Бактерии: строение, виды и значение¶

Бактерии — это одноклеточные микроорганизмы, относящиеся к домену Bacteria (эубактерии), не имеющие оформленного ядра и большинства мембранных органелл. Вместе с археями они образуют группу прокариот — организмов, генетический материал которых не отделён от цитоплазмы ядерной оболочкой. Бактерии распространены практически повсеместно: в почве, воде, воздухе, внутри и на поверхности других живых организмов. Их размеры обычно составляют от 0,5 до 5 микрометров, что делает их видимыми только в световой микроскоп при большом увеличении.

¶Строение клетки

Бактериальная клетка устроена относительно просто по сравнению с клетками эукариот.

• Клеточная стенка — придаёт форму и защищает клетку. У большинства бактерий она состоит из пептидогликана (муреина). По строению стенки бактерии делят на грамположительные и грамотрицательные — это различие лежит в основе окраски по Граму.
• Цитоплазматическая мембрана — регулирует обмен веществ с внешней средой.
• Нуклеоид — кольцевая молекула ДНК, содержащая основной генетический материал; ядерной оболочки нет.
• Плазмиды — небольшие дополнительные кольцевые ДНК, часто несущие гены устойчивости к антибиотикам.
• Рибосомы — обеспечивают синтез белков; по строению отличаются от рибосом эукариот, что используется при действии некоторых антибиотиков.
• Жгутики и ворсинки — служат для движения и прикрепления к поверхностям.

Некоторые бактерии образуют эндоспоры — покоящиеся формы, устойчивые к высоким температурам, высушиванию и дезинфицирующим средствам.

¶Формы и классификация

По форме клеток выделяют несколько основных групп:

Кокки, располагаясь группами, образуют диплококки (пара), стрептококки (цепочка), стафилококки (гроздь).

Современная классификация основана не только на форме, но и на генетических данных. Домен Bacteria делят на множество типов, среди которых наиболее известны Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria и Cyanobacteria. Систематика бактерий постоянно уточняется методами молекулярной биологии.

¶Питание и обмен веществ

По способу получения энергии и углерода бактерии крайне разнообразны.

• Гетеротрофы используют готовые органические вещества. Среди них есть сапротрофы (разлагают мёртвую органику) и паразиты.
• Автотрофы синтезируют органику сами. Фототрофы используют энергию света, хемотрофы — энергию химических реакций.
• По отношению к кислороду различают аэробов (нужен кислород), анаэробов (кислород вреден или не нужен) и факультативных форм.

Многие бактерии способны фиксировать атмосферный азот, превращая его в доступные для растений соединения. Это свойство используют клубеньковые бактерии, живущие в симбиозе с бобовыми растениями.

¶Размножение

Основной способ размножения — бинарное деление: клетка делится на две дочерние. При благоприятных условиях деление происходит каждые 20–30 минут, что обеспечивает быстрое увеличение численности популяции. Помимо деления, у бактерий встречается обмен генетическим материалом — конъюгация, а также трансформация и трансдукция. Эти процессы не являются размножением в строгом смысле, но увеличивают генетическое разнообразие и способствуют распространению полезных признаков, например устойчивости к антибиотикам.

¶Роль в природе

Бактерии выполняют ключевые функции в биосфере:

• Разложение органики — бактерии-редуценты возвращают в круговорот углерод, азот и другие элементы.
• Круговорот азота — азотфиксация, нитрификация и денитрификация невозможны без участия бактерий.
• Почвообразование — деятельность микроорганизмов формирует плодородие почв.
• Симбиоз — бактерии кишечника человека и животных участвуют в пищеварении и синтезе витаминов.

¶Значение для человека

Бактерии играют двойственную роль в жизни человека.

Полезные применения:

• производство кисломолочных продуктов (кефир, йогурт, сыр);
• брожение при изготовлении квашеных овощей, уксуса;
• получение антибиотиков, витаминов, ферментов;
• очистка сточных вод и биоремедиация загрязнений;
• генная инженерия — бактерии служат «фабриками» для получения инсулина и других белков.

Патогенные бактерии вызывают множество заболеваний: туберкулёз, холеру, чуму, дифтерию, столбняк, тиф, ангину, пищевые отравления. Борьба с ними ведётся с помощью антибиотиков, вакцин и санитарных мер. Серьёзной проблемой стала антибиотикорезистентность — устойчивость бактерий к препаратам, возникающая из-за их быстрой эволюции и нерационального применения лекарств.

¶Бактерии и вирусы: различия

Бактерии часто путают с вирусами, однако это принципиально разные формы жизни. Бактерии — полноценные клетки, способные к самостоятельному обмену веществ и размножению. Вирусы не имеют клеточного строения и размножаются только внутри клеток-хозяев. Антибиотики действуют на бактерии, но бесполезны против вирусных инфекций.

¶Изучение бактерий

Наука, изучающая микроорганизмы, называется микробиологией. Её основы заложил Антони ван Левенгук, впервые описавший бактерии в XVII веке. Луи Пастер и Роберт Кох доказали роль бактерий в заболеваниях и разработали методы их культивирования. Современные методы — электронная микроскопия, секвенирование ДНК, метагеномика — позволяют изучать не только отдельные виды, но и целые микробные сообщества.