Nascono i batteri. Effetti positivi dei batteri sul corpo

Che non hanno un nucleo. La maggior parte dei batteri sono eterotrofi, ma esistono anche batteri autotrofi. Si riproducono per divisione. Quando si verificano condizioni sfavorevoli, alcuni batteri formano spore.

I batteri possono essere visti solo al microscopio, per questo vengono chiamati microrganismi. I microrganismi sono studiati dalla scienza della microbiologia. La branca della microbiologia che studia i batteri si chiama batteriologia.

Il primo a vedere e descrivere i batteri fu il naturalista olandese Anthony van Leeuwen Hoek (1632-1723). Ha imparato a macinare il vetro e realizzare lenti. Leeuwenhoek realizzò più di 400 microscopi e scoprì il mondo degli organismi microscopici: batteri e protisti.

Quando sentiamo parlare di batteri, spesso immaginiamo mal di gola o gengive, nonostante solo una piccola parte dei batteri causi malattie. La maggior parte di questi organismi ne eseguono altri funzioni importanti.

Iniziamo ad entrare in contatto con i batteri fin dalle prime ore di vita. Molti di loro vivono costantemente sulla superficie della pelle umana. Ce ne sono ancora di più sui denti, sulle gengive, sulla lingua e sulle pareti della bocca. Ci sono più batteri nella tua bocca che persone sulla Terra! Ma il maggior numero vive nell'intestino: fino a 5 kg in un adulto.

I batteri si trovano ovunque: nell'acqua, nel suolo, nell'aria, nei tessuti vegetali, nel corpo degli animali e dell'uomo. Vivono dove trovano cibo a sufficienza, umidità e temperature favorevoli (10-40°C). La maggior parte di essi necessita di ossigeno. Ci sono anche batteri che vivono nelle sorgenti termali (con una temperatura di 60-90 ° C), corpi d'acqua estremamente salati, nei vulcani, nelle profondità degli oceani, dove non penetra luce del sole. Anche nelle regioni più fredde (Antartide) e montagne alte I batteri vivono sulle cime.

Trovato in luoghi diversi quantità diversa batteri. Ce ne sono meno nell'aria, soprattutto in condizioni naturali. E nei luoghi affollati, come cinema, stazioni ferroviarie e aule scolastiche, ce ne sono molti di più. Pertanto è necessario aerare frequentemente i locali.

Nelle acque dei fiumi, soprattutto vicino alle grandi città, possono esserci molti batteri, fino a diverse centinaia di migliaia per 1 mm3. Pertanto, non dovresti bere acqua grezza da serbatoi aperti. Ci sono molti batteri nell'acqua dei mari e degli oceani.

Ci sono ancora più batteri nel terreno: fino a 100 milioni per 1 g di humus (strato di terreno fertile).

I batteri sono organismi molto piccoli. I batteri più grandi possono essere visti al microscopio ottico.

Per conoscere i più piccoli è necessario il microscopio elettronico (Fig. 7).

La maggior parte dei batteri che popolano la nostra casa e il nostro corpo hanno la forma di palline, bastoncini e spirali. I batteri sferici sono chiamati cocchi, i batteri a forma di bastoncino sono chiamati bacilli e i batteri a forma di spirale sono chiamati spirilla (Fig. 9). Alcuni batteri formano catene, situate l'una vicina all'altra.

Considera la struttura di una cellula batterica nella Figura 10. Comprende il citoplasma, circondato da una membrana citoplasmatica e una membrana cellulare (parete cellulare). Il guscio conferisce al batterio una certa forma e funge da protezione da condizioni sfavorevoli.

Una protezione aggiuntiva per molti batteri sarà fornita dallo strato di muco situato all'esterno del guscio. La superficie della cellula batterica è ricoperta da numerosi villi, che sono escrescenze cave della membrana citoplasmatica. Alcuni batteri hanno uno o più flagelli filamentosi.

La principale differenza tra i batteri è l'assenza di nucleo, cioè sono procarioti.

È su questa base che vengono separati in un regno separato. Il materiale nucleare dei batteri è il cromosoma batterico: trasporta informazioni ereditarie.

La maggior parte dei batteri sono eterotrofi. Consumano sostanze organiche già pronte. Il loro cibo sono organismi vivi e morti, prodotti alimentari umani, acque reflue, ecc.

Saprofiti

Alcuni batteri eterotrofi utilizzano sostanze organiche provenienti da cadaveri o secrezioni di organismi viventi. Questi sono saprotrofi (dal greco sapros - marcio e trophos - nutrizione).

Esistono anche batteri autotrofi. Sono in grado di formare sostanze organiche da sostanze inorganiche (anidride carbonica, acqua, idrogeno solforato, ecc.). I batteri fotosintetici autotrofi hanno nelle loro cellule la clorofilla batterica, con la quale formano sostanze organiche sotto l'influenza dell'energia solare.

Cianobatteri

Un esempio di batteri autotrofi sono i cianobatteri. Producono il proprio cibo dall'anidride carbonica e dall'acqua quando esposti alla luce solare. Allo stesso tempo rilasciano ossigeno, arricchendo il loro habitat.

I batteri si riproducono per divisione. In questo caso, da una cellula madre si formano due cellule figlie, simile a quello della madre. A condizioni favorevoli(nutrizione sufficiente, umidità e temperatura da 10 a 30 ° C) i batteri possono dividersi ogni 20-30 minuti, quindi il loro numero aumenta molto rapidamente. Materiale dal sito

Se i batteri vengono coltivati (cresciuti) su un mezzo nutritivo in condizioni favorevoli, si moltiplicano molto rapidamente e formano colonie fino a 4 miliardi di cellule. Le colonie di batteri di alcune specie hanno contorni e colori caratteristici (Fig. 8). Dal tipo di colonie è possibile determinare la presenza di determinati batteri in un particolare materiale.

Alcuni batteri si muovono utilizzando i flagelli. La base del flagello ruota e sembra essere avvitata nel mezzo, garantendo il movimento del batterio. La maggior parte dei batteri si muove passivamente: alcuni con l'aiuto delle correnti d'aria, altri con il flusso dell'acqua. Ecco come vengono distribuiti.

In condizioni sfavorevoli (mancanza di cibo, umidità, sbalzi di temperatura improvvisi), i batteri possono trasformarsi in spore. Il citoplasma vicino al cromosoma batterico diventa più denso. Attorno ad esso si forma un guscio molto forte. Le spore formate in questo modo possono esistere per centinaia di anni (Fig. 11).

Tutti sanno che i batteri sono i più aspetto antico 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 buoni sono i batteri lattici. 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. Promuovono una buona digestione e sono anche coinvolti in 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. La peste è una malattia terribile che può distruggere interi paesi ed è stata paragonata 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.

È vero, batteri), microrganismi con una struttura cellulare di tipo procariotico: il loro apparato genetico non è racchiuso in un nucleo cellulare isolato da una membrana.

Dimensioni e forma delle cellule. La maggior parte dei batteri sono organismi unicellulari con una dimensione di 0,2-10,0 micron. Tra i batteri ci sono anche i “nani”, i cosiddetti nanobatteri (circa 0,05 micron), e i “giganti”, ad esempio i batteri dei generi Achromatium e Macromonas (lunghezza fino a 100 micron), abitanti dell'intestino del pesce chirurgo Epulopiscium fishelsoni (lunghezza fino a 600 micron) e Thiomargarita namibiensis isolati dalle acque marine costiere della Namibia e del Cile (fino a 800 µm). Molto spesso, la cellula batterica ha una forma bastoncellare, sferica (cocchi) o contorta (vibrioni, spirilla e spirochete). Sono state rinvenute specie con cellule triangolari, quadrate, stellate e piatte (a forma di piastra). Alcuni batteri contengono proiezioni citoplasmatiche chiamate prostek. I batteri possono essere singoli, formare coppie, catene corte e lunghe, grappoli, formare pacchetti di 4, 8 o più cellule (sarcine), rosette, reti e micelio (attinomiceti). Sono note anche forme multicellulari che formano tricomi diritti e ramificati (microcolonie). Si trovano sia batteri mobili che non mobili. I primi si muovono molto spesso con l'aiuto di flagelli, a volte mediante cellule scorrevoli (mixobatteri, cianobatteri, spirochete, ecc.). È noto anche un movimento di “salto”, la cui natura non è chiara. Per le forme mobili vengono descritti i fenomeni di movimento attivo in risposta all'azione di fattori fisici o chimici.

Composizione chimica e struttura delle cellule. Una cellula batterica è solitamente composta per il 70-80% da acqua. Nel residuo secco le proteine rappresentano il 50%, i componenti della parete cellulare il 10-20%, l'RNA il 10-20%, il DNA il 3-4% ed i lipidi il 10%. In media, la quantità di carbonio è del 50%, ossigeno 20%, azoto 14%, idrogeno 8%, fosforo 3%, zolfo e potassio 1% ciascuno, calcio e magnesio 0,5% ciascuno e ferro 0,2%.

Con poche eccezioni (micoplasmi), le cellule batteriche sono circondate da una parete cellulare, che determina la forma del batterio e svolge importanti funzioni meccaniche. funzioni fisiologiche. Il suo componente principale è il complesso biopolimero mureina (peptidoglicano). A seconda delle caratteristiche della composizione e della struttura della parete cellulare, i batteri si comportano diversamente quando colorati secondo il metodo di H. C. Gram (lo scienziato danese che ha proposto il metodo di colorazione), che è servito come base per dividere i batteri in gram-positivi, gram-negativi e quelli privi di parete cellulare (ad esempio micoplasma). I primi si distinguono per un contenuto di mureina elevato (fino a 40 volte) e per una parete spessa; nei Gram-negativi è notevolmente più sottile e rivestito all'esterno da una membrana esterna costituita da proteine, fosfolipidi e lipopolisaccaridi e, apparentemente, coinvolto nel trasporto di sostanze. Molti batteri hanno sulla loro superficie villi (fimbrie, pili) e flagelli che ne consentono il movimento. Spesso le pareti cellulari dei batteri sono circondate da capsule mucose di vario spessore, formate principalmente da polisaccaridi (a volte glicoproteine o polipeptidi). In un certo numero di batteri sono stati trovati anche i cosiddetti strati S (dall'inglese superficie), che rivestono la superficie esterna della membrana cellulare con strutture proteiche di forma regolare e uniformemente impaccate.

La membrana citoplasmatica, che separa il citoplasma dalla parete cellulare, funge da barriera osmotica della cellula e regola il trasporto delle sostanze; in esso si svolgono i processi di respirazione, fissazione dell'azoto, chemiosintesi, ecc. Spesso forma invaginazioni - mesosomi. Alla membrana citoplasmatica e ai suoi derivati sono associati anche la biosintesi della parete cellulare, la sporulazione, ecc. Ad esso sono attaccati flagelli e DNA genomico.

La cellula batterica è organizzata in modo abbastanza semplice. Nel citoplasma di molti batteri sono presenti inclusioni rappresentate da vari tipi bolle (vescicole) formate a seguito dell'invaginazione della membrana citoplasmatica. I batteri fototrofici, nitrificanti e metano-ossidanti sono caratterizzati da una rete sviluppata di membrane citoplasmatiche sotto forma di vescicole indivise, che ricordano la grana dei cloroplasti eucariotici. Le cellule di alcuni batteri che vivono nell'acqua contengono vacuoli gassosi (aerosomi) che agiscono come regolatori della densità; In molti batteri si trovano inclusioni di sostanze di riserva: polisaccaridi, poli-β-idrossibutirrato, polifosfati, zolfo, ecc. Nel citoplasma sono presenti anche ribosomi (da 5 a 50 mila). Alcuni batteri (ad esempio molti cianobatteri) hanno carbossisomi, corpi che contengono un enzima coinvolto nella fissazione della CO 2. I cosiddetti corpi parasporali di alcuni batteri sporigeni contengono una tossina che uccide le larve di insetti.

Il genoma batterico (nucleoide) è rappresentato da una molecola di DNA circolare, spesso chiamata cromosoma batterico. Il genoma batterico è caratterizzato dalla combinazione di molti geni funzionalmente correlati nei cosiddetti operoni. Inoltre, la cellula può contenere elementi genetici extracromosomici - DNA plasmidico, che trasportano diversi geni utili per i batteri (compresi i geni di resistenza agli antibiotici). Può esistere autonomamente o essere temporaneamente incluso nel cromosoma. Ma a volte, a seguito di mutazioni, questo DNA perde la capacità di lasciare il cromosoma e diventa una componente permanente del genoma. La comparsa di nuovi geni può anche essere causata dal trasferimento genetico risultante dal trasferimento unidirezionale del DNA dalla cellula donatrice alla cellula ricevente (un analogo del processo sessuale). Tale trasferimento può avvenire attraverso il contatto diretto di due cellule (coniugazione), con la partecipazione di batteriofagi (trasduzione), o mediante l'ingresso di geni nella cellula dall'ambiente esterno senza contatto intercellulare. Tutto ciò è di grande importanza per la microevoluzione dei batteri e la loro acquisizione di nuove proprietà.

Riproduzione. La maggior parte dei batteri si riproducono mediante fissione in due, meno spesso per gemmazione, e alcuni (ad esempio gli attinomiceti) - con l'aiuto di esospore o frammenti di micelio. Esiste un metodo noto di divisione multipla (con la formazione di piccole cellule riproduttive-baeociti in un numero di cianobatteri). I procarioti multicellulari possono riprodursi staccando una o più cellule dai tricomi. Alcuni batteri sono caratterizzati da un ciclo di sviluppo complesso, durante il quale la morfologia delle cellule può cambiare e si possono formare forme quiescenti: cisti, endospore, acineti. I mixobatteri sono in grado di formare corpi fruttiferi, spesso di configurazioni e colori bizzarri.

Una caratteristica distintiva dei batteri è la loro capacità di riprodursi rapidamente. Ad esempio, il tempo di raddoppio delle cellule di Escherichia coli è di 20 minuti. Si stima che la progenie di una cellula, nel caso di crescita illimitata, entro 48 ore supererebbe di 150 volte la massa della Terra.

Condizioni di vita. I batteri si sono adattati alle diverse condizioni di vita. Possono svilupparsi in un intervallo di temperature da -5 (e inferiore) a 113 °C. Tra questi ci sono: psicrofili, che crescono a temperature inferiori a 20 °C (per Bacillus psichrophilus, ad esempio, la temperatura massima di crescita è -10 °C), mesofili (crescita ottimale a 20-40 °C), termofili (50-60 °C C), termofili estremi (70 °C) e ipertermofili (80 °C e oltre). Le spore di alcuni tipi di batteri possono resistere al riscaldamento a breve termine fino a 160-180 °C e al raffreddamento a lungo termine fino a -196 °C e inferiore. Alcuni batteri sono estremamente resistenti alle radiazioni ionizzanti e vivono addirittura nell'acqua di raffreddamento dei reattori nucleari (Deinococcus radiodurans). Numerosi batteri (barofili o piezofili) tollerano una pressione idrostatica fino a 101 mila kPa e alcune specie non crescono a pressioni inferiori a 50 mila kPa. Allo stesso tempo, ci sono batteri che non possono sopportare nemmeno un leggero aumento pressione atmosferica. La maggior parte dei batteri non si sviluppa se la concentrazione di sali (NaCl) nel mezzo supera 0,5 mol/l. Condizioni ottimali per lo sviluppo di alofili moderati ed estremi si osservano in ambienti con concentrazioni di NaCl rispettivamente del 10 e 30%; possono crescere anche in soluzioni saline sature.

Di norma, i batteri preferiscono condizioni ambientali neutre (pH circa 7,0), sebbene esistano sia acidifili estremi, capaci di crescere a pH 0,1-0,5, sia alcalifili, che si sviluppano a pH fino a 13,0.

La stragrande maggioranza dei batteri studiati sono aerobi. Alcuni di loro possono crescere solo a basse concentrazioni di O 2 - fino all'1,0-5,0% (microaerofili). Gli anaerobi facoltativi crescono sia in presenza di O 2 che in sua assenza; sono in grado di commutare il metabolismo dalla respirazione aerobica alla fermentazione o respirazione anaerobica (enterobatteri). La crescita degli anaerobi aerotolleranti non è inibita in presenza piccola quantità O 2, perché non lo usano nel processo della vita (ad esempio, i batteri dell'acido lattico). Per gli anaerobi stretti, anche tracce di O 2 nell'habitat sono distruttive.

Molti batteri sopravvivono a condizioni ambientali sfavorevoli, formando forme dormienti.

La maggior parte dei batteri che utilizzano composti azotati, di norma, utilizzano le sue forme ridotte (il più delle volte sali di ammonio), alcuni richiedono amminoacidi già pronti, mentre altri assimilano anche le sue forme ossidate (principalmente nitrati). Un numero significativo di batteri a vita libera e simbiotici sono in grado di fissare l'azoto molecolare (vedi l'articolo Fissazione dell'azoto). Il fosforo, che fa parte degli acidi nucleici e di altri composti cellulari, è ottenuto dai batteri principalmente dai fosfati. La fonte di zolfo necessaria per la biosintesi degli amminoacidi e di alcuni cofattori enzimatici sono spesso i solfati; Alcuni tipi di batteri richiedono composti di zolfo ridotti.

Tassonomia. Non esiste una classificazione dei batteri ufficialmente accettata. Inizialmente utilizzato per questi scopi classificazione artificiale, in base alla somiglianza delle loro caratteristiche morfologiche e fisiologiche. Una classificazione filogenetica (naturale) più avanzata unisce forme correlate in base alla loro origine comune. Questo approccio è diventato possibile dopo la scelta del gene 16S rRNA come marcatore universale e l'avvento di metodi per determinare e confrontare le sequenze nucleotidiche. Il gene che codifica per l'rRNA 16S (parte della piccola subunità del ribosoma procariotico) è presente in tutti i procarioti ed è caratterizzato da un elevato grado di conservazione della sequenza nucleotidica e stabilità funzionale.

Quella più comunemente utilizzata è la classificazione pubblicata sul periodico del determinante Bergi (Bergi); vedere anche il sito web su Internet - http://141. 150.157.117:8080/prokPUB/index.htm. Secondo uno di sistemi esistenti organismi, batteri insieme agli archaea costituiscono il regno dei procarioti. Molti ricercatori li considerano come un dominio (o superregno), insieme ai domini (o superregni) degli archaea e degli eucarioti. All'interno del dominio, i taxa più grandi di batteri sono i phyla: Proteobacteria, comprendenti 5 classi e 28 ordini; Actinobacteria (5 classi e 14 ordini) e Firmicutes (3 classi e 9 ordini). Inoltre si distinguono categorie tassonomiche di rango inferiore: famiglie, generi, specie e sottospecie.

Secondo i concetti moderni, una specie comprende ceppi di batteri in cui le sequenze nucleotidiche nei geni che codificano per l'rRNA 16S coincidono per oltre il 97% e il livello di omologia delle sequenze nucleotidiche nel genoma supera il 70%. Sono state descritte non più di 5.000 specie di batteri, che rappresentano solo una piccola parte di quelli che popolano il nostro pianeta.

I batteri partecipano attivamente ai cicli biogeochimici del nostro pianeta (incluso il ciclo della maggior parte degli elementi chimici). Anche la moderna attività geochimica dei batteri è di natura globale. Ad esempio, delle 4,3 10 10 tonnellate (gigatoni) di carbonio organico fissate durante la fotosintesi nell'Oceano Mondiale, circa 4,0 10 10 tonnellate sono mineralizzate nella colonna d'acqua e il 70-75% di esse sono batteri e alcuni altri microrganismi, e la produzione totale di zolfo ridotto nei sedimenti oceanici raggiunge le 4,92·10 8 tonnellate all'anno, ovvero quasi tre volte la produzione annua totale di tutti i tipi di materie prime contenenti zolfo utilizzate dall'umanità. La maggior parte del gas serra metano che entra nell’atmosfera è prodotto da batteri (metanogeni). I batteri sono un fattore chiave nella formazione del suolo, nelle zone di ossidazione dei depositi di solfuri e zolfo, nella formazione di rocce sedimentarie di ferro e manganese, ecc.

Alcuni batteri causano gravi malattie negli esseri umani, negli animali e nelle piante. Spesso causano danni ai prodotti agricoli, distruzione di parti sotterranee di edifici, condutture, strutture metalliche di miniere, strutture sottomarine, ecc. Lo studio delle caratteristiche dell'attività vitale di questi batteri consente di sviluppare modi efficaci per proteggersi dai danni che subiscono. causa. Allo stesso tempo, il ruolo positivo dei batteri per l’uomo non può essere sopravvalutato. Con l'aiuto di batteri, vino, latticini, colture starter e altri prodotti, acetone e butanolo, acetone e acido citrico, alcune vitamine, numerosi enzimi, antibiotici e carotenoidi; i batteri sono coinvolti nella trasformazione degli ormoni steroidei e di altri composti. Sono utilizzati per produrre proteine (compresi gli enzimi) e numerosi aminoacidi. L’uso di batteri per trasformare i rifiuti agricoli in biogas o etanolo rende possibile la creazione di risorse energetiche rinnovabili fondamentalmente nuove. I batteri vengono utilizzati per estrarre i metalli (compreso l'oro), aumentare il recupero del petrolio (vedi articoli Lisciviazione batterica, Biogeotecnologia). Grazie a batteri e plasmidi, lo sviluppo di Ingegneria genetica. Lo studio dei batteri ha svolto un ruolo enorme nello sviluppo di molte aree della biologia, della medicina, dell'agronomia, ecc. La loro importanza nello sviluppo della genetica è grande, perché sono diventati un oggetto classico per studiare la natura dei geni e i meccanismi della loro azione. La creazione di vie metaboliche per vari composti, ecc., è associata ai batteri.

Il potenziale dei batteri è praticamente inesauribile. L'approfondimento della conoscenza delle loro attività vitali apre nuove direzioni per l'uso efficace dei batteri nella biotecnologia e in altri settori.

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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 ha parlato in modo poetico dei batteri, 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 fondamentale sulla Terra, essendo fondamentali per la creazione di aria respirabile e la ricchezza biologica del 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 modellano la storia umana e ambientale. 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)

La microbiologia – lo studio 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 delle foreste).

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. Anche la capacità dei batteri di processare la materia organica è molto benefica 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- dalle rocce ai denti della bocca.

I biofilm hanno i loro pro e contro. Da un lato, sono reciprocamente vantaggiosi per gli 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 per sopravvivere dentro 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 e persino 250 milioni di anni. Ciò suggerisce che i batteri possono autoimmagazzinarsi 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. Potresti ricordare 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. Riproduzione sessuale porta a 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 genico orizzontale, ovvero lo scambio di materiale genetico senza riprodursi. 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 a condizioni estreme in cui fa molto caldo o molto freddo, oppure non c’è nutrienti e le sostanze chimiche che comunemente associamo alla vita. I ricercatori hanno scoperto tali batteri in fossa delle Marianne, il punto più profondo della Terra sul fondo dell'Oceano Pacifico, vicino a sorgenti idrotermali nell'acqua e nel ghiaccio. Ci sono anche batteri che amano alta temperatura- come, ad esempio, dipingere la piscina opalescente nel Parco Nazionale di Yellowstone.

Cattivo (per noi)

Anche se i batteri apportano un contributo importante alla salute umana e planetaria, hanno anche un 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” causa numerosi problemi nelle cliniche, poiché i pazienti spesso 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 il lato buono dei 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 aver plasmato l’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 introducono nel 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 te. 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 suggeriscono 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 scoperto un modo semplice per modificare il genoma degli organismi, 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.