Бактерии. Описание и характеристика микроорганизма

Бактерии (от греч. bakterion — палочка) — группа прокариотных микроорганизмов. Иногда бактерии считают отдельным царством живой природы Bacteria в надцарстве прокариот (включающем также царство архебактерий), иногда называют так все царство прокариот, иногда под бактериями подразумевают только одноклеточные или объединенные в группы палочки и кокки.

Для всех бактерий свойственны очень маленькие размеры: до 1 мкм (0,001 мм) в поперечнике и 2-3 мкм в длину. Самые мелкие — паразитические кокки — имеют всего 0,1 мкм в диаметре, но встречаются и «гиганты» длиной до 100 мкм. Форма их может быть самой разной. Большинство бактерий — короткие палочки или небольшие шарики (кокки), но есть и изогнутые, закрученные в спираль или незамкнутое кольцо, звездчатые.

Рис. Строение бактериальной клетки: 1. Гранулы масляной кислоты. 2. Капли жира. 3. Включения серы. 4. 5. Тилакоиды (впячивания мембраны). 6. Пузырьки. 7. Хроматофоры. 8. Нуклеоид. 9. Рибосомы. 10. Цитоплазма. 11. Базальное тельце. 12. Жгутики. 13. Капсула. 14. Клеточная стенка. 15. Клеточная мембрана. 16. Мезосома. 17. Газовые вакуоли. 18. Ламеллярные структуры. 19. Гранулы полисахарида. 20. Гранулы полифосфата

Бактериям свойствен особый тип строения клетки. Снаружи они окружены плотной оболочкой — клеточной стенкой. Она очень толстая и прочная (что и позволяет бактериям сохранять постоянную форму клетки) и состоит в основном из сложного соединения сахаров и аминокислот — муреина. С ним связаны и некоторые другие вещества: у одной группы бактерий это полисахариды и особые тейхоевые кислоты (соединения сахаров, спиртов, аминокислот и фосфорной кислоты), у другой группы — соединения жиров с белками и сахарами, расположенные в несколько слоев над муреиновым каркасом.

Эти два типа клеточных стенок по-разному окрашиваются анилиновыми красителями, поэтому бактерий делят на две большие группы: первые названы грамположительными, вторые — грамотрицательными, по имени датского ученого К. Грама, предложившего в 1884 г. этот способ окраски.

Клеточная стенка проницаема для воды и различных веществ. Интересно, что многие антибиотики, используемые для борьбы с болезнетворными бактериями, действуют именно на клеточную стенку, а потому совершенно безвредны для лишенных такого покрова клеток человеческого тела. У многих бактерий клеточная стенка окружена еще и слизистой капсулой, иногда тонкой, но порой превосходящей во много раз диаметр самой клетки.

Рис. Различные формы бактерий

Под клеточной стенкой расположена цитоплазматическая мембрана, состоящая из нескольких слоев белков и жиров. Это не просто оболочка: мембрана может избирательно переносить в клетку или из нее одни вещества, задерживая другие. В ней же образуются некоторые важные для бактерии вещества. Мембрана часто образует впячивания внутрь клетки, иногда довольно сложного строения — мезосомы. Они выполняют у бактерий те же роли, что митохондрии, пластиды, эндоплазматическая сеть в клетках эукариотов (грибов, растений, животных), ведь у прокариотов внутри клетки нет этих мембранных образований.

Внутри бактериальной клетки в сложном растворе органических веществ располагаются рибосомы (частицы, состоящие из РНК и белка и отвечающие за синтез белка), а также и разнообразные гранулы — запасные вещества. В центральной части клетки находится нуклеоид — нити ДНК. Они не окружены собственной мембраной, образующей ядро в клетках эукариотических организмов, отсюда и название — прокариоты (буквально, «доядерные»).

На поверхности клеток многих бактерий есть жгутики — органы движения. Может быть один жгутик, или два, или много. Расположены они могут быть на одном конце клетки, на противоположных концах или по всей поверхности клетки. Жгутики состоят из скрученных нитей белка флагеллина и крепятся в цитоплазматической мембране с помощью двух дисков. Иногда поверхность клетки сплошь покрыта ворсинками потоньше жгутиков — фимбриями.

Размножаются бактерии простым делением клетки: молекулы ДНК удваиваются и при образовании цитоплазматической мембраны перетяжки копии расходятся в дочерние клетки. Деление может происходить каждые 20 мин. Изредка встречается и обмен частью генетического материала между двумя особями — конъюгация.

Рис. Деление бактериальной клетки

Некоторые бактерии образуют споры — крошечные клетки с очень толстой оболочкой. Споры служат не только для размножения и расселения, но и для переживания неблагоприятных условий: они столь надежно защищены, что выдерживают даже длительное кипячение.

Если строение бактерий довольно простое и однотипное, то их жизнедеятельность фантастически разнообразна. Для получения энергии они используют разнообразные органические и неорганические вещества, солнечный свет, есть и такие, что стали энергетическими паразитами: они поселяются внутри чужой клетки-и используют энерговыделительные реакции хозяина. Некоторые бактерии (аэробные) используют в качестве окислителя кислород, другие (анаэробные) вполне обходятся без него, заменяя кислород соединениями серы, азота, железа, углерода.

В природе нет веществ, которые не могли бы использовать в пищу бактерии. Даже железо и неперевариваемую никакими животными целлюлозу могут «съесть» бактерии. Кстати, термиты и жвачные копытные (например, коровы) своей способностью питаться травой, листьями, даже древесиной обязаны микроорганизмам, бактериям и простейшим, живущим в их пищеварительном тракте и разлагающим целлюлозу на доступные животным- хозяевам соединения. Часто продукты жизнедеятельности одних бактерий служат едой для других. Все круговороты веществ в биосфере происходят благодаря титанической деятельности бактерий.

Кстати, если бы не они, то биосферы и вовсе не было бы: именно фотосинтезирующие бактерии (в основном, цианобактерии) более 2 млрд лет назад снабдили атмосферу Земли свободным кислородом; бактериями были созданы и первые запасы органического вещества. Огромные запасы нефти, по мнению многих ученых — результат деятельности микроорганизмов.

Бывают и весьма необычные бактерии. Например, хищные. Одни из них (циклобактер и др.) образуют нити из нескольких клеток и как арканом опутывают жертву — другую бактерию. Другие (бделловибрио) будто пиявки присасываются к жертве, проникают внутрь клетки и пожирают ее изнутри.

И сейчас нельзя отыскать на планете места, где не было бы бактерий, так велико их умение приспосабливаться к любым условиям. Их находят во льдах Антарктиды, в глубинах океана, в горячих источниках (многие выживают в практически кипящей воде и даже нуждаются в такой высокой температуре), в земных недрах, насыщенной солями воде Мертвого моря, где не выживают никакие другие организмы.

Считается, что бактерий — ок. 1,2 тыс. видов. Все они — космополиты, т. е. живут практически повсюду. Правда, применительно к бактериям не вполне ясно, что такое вид: внешне они мало различаются между собой, половое размножение у них практически отсутствует. К тому же и изменяются бактерии очень быстро: известно, например, как быстро они привыкают к действию определенного антибиотика. Поэтому микробиологи предпочитают говорить не о видах бактерий, а о штаммах (от нем. Stamm — ствол) — потомках одной особи.

Столь же запутана и систематика бактерий, автор почти каждой научной монографии предлагает что-то свое. Для различения бактерий используют не столько их внешний вид, сколько характеристики жизнедеятельности: способность расти в определенной химической среде, потребность в определенных веществах, чувствительность к действию тех или иных антибиотиков и т. д.

Помимо деления на группы в зависимости от окрашивания по Граму, некоторые ученые выделяют 6 классов бактерий: эубактерии (в основном палочковидные с толстой клеточной стенкой), актиномицеты (лучистые грибки), миксобактерии (кокки и палочки с тонкой и эластичной клеточной стенкой), спирохеты (спиралевидной формы и с эластичной клеточной стенкой), микро- татобиоты (к ним относятся внутриклеточные паразиты риккеттсии и хламидии, возбудители опасных заболеваний) и микоплазмы (у них клеточной стенки нет вовсе).

Среди всех групп бактерий есть полезные и вредные для человека. Бактерии и выделяемые ими ядовитые вещества — токсины, вызывают различные заболевания у человека (от ангины и пневмонии до чумы и сибирской язвы), культурных растений и домашних животных. Гнилостные бактерии (клостридии и др.) вызывают порчу продуктов питания, некоторые могут разрушать дома и другие постройки. Но не меньше и пользы от них. Азот- фиксирующие бактерии обогащают почву на полях азотными соединениями, многие служат источником антибиотиков.

С помощью бактерий борются с насекомыми — вредителями сельского хозяйства. В желудке каждого из нас живет ок. 300 видов бактерий, которые помогают переваривать пищу, защищают от таких же микроскопических врагов. И если уничтожить их (например, сверхдозами антибиотиков), то разовьется тяжелое нарушение жизнедеятельности организма человека — дисбактериоз.

Для ученых бактерии — не только предмет забот, но и неоценимые помощники, удобный объект для изучения генетических и биохимических проблем. На этом поприще особенно прославилась кишечная палочка.