Бактерии: строение, виды и значение¶

Бактерии (лат. Bacteria) — домен одноклеточных прокариотических микроорганизмов, не имеющих оформленного ядра и мембранных органелл. Наряду с археями относятся к прокариотам и являются одной из древнейших и наиболее распространённых форм жизни на Земле. Размеры большинства бактерий составляют от 0,5 до 5 микрометров, хотя известны и более крупные формы. Бактерии встречаются в почве, воде, воздухе, в организмах растений, животных и человека; их суммарная биомасса и роль в биосфере сопоставимы с ролью всех остальных живых организмов.

¶История изучения

Первым бактерии наблюдал нидерландский натуралист Антони ван Левенгук в 1670-х годах с помощью собственноручно изготовленных микроскопов; он назвал их «анималькулями». Термин «бактерия» (от греч. βακτήριον — «палочка») предложил немецкий естествоиспытатель Христиан Готфрид Эренберг в 1828 году. Основы медицинской бактериологии заложил Роберт Кох, выделивший в 1876 году возбудителя сибирской язвы и сформулировавший постулаты о связи микроорганизма с болезнью. Луи Пастер разработал методы вакцинации и пастеризации. В 1928 году Александр Флеминг открыл пенициллин — первый антибиотик, что радикально изменило борьбу с бактериальными инфекциями.

¶Строение клетки

Бактериальная клетка устроена проще эукариотической:

• Нуклеоид — кольцевая молекула ДНК, не окружённая мембраной; содержит основную генетическую информацию.
• Плазмиды — небольшие внехромосомные кольцевые ДНК, часто несущие гены устойчивости к антибиотикам.
• Цитоплазматическая мембрана и клеточная стенка. У большинства бактерий стенка содержит пептидогликан (муреин).
• Рибосомы 70S-типа, отличающиеся от эукариотических, что используется при действии антибиотиков.
• Жгутики — органеллы движения; пили и фимбрии — для прикрепления и обмена генетическим материалом.
• Капсула — защитный слой у некоторых видов.

По строению клеточной стенки различают грамположительные и грамотрицательные бактерии (по методу окраски Кристиана Грама, 1884).

¶Классификация

Современная систематика основана преимущественно на сравнительном анализе последовательностей 16S рибосомальной РНК. Традиционно по форме выделяют:

По типу питания различают автотрофов и гетеротрофов; по отношению к кислороду — аэробов, анаэробов и факультативных анаэробов. По способу получения энергии — фототрофов и хемотрофов.

¶Размножение и генетический обмен

Основной способ размножения — бинарное деление, происходящее очень быстро: при благоприятных условиях кишечная палочка делится каждые 20 минут. Помимо бесполого деления, бактерии обмениваются генетической информацией:

• Конъюгация — перенос плазмиды или участка ДНК через цитоплазматический мостик.
• Трансформация — поглощение свободной ДНК из среды.
• Трансдукция — перенос генов бактериофагами.

Эти механизмы обеспечивают высокую изменчивость и быстрое распространение устойчивости к антибиотикам.

¶Роль в природе

Бактерии — ключевое звено круговорота веществ:

• Азотфиксация: клубеньковые бактерии (ризобии) переводят атмосферный азот в доступные растениям соединения.
• Разложение: сапротрофы разрушают органические остатки, возвращая элементы в почву.
• Фотосинтез: цианобактерии выделяют кислород и исторически сформировали современную атмосферу.
• Симбиоз: микрофлора кишечника человека участвует в пищеварении и синтезе витаминов.

¶Значение для человека

Бактерии широко применяются в пищевой промышленности (молочнокислые продукты, сыроварение), в биотехнологии (производство антибиотиков, ферментов, аминокислот), в генной инженерии. В то же время многие виды патогенны и вызывают опасные заболевания: туберкулёз, холеру, чуму, дифтерию, столбняк. Борьба с бактериальными инфекциями ведётся с помощью антибиотиков, вакцин и дезинфекции, однако распространение антибиотикорезистентности остаётся одной из глобальных проблем здравоохранения.