Biologia dei batteri. Struttura di una cellula batterica

Il regno "Batteri" è costituito da batteri e alghe blu-verdi, caratteristiche generali che risiede nelle piccole dimensioni e nell'assenza di un nucleo separato da una membrana dal citoplasma.

Chi sono i batteri

Tradotto dal greco “bakterion” significa bastone. Per la maggior parte, i microbi sono organismi unicellulari invisibili a occhio nudo che si riproducono per divisione.

Chi li ha scoperti

Per la prima volta, un ricercatore olandese vissuto nel XVII secolo, Anthony Van Leeuwenhoek, è stato in grado di vedere i più piccoli organismi unicellulari in un microscopio fatto in casa. Studio il mondo attraverso la lente d'ingrandimento di una lente d'ingrandimento ha iniziato mentre lavorava in un negozio di merceria.

Antonio Van Leeuwenhoek (1632-1723)

Successivamente Leeuwenhoek si concentrò sulla realizzazione di obiettivi capaci di ingrandimento fino a 300 volte. In essi ha esaminato i microrganismi più piccoli, descrivendo le informazioni ricevute e trasferendo ciò che ha visto su carta.

Nel 1676, Leeuwenhoek scoprì e presentò informazioni su creature microscopiche, alle quali diede il nome di “animalcules”.

Cosa mangiano?

I microrganismi più piccoli esistevano sulla Terra molto prima della comparsa dell'uomo. Hanno una distribuzione ubiquitaria, nutrendosi di alimenti organici e sostanze inorganiche.

A titolo di assorbimento nutrienti I batteri vengono solitamente divisi in autotrofi ed eterotrofi. Per l'esistenza e lo sviluppo, gli eterotrofi utilizzano i prodotti di scarto della decomposizione organica degli organismi viventi.

Rappresentanti di batteri

I biologi hanno identificato circa 2.500 gruppi di batteri diversi.

In base alla loro forma si dividono in:

• cocchi a contorno sferico;
• bacilli: a forma di bastoncino;
• vibrioni che hanno curve;
• spirilla – forma a spirale;
• streptococchi, costituiti da catene;
• stafilococchi che formano grappoli simili a grappoli.

In base al grado di influenza sul corpo umano, i procarioti possono essere suddivisi in:

• utile;
• dannoso.

I microbi pericolosi per l'uomo includono stafilococchi e streptococchi, che causano malattie purulente.

I batteri bifido e acidophilus sono considerati benefici, poiché stimolano il sistema immunitario e proteggono il tratto gastrointestinale.

Come si riproducono i batteri veri?

La riproduzione di tutti i tipi di procarioti avviene principalmente per divisione, seguita dalla crescita fino alla dimensione originale. Dopo aver raggiunto una certa dimensione, un microrganismo adulto si divide in due parti.

Meno comunemente, la riproduzione di organismi unicellulari simili viene eseguita mediante gemmazione e coniugazione. Quando germogliano sul microrganismo madre, crescono fino a quattro nuove cellule, seguite dalla morte della parte adulta.

La coniugazione è considerata il processo sessuale più semplice negli organismi unicellulari. Molto spesso, i batteri che vivono negli organismi animali si riproducono in questo modo.

Batteri simbionti

I microrganismi coinvolti nella digestione nell'intestino umano lo sono fulgido esempio batteri simbionti. La simbiosi fu scoperta per la prima volta dal microbiologo olandese Martin Willem Beijerinck. Nel 1888 dimostrò la stretta coesistenza reciprocamente vantaggiosa delle piante unicellulari e delle leguminose.

Vivendo nel sistema radicale, i simbionti, nutrendosi di carboidrati, forniscono alla pianta l'azoto atmosferico. Pertanto, i legumi aumentano la fertilità senza impoverire il suolo.

Esistono molti esempi simbiotici di successo che coinvolgono batteri e:

• persona;
• alghe;
• artropodi;
• animali marini.

Organismi microscopici unicellulari aiutano i sistemi del corpo umano e promuovono la pulizia Acque reflue, partecipare alla circolazione degli elementi e lavorare per raggiungere obiettivi comuni.

Perché i batteri sono classificati in un regno speciale?

Questi organismi sono caratterizzati dalle loro piccole dimensioni, dalla mancanza di un nucleo formato e da una struttura eccezionale. Pertanto, nonostante somiglianza esterna, non possono essere classificati come eucarioti, che hanno un nucleo cellulare formato limitato dal citoplasma da una membrana.

Grazie a tutte le loro caratteristiche, nel XX secolo gli scienziati li identificarono come un regno separato.

I batteri più antichi

I più piccoli organismi unicellulari sono considerati la prima vita ad emergere sulla Terra. Nel 2016 i ricercatori hanno scoperto cianobatteri sepolti in Groenlandia che avevano circa 3,7 miliardi di anni.

In Canada sono state trovate tracce di microrganismi vissuti circa 4 miliardi di anni fa nell'oceano.

Funzioni dei batteri

In biologia, tra gli organismi viventi e il loro ambiente, i batteri svolgono le seguenti funzioni:

• trasformazione di sostanze organiche in minerali;
• fissazione dell'azoto.

Nella vita umana, i microrganismi unicellulari svolgono un ruolo importante fin dai primi minuti della nascita. Forniscono una microflora intestinale equilibrata, influenzano il sistema immunitario e mantengono l'equilibrio salino.

Sostanza di riserva batterica

Nei procarioti i nutrienti di riserva si accumulano nel citoplasma. Il loro accumulo avviene in condizioni favorevoli, e viene consumato durante il digiuno.

Le sostanze di riserva batterica includono:

• polisaccaridi;
• lipidi;
• polipeptidi;
• polifosfati;
• depositi di zolfo.

Il principale segno di batteri

La funzione del nucleo nei procarioti è eseguita dal nucleoide.

Pertanto, la caratteristica principale dei batteri è la concentrazione di materiale ereditario in un cromosoma.

Perché i rappresentanti del regno dei batteri sono classificati come procarioti?

L'assenza di un nucleo formato è stata la ragione per classificare i batteri come organismi procarioti.

Come i batteri sopravvivono a condizioni sfavorevoli

I procarioti microscopici sono capaci di a lungo sopportare condizioni sfavorevoli, trasformandosi in contenziosi. Si verifica una perdita di acqua dalla cellula, una significativa diminuzione del volume e un cambiamento di forma.

Le spore diventano insensibili agli effetti meccanici, termici e chimici. In questo modo viene preservata la proprietà di vitalità e viene effettuato un reinsediamento efficace.

Conclusione

Batteri – forma più antica la vita sulla Terra, conosciuta molto prima della comparsa dell'uomo. Sono presenti ovunque: nell'aria circostante, nell'acqua, nello strato superficiale la crosta terrestre. Gli habitat includono piante, animali e esseri umani.

Lo studio attivo degli organismi unicellulari iniziò nel 19° secolo e continua ancora oggi. Questi organismi sono la parte principale Vita di ogni giorno persone e hanno un impatto diretto sull’esistenza umana.

Tutti sanno che i batteri sono il tipo più antico di esseri viventi che popolano il nostro pianeta. I primi batteri erano i più primitivi, ma man mano che la nostra terra cambiava, cambiavano anche i batteri. Sono presenti ovunque, nell'acqua, sulla terra, nell'aria che respiriamo, nel cibo, nelle piante. Proprio come le persone, i batteri possono essere buoni e cattivi.

I batteri benefici sono:

• Acido lattico o lattobacilli. Uno di questi batteri buoniè un batterio lattico. Questo è un tipo di batterio a forma di bastoncino che vive nei latticini e nei prodotti a base di latte fermentato. Questi batteri abitano anche la cavità orale umana, l’intestino e la vagina. Il vantaggio principale di questi batteri è che producono acido lattico sotto forma di fermentazione, grazie al quale otteniamo yogurt, kefir, latte cotto fermentato dal latte, inoltre questi prodotti sono molto utili per l'uomo. Nell'intestino svolgono il ruolo di pulire l'ambiente intestinale dai batteri cattivi.
• Bifidobatteri. I bifidobatteri si trovano principalmente nel tratto gastrointestinale, proprio come i batteri lattici sono in grado di produrre acido lattico e acido acetico, grazie ai quali questi batteri controllano la crescita dei batteri patogeni, regolando così il livello del pH nel nostro intestino. Varie varietà di bifidobatteri aiutano a sbarazzarsi di stitichezza, diarrea e infezioni fungine.
• Escherichia coli. La microflora intestinale umana è costituita dalla maggior parte dei microbi del gruppo Escherichia coli. Contribuiscono buona digestione, e partecipano anche ad alcuni processi cellulari. Ma alcune varietà di questo bastoncino possono causare avvelenamento, diarrea e insufficienza renale.
• Streptomiceti. L'habitat degli streptomiceti è l'acqua, i composti in decomposizione, il suolo. Pertanto, sono particolarmente utili per l'ambiente, perché Con essi vengono effettuati molti processi di scomposizione e combinazioni. Inoltre, alcuni di questi batteri vengono utilizzati nella produzione di antibiotici e farmaci antifungini.

I batteri nocivi sono:

• Streptococchi. Batteri a forma di catena che, quando entrano nel corpo, sono gli agenti causali di molte malattie, come tonsillite, bronchite, otite media e altre.
• Bastone della peste. Un batterio a forma di bastoncino che vive in piccoli roditori provoca malattie terribili come la peste o la polmonite. È una piaga terribile malattia, che può distruggere interi paesi, ed è paragonato alle armi biologiche.
• Helicobacter pylori. L'habitat dell'Helicobacter pylori è lo stomaco umano, ma in alcune persone la presenza di questi batteri provoca gastrite e ulcere.
• Stafilococco. Il nome stafilococco deriva dal fatto che le cellule hanno la forma di un grappolo d'uva. Per l'uomo, questi batteri causano gravi malattie con intossicazione e formazioni purulente. Non importa quanto siano terribili i batteri, l’umanità ha imparato a sopravvivere in mezzo a loro grazie alla vaccinazione.

In questo preciso momento, amico, quando leggi queste righe, stai beneficiando del lavoro dei batteri. Dall’ossigeno che respiriamo ai nutrienti che il nostro stomaco estrae dal cibo, dobbiamo ringraziare i batteri per aver prosperato su questo pianeta. Nel nostro corpo ci sono circa dieci volte più microrganismi, compresi i batteri, delle nostre stesse cellule. In sostanza, siamo più microbi che persone.

È solo di recente che abbiamo iniziato a capire qualcosa sugli organismi microscopici e sul loro impatto sul nostro pianeta e sulla salute, ma la storia mostra che secoli fa i nostri antenati già sfruttavano il potere dei batteri per fermentare cibi e bevande (chiunque abbia mai sentito parlare di pane e birra?).

Nel XVII secolo abbiamo iniziato a studiare i batteri direttamente nel nostro corpo in stretta connessione con noi: nella bocca. La curiosità di Antoni van Leeuwenhoek portò alla scoperta dei batteri quando esaminò una placca tra i suoi denti. Van Leeuwenhoek descrisse i batteri in modo poetico, descrivendo la colonia batterica sui suoi denti come “una piccola sostanza bianca, come un impasto indurito”. Posizionando il campione al microscopio, van Leeuwenhoek vide che i microrganismi si muovevano. Quindi sono vivi!

Dovresti sapere che i batteri hanno svolto un ruolo vitale per la Terra, diventando punto chiave nel creare aria respirabile e ricchezza biologica per il pianeta che chiamiamo casa.

In questo articolo vi forniremo una panoramica di questi microrganismi piccoli ma molto influenti. Esamineremo i modi buoni, cattivi e decisamente bizzarri in cui i batteri hanno plasmato la storia umana e ambiente. Innanzitutto, diamo un'occhiata a come i batteri differiscono dagli altri tipi di vita.

Nozioni di base sui batteri

Ebbene, se i batteri sono invisibili a occhio nudo, come possiamo sapere così tanto su di loro?

Gli scienziati hanno sviluppato potenti microscopi per osservare i batteri – di dimensioni variabili da uno a pochi micron (milionesimi di metro) – e capire come si relazionano con altre forme di vita, piante, animali, virus e funghi.

Come forse saprai, le cellule sono gli elementi costitutivi della vita, dai tessuti del nostro corpo all'albero che cresce fuori dalla nostra finestra. Gli esseri umani, gli animali e le piante hanno cellule con informazioni genetiche contenute in una membrana chiamata nucleo. Questi tipi di cellule, chiamate cellule eucariotiche, hanno organelli speciali, ognuno dei quali svolge funzioni opera unica, aiutando la cellula a funzionare.

I batteri, tuttavia, non hanno un nucleo e il loro materiale genetico (DNA) fluttua liberamente all'interno della cellula. Queste cellule microscopiche non hanno organelli e hanno altri metodi di riproduzione e trasferimento di materiale genetico. I batteri sono considerati cellule procariotiche.

• I batteri sopravvivono in un ambiente con o senza ossigeno?
• La loro forma: bastoncini (bacilli), cerchi (cocchi) o spirali (spirillum)
• I batteri sono gram-negativi o gram-positivi, cioè hanno una membrana protettiva esterna che impedisce la colorazione dell'interno della cellula?
• Come i batteri si muovono ed esplorano il loro ambiente (molti batteri hanno flagelli, minuscole strutture simili a fruste che consentono loro di muoversi nel loro ambiente)

Microbiologia- la scienza di tutti i tipi di microbi, inclusi batteri, archaea, funghi, virus e protozoi - distingue i batteri dai loro cugini microbici.

I procarioti simili ai batteri, ora classificati come archaea, un tempo erano insieme ai batteri, ma quando gli scienziati hanno imparato di più su di loro, hanno assegnato ai batteri e agli archaea categorie proprie.

Nutrizione microbica (e miasmi)

Come le persone, gli animali e le piante, i batteri hanno bisogno di cibo per sopravvivere.

Alcuni batteri - autotrofi - utilizzano risorse di base come la luce solare, l'acqua e sostanze chimiche dall’ambiente per creare cibo (si pensi ai cianobatteri, che convertono la luce solare in ossigeno da 2,5 milioni di anni). Altri batteri sono chiamati eterotrofi dagli scienziati perché ottengono la loro energia dalla materia organica esistente come cibo (ad esempio, le foglie morte sul suolo della foresta).

La verità è che ciò che può essere gustoso per i batteri sarà disgustoso per noi. Si sono evoluti per assorbire tutti i tipi di prodotti, dalle fuoriuscite di petrolio e dai sottoprodotti nucleari ai rifiuti umani e ai prodotti di decomposizione.

Ma l’affinità di un batterio per una particolare fonte di cibo potrebbe portare benefici alla società. Ad esempio, esperti d'arte italiani si sono rivolti ai batteri che possono mangiare gli strati in eccesso di sale e colla, riducendo la durata degli inestimabili opere d'arte. Capacità di riciclare i batteri materia organica anche molto benefico per la Terra, sia nel suolo che nell'acqua.

Per esperienza quotidiana, sei ben consapevole dell'odore causato dai batteri che consumano il contenuto del tuo cestino, trasformando gli avanzi di cibo ed emettendo i propri sottoprodotti gassosi. Tuttavia, questo non è tutto. Puoi anche incolpare i batteri per aver causato quei momenti imbarazzanti in cui espelli tu stesso il gas.

Una grande famiglia

I batteri crescono e formano colonie quando ne hanno la possibilità. Se le condizioni alimentari e ambientali sono favorevoli, si moltiplicano e formano grumi appiccicosi chiamati biofilm su cui sopravvivere superfici diverse- da rocce fino ai denti della tua bocca.

I biofilm hanno i loro pro e contro. Da un lato, sono reciprocamente vantaggiosi oggetti naturali(mutualismo). D’altra parte, possono rappresentare una seria minaccia. Ad esempio, i medici che curano pazienti con impianti e dispositivi medici nutrono serie preoccupazioni sui biofilm perché forniscono spazio ai batteri. Una volta colonizzati, i biofilm possono produrre sottoprodotti tossici e talvolta fatali per l’uomo.

Come le persone nelle città, le cellule di un biofilm comunicano tra loro, scambiandosi informazioni sul cibo e potenziale pericolo. Ma invece di chiamare i vicini al telefono, i batteri inviano messaggi utilizzando sostanze chimiche.

Inoltre, i batteri non hanno paura di vivere da soli. Alcune specie si sono sviluppate modi interessanti sopravvivere in condizioni difficili. Quando non c'è più cibo e le condizioni diventano insopportabili, i batteri si preservano creando un guscio duro, un'endospora, che mette la cellula in uno stato di dormienza e preserva il materiale genetico del batterio.

Gli scienziati trovano batteri in tali capsule temporali che sono state conservate per 100 o addirittura 250 milioni di anni. Ciò suggerisce che i batteri possono essere conservati indipendentemente per lungo tempo.

Ora che sappiamo quali opportunità offrono le colonie ai batteri, scopriamo come arrivano lì, attraverso la divisione e la riproduzione.

Riproduzione dei batteri

Come fanno i batteri a creare colonie? Come altre forme di vita sulla Terra, i batteri hanno bisogno di replicarsi per sopravvivere. Altri organismi lo fanno attraverso la riproduzione sessuale, ma non i batteri. Ma prima discutiamo perché la diversità è positiva.

La vita è sottoposta alla selezione naturale, ovvero le forze selettive di un determinato ambiente consentono a un tipo di prosperare e riprodursi più di un altro. Forse ricorderai che i geni sono il meccanismo che istruisce una cellula su cosa fare e determina di che colore saranno i tuoi capelli e i tuoi occhi. Ottieni i geni dai tuoi genitori. La riproduzione sessuale provoca mutazioni o cambiamenti casuali nel DNA, che creano diversità. Maggiore è la diversità genetica, maggiore è la possibilità che un organismo sia in grado di adattarsi ai vincoli ambientali.

Per i batteri, la riproduzione non dipende dall’incontro con il microbo giusto; copiano semplicemente il proprio DNA e si dividono in due cellule identiche. Questo processo, chiamato fissione binaria, avviene quando un batterio si divide in due, copiando il DNA e trasmettendolo ad entrambe le parti della cellula divisa.

Poiché la cellula risultante alla fine sarà identica a quella da cui è nata, questo metodo di propagazione non è il migliore per creare un pool genetico diversificato. Come fanno i batteri ad acquisire nuovi geni?

Si scopre che i batteri usano un trucco intelligente: il trasferimento o lo scambio genico orizzontale materiale genetico senza riproduzione. Esistono diversi modi in cui i batteri utilizzano per farlo. Un metodo prevede la raccolta di materiale genetico dall'ambiente esterno alla cellula, da altri microbi e batteri (attraverso molecole chiamate plasmidi). Un altro modo sono i virus, che utilizzano i batteri come casa. Quando i virus infettano un nuovo batterio, lasciano il materiale genetico del batterio precedente in quello nuovo.

Lo scambio di materiale genetico dà ai batteri la flessibilità necessaria per adattarsi, e si adattano se avvertono cambiamenti stressanti nell’ambiente, come carenza di cibo o cambiamenti chimici.

Comprendere come i batteri si adattano è estremamente importante per combatterli e creare antibiotici per la medicina. I batteri possono scambiarsi materiale genetico così frequentemente che a volte i trattamenti che funzionavano prima non funzionano più.

Niente montagne alte, niente grandi profondità

Se poni la domanda “dove sono i batteri?”, è più facile chiedere “dove non ci sono batteri?”

I batteri si trovano quasi ovunque sulla Terra. È impossibile immaginare il numero di batteri presenti sul pianeta in un dato momento, ma alcune stime stimano il loro numero (batteri e archaea insieme) a 5 ottilioni, un numero con 27 zeri.

Classificare le specie batteriche è estremamente difficile per ovvi motivi. Oggi esistono circa 30.000 specie ufficialmente identificate, ma la base di conoscenze è in continua crescita e si ritiene che noi siamo solo la punta dell'iceberg di tutti i tipi di batteri.

La verità è che i batteri esistono da molto tempo. Hanno prodotto alcuni dei fossili più antichi, risalenti a 3,5 miliardi di anni fa. La ricerca scientifica suggerisce che i cianobatteri iniziarono a creare ossigeno circa 2,3-2,5 miliardi di anni fa negli oceani del mondo, saturando l’atmosfera terrestre con l’ossigeno che respiriamo ancora oggi.

I batteri possono sopravvivere nell'aria, nell'acqua, nel suolo, nel ghiaccio, nel calore, sulle piante, nell'intestino, sulla pelle, ovunque.

Alcuni batteri sono estremofili, nel senso che possono resistere condizioni estreme, quando fa molto caldo o freddo, o c'è una carenza di nutrienti e sostanze chimiche che solitamente associamo alla vita. I ricercatori hanno scoperto tali batteri in fossa delle Marianne, il punto più profondo della Terra in basso l'oceano Pacifico, vicino a bocche idrotermali in acqua e ghiaccio. Ci sono anche batteri che amano le alte temperature, come quelli che colorano la piscina opalescente del Parco Nazionale di Yellowstone.

Cattivo (per noi)

Anche se i batteri danno un contributo importante alla salute umana e planetaria, lo hanno anche fatto lato oscuro. Alcuni batteri possono essere patogeni, nel senso che causano malattie e malattie.

Nel corso della storia umana, alcuni batteri hanno (comprensibilmente) ricevuto una cattiva reputazione, causando panico e isteria. Prendiamo ad esempio la peste. Il batterio che causa la peste, Yersinia pestis, non solo uccise più di 100 milioni di persone, ma potrebbe aver contribuito al crollo dell’Impero Romano. Prima dell’avvento degli antibiotici, farmaci che aiutano a combattere le infezioni batteriche, era molto difficile fermarli.

Ancora oggi questi batteri patogeni ci spaventano seriamente. Grazie allo sviluppo della resistenza agli antibiotici, i batteri che causano l'antrace, la polmonite, la meningite, il colera, la salmonellosi, la tonsillite e altre malattie che ancora ci restano vicine rappresentano sempre un pericolo per noi.

Ciò è particolarmente vero per lo Staphylococcus aureus, il batterio responsabile dell'infezione infezioni da stafilococco. Questo “superbatterio” provoca numerosi problemi nelle cliniche, poiché molto spesso i pazienti contraggono questa infezione quando impiantano impianti medici e cateteri.

Abbiamo già parlato della selezione naturale e di come alcuni batteri producono una varietà di geni che li aiutano a far fronte alle condizioni ambientali. Se hai un'infezione e alcuni batteri nel tuo corpo sono diversi dagli altri, gli antibiotici possono colpire la maggior parte della popolazione batterica. Ma i batteri che sopravvivono svilupperanno una resistenza al farmaco e rimarranno, in attesa della prossima occasione. Pertanto, i medici raccomandano di completare il ciclo di antibiotici fino alla fine e, in generale, di utilizzarli il più raramente possibile, solo come ultima risorsa.

Le armi biologiche sono un altro aspetto spaventoso di questa conversazione. In alcuni casi i batteri possono essere usati come arma, in particolare un tempo veniva usato l'antrace. Inoltre, non solo le persone soffrono di batteri. Una specie separata, Halomonas titanicae, ha mostrato appetito per il transatlantico affondato Titanic, divorando il metallo della storica nave.

Naturalmente, i batteri possono causare molto più che semplici danni.

Batteri eroici

Esploriamo Lato positivo batteri. Dopotutto, questi microbi ci hanno dato cibi deliziosi come formaggio, birra, lievito naturale e altri elementi fermentati. Migliorano anche la salute umana e sono usati in medicina.

I singoli batteri possono essere ringraziati per la formazione evoluzione umana. La scienza sta raccogliendo sempre più dati sulla microflora, i microrganismi che vivono nel nostro corpo, soprattutto in apparato digerente e intestini. La ricerca mostra che i batteri, il nuovo materiale genetico e la diversità che apportano al nostro corpo consentono agli esseri umani di adattarsi a nuove fonti di cibo che non sono mai state sfruttate prima.

Vediamola in questo modo: rivestendo la superficie dello stomaco e dell'intestino, i batteri “lavorano” per voi. Quando mangi, batteri e altri microbi ti aiutano a scomporre ed estrarre i nutrienti dal cibo, in particolare i carboidrati. Più diversi sono i batteri che consumiamo, maggiore è la diversità che acquisiscono i nostri corpi.

Sebbene la nostra conoscenza dei nostri microbi sia molto limitata, c’è motivo di credere che l’assenza di alcuni microbi e batteri nel corpo possa essere associata alla salute umana, al metabolismo e alla suscettibilità agli allergeni. Studi preliminari sui topi hanno dimostrato che le malattie metaboliche come l’obesità sono associate a un microbiota diversificato e sano, piuttosto che alla nostra mentalità prevalente “calorie dentro, calorie fuori”.

Le possibilità di introdurre determinati microbi e batteri nel corpo umano, che possono fornire determinati benefici, sono ora oggetto di studio attivo, ma al momento in cui scrivo raccomandazioni generali sul loro utilizzo non sono ancora stati stabiliti.

Inoltre, i batteri hanno svolto un ruolo importante nello sviluppo del pensiero scientifico e della medicina umana. I batteri hanno svolto un ruolo di primo piano nello sviluppo dei postulati di Koch del 1884, che hanno portato alla comprensione generale che la malattia è causata da un tipo specifico di microbo.

I ricercatori che studiavano i batteri scoprirono accidentalmente la penicillina, un antibiotico che salvò molte vite. Inoltre, recentemente, in relazione a ciò, è stato aperto modo semplice modificare il genoma degli organismi, cosa che potrebbe rivoluzionare la medicina.

Stiamo infatti appena iniziando a capire come trarre vantaggio dalla nostra convivenza con questi piccoli amici. Inoltre, non è chiaro chi sia il vero proprietario della Terra: persone o microbi.

22 luglio 2017 Gennady

La riproduzione dei batteri mediante fissione è il metodo più comune per aumentare le dimensioni di una popolazione microbica. Dopo la divisione, i batteri raggiungono la loro dimensione originale, il che richiede determinate sostanze (fattori di crescita).

I metodi di riproduzione dei batteri sono diversi, ma la maggior parte delle loro specie ha una forma di riproduzione asessuata mediante fissione. I batteri raramente si riproducono per gemmazione. La riproduzione sessuale dei batteri è presente in una forma primitiva.

Riso. 1. La foto mostra una cellula batterica nella fase di divisione.

Apparato genetico dei batteri

L'apparato genetico dei batteri è rappresentato da un singolo DNA - cromosoma. Il DNA è chiuso in un cerchio. Il cromosoma è localizzato in un nucleotide che non ha membrana. Una cellula batterica contiene plasmidi.

Nucleoide

Un nucleoide è un analogo di un nucleo. Si trova al centro della cella. Contiene DNA, il portatore di informazioni ereditarie in forma piegata. Il DNA svolto raggiunge una lunghezza di 1 mm. La sostanza nucleare di una cellula batterica non ha una membrana, un nucleolo o un insieme di cromosomi e non si divide per mitosi. Prima della divisione, il nucleotide viene raddoppiato. Durante la divisione, il numero di nucleotidi aumenta a 4.

Riso. 2. La foto mostra una cellula batterica in una sezione. Nella parte centrale è visibile un nucleotide.

Plasmidi

I plasmidi sono molecole autonome ripiegate in un anello di DNA a doppio filamento. La loro massa è significativamente inferiore alla massa di un nucleotide. Nonostante il fatto che il DNA plasmidico codifichi informazioni ereditarie, non sono vitali e necessari per la cellula batterica.

Riso. 3. La foto mostra un plasmide batterico.

Fasi di divisione

Dopo aver raggiunto una certa dimensione caratteristica di una cellula adulta, vengono avviati i meccanismi di divisione.

replicazione del DNA

La replicazione del DNA precede la divisione cellulare. I mesosomi (pieghe della membrana citoplasmatica) trattengono il DNA fino al completamento del processo di divisione (replicazione).

La replicazione del DNA viene effettuata con l'aiuto degli enzimi DNA polimerasi. Durante la replica legami di idrogeno Nel DNA a doppio filamento, il DNA viene rotto, dando luogo alla formazione di due DNA figli a filamento singolo da un DNA. Successivamente, quando i DNA figlie presero posto nei separati cellule figlie, avviene il loro ripristino.

Non appena la replicazione del DNA è completata, come risultato della sintesi appare una costrizione, che divide la cellula a metà. Prima si divide il nucleotide, poi il citoplasma. La sintesi della parete cellulare completa la divisione.

Riso. 4. Schema di divisione cellulare batterica.

Scambio di sezioni di DNA

Nel Bacillus subtilis il processo di replicazione del DNA termina con lo scambio di due sezioni di DNA.

Dopo la divisione cellulare si forma un ponte attraverso il quale il DNA di una cellula passa nell'altra. Successivamente, entrambi i DNA sono intrecciati. Alcune sezioni di entrambi i DNA restano unite. Nei siti di adesione vengono scambiati segmenti di DNA. Uno dei DNA ritorna lungo il ponticello nella prima cella.

Riso. 5. Variante dello scambio di DNA nel Bacillus subtilis.

Tipi di divisioni cellulari batteriche

Se la divisione cellulare precede il processo di separazione, si formano bastoncini e cocchi multicellulari.

Con la divisione cellulare sincrona si formano due cellule figlie a tutti gli effetti.

Se il nucleotide si divide più velocemente della cellula stessa, si formano batteri multinucleotidici.

Metodi per separare i batteri

Divisione per rottura

La divisione per rottura è caratteristica dei bacilli dell'antrace. Come risultato di questa divisione, le cellule si rompono nei punti di giunzione, rompendo i ponti citoplasmatici. Quindi si respingono a vicenda, formando catene.

Divisione scorrevole

Con la separazione scorrevole, dopo la divisione la cellula si stacca e, per così dire, scivola lungo la superficie di un'altra cellula. Questo metodo la separazione è caratteristica di alcune forme di Escherichia.

Diviso diviso

Con la divisione secante, una delle cellule divise con la sua estremità libera descrive un arco di cerchio, il cui centro è il punto del suo contatto con un'altra cellula, formando un quinque romano o cuneiforme (Corynebacterium diphtheria, Listeria).

Riso. 6. La foto mostra batteri a forma di bastoncino che formano catene (bacilli dell'antrace).

Riso. 7. La foto mostra un metodo scorrevole per separare E. coli.

Riso. 8. Il metodo di scissione per separare i corinebatteri.

Tipo di cluster batterici dopo la divisione

I gruppi di cellule in divisione hanno una varietà di forme, che dipendono dalla direzione del piano di divisione.

Batteri globulari disposti uno per uno, due per due (diplococchi), in pacchetti, in catenelle o come grappoli d'uva. Batteri a forma di bastoncino - in catene.

Batteri a forma di spirale- caotico.

Riso. 9. La foto mostra micrococchi. Sono rotondi, lisci e di colore bianco, giallo e rosso. In natura i micrococchi sono onnipresenti. Vivono in diverse cavità del corpo umano.

Riso. 10. Nella foto ci sono i batteri diplococcus - Streptococcus pneumoniae.

Riso. 11. La foto mostra il batterio Sarcina. I batteri coccoidi si raggruppano in pacchetti.

Riso. 12. La foto mostra i batteri streptococchi (dal greco "streptos" - catena). Disposti in catene. Sono agenti causali di una serie di malattie.

Riso. 13. Nella foto, i batteri sono stafilococchi “dorati”. Disposti come “grappoli d’uva”. I grappoli sono di colore dorato. Sono agenti causali di una serie di malattie.

Riso. 14. Nella foto, i batteri Leptospira arrotolati sono gli agenti causali di molte malattie.

Riso. 15. La foto mostra batteri a forma di bastoncino del genere Vibrio.

Tasso di divisione batterica

Il tasso di divisione batterica è estremamente elevato. In media, una cellula batterica si divide ogni 20 minuti. Nel giro di un solo giorno, una cellula forma 72 generazioni di figli. Il Mycobacterium tuberculosis si divide lentamente. L'intero processo di divisione richiede circa 14 ore.

Riso. 16. La foto mostra il processo di divisione cellulare dello streptococco.

Riproduzione sessuale dei batteri

Nel 1946, gli scienziati scoprirono riproduzione sessuale in una forma primitiva. In questo caso non si formano i gameti (cellule riproduttive maschili e femminili), ma alcune cellule si scambiano materiale genetico ( ricombinazione genetica).

Di conseguenza avviene il trasferimento genico coniugazione- trasferimento unidirezionale dei pezzi informazioni genetiche COME plasmidi al contatto delle cellule batteriche.

I plasmidi sono piccole molecole di DNA. Non sono associati al genoma cromosomico e sono in grado di raddoppiarsi autonomamente. I plasmidi contengono geni che aumentano la resistenza delle cellule batteriche a condizioni sfavorevoli ambiente esterno. I batteri spesso si trasmettono questi geni tra loro. Si nota anche il trasferimento di informazioni genetiche a batteri di un'altra specie.

In assenza di un vero processo sessuale, è la coniugazione a svolgere un ruolo enorme nello scambio di caratteristiche utili. In questo modo viene trasmessa la capacità dei batteri di manifestare resistenza ai farmaci. Il trasferimento della resistenza agli antibiotici tra popolazioni che causano malattie è particolarmente pericoloso per l’umanità.

Riso. 17. La foto mostra il momento della coniugazione di due E. coli.

Fasi di sviluppo delle popolazioni batteriche

Quando inoculato su un mezzo nutritivo, lo sviluppo della popolazione batterica attraversa diverse fasi.

Fase iniziale

La fase iniziale è il periodo che va dal momento della semina alla loro crescita. In media, la fase iniziale dura 1 - 2 ore.

Fase di ritardo della riproduzione

Questa è la fase di intensa crescita batterica. La sua durata è di circa 2 ore. Dipende dall'età della coltura, dal periodo di adattamento, dalla qualità del mezzo nutritivo, ecc.

Fase logaritmica

Durante questa fase si verifica un picco del tasso di riproduzione e un aumento della popolazione batterica. La sua durata è di 5 - 6 ore.

Fase di accelerazione negativa

Durante questa fase si verifica una diminuzione del tasso di riproduzione, diminuisce il numero dei batteri in divisione e aumenta il numero dei batteri morti. La ragione dell'accelerazione negativa è l'esaurimento del mezzo nutritivo. La sua durata è di circa 2 ore.

Fase massima stazionaria

Durante la fase stazionaria si nota un pari numero di individui morti e di neoformati. La sua durata è di circa 2 ore.

Fase di accelerazione della morte

Durante questa fase il numero di cellule morte aumenta progressivamente. La sua durata è di circa 3 ore.

Fase di morte logaritmica

Durante questa fase, le cellule batteriche muoiono a velocità costante. La sua durata è di circa 5 ore.

Fase di diminuzione della tariffa

Durante questa fase, le restanti cellule batteriche viventi entrano in uno stato dormiente.

Riso. 18. La figura mostra la curva di crescita di una popolazione batterica.

Riso. 19. Nella foto, una colonia di Pseudomonas aeruginosa è blu-verde, una colonia di micrococchi colore giallo, Le colonie di Bacterium prodigiosum sono di colore rosso sangue e le colonie di Bacteroides niger sono di colore nero.

Riso. 20. La foto mostra una colonia di batteri. Ogni colonia è figlia di una singola cellula. In una colonia, il numero di cellule è di milioni. La colonia cresce in 1 - 3 giorni.

Divisione dei batteri magneticamente sensibili

Negli anni '70 furono scoperti batteri che vivevano nei mari e che possedevano un senso di magnetismo. Il magnetismo lo consente creature straordinarie navigare tra le linee campo magnetico Terra e trovare zolfo, ossigeno e altre sostanze di cui ha tanto bisogno. La loro “bussola” è rappresentata dai magnetosomi, che consistono in un magnete. Quando si dividono, i batteri magneticamente sensibili dividono la loro bussola. In questo caso, la costrizione durante la divisione diventa chiaramente insufficiente, per cui la cellula batterica si piega e produce una frattura netta.

Riso. 21. La foto mostra il momento della divisione di un batterio magneticamente sensibile.

Crescita batterica

Quando una cellula batterica inizia a dividersi, due molecole di DNA si spostano alle estremità opposte della cellula. Successivamente, la cella viene divisa in due parti uguali, che vengono separate l'una dall'altra e aumentano fino alla dimensione originale. La velocità di divisione di molti batteri è in media di 20-30 minuti. Nel giro di un solo giorno, una cellula forma 72 generazioni di figli.

Durante il processo di crescita e sviluppo, una massa di cellule assorbe rapidamente i nutrienti dall'ambiente. Ciò è facilitato da fattori ambientali favorevoli - regime di temperatura, una quantità sufficiente di nutrienti, il pH richiesto dell'ambiente. Le cellule aerobiche richiedono ossigeno. È pericoloso per gli anaerobi. Tuttavia in natura non esiste una proliferazione illimitata dei batteri. luce del sole, aria secca, mancanza di cibo, Calore fattori ambientali e di altro tipo hanno un effetto dannoso sulla cellula batterica.

Riso. 22. La foto mostra il momento della divisione cellulare.

Fattori di crescita

Per la crescita dei batteri sono necessarie alcune sostanze (fattori di crescita), alcune delle quali sono sintetizzate dalla cellula stessa, altre provengono dall'ambiente. La necessità di fattori di crescita è diversa per tutti i batteri.

La necessità di fattori di crescita è una caratteristica costante, che rende possibile l'utilizzo per l'identificazione dei batteri, la preparazione dei terreni nutritivi e l'utilizzo nella biotecnologia.

Fattori di crescita batterica (vitamine batteriche) - elementi chimici, la maggior parte delle quali sono vitamine del gruppo B idrosolubili. Questo gruppo comprende anche le basi emina, colina, purina e pirimidina e altri aminoacidi. In assenza di fattori di crescita si verifica la batteriostasi.

I batteri utilizzano fattori di crescita per quantità minime e invariato. Numerose sostanze chimiche di questo gruppo fanno parte degli enzimi cellulari.

Riso. 23. La foto mostra il momento della divisione di un batterio a forma di bastoncino.

I più importanti fattori di crescita batterica

• Vitamina B1 (tiamina). Partecipa al metabolismo dei carboidrati.
• Vitamina B2" (riboflavina). Partecipa alle reazioni redox.
• Acido pantotenicoÈ parte integrale coenzima A.
• Vitamina B6 (piridossina). Partecipa al metabolismo degli aminoacidi.
• Vitamine B12(le cobalamine sono sostanze contenenti cobalto). Accettare Partecipazione attiva nella sintesi dei nucleotidi.
• Acido folico. Alcuni dei suoi derivati ​​fanno parte di enzimi che catalizzano la sintesi delle basi puriniche e pirimidiniche, nonché di alcuni amminoacidi.
• Biotina. Partecipa al metabolismo dell'azoto e catalizza anche la sintesi degli acidi grassi insaturi.
• Vitamina PP(un acido nicotinico). Partecipa alle reazioni redox, alla formazione di enzimi e al metabolismo dei lipidi e dei carboidrati.
• Vitamina H(acido para-amminobenzoico). È un fattore di crescita per molti batteri, compresi quelli che popolano l'intestino umano. L'acido folico è sintetizzato dall'acido para-aminobenzoico.
• Gemin. È parte integrante di alcuni enzimi che prendono parte alle reazioni di ossidazione.
• Kholino. Partecipa alle reazioni di sintesi dei lipidi della parete cellulare. È un fornitore di gruppo metilico nella sintesi degli aminoacidi.
• Basi puriniche e pirimidiniche(adenina, guanina, xantina, ipoxantina, citosina, timina e uracile). Le sostanze sono necessarie principalmente come componenti degli acidi nucleici.
• Aminoacidi. Queste sostanze sono componenti delle proteine ​​cellulari.

Fabbisogno di fattori di crescita di alcuni batteri

Auxotrofi Per garantire la vita, necessitano della fornitura di sostanze chimiche dall’esterno. Ad esempio, i clostridi non sono in grado di sintetizzare lecitina e tirosina. Gli stafilococchi necessitano dell'apporto di lecitina e arginina. Gli streptococchi richiedono l'apporto di acidi grassi - componenti dei fosfolipidi. Corinebatteri e Shigella necessitano di acido nicotinico. Staphylococcus aureus, pneumococchi e Brucella richiedono vitamina B1. Streptococchi e bacilli del tetano - in acido pantotenico.

Prototrofi sintetizzare autonomamente le sostanze necessarie.

Riso. 24. Condizioni diverse le condizioni ambientali hanno effetti diversi sulla crescita delle colonie batteriche. A sinistra c'è una crescita costante sotto forma di un cerchio che si espande lentamente. Sulla destra - crescita rapida sotto forma di "fughe".

Lo studio della necessità dei batteri di fattori di crescita consente agli scienziati di ottenere una grande massa microbica, così necessaria nella produzione di farmaci antimicrobici, sieri e vaccini.

Maggiori informazioni sui batteri negli articoli:

La proliferazione batterica è un meccanismo per aumentare il numero di popolazioni microbiche. La divisione batterica è il principale metodo di riproduzione. Dopo la divisione, i batteri devono raggiungere la dimensione adulta. I batteri crescono assorbendo rapidamente i nutrienti dal loro ambiente. La crescita richiede alcune sostanze (fattori di crescita), alcune delle quali sono sintetizzate dalla cellula batterica stessa, mentre altre provengono dall'ambiente.

Nel nostro mondo esiste un numero enorme di batteri. Tra questi ce ne sono di buoni e ce ne sono anche di cattivi. Alcuni li conosciamo meglio, altri peggio. Nel nostro articolo abbiamo selezionato un elenco dei batteri più famosi che vivono tra noi e nel nostro organismo. L’articolo è scritto con un po’ di umorismo, quindi non giudicare rigorosamente.

Fornisce "controllo del viso" nelle tue viscere

Lattobacilli (Lactobacillus plantarum) vivere in tratto digerente le persone fin dalla preistoria hanno svolto un lavoro grandioso e importante. Come l'aglio, spaventano i vampiri batteri patogeni, impedendo loro di depositarsi nello stomaco e causare disturbi intestinali. Benvenuto! Cetrioli e pomodori sottaceto, crauti rafforzerà la forza dei buttafuori, ma sappi che il duro allenamento e lo stress da attività fisica riducendone i ranghi. Aggiungi un po' di ribes nero al tuo frullato proteico. Queste bacche riducono lo stress da fitness grazie agli antiossidanti che contengono.

2. DIFENSORE DELLA PANCIA Helicobacter pylori

Ferma i morsi della fame alle 15:00

Un altro batterio che vive nel tratto digestivo, l'Helicobacter pylori, si sviluppa durante l'infanzia e aiuta a mantenere un peso sano per tutta la vita controllando gli ormoni responsabili della fame! Mangia 1 mela ogni giorno.

Questi frutti producono acido lattico nello stomaco, in cui la maggior parte dei batteri nocivi non possono sopravvivere, ma che l'Helicobacter pylori ama. Tuttavia, tieni sotto controllo H. pylori, possono andare contro di te e causare ulcere allo stomaco. Prepara le uova strapazzate con gli spinaci a colazione: i nitrati di queste foglie verdi addensano le pareti dello stomaco, proteggendolo dall'eccesso di acido lattico.

3. Pseudomonas aeruginosa

Ama le docce, i bagni caldi e le piscine

Vivere in acqua calda Il batterio Pseudomonas aeruginosa entra nel cuoio capelluto attraverso i pori dei follicoli piliferi, provocando un'infezione accompagnata da prurito e dolore nelle zone colpite.

Non vuoi indossare la cuffia ogni volta che fai il bagno. Respingi l'invasione del cardatore con un sandwich al pollo o al salmone e uova. Un gran numero di i follicoli hanno bisogno di proteine ​​per essere sani e combattere efficacemente corpi stranieri. Non dimenticare gli acidi grassi, che sono assolutamente essenziali per un cuoio capelluto sano. 4 scatolette di tonno in scatola o 4 avocado medi a settimana ti aiuteranno in questo. Non più.

4. Batteri nocivi Corynebacterium minutissimum

Protozoi ad alta tecnologia

Batteri nocivi possono nascondersi nei posti più inaspettati. Ad esempio, il Corynebacterium minutissimum, che provoca eruzioni cutanee, ama vivere sui touchscreen di telefoni e tablet. Distruggili!

È strano, ma nessuno lo ha ancora sviluppato applicazione gratuita, combattendo questi microbi. Ma molte aziende producono custodie per telefoni e tablet con rivestimento antibatterico, che garantisce l'arresto della crescita dei batteri. E cerca di non strofinare le mani quando le asciughi dopo il lavaggio: questo può ridurre la popolazione batterica del 37%.

5. IL NOBILE RASSAL Escherichia coli

Batteri buoni e cattivi

Si ritiene che il batterio Escherichia coli sia la causa di decine di migliaia di malattie infettive annualmente. Ma ci dà problemi solo quando trova il modo di lasciare il colon e mutare in un ceppo patogeno. Normalmente, è abbastanza utile per la vita e fornisce al corpo vitamina K, che mantiene le arterie sane, prevenendo attacchi di cuore.

Per tenere a bada questi batteri che fanno notizia, includi i legumi nella tua dieta cinque volte a settimana. La fibra dei fagioli non viene scomposta ma si sposta nel colon dove l'E. coli può nutrirsene e continuare il suo normale ciclo riproduttivo. I fagioli neri sono i più ricchi di fibre, poi gli Idelim, ovvero a forma di luna, e solo poi i soliti fagioli rossi. I legumi non solo tengono sotto controllo i batteri, ma le loro fibre frenano anche l'appetito pomeridiano e aumentano la capacità del corpo di assorbire i nutrienti.

6. BRUCIANTE Staphylococcusaureus

Mangia via la giovinezza della tua pelle

Molto spesso, foruncoli e brufoli sono causati dal batterio Staphylococcusaureus, che vive sulla pelle della maggior parte delle persone. L'acne è, ovviamente, spiacevole, ma, essendo penetrato nel corpo attraverso la pelle danneggiata, questo batterio può causare malattie più gravi: polmonite e meningite.

L'antibiotico naturale dermicidina, tossico per questi batteri, si trova nel sudore umano. Includi esercizi ad alta intensità nel tuo allenamento almeno una volta alla settimana, cercando di lavorare all'85% della tua capacità massima. E usa sempre un asciugamano pulito.

7. MICROB – GLUTTER Bifidobacterium animalis

® Vive nei prodotti a base di latte fermentato

Il batterio Bifidobacterium animalis popola il contenuto di vasetti di yogurt, bottiglie di kefir, yogurt, latte cotto fermentato e altri prodotti simili. Riducono del 21% il tempo necessario affinché il cibo passi attraverso il colon. Il cibo non ristagna, non si formano gas in eccesso: è meno probabile che si verifichi un problema chiamato in codice "Festa dello Spirito".

Dai da mangiare ai batteri, ad esempio, con una banana: mangiala dopo pranzo. E per il pranzo sarà perfetta la pasta con carciofi e aglio. Tutti questi prodotti sono ricchi di frutto-oligosaccaridi: il Bifidobacterium animalis ama questo tipo di carboidrati e li mangia con piacere, dopodiché si riproduce con altrettanto piacere. E man mano che la popolazione cresce, aumentano le possibilità di una normale digestione.

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