В мире микроорганизмов.

Мир микроорганизмов

Мир микроорганизмов

Микроорганизмы - это существа, размер которых не превышает 0,1 мм. К ним принадлежат бактерии, микроскопические грибы, вирусы, одноклеточные водоросли, простейшие. Все они состаляют неотъемлемую часть нашей жизни. Некоторые микроорганизы приносят огромную пользу человеку, защищая его от множества болезней, другие являются его злейшими врагами, вызывая те самые болезни. Как бы там ни было, эти мельчайшие организмы заслуживают если не уважения, то хотя бы  того, чтобы люди знали о них намного больше.

Бактерии – самые простые очень мелкие одноклеточные организмы, представляющие собой вполне законченный живой организм, который может сам себя обеспечивать и  воспроизводить при наличии соответствующего пропитания. Бактерии обитают в воде, почве, воздухе, внутри и на поверхности  растительных и животных организмов.

Грибы – это одна из самых многочисленных и разнообразнейших групп живых организмов, сочетающиих в себе признаки растений и животных, намного сложнее по структуре, чем бактерии. Они всасывают питательные вещества из окружающей их среды.

Вирусы – представляют собой микроскопические частицы, намного меньше бактерий, состоящие из молекул нуклеиновых кислот, внедряясь в чужой организм, они устанавливают там свой порядок, пытаясь его поработить.

Микробиология
Микробиология

Одноклеточные водоросли – разнообразные растительные организмы, обитающие в водной среде и поглощающие из нее готовые растворенные органические вещества.

Простейшие - это самые многочисленные одноклеточные представители животного мира, потребляющие бактерии. Их родной стихией является вода. В быстроте размножения они уступают только бактериям.

В мире  микроорганизмов царят свои правила. Этот мир чрезвычайно интересен, богат и разнообразен. В природе микроорганизмы распространены в грунте, воде, воздухе, на поверхности скал, коре  деревьев, на листьях различных растений, на кожном покрове и в кишечнике животных и людей. Их  там около 400 видов. Например, общая масса бактерий в кишечнике одного человека составляет примерно1 кг.

Бактерии в природе представлены основными формами: монококками, диплококками, тетракокками, сарцинами, стрептококками, стафилококками, палочковидными бактериями (бациллами), вибрионами, спириллами, спирохетами, тороидами и др.

Вирусы и бактерии
Вирусы и бактерии

Они хорошо приспосабливаются к жизни в любых уголках Земли, даже там, где очень тяжело выжить человеку – в песках пустынь, снегах Арктики и Антарктиды, в глубинах шахт и морей. Микроорганизмы прекрасно себя чувствуют даже в стратосфере на высоте нескольких десятков километров. Такой выживаемости можно только позавидовать.

Температурные пределы, в которых возможен рост бактерий в природе, очень широки и варьируют от низкой минусовой температуры  до очень высокой, в среднем 100˚ С. Некоторые бактерии живут в гарячих источниках, температура которых достигает 80˚ С и выше, другие обитают в  снегу, а третьи – только при температуре человеческого тела.

Для многих бактерий, выделенных из воды северных морей характерна исключительная чувствительность к повышению температуры, поэтому значительная часть таких микроорганизмов погибает при температуре  15 – 20˚ С. Их называют психрофилами – от греческого «psychria» – холод и «phileo» – люблю.

Психрофилы довольно распростанены в природе, так как полярные области и океаны составляют около 71 % земной поверхности. Эти микроорганизмы формируют постоянную природную микрофлору регионов вечного холода, прочно утвердившись в условиях Арктики, Антарктики, в горных ледниках, холодных  пещерах, в холодной воде источиков и колодцев.

Температура в Антарктиде даже летом не превышает 0˚ С, тем не менее, в 1 г. грунта этого холодного континента живут сотни и тысячи бактерий. Бактерии и микроскопические водоросли обнаружены в одном из самых суровых регионов Земли -  Сухих долинах южной части Антарктиды, где холод сочетается с засушливостью. Ученые считают, что эта область очень напоминает условия на Марсе.

Бактерии были найдены в воде озера Дон Жуан в Антарктиде, которая не замерзает из-за большого содержания соли даже при температуре   – 48˚ С.

Бактериальная клетка
Бактериальная клетка

В природе очень распространены психотрофные микроорганизмы, названные от греческого слова  trophe– питание. Среди них встречаются и патогенные формы, порождающие болезни. Патогенные клостридии Clostridium botulinum могут развиваться в мясе, образуя очень опасные ядовитые токсины при  температуре  + 6 ˚ С, а патогенные листерии размножаются на продуктах в условиях холодильника при температуре  + 4 ˚ С.

Патогенные для растений бактерии Pseudomonas syringae, которые вызывают ожоги и пятнистость листьев, весной развиваются на почках, листьях и цветах фруктовых деревьев. Клетки этих бактерий являются центрами образования кристаллов льда при температуре  – 2˚ С. Образование льда приводит к механическому разрушению растительных клеток, способствуя проникновению бактерий в ткань растений и являясь причиной развития болезни.

К термофилам относятся организмы, которые растут и размножаются при температуре, выше 45 – 50˚  С. Постоянным местом их обитания являются термальные источники. Архебактерии Pyrodictium occultum и Pyrodictium brockii, выделенные из глубоководного термального источника, лучше всего растут при температуре + 105˚ С, спокойно выдерживая температуру даже  + 110 ˚ С при давлении 260 атмосфер (атм.), в то время, как атмосферное давление возле поверхности Земли составляет 1 атм., что равняется 101325 Па. (Паскаль) или760 миллиметрам ртутного столба.

Красные бактерии
Красные бактерии

Просто удивительно, как в таких условиях молекулы клеток этих бактерий сохраняют свою  структуру. В мире микроорганизмов  существует много загадок. Более глубокое изучение  бактерий - экстремалов может привести ученых к новым очень важным открытиям.

Бактерии относительно мало чуствительны к изменениям гидростатического давления (давления неподвижной жидкости). Существуют, так назывемые, баротолерантные бактерии, которые прекрасно себя чувствуют при любом давлении, в том числе в условиях давления до 600 атм. Такие условия характерны для морских глубин. Примерно, около половины  земной коры находится под океаном, на глубине 3000 – 6000 м., где давление составляет 300 – 600 атм.,  а  1% твердой  оболочки Земли залегает глубже 6000 м. и   давление здесь достигает 1100 атм. Исследователями были выделены бактерии из образцов, находившихся на дне Марианской впадины в Тихом океане, на глубине

11022 м. – это самое глубокое место Мирового океана.

Уникальные свойства имеют бактерии из глубоководных источников океанов и морей, называемых «черными курильщиками». Они представляют собой конические образования вокруг донных кратеров, сложенные сульфидами металлов, из которых в воду выливаются гидротермальные растворы. Температура этих растворов достигает 350˚ С, и в глубинах морей они не закипают, только благодаря высокому давлению. В воде этих источников найдены вполне жизнеспособные микроорганизмы. Их свойства еще недостаточно изучены, неизвестен и верхний температурный предел для жизни этих бактерий.

Недостаток воды и другие очень жосткие условия дают повод считать пустыни «безжизненными просторами».  Тем не менее, оказывается, грунты пустынной зоны тоже населены разнообразнейшими микроорганизмами. Интересно, что при высыхании клетки бактерии частично теряют воду и способны переходить  в состояние анабиоза или образовывать особенно устойчивые структуры – споры, когда под внешней мембраной образуется плотная сферическая оболочка. В таком виде бактерии способны переносить огромные механические, температурные и химические нагрузки. Некоторые споры с легкостью выдерживают трёхчасовое кипячение или температуру жидкого азота  –196 ˚ С  

Также в виде споры бактерии более эффективно проходят расселение, потому что частично обезвоженные клетки имеют меньшую массу.

Одним бактериям для существования необходим кислород, другие могут активно функционировать только при его отсутствии, а третьи могут жить в любых условиях.

Бактерии
Бактерии

Аэробы (с греческого aer, aeros – воздух и bios– жизнь) – организмы  для роста и развития которых нужно наличие в среде их обитания свободного кислорода. К ним относятся почти все животные, растения и очень много различных микроорганизмов.

Анаэробы – организмы, которые живут при отсутствии в среде свободного кислорода.

Бактерии Clostridium botulinum, которые вырабатывают ботулинический токсин («колбасный яд»), поражающий нервную систему, живут только при отсутствии кислорода и не выносят условий с повышенной кислотностью. Эти бактерии размножаются, находясь внутри кусков рыбы, мяса, колбасы, в закрытых консервах. Выделенный бактериями токсин, сохраняет свою активность и  после гибели бактериальных клеток, а разрушается при кипячении в течение 5 -15 мин. Споры этих бактерий могут выдерживать кипячение от 1  до 5 часов.

С открытием в 1896 г. французским ученым физиком Анри Беккерелем явления радиоактивности началось изучение воздействия  ионизирующего излучения на живые организмы.

Радиоактивность – (c латинского radius – луч) – спонтанное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента, что сопровождается ионизирующим излучением элементарных частиц или фотонов.

Микроорганизмы
Микроорганизмы

Ионизирующее излучение – это поток элементарных частиц или квантов, взаимодействие которого с веществом сопровождается ионизацией с образованием электрических зарядов разных знаков.

Разные микроорганизмы отличаются разной радиоустойчивостью. Для сравнения, летальная доза ионизирующего излучения для кишечной палочки находится в пределах 5 – 100 Гр., а для дейнококка с бассейна – охладителя ядерного реактора составляет приблизительно 7500 Гр., тогда как для человека такая доза составляет всего лишь 2,5 – 4,5 Гр., для мышей 5 – 9 Гр, для золотых рыбок – до 23 Гр.

Поглощенная доза излучения – соотношение средней энергии ионизирующего излучения, переданной веществу в элементарном объеме к массе вещества в этом же объеме.

За единицу поглощённой дозы облучения принимается грей (Гр) или рад (Рад).

1 Гр = 1 Дж/кг = 100 Рад.

Полулетальная доза (ЛД50) – мера радиорезистентности, доза облучения, при которой за определенный промежуток времени погибает половина облученных объектов (организмов, клеток).

В ряде случаев установленная связь между радиорезистентностью (устойчивостью к радиации)

Стрептококк
Стрептококк

микроорганизмов и уровнем радиоактивности – в среде их существования. Микроорганизмы, выделенные из радиоактивных родоновых источников,  в десять раз  устойчивее к действию ионизирующего излучения, чем  микроорганизмы того же вида, живущие в не радиоактивных зонах. Исследователи предполагают, что в зонах с повышенным уровнем  радиации  происходит природный отбор наиболее стойких микроорганизмов.

В зоне отчуждения Чернобыльской АЭС распространены розово окрашенные сапрофитные метилобактерии, которые обычно живут в грунте и на поверхности растений, используя в качестве источников питания вещества из неживых объектов.

Радиоустойчивые дейнококки тоже образуют розовые колонии на питательной среде. Их розовый цвет обусловлен наличием в их клетках пигментов – каротиноидов, обладающих защитными свойствами. Наличие этих пигментов не является главной причиной повышенной радиорезистентности микроорганизмов. Их устойчивость обусловлена совокупностью разных причин – особенностями химического состава и структуры, а также наличием эффективных механизмов восстановления клеток после повреждения.

Считается, что в основе радиорезистентности  живых организмов лежат внутриклеточные механизмы, прежде всего восстановление (репарации) структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая является материальным носителем наследственной информации. Об этом свидетельствует наличие эффективных систем репарации ДНК у одной из самых устойчивых к действию ионизирующего излучения (высокорадиорезистентной) бактерии Deinococcus radiodurans. С этими механизмами может быть связана и высокая устойчивость к высушиванию, которая также свойственна этому виду бактерий.

Лактобактерии
Лактобактерии

Тот же механизм запускается и при наличии токсичных для микроорганизмов веществ.

Еще в 1887 г. русский ученый Косяков впервые обнаружил, что если выращивать некоторые микробы (палочку сибирской язвы, сенную палочку и др.)  в присутствии ядовитых веществ (борной кислоты, сулемы), которые обычно действуют на них губительно, то эти микроорганизмы теряют свою чувствительность к ядам и становятся к ним весьма устойчивыми. Микроорганизмы обладают способностью привыкать к действию различных ядовитых веществ. При действии яда микроорганизмы приспосабливаются к новым условиям питания, перестраивая определенным образом свой обмен веществ, что помагает им не только выжить, но и передать  приобретенные ими новые свойства по наследству. В результате такого приспособления в течение ряда поколений образуются новые устойчивые бактерии, способные жить и размножаться при таких концентрациях ядовитого вещества, которые являются губительными для бактерий данного вида, ранее не подвергавшихся действию этого ядовитого вещества. Микроорганизмы, потерявшие чувствительность к одному ядовитому веществу, все же остаются полностью чувствительными к другим ядам. Эта устойчивость является прочным наследственным свойством микробной клетки. После того, как бактерии привыкают к какому - нибудь токсичному для них веществу, это свойство не ищезает даже тогда, когда под действием разных условий среды меняются другие основные свойства клетки – ее внешний вид и биохимические особенности.

Вирус сибирской язвы
Вирус сибирской язвы

Именно это уникальное свойство микроорганизмов часто играет злую шутку с человеком, который злоупотребляет антибиотиками. Биохимики обнаружили, что на коже человека, члены семьи которого, продолжительное время активно лечились антибиотиками, количество устойчивых бактерий значительно увеличивается. В тех случаях, когда длительное лечение проводится неправильно - недостаточными дозами лекарственных препаратов, либо лекарство не попадает к микроорганизмам  в достаточной концентрации в силу определенных условий, микробы  не уничтожаются окончательно, а приобретают устойчивость к используемым лекарственным формам. Они мутируют, приобретая гены резистентности (устойчивости). Размножаясь, бактерии передают свои резистентные гены дочерним клеткам в составе бактериальной хромосомы, а также благодаря переносу генов из одних клеток в другие в составе плазмид – небольших кольцевых молекул ДНК, существующих независимо от основной хромосомы. Уничтожить такие микробы в дальнейшем будет еще труднеее, чем прежде. Теперь можно себе представить, какие бактерии преобладают в наших  лечебных заведениях.

Обмен микробами между популяциями людей живущих в разных областях и странах становится все более интенсивным.

Современная медицина усиленно ищет способы борьбы с устойчивостью микробов. Основным направлением в этой области является поиск веществ, ингибирующих (задерживающих) работу ферментов или транспортных насосов бактерий, разрушающих антибиотики или способных выводить их из клеток.

Стафилококк
Стафилококк

Прежде всего, нужен строжайший контроль за  использованием антибиотиков. Во многих случаях возникновения заболеваний нет никакой необходимости их назначать в качестве лечебных препаратов. В наше время огромные количества антибиотиков используют не только для  лечения животных, но и для стимулирования роста молодняка. Антибиотиками опрыскивают деревья и целые поля с посевами. Все это способствует появлению и увеличению количества резистентных микробов.

В наш век появился еще один аспект этой проблемы, связанный с электромагнитными волнами высоких частот, которые испускаются радарами, спутниками и другими аппаратами телекомуникаций. Эти же волны используются средствами мобильной связи. Сейчас все больше людей покупают мобильные телефоны, активно расширяется сеть передающих устройств и антенн, концентрируясь в самых густонаселенных районах и создавая огромные мощные волновые потоки. Ученые утверждают, что в последнее время  наблюдаются изменения в головном мозге человека, нарушения в нейронах, участились заболевания крови.

На кафедре биофизики Ереванского государственного университета опытным путем было доказано, что сверхслабые потоки мощности миллиметровых волн не только значительно подавляют рост и выживаемость бактерий в определенных условиях и питательных средах (например, в анаэробных условиях и солевой питательной среде), но и усиливают их чувствительность к различным химическим веществам, в том числе и к антбиотикам.  С помощью сверхслабых высокочастотных волн можно услить воздействие лекарств на вредоносные микроорганизмы, снизив при этом дозы лекарственных препаратов.

Бактерия
Бактерия

Но не приведет ли такое воздействие со временем к появлению еще более устойчивых колоний бактерий, пока никто не знает. Не исключено, что под воздействием высокочастотного электромагнитного излучения клетки микроорганизмов мутируют и  в свою очередь будут вызывать новые различные заболевания у человека, животных и растений.

Ясно одно – биоэлектромагнитная безопасность человека и окружающей среды очень важна. Необходим контроль и новые исследования в этой области, так как микроорганизмы не дремлют и намного быстрее человека умеют приспосабливаться к новым условиям жизни. С этим нужно считаться.

(По материалам Ю. В. Шилиной)

 

Если статья Вам понравилась и оказалась для вас полезной, то поделитесь ей с другими:

Хочу себе плагин с такими кнопками

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Анти-спам: выполните заданиеWordPress CAPTCHA