un nucleo, ma anche per l'assenza di mitocondri e plastidi. Il DNA di questo procariote si trova in una zona nucleare speciale e ha la forma di un nucleoide chiuso ad anello. Nei batteri, la struttura cellulare è costituita da una parete cellulare, una capsula, una membrana simile a una capsula, flagelli, pili e una membrana citoplasmatica. La struttura interna è formata da citoplasma, granuli, mesosomi, ribosomi, plasmidi, inclusioni e nucleoide.

La parete cellulare batterica svolge la funzione di difesa e sostegno. Le sostanze possono fluire liberamente attraverso di esso a causa della permeabilità. Questo guscio contiene pectina ed emicellulosa. Alcuni batteri secernono un muco speciale che può aiutare a proteggere dall'essiccamento. Il muco forma una capsula - un polisaccaride lungo Composizione chimica. In questa forma il batterio è in grado di tollerare temperature anche molto elevate. Svolge anche altre funzioni, ad esempio attaccandosi a qualsiasi superficie.

Sulla superficie della cellula batterica ci sono sottili villi proteici - pili. Potrebbero essercene un gran numero. I pili aiutano la cellula a trasferire materiale genetico e forniscono anche adesione ad altre cellule.

Sotto il piano del muro c'è una membrana citoplasmatica a tre strati. Garantisce il trasporto di sostanze e svolge anche un ruolo significativo nella formazione delle spore.

Il citoplasma dei batteri è costituito per il 75% da acqua. La composizione del citoplasma:

• pesciolini;
• mesosomi;
• aminoacidi;
• enzimi;
• pigmenti;
• zucchero;
• granuli e inclusioni;
• nucleoide.

Il metabolismo nei procarioti è possibile, sia con la partecipazione dell'ossigeno che senza di esso. La maggior parte di loro mangia cibo già preparato. nutrienti origine organica. Pochissime specie sono in grado di sintetizzare esse stesse sostanze organiche da quelle inorganiche. Si tratta di batteri e cianobatteri blu-verdi, che hanno svolto un ruolo significativo nel modellare l'atmosfera e saturarla di ossigeno.

riproduzione

In condizioni favorevoli alla riproduzione, si effettua per gemmazione o vegetativa. La riproduzione asessuata avviene nella seguente sequenza:

1. La cellula batterica raggiunge il suo volume massimo e contiene il necessario apporto di nutrienti.
2. La cella si allunga, nel mezzo appare una partizione.
3. All'interno della cellula si verifica una divisione del nucleotide.
4. DNA principale e separato divergono.
5. La cella è divisa a metà.
6. Formazione residua di cellule figlie.

Con questo metodo di riproduzione, non c'è scambio di informazioni genetiche, quindi tutte le cellule figlie saranno una copia esatta della madre.

Più interessante è il processo di riproduzione dei batteri in condizioni avverse. Gli scienziati hanno appreso della capacità dei batteri di riprodursi sessualmente relativamente di recente, nel 1946. I batteri non hanno una divisione in cellule femminili e germinali. Ma hanno un DNA diverso. Due di queste cellule, quando si avvicinano, formano un canale per il trasferimento del DNA, si verifica uno scambio di siti: la ricombinazione. Il processo è piuttosto lungo, il cui risultato sono due individui completamente nuovi.

La maggior parte dei batteri è molto difficile da vedere al microscopio perché non ha il proprio colore. Poche varietà sono viola o verdi a causa del loro contenuto di batterioclorofilla e batteriopurpurina. Sebbene se consideriamo alcune colonie di batteri, diventa chiaro che rilasciano nell'ambiente sostanze colorate e acquistano un colore brillante. Per studiare i procarioti in modo più dettagliato, sono colorati.

Classificazione

La classificazione dei batteri può essere basata su indicatori quali:

• Modulo
• modo di viaggiare;
• modo per ottenere energia;
• prodotti di scarto;
• grado di pericolo.

Simbionti batterici vivere in associazione con altri organismi.

Saprofiti batterici vivono di organismi, prodotti e rifiuti organici già morti. Contribuiscono ai processi di decomposizione e fermentazione.

Il decadimento purifica la natura dai cadaveri e da altri rifiuti di origine organica. Senza il processo di decomposizione, in natura non ci sarebbe il ciclo delle sostanze. Allora qual è il ruolo dei batteri nel ciclo della materia?

I batteri del decadimento sono un assistente nel processo di scomposizione dei composti proteici, così come i grassi e altri composti contenenti azoto. Dopo aver effettuato una complessa reazione chimica, rompono i legami tra le molecole degli organismi organici e catturano le molecole proteiche, gli amminoacidi. Scindendosi, le molecole rilasciano ammoniaca, acido solfidrico e altri. sostanze nocive. Sono velenosi e possono causare avvelenamento negli esseri umani e negli animali.

I batteri in decomposizione si moltiplicano rapidamente in condizioni favorevoli per loro. Poiché questi non sono solo batteri benefici, ma anche dannosi, per prevenire il decadimento prematuro dei prodotti, le persone hanno imparato a elaborarli: secchi, sottaceti, sale, fumo. Tutti questi trattamenti uccidono i batteri e impediscono loro di moltiplicarsi.

I batteri di fermentazione con l'aiuto di enzimi sono in grado di abbattere i carboidrati. Le persone hanno notato questa capacità nei tempi antichi e usano tali batteri per produrre prodotti a base di acido lattico, aceti e altri prodotti alimentari fino ad oggi.

I batteri, lavorando insieme ad altri organismi, svolgono un lavoro chimico molto importante. È molto importante sapere quali sono i tipi di batteri e quali benefici o danni apportano alla natura.

Significato in natura e per l'uomo

La grande importanza di molti tipi di batteri (nei processi di putrefazione e nei vari tipi di fermentazione) è stata già notata sopra; compimento di un ruolo sanitario sulla Terra.

I batteri svolgono anche un ruolo enorme nel ciclo di carbonio, ossigeno, idrogeno, azoto, fosforo, zolfo, calcio e altri elementi. Molti tipi di batteri contribuiscono alla fissazione attiva dell'azoto atmosferico e lo convertono in una forma organica, contribuendo ad aumentare la fertilità del suolo. Di particolare importanza sono quei batteri che decompongono la cellulosa, che sono la principale fonte di carbonio per l'attività vitale dei microrganismi del suolo.

I batteri che riducono i solfati sono coinvolti nella formazione di petrolio e acido solfidrico nei fanghi, nei suoli e nei mari terapeutici. Pertanto, lo strato d'acqua saturo di idrogeno solforato nel Mar Nero è il risultato dell'attività vitale dei batteri che riducono i solfati. L'attività di questi batteri nei suoli porta alla formazione di soda e salinizzazione del suolo con soda. I batteri che riducono i solfati convertono i nutrienti nei terreni delle piantagioni di riso in una forma che diventa disponibile per le radici del raccolto. Questi batteri possono causare la corrosione delle strutture metalliche sotterranee e subacquee.

Grazie all'attività vitale dei batteri, il terreno viene liberato da molti prodotti e organismi nocivi e saturo di preziose sostanze nutritive. I preparati battericidi vengono utilizzati con successo per combattere molti tipi di insetti nocivi (trivella del mais, ecc.).

Molti tipi di batteri sono utilizzati in varie industrie per produrre acetone, alcol etilico e butilico, acido acetico, enzimi, ormoni, vitamine, antibiotici, preparati proteici e vitaminici, ecc.

Senza batteri, i processi sono impossibili nella concia della pelle, nell'essiccazione delle foglie di tabacco, nella produzione di seta, gomma, nella lavorazione del cacao, nel caffè, nella minzione di canapa, lino e altre piante di fibre liberiane, nei crauti, nel trattamento delle acque reflue, nella lisciviazione dei metalli, ecc.

Tra i batteri, i batteri lattici dei generi Lactobacillus, Streptococco nella produzione di latticini. I cocchi hanno una forma rotonda, ovale con un diametro di 0,5-1,5 micron, disposti a coppie oa catenelle di diversa lunghezza. Le dimensioni dei batteri a forma di bastoncello o combinate in catene.

Streptococco dell'acido lattico Streptococco lattico ha cellule collegate a coppie oa corte catenelle, coagula il latte dopo 10-12 ore, alcune razze formano l'antibiotico nisina.

C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 CHOHCOOH

Streptococco cremoso S. cremoris forma lunghe catene da cellule sferiche, un agente acido inattivo, viene utilizzato nella fermentazione della panna nella produzione di panna acida.

bacillo acidofilo lactobacillus acidophilus formano lunghe catene di cellule bastoncelli; durante la fermentazione accumula fino al 2,2% di acido lattico e sostanze antibiotiche attive contro i patogeni delle malattie intestinali. Sulla base di essi, vengono preparati preparati medici biologici per la prevenzione e il trattamento delle malattie gastrointestinali negli animali da allevamento.

Bastoncini di acido lattico L. plantato hanno cellule legate a coppie o in catene. Agenti eziologici della fermentazione durante la fermentazione di ortaggi e insilati di foraggi. L. brevis fermentano gli zuccheri durante i crauti, i cetrioli, gli acidi che formano, etanolo, CO 2.

Bastoncini del genere non sporigeni, non mobili, gram+ Propionibatterio famiglie Propionibatteriacee- agenti causali della fermentazione dell'acido propionico, provocano la conversione dello zucchero o dell'acido lattico e dei suoi sali in acido propionico e acetico.

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

La fermentazione dell'acido propionico è alla base della maturazione dei formaggi caglio. Alcuni tipi di batteri dell'acido propionico vengono utilizzati per produrre vitamina B 12 .

batteri sporigeni della famiglia Bacillocee tipo Clostridio sono agenti causali della fermentazione butirrica, convertendo gli zuccheri in acido butirrico

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

Acido butirrico

habitat- suolo, depositi di limo di serbatoi, accumuli di residui organici in decomposizione, prodotti alimentari.

Questi m / o sono utilizzati nella produzione di acido butirrico, che ha cattivo odore, a differenza dei suoi esteri:

Etere metilico - odore di mela;

etile: pera;

Amil - ananas.

Sono usati come aromi.

I batteri dell'acido butirrico possono causare il deterioramento delle materie prime e dei prodotti alimentari: rigonfiamento dei formaggi, rancidità del latte, burro, bombardamento delle conserve, morte di patate e verdure. L'acido butirrico risultante conferisce un forte sapore rancido, un forte odore sgradevole.

Batteri dell'acido acetico - Bastoncini Gram non sporigeni con flagelli polari, appartengono al genere Gluconobacter (Acetomonas); formare acido acetico da etanolo

CH 3 CH 2 OH+O 2 →CH 3 COOH+H 2 O

Canne del genere Acetobatterio- peritrico, in grado di ossidare l'acido acetico a CO 2 e H 2 O.

I batteri dell'acido acetico sono caratterizzati da una variabilità di forma; in condizioni sfavorevoli assumono la forma di lunghi filamenti spessi, a volte gonfi. I batteri dell'acido acetico sono ampiamente distribuiti sulla superficie delle piante, dei loro frutti e nelle verdure in salamoia.

Il processo di ossidazione dell'etanolo in acido acetico è alla base della produzione di aceto. Lo sviluppo spontaneo di batteri dell'acido acetico nel vino, nella birra, nel kvas porta al loro deterioramento: acido, torbidità. Questi batteri sulla superficie dei liquidi formano film secchi rugosi, isole o un anello vicino alle pareti del vaso.

Tipo comune di danno la putrefazione è il processo di decomposizione profonda delle sostanze proteiche da parte dei microrganismi. Gli agenti causali più attivi dei processi putrefattivi sono i batteri.

Bastone di fieno e patateBacillus subtilis - grammo aerobico + bacillo sporigeno. Spore ovali resistenti al calore. Le cellule sono sensibili all'ambiente acido e all'elevato contenuto di NaCl.

Batteri del generePseudomono - bastoncelli mobili aerobici con flagelli polari, non formano spore, gram-. Alcune specie sintetizzano pigmenti, sono chiamati pseudomonas fluorescenti, ce ne sono di resistenti al freddo, causano il deterioramento dei prodotti proteici nei frigoriferi. Agenti eziologici delle batteriosi delle piante coltivate.

Bastoncini sporigeni del genere Clostridio decompongono le proteine ​​con la formazione di una grande quantità di gas NH 3, H 2 S, acidi, particolarmente pericolosi per il cibo in scatola. Una grave intossicazione alimentare è causata dalla tossina dei grandi bastoncini gram+ mobili. Clostridium botulinum. Le spore danno l'aspetto di una racchetta. L'esotossina di questi batteri colpisce il sistema nervoso centrale e sistema cardiovascolare(segni - disabilità visiva, linguaggio, paralisi, insufficienza respiratoria).

Grande importanza batteri nitrificanti, denitrificanti e fissatori di azoto giocano nella formazione del suolo. Fondamentalmente, queste sono cellule che non formano spore. Vengono coltivati ​​in condizioni artificiali e applicati sotto forma di preparati fertilizzanti.

I batteri sono utilizzati nella produzione di enzimi idrolitici, aminoacidi per la produzione alimentare.

Tra i batteri, è particolarmente necessario evidenziare gli agenti causali delle infezioni alimentari e dell'intossicazione alimentare.. Le infezioni alimentari sono causate da batteri patogeni presenti nel cibo e nell'acqua. Infezioni intestinali- colera - colera virione;

I microrganismi ei loro prodotti metabolici sono attualmente ampiamente utilizzati nell'industria, nell'agricoltura e nella medicina.

Storia dell'uso dei microrganismi

Già nel 1000 aC, i romani, i fenici e le persone di altre prime civiltà estraevano rame dalle acque delle miniere o dall'acqua che filtrava attraverso i corpi minerari. Nel 17° secolo gallese in Inghilterra (contea del Galles) e nel XVIII secolo. gli spagnoli presso il giacimento di Rio Tinto utilizzarono questo processo di "lisciviazione" per estrarre il rame dai minerali che lo contenevano. Questi antichi minatori non sospettavano nemmeno che i batteri giocassero un ruolo attivo in tali processi di estrazione dei metalli. Attualmente, questo processo, noto come lisciviazione batterica, è utilizzato su larga scala in tutto il mondo per estrarre rame da minerali poveri contenenti questo e altri metalli preziosi in piccole quantità. La lisciviazione biologica viene anche utilizzata (sebbene meno ampiamente) per rilasciare uranio. Sono stati condotti numerosi studi sulla natura degli organismi coinvolti nei processi di lisciviazione dei metalli, sulle loro proprietà biochimiche e sulle possibilità di applicazione in questo campo. I risultati di questi studi mostrano, in particolare, che la lisciviazione batterica può essere ampiamente utilizzata nell'industria mineraria e, a quanto pare, sarà in grado di soddisfare pienamente l'esigenza di tecnologie a risparmio energetico e rispettose dell'ambiente.

Un po' meno noto, ma altrettanto importante, è l'uso di microrganismi nell'industria mineraria per estrarre metalli dalle soluzioni. Alcune tecnologie progressiste già includono processi biologici per ottenere metalli allo stato disciolto o sotto forma di particelle solide “dalle acque di lavaggio rimanenti dalla lavorazione dei minerali. La capacità dei microrganismi di accumulare metalli è nota da tempo e gli appassionati sognano da tempo di utilizzare i microbi per estrarre metalli preziosi dall'acqua di mare. La ricerca condotta ha dissipato alcune speranze e determinato in gran parte gli ambiti di applicazione dei microrganismi. Il recupero dei metalli con la loro partecipazione rimane un modo promettente per trattare a buon mercato gli effluenti industriali contaminati da metalli e per ottenere economicamente metalli preziosi.

È nota da tempo la capacità dei microrganismi di sintetizzare composti polimerici; infatti, la maggior parte dei componenti di una cellula sono polimeri. Tuttavia, oggi meno dell'1% della quantità totale di materiali polimerici è prodotto dall'industria microbiologica; il restante 99% è ottenuto dal petrolio. Finora, la biotecnologia non ha avuto un impatto decisivo sulla tecnologia dei polimeri. Forse in futuro, con l'aiuto di microrganismi, sarà possibile creare nuovi materiali per scopi speciali.

Va notato un altro aspetto importante dell'uso di microrganismi nell'analisi chimica: la concentrazione e l'isolamento degli oligoelementi dalle soluzioni diluite. Consumando e assimilando i microelementi nel corso della loro attività vitale, i microrganismi possono accumularne selettivamente alcuni nelle loro cellule, purificando le soluzioni nutritive dalle impurità. Ad esempio, i funghi vengono utilizzati per precipitare selettivamente l'oro dalle soluzioni di cloruro.

Applicazioni moderne

La biomassa microbica viene utilizzata come mangime per il bestiame. La biomassa microbica di alcune colture viene utilizzata sotto forma di varie colture starter che vengono utilizzate nell'industria alimentare. Quindi la preparazione di pane, birra, vino, liquori, aceto, latticini fermentati, formaggi e tanti prodotti. Un'altra direzione importante è l'uso dei prodotti di scarto dei microrganismi. Per la natura di queste sostanze e per la loro importanza per il produttore, i prodotti di scarto possono essere suddivisi in tre gruppi.

1 gruppo sono grandi molecole di peso molecolare. Questi includono vari enzimi (lipasi, ecc.) e polisaccaridi. Il loro utilizzo è estremamente ampio, dall'industria alimentare e tessile all'industria petrolifera.

2 gruppo- si tratta di metanoboliti primari, che comprendono sostanze necessarie alla crescita e allo sviluppo della cellula stessa: aminoacidi, acidi organici, vitamine, ed altri.

3 gruppo- metanoboliti secondari. Questi includono: antibiotici, tossine, alcaloidi, fattori di crescita, ecc. Un'area importante della biotecnologia è l'uso di microrganismi come agenti biotecnici per la conversione o la trasformazione di determinate sostanze, la purificazione dell'acqua, del suolo o dell'aria dagli inquinanti. Anche i microrganismi svolgono un ruolo nell'estrazione dell'olio ruolo importante. Modo tradizionale non più del 50% del petrolio viene estratto dal giacimento petrolifero. I prodotti di scarto dei batteri, accumulandosi nel serbatoio, contribuiscono allo spostamento dell'olio e al suo rilascio più completo in superficie.

L'enorme ruolo dei microrganismi nel creare il mantenimento e la conservazione della fertilità del suolo. Prendono parte alla formazione dell'humus del suolo - humus. Sono usati per aumentare i raccolti.

V l'anno scorso Un'altra area fondamentalmente nuova della biotecnologia iniziò a svilupparsi: la biotecnologia senza cellule.

La selezione dei microrganismi si basa sul fatto che i microrganismi sono di grande beneficio nell'industria, in agricoltura, nel mondo animale e vegetale.

Altre applicazioni

In medicina

I metodi tradizionali di produzione del vaccino si basano sull'uso di agenti patogeni indeboliti o uccisi. Attualmente, molti nuovi vaccini (ad esempio, per la prevenzione dell'influenza, dell'epatite B) sono ottenuti dall'ingegneria genetica. I vaccini antivirali si ottengono introducendo nella cellula microbica i geni delle proteine ​​virali che mostrano la maggiore immunogenicità. Quando vengono coltivate, queste cellule si sintetizzano un gran numero di proteine ​​virali, che sono successivamente incluse nella composizione dei preparati vaccinali. Produzione più efficiente di proteine ​​virali in colture cellulari animali basata sulla tecnologia del DNA ricombinante.

Nella produzione di olio:

Negli ultimi anni sono stati sviluppati metodi per migliorare il recupero dell'olio utilizzando microrganismi. La loro prospettiva è connessa, in primo luogo, alla facilità di attuazione, alla minima intensità di capitale e alla sicurezza ambientale. Negli anni '40 iniziò la ricerca in molti paesi produttori di petrolio sull'uso di microrganismi per stimolare i pozzi di produzione e ripristinare l'iniettività dei pozzi di iniezione.

Negli alimenti e nella chimica industria:

Tra i più noti prodotti industriali di sintesi microbica: acetone, alcoli (etanolo, butanolo, isopropanolo, glicerina), acidi organici (citrico, acetico, lattico, gluconico, itaconico, propionico), aromi e sostanze che potenziano gli odori (glutammato monosodico ). La richiesta di questi ultimi è in costante aumento a causa della tendenza verso cibi ipocalorici e vegetali per aggiungere varietà al gusto e all'odore degli alimenti. sostanze aromatiche origine vegetale può essere prodotto dall'espressione di geni vegetali nelle cellule di microrganismi.