Бактерия
-
Происхождение и эволюция бактерий
- Бактерии — это прокариотические микроорганизмы, состоящие из одной клетки.
- Они появились на Земле около 4 миллиардов лет назад и доминировали в течение 3 миллиардов лет.
- Бактерии произошли от архей и эукариот, а затем участвовали в их расхождении.
-
Среда обитания и разнообразие
- Бактерии обитают во всех средах, включая почву, воду, горячие источники и радиоактивные отходы.
- На Земле насчитывается около 2×1030 бактерий, образующих биомассу, превышающую растения.
- Бактерии встречаются в атмосфере, океанах и морях, обеспечивая до 50% кислорода.
-
Морфология и формы
- Бактерии имеют разнообразные формы и размеры, от 0,3 микрометра до 2 см.
- Большинство видов имеют сферическую или палочковидную форму, но некоторые образуют вибрионы, спириллы и спирохеты.
- Бактерии могут существовать как одиночные клетки или в многоклеточных структурах, таких как биопленки и микробные маты.
-
Роль в круговороте питательных веществ
- Бактерии играют важную роль в круговороте питательных веществ, перерабатывая питательные вещества и фиксируя азот.
- Они участвуют в разложении мертвых тел и обеспечивают питательные вещества в экстремальных условиях.
-
Бактерии в организме человека
- Люди являются переносчиками огромного количества бактерий, большинство из которых находятся в кишечнике.
- Большинство бактерий в организме безвредны или становятся таковыми благодаря иммунной системе.
- Некоторые виды бактерий являются патогенными и вызывают инфекционные заболевания.
-
Бактериология и классификация
- Изучение бактерий известно как бактериология.
- Бактерии классифицируются как прокариоты, в отличие от эукариот, которые содержат ядро и мембраносвязанные органеллы.
- В 1990-х годах прокариоты были разделены на бактерии и археи.
-
Применение бактерий
- Бактерии используются в очистке сточных вод, ликвидации разливов нефти, производстве сыра и йогурта.
- Они также применяются в биотехнологиях и производстве антибиотиков.
-
Этимология и происхождение
- Слово «бактерии» происходит от древнегреческого βακτίριον, означающего «посох, трость».
- Бактерии произошли от архей и эукариот и участвовали в их расхождении.
-
Структура и функции клеточной мембраны
- Мембрана удерживает питательные вещества и белки внутри клетки
- У бактерий нет крупных мембраносвязанных структур, таких как ядро и митохондрии
- Бактерии обладают многокомпонентным цитоскелетом для контроля локализации белков и нуклеиновых кислот
-
Биохимические реакции и мембраны
- Биохимические реакции происходят через клеточную мембрану между цитоплазмой и периплазмой
- У фотосинтезирующих бактерий плазматическая мембрана заполнена светособирающей мембраной
- Бактерии не имеют связанного с мембраной ядра, генетический материал находится в нуклеоиде
-
Внеклеточные структуры
- Клеточная стенка состоит из пептидогликана, необходимого для выживания бактерий
- Грамположительные бактерии имеют толстую клеточную стенку, грамотрицательные — тонкую
- S-слои обеспечивают химическую и физическую защиту, участвуют в вирулентности
- Жгутики и фимбрии обеспечивают подвижность и прикрепление к поверхностям
- Пили участвуют в конъюгации и движении
- Гликокаликс защищает клетки и участвует в вирулентности
-
Эндоспоры
- Эндоспоры — высокоустойчивые спящие структуры, развивающиеся в цитоплазме
- Эндоспоры могут выживать в экстремальных условиях и распространяться по Вселенной
- Бактерии, образующие эндоспоры, могут вызывать заболевания
-
Метаболизм бактерий
- Бактерии демонстрируют разнообразие типов метаболизма
- Фототрофные бактерии получают энергию из света, хемотрофные — из химических соединений
- Литотрофы используют неорганические соединения, органотрофы — органические
- Гетеротрофы получают углерод из органического углерода, автотрофы — из углекислого газа
- Метанотрофы используют метан как источник электронов и субстрат для анаболизма углерода
-
Метаболические процессы бактерий
- Диазотрофы связывают азот с помощью нитрогеназы
- Сульфатредуцирующие бактерии ответственны за образование токсичных форм ртути
- Анаэробы используют ферментацию для выработки энергии
-
Рост и размножение бактерий
- Бактерии растут и размножаются путем бинарного деления
- Некоторые бактерии образуют репродуктивные структуры для рассеяния
- В лабораторных условиях бактерии выращивают на твердых или жидких средах
-
Генетика бактерий
- Большинство бактерий имеют кольцевую хромосому
- Некоторые бактерии содержат плазмиды с полезными генами
- Бактерии наследуют идентичную копию генома и могут эволюционировать через мутации
-
Поведение бактерий
- Бактерии подвижны благодаря жгутикам, пилусу IV типа и скользящей подвижности
- Жгутики состоят из 20 белков и регулируются реверсивным двигателем
- Судорожная подвижность основана на пилусе IV типа, который связывает субстрат и тянет клетку вперед
-
Поведение бактерий
- Бактерии двигаются в ответ на раздражители, такие как хемотаксис, фототаксис и magnetotaxis.
- Некоторые бактерии образуют плодовые тела, содержащие споры.
- Миксобактерии передвигаются только по твердым поверхностям.
-
Коммуникация бактерий
- Бактерии могут генерировать свет для привлечения рыбы.
- Бактерии образуют биопленки, обмениваясь молекулярными сигналами.
- Биопленки обладают повышенной устойчивостью к антибиотикам.
-
Классификация и идентификация бактерий
- Классификация основана на клеточной структуре, метаболизме и генетических различиях.
- Современная классификация использует молекулярную систематику.
- Бактерии делятся на три домена: бактерии, археи и эукариоты.
-
Идентификация бактерий
- Окраска по Граму используется для классификации бактерий.
- Методы культивирования и молекулярные методы применяются для идентификации бактерий.
- Общее количество видов бактерий неизвестно и может быть значительно больше.
-
Типы бактерий
- Бактерии делятся на множество типов, включая ацидобактерии, актиномицетоту и другие.
-
Взаимодействие с другими организмами
- Бактерии могут образовывать симбиотические ассоциации, такие как паразитизм, мутуализм и комменсализм.
- Комменсальные бактерии обитают на коже и в кишечнике человека, но могут вызывать инфекции.
-
Хищные бактерии
- Некоторые бактерии убивают и потребляют другие микроорганизмы.
- Примеры: Myxococcus xanthus, образующий скопления клеток.
- Другие бактерии присоединяются к жертве или вторгаются в клетку.
-
Мутуалисты
- Бактерии образуют тесные ассоциации для выживания.
- Пример: межвидовой перенос водорода между анаэробными бактериями и метаногенными археями.
- Бактерии в почве фиксируют азот, обеспечивая растения азотом.
-
Симбионты
- Бактерии в кишечнике человека укрепляют иммунитет и синтезируют витамины.
- Пробиотики используются для подавления патогенных бактерий.
- Бактерии синтезируют витамин В12, важный для нервной системы.
-
Патогенные микроорганизмы
- Бактерии вызывают заболевания у людей и животных.
- Примеры: столбняк, брюшной тиф, дифтерия, сифилис, холера.
- Бактерии вырабатывают токсины, вызывающие заболевания.
-
Лечение и профилактика
- Антибиотики используются для лечения и профилактики инфекций.
- Антисептические меры и стерилизация инструментов предотвращают заражение.
-
Значение в технологии и промышленности
- Бактерии используются для приготовления ферментированных продуктов.
- Бактерии разлагают органические соединения и используются в биоремедиации.
- Бактерии применяются в химической промышленности и биологической борьбе с вредителями.
-
История бактериологии
- Бактерии были открыты Антони ван Левенгуком в 1676 году.
-
История открытия бактерий
- Роберт Гук первым наблюдал бактерии, но его наблюдения не были признаны в течение столетия.
- Кристиан Готфрид Эренберг ввел термин «бактерия» в 1828 году.
- Луи Пастер доказал, что рост микроорганизмов вызывает брожение, а не спонтанное зарождение.
-
Развитие микробиологии
- Роберт Кох доказал бактериальную природу туберкулеза, за что получил Нобелевскую премию в 1905 году.
- Фердинанд Кон классифицировал бактерии по морфологии.
- В 1910 году Пауль Эрлих разработал первый антибиотик, изменив красители для выявления бактерий.
-
Современные достижения
- В 1977 году Карл Вуз выделил археи в отдельную эволюционную линию.
- В 2015 году был опубликован онлайн-учебник по бактериологии.