Бактерии внутри. Бактерии

Текст: Дарья Буркова

Мы давно знаем, что внутри и снаружи нашего тела живут бактерии, но именно сейчас все обратили на них пристальное внимание. Американский специалист по здоровому питанию, основатель сайта NutritionFacts.org и автор бестселлера «Как не умереть: откройте для себя питание, предупреждающее и излечивающее болезни» Майкл Грегор большое внимание уделяет тому, как на бактерии влияет пища, которую мы едим; в издательстве «Эксмо» в этом году вышла книга немецкой студентки Джулии Эндерс «Очаровательный кишечник. Как самый могущественный орган управляет нами» - сейчас автор пишет докторскую по кишечным микроорганизмам; косметические бренды уровня Dior стали выпускать косметику , действие которое направлено на поддержание правильной микрофлоры кожи, а компания DuPont использует бактерии при изобретении новых материалов. Разбираемся, чем вызван ажиотаж вокруг бактерий и что нам стоит знать об их влиянии на нашу жизнь.

Почему бактериями заинтересовались именно сейчас?

«Кроме того, привычка в маленьком возрасте всё тащить себе в рот существует не только у людей, но и у большинства млекопитающих - так мы коллекционируем бактерии из окружающей среды и тренируем свой иммунитет, - рассказывает Алексеев. - В организм матери то, что попало в рот ребёнка, тоже проникает, в том числе через кожу сосков, и уже к следующему кормлению мама предоставляет ребенку правильный иммунный ответ в молоке и обучает его, как реагировать на разные бактерии».

Что делают бактерии внутри нас?

Кишечник - рай для бактерий: там мокро, темно и всё время есть еда. Главная цель бактерий - это занять лакомое место и не пускать никого другого. «Через рот в нас попадает множество микробов. Конечно, они немного перевариваются в соляной кислоте желудка, но всё равно доходят до кишечника, - рассказывает Алексеев. - Если бы в кишечнике уже не жили определённые бактерии, то там мог бы обосноваться любой «враг», то есть полезные бактерии защищают нас от вредных. Второе, что они делают - переваривают те остатки пищи, которые мы не успели или не смогли переварить сами».

Интересно, что полезные бактерии питаются в основном растительной пищей, и когда мы отказываемся от овощей и фруктов, то лишаем полезных веществ не только самих себя, но и наших бактерий. В результате, если в нижних отделах кишечника нет растительных волокон, вся среда нарушается - возникает воспалительный процесс. Даже если он лёгкий и никак себя не проявляет, в защитных механизмах нашего тела возникает перекос - вместо более важных дел иммунитет отвлекается на вялотекущее воспаление в кишечнике, и мы можем чаще простужаться или болеть другими инфекциями.

Как бактерии влияют на психическое здоровье

Удивительно, но нормальная кишечная микрофлора влияет и на синтез серотонина и дофамина - главных нейромедиаторов радости и удовольствия. Это значит, что состояние радости зависит в том числе от здоровья кишечника, а оно, в свою очередь, - от нашего питания. Лечение депрессии должно включать не только приём лекарств и психотерапию, но и нормализацию пищевых привычек. «Недавно была обнаружена связь между бактериями и анорексией. Оказывается, один из гормонов, регулирующих чувство насыщения, очень похож на белок, вырабатываемый бактериями кишечника. И, по-видимому, неверная интерпретация поведения этой бактерии иммунной системой может приводить к нарушению гормональной регуляции чувства насыщения, - рассказывает Алексеев. - В случае с депрессией мы тоже понимаем, что «депо» нейромедиаторов, отвечающих за чувства радости и удовольствия, расположено скорее в районе кишечника, чем мозга, и можем пробовать подобрать питание для улучшения настроения».

«Дружеские встречи или свидания за едой - это не просто культурная традиция. Из-за еды наши бактерии начинают усиливать выработку гормонов радости и удовольствия, и человек оказывается в хорошем смысле под кайфом, - говорит Дмитрий. При всем вреде фастфуда учёные не настаивают на переходе на полный ЗОЖ. Алкоголь, например, не оказывает негативного влияния на хорошие бактерии. У здоровых людей он всасывается раньше, чем доходит до кишечника, и при этом обеспечивает дезинфекцию от патогенных микроорганизмов. «Если вы едете, скажем, в Индию, можно взять с собой алкоголь и пить его в разумных количествах всю поездку», - советует Дмитрий.

Антибиотики и вес

Все слышали, что антибиотики вредят микрофлоре кишечника - но при их приёме по показаниям ничего страшного не произойдёт. Небольшой сбой микрофлоры может проявиться в виде диареи, но обычно всё самостоятельно нормализуется в течение пары недель. Гораздо опаснее не допивать назначенный курс антибиотика или прерывать терапию - может выработаться , и в следующий раз при подобной инфекции препарат уже не подействует. А вот хроническое поступление в организм антибиотиков в низких дозах, например, если они содержатся в мясе, может серьёзно навредить.

«Если на фабриках животным в корм добавляют микродозы антибиотиков, они быстрее набирают вес и дают больше мяса. Этот антибиотик остается в мясе, попадает к человеку, и человек точно также набирает вес, - рассказывает Александр Тяхт, руководитель отдела микробиоты «Атласа». - Конечно, это произойдёт не сразу, а после многих лет регулярного питания дешёвыми мясными продуктами». На бактериальный состав кишечника влияют не только антибиотики, но и сильно солёная пища - такая еда несъедобна для бактерий. Это наглядно показывает известный проект Happy Meal , в рамках которого группа энтузиастов в течение года наблюдала за чизбургером и картошкой фри из McDonald’s. Через 365 дней с едой из фастфуда ничего не произошло - она лишь немного уменьшилась в размерах, но бактерии не съели её ни внутри, ни снаружи. McDonald’s прокомментировал этот факт очень просто, рассказав, что они добавляют в пищу много соли.

Бактерии появились примерно 3,5-3,9 млрд лет назад, они были первыми живыми организмами на нашей планете. Со временем жизнь развивалась и усложнялась - появлялись новые, каждый раз более сложные формы организмов. Бактерии все это время не стояли в стороне, напротив, они были важнейшей составляющей эволюционного процесса. Именно они первыми выработали новые формы жизнеобеспечения, такие как дыхание, брожение, фотосинтез, катализ... а также нашли эффективные способы сосуществования практически с каждым живым существом. Исключением не стал и человек.

Внутри человека, как и внутри прочих млекопитающих, живет невообразимо большое количество бактерий. В наших телах их в 10 раз больше, чем всех клеток организма вместе взятых. Среди них абсолютное большинство - полезные, но парадокс в том, что их жизнедеятельность, их присутствие внутри нас - это нормальное положение дел, они зависят от нас, мы в свою очередь от них и при этом признаков этого сотрудничества мы никак не ощущаем. Другое дело - вредные, например патогенные бактерии, оказавшись внутри нас их присутствие тут же становится заметным, а последствия их активности могут стать очень серьезными

Люди в большинстве своём привыкли относиться к бактериям негативно. И не мудрено! Ведь чаще всего мы о них вспоминаем в спайке с такими словами, как инфекция, ангина, дизентерия… Продолжать этот нездоровый список можно долго, а между тем, бактерии нашему организму больше помогают, чем вредят. И пытаться «выжечь» их всех антибиотиками совершенно не стоит.

Познакомьтесь с бактериями, составляющими 90% живых клеток вашего организма. Человеческое тело «приютило» триллионы живых организмов – от палочкообразной кишечной палочки, использующей свой хвост, чтобы плавать вверх-вниз по нашим внутренностям, до сальмонеллы, которая может отравить еду, или спокойно жить на нашей коже без вреда для нас.

1.Компьютерное изображение бактерии (голубые и зеленые) на человеческой коже. На человеческой коже живет множество видов бактерий, особенно в потовых железах и волосяных луковицах. Обычно они не вызывают проблем, хотя некоторые могут вызывать боль. Обычно бактерии становятся проблемой, если проникают под кожу, например, при порезах или ссадинах. (SPL / BARCROFT MEDIA)

2. В одном человеческом теле от 500 до 1000 разных видов бактерий. Они размножаются, образуя около 100 триллионов отдельных клеток в 10 раз больше человеческих, которые и составляют наше тело. На фото: бактерия хеликобактер пилори, вызывающая язвенную болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки. (SPL / BARCROFT MEDIA)

3. «Только в кишечнике человека содержится почти 1,81 кг бактерий, - говорит доктор Рой Слэйтор. – На самом деле, мы люди лишь на 10%, все остальное – микробы». На фото: цепочки стрептококков. Грамположительные бактерии овальной формы – одна из причин пневмонии. Хотя в нашем организме они живут довольно гармонично, иногда они могут вызывать опасные инфекции в легких. (SPL / BARCROFT MEDIA)

4. Тот факт, что в нашем теле так много бактерий, может показаться волнующим, однако доктор Слэйтор говорит, что бактерии идут нам на пользу, и без них мы долго не выжили бы. «Эти отношения бактерий и человека чисто символические. В обмен на еду бактерии помогают нашему пищеварению, выработке витаминов и укреплению иммунной системы. Они также защищают нас от инфекций». На фото: кишечная палочка во внутренностях. Кишечная палочка может вызвать диарею. (SPL / BARCROFT MEDIA)

5. Концептуальная визуализация многочисленных кокков на поверхности клеток. (SPL / BARCROFT MEDIA)

6. Компьютерное изображение типичной палочкообразной бактерии. (SPL / BARCROFT MEDIA)

7. Плавающие бактерии. (SPL / BARCROFT MEDIA)

8. Компьютерное изображение хеликобактер пилори. (SPL / BARCROFT MEDIA)

9. Типичная реснитчатая палочкообразная бактерия. (SPL / BARCROFT MEDIA)

10. Хеликобактер пилори. (SPL / BARCROFT MEDIA)

11. Типичные палочкообразные бактерии включают в себя кишечную палочку и сальмонеллу, но есть и другие. Эти бактерии имеют жгутики на одном конце, с помощью которых они передвигаются. (SPL / BARCROFT MEDIA)

12. Фекальный стрептококк. Эта бактерия – одна из так называемых супербактерий, устойчивых к антибиотикам на некоторых этапах своего развития в системе пациента. (SPL / BARCROFT MEDIA)

13. Хеликобактер пилори в человеческом желудке. Эти бактерии вызывают гастрит и являются причиной рака желудка. Пилори также могут стать причиной или кофактором рака, так как присутствие этих бактерий повышает риск развития опухоли желудка. (SPL / BARCROFT MEDIA)

А теперь подробно и по порядку:

Бактерии – самая древняя группа организмов из ныне существующих на Земле. Первые бактерии появились, вероятно, более 3,5 млрд лет назад и на протяжении почти миллиарда лет были единственными живыми существами на нашей планете. Поскольку это были первые представители живой природы, их тело имело примитивное строение.

Со временем их строение усложнилось, но и поныне бактерии считаются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Интересно, что некоторые бактерии и сейчас ещё сохранили примитивные черты своих древних предков. Это наблюдается у бактерий, обитающих в горячих серных источниках и бескислородных илах на дне водоёмов.

Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или в зелёный цвет. Но колонии многих бактерий имеют яркую окраску, которая обусловливается выделением окрашенного вещества в окружающую среду или пигментированием клеток.

Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук – голландский естествоиспытатель 17 века, впервые создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз.

Бактерии относят к прокариотам и выделяют в отдельное царство – Бактерии.

Форма тела

Бактерии – многочисленные и разнообразные организмы. Они различаются по форме.

Название бактерии	Форма бактерии	Изображение бактерии
Кокки		Шарообразная
Бацилла		Палочковидная
Вибрион		Изогнутая в виде запятой
Спирилла		Спиралевидная
Стрептококки		Цепочка из кокков
Стафилококки		Грозди кокков
Диплококки		Две круглые бактерии, заключённые в одной слизистой капсуле

Способы передвижения

Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков (скрученные винтообразные нити), которые состоят из особого белка флагеллина. Жгутиков может быть один или несколько. Располагаются они у одних бактерий на одном конце клетки, у других – на двух или по всей поверхности.

Но движение присуще и многим иным бактериям, у которых жгутики отсутствуют. Так, бактерии, покрытые снаружи слизью, способны к скользящему движению.

У некоторых лишённых жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Каждая из них заполнена газом (предположительно – азотом). Регулируя количество газа в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные бактерии – передвигаться в капиллярах почвы.

Место обитания

В силу простоты организации и неприхотливости бактерии широко распространены в природе. Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с огромной глубины нефти и даже в воде горячих источников с температурой около 80ºС. Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека в кишечнике, ротовой полости, на конечностях, на поверхности тела.

Бактерии – самые мелкие и самые многочисленные живые существа. Благодаря малым размерам они легко проникают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90ºС, не теряя при этом жизнеспособность.

Практически нет места на Земле, где не встречались бы бактерии, но в разных количествах. Условия жизни бактерий разнообразны. Одним из них необходим кислород воздуха, другие в нём не нуждаются и способны жить в бескислородной среде.

В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои атмосферы до 30 км. и больше.

Особенно много их в почве. В 1 г. почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.

В воде: в поверхностных слоях воды открытых водоёмов. Полезные водные бактерии минерализуют органические остатки.

В живых организмах: болезнетворные бактерии попадают в организм из внешней среды, но лишь в благоприятных условиях вызываю заболевания. Симбиотические живут в органах пищеварения, помогая расщеплять и усваивать пищу, синтезируют витамины.

Внешнее строение

Клетка бактерии одета особой плотной оболочкой – клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт бактерии постоянную, характерную для неё форму. Клеточная стенка бактерии напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена веществ выходят в окружающую среду. Часто поверх клеточной стенки у бактерий вырабатывается дополнительный защитный слой слизи – капсула. Толщина капсулы может во много раз превышать диаметр самой клетки, но может быть и очень небольшой. Капсула – не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она предохраняет бактерию от высыхания.

На поверхности некоторых бактерий имеются длинные жгутики (один, два или много) или короткие тонкие ворсинки. Длина жгутиков может во много раз превышать разметы тела бактерии. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются.

Внутреннее строение

Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Она имеет слоистое строение, вакуолей нет, поэтому различные белки (ферменты) и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центральной части их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, - нуклеиновая кислота – ДНК. Но это вещество не оформлено в ядро.

Внутренняя организация бактериальной клетки сложна и имеет свои специфические особенности. Цитоплазма отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. В цитоплазме различают основное вещество, или матрикс, рибосомы и небольшое количество мембранных структур, выполняющих самые различные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Гранулы могут состоять из соединений, которые служат источником энергии и углерода. В бактериальной клетке встречаются и капельки жира.

В центральной части клетки локализовано ядерное вещество – ДНК, не отграниченная от цитоплазмы мембраной. Это аналог ядра – нуклеоид. Нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом.

Способы питания

У бактерий наблюдаются разные способы питания. Среди них есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы – организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.

Извлекают питательные вещества из мёртвого и разлагающего органического материала. Обычно они выделяют в этот гниющий материал свои пищеварительные ферменты, а затем всасывают и усваивают растворённые продукты.

Живут совместно с другими организмами и часто приносят им ощутимую пользу. Бактерии, живущие в утолщениях корней бобовых растений.

Живут внутри другого организма или на нём, укрываются и питаются его тканями. Вызывают различные заболевания – бактериозы.

Растения нуждаются в азоте, но сами усваивают азот воздуха не могут. Некоторые бактерии соединяют содержащиеся в воздухе молекулы азота с другими молекулами, в результате чего получаются вещества, доступные для растений.

Эти бактерии поселяются в клетках молодых корней, что приводит к образованию на корнях утолщений, называемых клубеньками. Такие клубеньки образуются на корнях растений семейства бобовых и некоторых других растений.

Корни дают бактериям углеводы, а бактерии корням – такие содержащие азот вещества, которые могут быть усвоены растением. Их сожительство взаимовыгодно.

Корни растений выделяют много органических веществ (сахара, аминокислоты и другие), которыми питаются бактерии. Поэтому в слое почвы, окружающем корни, поселяется особенно много бактерий. Эти бактерии превращают отмершие остатки растений в доступные для растения вещества. Этот слой почвы называют ризосферой.

Существует несколько гипотез о проникновении клубеньковых бактерий в ткани корня:

• через повреждения эпидермальной и коровой ткани;
• через корневые волоски;
• только через молодую клеточную оболочку;
• благодаря бактериям-спутникам, продуцирующим пектинолитические ферменты;
• благодаря стимуляции синтеза В-индолилуксусной кислоты из триптофана, всегда имеющегося в корневых выделениях растений.

Процесс внедрения клубеньковых бактерий в ткань корня состоит из двух фаз:

• инфицирование корневых волосков;
• процесс образования клубеньков.

В большинстве случаев внедрившаяся клетка, активно размножается, образует так называемые инфекционные нити и уже в виде таких нитей перемещается в ткани растения. Клубеньковые бактерии, вышедшие из инфекционной нити, продолжают размножаться в ткани хозяина.

Наполняющиеся быстро размножающимися клетками клубеньковых бактерий растительные клетки начинают усиленно делиться. Связь молодого клубенька с корнем бобового растения осуществляется благодаря сосудисто-волокнистым пучкам. В период функционирования клубеньки обычно плотные. К моменту проявления оптимальной активности клубеньки приобретают розовую окраску (благодаря пигменту легоглобину). Фиксировать азот способны лишь те бактерии, которые содержат легоглобин.

Бактерии клубеньков создают десятки и сотни килограммов азотных удобрений на гектаре почвы.

Обмен веществ

Бактерии отличаются друг от друга обменом веществ. У одних он идёт при участии кислорода, у других – без его участия.

Большинство бактерий питается готовыми органическими веществами. Лишь некоторые из них (сине-зелёные, или цианобактерии), способны создавать органические вещества из неорганических. Они сыграли важную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.

Бактерии впитывают вещества извне, разрывают их молекулы на части, из этих частей собирают свою оболочку и пополняют своё содержимое (так они растут), а ненужные молекулы выбрасывают наружу. Оболочка и мембрана бактерии позволяет ей впитывать только нужные вещества.

Если бы оболочка и мембрана бактерии были полностью непроницаемыми, в клетку не попали бы никакие вещества. Если бы они были проницаемыми для всех веществ, содержимое клетки перемешалось бы со средой – раствором, в которой обитает бактерия. Для выживания бактерии необходима оболочка, которая нужные вещества пропускает, а ненужные – нет.

Бактерия поглощает находящиеся близ неё питательные вещества. Что происходит потом? Если она может самостоятельно передвигаться (двигая жгутик или выталкивая назад слизь), то она перемещается, пока не найдёт необходимые вещества.

Если она двигаться не может, то ждёт, пока диффузия (способность молекул одного вещества проникать в гущу молекул другого вещества) не принесёт к ней необходимые молекулы.

Бактерии в совокупности с другими группами микроорганизмов выполняют огромную химическую работу. Превращая различные соединения, они получают необходимую для их жизнедеятельности энергию и питательные вещества. Процессы обмена веществ, способы добывания энергии и потребности в материалах для построения веществ своего тела у бактерий разнообразны.

Другие бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют за счёт неорганических соединений. Они называются автотрофами. Автотрофные бактерии способны синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают:

Фотосинтезирующие бактерии	Хемосинтетики	Метилотрофы
Cинтезируют органические вещества за счёт солнечной энергии. Цианобактерии, пурпурные бактерии и зелёные бактерии	Синтезируют органические вещества за счёт химической энергии окисления серы – серобактерии; аммония и нитрита – нитрифицирующие; железа – железобактерии; водорода – водородные бактерии.	Синтезируют органическое вещество за счёт химической энергии метаболизма углеродных соединений, содержащих метильную группу, простейшими из которых является метан.

Хемосинтез

Использование лучистой энергии – важнейший, но не единственный путь создания органического вещества из углекислого газа и воды. Известны бактерии, которые в качестве источника энергии для такого синтеза используют не солнечный свет, а энергию химических связей, происходящих в клетках организмов при окислении некоторых неорганических соединений – сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотной кислоты, закисных соединений железа и марганца. Образованное с использованием этой химической энергии органическое вещество они используют для построения клеток своего тела. Поэтому такой процесс называют хемосинтезом.

Важнейшую группу хемосинтезирующих микроорганизмов составляют нитрифицирующие бактерии. Эти бактерии живут в почве и осуществляют окисление аммиака, образовавшегося при гниении органических остатков, до азотной кислоты. Последняя, реагирует с минеральными соединениями почвы, превращаются в соли азотной кислоты. Этот процесс проходит в две фазы.

Железобактерии превращают закисное железо в окисное. Образованная гидроокись железа оседает и образует так называемую болотную железную руду.

Некоторые микроорганизмы существуют за счёт окисления молекулярного водорода, обеспечивая тем самым автотрофный способ питания.

Характерной особенностью водородных бактерий является способность переключаться на гетеротрофный образ жизни при обеспечении их органическими соединениями и отсутствии водорода.

Таким образом, хемоавтотрофы являются типичными автотрофами, так как самостоятельно синтезируют из неорганических веществ необходимые органические соединения, а не берут их в готовом виде от других организмов, как гетеротрофы. От фототрофных растений хемоавтотрофные бактерии отличаются полной независимостью от света как источника энергии.

Бактериальный фотосинтез

Некоторые пигментосодержащие серобактерии (пурпурные, зелёные), содержащие специфические пигменты – бактериохлорофиллы, способны поглощать солнечную энергию, с помощью которой сероводород в их организмах расщепляется и отдаёт атомы водорода для восстановления соответствующих соединений. Этот процесс имеет много общего с фотосинтезом и отличается только тем, что у пурпурных и зелёных бактерий донором водорода является сероводород (изредка – карбоновые кислоты), а у зелёных растений – вода. У тех и других отщепление и перенесение водорода осуществляется благодаря энергии поглощённых солнечных лучей.

Такой бактериальный фотосинтез, который происходит без выделения кислорода, называется фоторедукцией. Фоторедукция углекислого газа связана с перенесением водорода не от воды, а от сероводорода:

6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О

Биологическое значение хемосинтеза и бактериального фотосинтеза в масштабах планеты относительно невелико. Только хемосинтезирующие бактерии играют существенную роль в процессе круговорота серы в природе. Поглощаясь зелёными растениями в форме солей серной кислоты, сера восстанавливается и входит в состав белковых молекул. Далее при разрушении отмерших растительных и животных остатков гнилостными бактериями сера выделяется в виде сероводорода, который окисляется серобактериями до свободной серы (или серной кислоты), образующий в почве доступные для растения сульфиты. Хемо- и фотоавтотрофные бактерии имеют существенное значение в круговороте азота и серы.

Спорообразование

Внутри бактериальной клетки образуются споры. В процессе спорообразования бактериальная клетка претерпевает ряд биохимических процессов. В ней уменьшается количество свободной воды, снижается ферментативная активность. Это обеспечивает устойчивость спор к неблагоприятным условиям внешней среды (высокой температуре, высокой концентрации солей, высушиванию и др.). Спорообразование свойственно только небольшой группе бактерий.

Споры – не обязательная стадия жизненного цикла бактерий. Спорообразование начинается лишь при недостатке питательных веществ или накоплении продуктов обмена. Бактерии в виде спор могут длительное время находиться в состоянии покоя. Споры бактерий выдерживают продолжительное кипячение и очень длительное проммораживание. При наступлении благоприятных условий спора прорастает и становится жизнеспособной. Спора бактерий – это приспособление к выживанию в неблагоприятных условиях.

Размножение

Размножаются бактерии делением одной клетки на две. Достигнув определённого размера, бактерия делится на две одинаковые бактерии. Затем каждая из них начинает питаться, растёт, делится и так далее.

После удлинения клетки постепенно образуется поперечная перегородка, а затем дочерние клетки расходятся; у многих бактерий в определённых условиях клетки после деления остаются связанными в характерные группы. При этом в зависимости от направления плоскости деления и числа делений возникают разные формы. Размножение почкованием встречается у бактерий как исключение.

При благоприятных условиях деление клеток у многих бактерий происходит через каждые 20-30 минут. При таком быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно заполнить все моря и океаны. Простой подсчёт показывает, что за сутки может образоваться 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клеток). Если перевести в вес – 4720 тонн. Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибают под действием солнечного света, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100ºС, в результате борьбы между видами и т.д.

Бактерия (1), поглотившая достаточно пищи, увеличивается в размерах (2) и начинает готовиться к размножению (делению клетки). Её ДНК (у бактерии молекула ДНК замкнута в кольцо) удваивается (бактерия производит копию этой молекулы). Обе молекулы ДНК (3,4) оказываются, прикреплены к стенке бактерии и при удлинении бактерии расходятся в стороны (5,6). Сначала делится нуклеотид, затем цитоплазма.

После расхождения двух молекул ДНК на бактерии появляется перетяжка, которая постепенно разделяет тело бактерии на две части, в каждой из которых есть молекула ДНК (7).

Бывает (у сенной палочки), две бактерии слипаются, и между ними образуется перемычка (1,2).

По перемычке ДНК из одной бактерии переправляется в другую (3). Оказавшись в одной бактерии, молекулы ДНК сплетаются, слипаются в некоторых местах (4), после чего обмениваются участками (5).

Роль бактерий в природе

Круговорот

Бактерии – важнейшее звено общего круговорота веществ в природе. Растения создают сложные органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Эти вещества возвращаются в почву с отмершими грибами, растениями и трупами животных. Бактерии разлагают сложные вещества на простые, которые снова используют растения.

Бактерии разрушают сложные органические вещества отмерших растений и трупов животных, выделения живых организмов и разные отбросы. Питаясь этими органическими веществами, сапрофитные бактерии гниения превращают их в перегной. Это своеобразные санитары нашей планеты. Таким образом, бактерии активно участвуют в круговороте веществ в природе.

Почвообразование

Поскольку бактерии распространены практически повсеместно и встречаются в огромном количестве, они во многом определяют различные процессы, происходящие в природе. Осенью опадают листья деревьев и кустарников, отмирают надземные побеги трав, опадают старые ветки, время от времени падают стволы старых деревьев. Всё это постепенно превращается в перегной. В 1 см 3 . поверхностного слоя лесной почвы содержатся сотни миллионов сапрофитных почвенных бактерий нескольких видов. Эти бактерии превращают перегной в различные минеральные вещества, которые могут быть поглощены из почвы корнями растений.

Некоторые почвенные бактерии способны поглощать азот из воздуха, используя его в процессах жизнедеятельности. Эти азотофиксирующие бактерии живут самостоятельно или поселяются в корнях бобовых растений. Проникнув в корни бобовых, эти бактерии вызывают разрастание клеток корней и образование на них клубеньков.

Эти бактерии выделяют азотные соединения, которые используют растения. От растений бактерии получают углеводы и минеральные соли. Таким образом, между бобовым растением и клубеньковыми бактериями существует тесная связь, полезная как одному, так и другому организму. Это явление носит название симбиоза.

Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями бобовые растения обогащают почву азотом, способствуя повышению урожая.

Распространение в природе

Микроорганизмы распространены повсеместно. Исключение составляют лишь кратеры действующих вулканов и небольшие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб. Ни низкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни насыщенные растворы солей в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни жёсткое облучение атомных реакторов не мешают существованию и развитию микрофлоры. Все живые существа постоянно взаимодействуют с микроорганизмами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Микроорганизмы – аборигены нашей планеты, активно осваивающие самые невероятные природные субстраты.

Микрофлора почвы

Количество бактерий в почве чрезвычайно велико – сотни миллионов и миллиардов особей в 1 грамме. В почве их значительно больше, чем в воде и воздухе. Общее количество бактерий в почвах меняется. Количество бактерий зависит от типа почв, их состояния, глубины расположения слоёв.

На поверхности почвенных частиц микроорганизмы располагаются небольшими микроколониями (по 20-100 клеток в каждой). Часто они развиваются в толщах сгустков органического вещества, на живых и отмирающих корнях растений, в тонких капиллярах и внутри комочков.

Микрофлора почвы очень разнообразна. Здесь встречаются разные физиологические группы бактерий: бактерии гниения, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серобактерии и др. среди них есть аэробы и анаэробы, споровые и не споровые формы. Микрофлора – один из факторов образования почв.

Областью развития микроорганизмов в почве является зона, примыкающая к корням живых растений. Её называют ризосферой, а совокупность микроорганизмов, содержащихся в ней, - ризосферной микрофлорой.

Микрофлора водоёмов

Вода – природная среда, где в большом количестве развиваются микроорганизмы. Основная масса их попадает в воду из почвы. Фактор, определяющий количество бактерий в воде, наличие в ней питательных веществ. Наиболее чистыми являются воды артезианских скважин и родниковые. Очень богаты бактериями открытые водоёмы, реки. Наибольшее количество бактерий находится в поверхностных слоях воды, ближе к берегу. При удалении от берега и увеличении глубины количество бактерий уменьшается.

Чистая вода содержит 100-200 бактерий в 1 мл., а загрязнённая – 100-300 тыс. и более. Много бактерий в донном иле, особенно в поверхностном слое, где бактерии образуют плёнку. В этой плёнке много серо- и железобактерий, которые окисляют сероводород до серной кислоты и тем самым предотвращают замор рыбы. В иле больше спороносных форм, в то время как в воде преобладают неспороносные.

По видовому составу микрофлора воды сходна с микрофлорой почвы, но встречаются и специфические формы. Разрушая различные отбросы, попавшие в воду, микроорганизмы постепенно осуществляют так называемое биологическое очищение воды.

Микрофлора воздуха

Микрофлора воздуха менее многочисленна, чем микрофлора почвы и воды. Бактерии поднимаются в воздух с пылью, некоторое время могут находиться там, а затем оседают на поверхность земли и гибнут от недостатка питания или под действием ультрафиолетовых лучей. Количество микроорганизмов в воздухе зависит от географической зоны, местности, времени года, загрязнённостью пылью и др. каждая пылинка является носителем микроорганизмов. Больше всего бактерий в воздухе над промышленными предприятиями. Воздух сельской местности чище. Наиболее чистый воздух над лесами, горами, снежными пространствами. Верхние слои воздуха содержат меньше микробов. В микрофлоре воздуха много пигментированных и спороносных бактерий, которые более устойчивы, чем другие, к ультрафиолетовым лучам.

Микрофлора организма человека

Тело человека, даже полностью здорового, всегда является носителем микрофлоры. При соприкосновении тела человека с воздухом и почвой на одежде и коже оседают разнообразные микроорганизмы, в том числе и патогенные (палочки столбняка, газовой гангрены и др.). Наиболее часто загрязняются открытые части человеческого тела. На руках обнаруживают кишечные палочки, стафилококки. В ротовой полости насчитывают свыше 100 видов микробов. Рот с его температурой, влажностью, питательными остатками – прекрасная среда для развития микроорганизмов.

Желудок имеет кислую реакцию, поэтому основная масса микроорганизмов в нём гибнет. Начиная с тонкого кишечника реакция становится щелочной, т.е. благоприятной для микробов. В толстых кишках микрофлора очень разнообразна. Каждый взрослый человек выделяет ежедневно с экскрементами около 18 млрд. бактерий, т.е. больше особей, чем людей на земном шаре.

Внутренние органы, не соединяющиеся с внешней средой (мозг, сердце, печень, мочевой пузырь и др.), обычно свободны от микробов. В эти органы микробы попадают только во время болезни.

Бактерии в круговороте веществ

Микроорганизмы вообще и бактерии в частности играют большую роль в биологически важных круговоротах веществ на Земле, осуществляя химические превращения, совершенно недоступные ни растениям, ни животным. Различные этапы круговорота элементов осуществляются организмами разного типа. Существование каждой отдельной группы организмов зависит от химического превращения элементов, осуществляемого другими группами.

Круговорот азота

Циклическое превращение азотистых соединений играет первостепенную роль в снабжении необходимыми формами азота различных по пищевым потребностям организмов биосферы. Свыше 90% общей фиксации азота обусловлено метаболической активностью определённых бактерий.

Круговорот углерода

Биологическое превращение органического углерода в углекислый газ, сопровождающееся восстановлением молекулярного кислорода, требует совместной метаболической активности разнообразных микроорганизмов. Многие аэробные бактерии осуществляют полное окисление органических веществ. В аэробных условиях органические соединения первоначально расщепляются путём сбраживания, а органические конечные продукты брожения окисляются далее в результате анаэробного дыхания, если имеются неорганические акцепторы водорода (нитрат, сульфат или СО 2).

Круговорот серы

Для живых организмов сера доступна в основном в форме растворимых сульфатов или восстановленных органических соединений серы.

Круговорот железа

В некоторых водоёмах с пресной водой содержатся в высоких концентрациях восстановленные соли железа. В таких местах развивается специфическая бактериальная микрофлора – железобактерии, окисляющие восстановленное железо. Они участвуют в образовании болотных железных руд и водных источников, богатых солями железа.

Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. Около 2,5 млрд. лет они доминировали на Земле, формируя биосферу, участвовали в образовании кислородной атмосферы.

Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых организмов (кроме вирусов). Полагают, что они — первые организмы, появившиеся на Земле.

Наука о микробиоме

Мы не знаем, одинок ли человек во Вселенной. Но хорошо известно то, что он не одинок даже наедине с собой. И не просто не одинок. В каждом из нас живет как минимум 100 триллионов живых существ - как полезных, так и вредных, а их общий вес достигает 3–4 килограммов. Большинство из них обитает в нашем кишечнике, но есть и такие, что прижились у нас в носу, на руках, глазах, ушах, на коже - в общем, в каждом уголке нашего тела. И от того, кто поселился в нас в данный момент, зависят и наше здоровье, и настроение, и вес, и даже способность мыслить здраво.

В последние годы ученые всего мира ведут исследования в области микробиома (так называют сообщество бактерий, считающих наш организм своим домом) - и чуть ли не каждый день делают удивительные открытия. Их цель - заставить бактерии служить нашему здоровью, то есть спасать нас от множества болезней - от диареи до сахарного диабета. Что нового здесь происходит, узнал обозреватель «МК».

Нашим мозгом управляют бактерии

Микрофлора, она же микробиота, - это множество одноклеточных микроорганизмов, живущих как на нас, так и поблизости. Невероятно, но факт: бактерий, живущих в нас, в десятки раз больше количества клеток, из которых состоит наш организм! То есть человек - это не совсем человек, а всего лишь скопище живущих своей жизнью микроорганизмов. Но самое главное - ученые признали, что былые представления об одноклеточных микроорганизмах оказались ошибочными. Эта незримая армия влияет на все сферы нашей жизни: могут сделать нас умными или глупыми, здоровыми или больными, веселыми или печальными. И даже вкусными или невкусными для комаров - да-да, за эту индивидуальную особенность также отвечают микробы, обитающие на коже!

В нашем желудочно-кишечном тракте живет 300–400 видов бактерий - это из тех, что идентифицировали ученые. Правда, пока светила науки не знают, что делает большинство из этих тварей - изучено буквально несколько десятков особей. Однако сегодня установлено, что если в среде этих маленьких жителей происходит какой-то дисбаланс, то есть одних становится больше, а других меньше, развиваются болезни: аллергии, заболевания печени, поджелудочной железы, артрит, аутизм, депрессия и даже рак. Так, международная группа ученых выяснила, что у большинства пациентов с болезнью Альцгеймера серьезный дисбаланс кишечной микрофлоры. Практически аналогичная ситуация у детей с аутизмом.

Микробиом влияет буквально на все стороны нашей жизни. Вредоносные бактерии ведут к развитию болезней. Полезные защищают нас от патогенных микробов, обезвреживают токсины, производят необходимые витамины и гормоны, помогают усваиваться важным микроэлементам из пищи.

От состава микробиома зависит даже склонность человека к ожирению. Да и так называемый эмоциональный интеллект (EQ - способность человека правильно понимать собственные и чужие эмоции и, как следствие, управлять ими) напрямую зависит от царства бактерий, живущих в кишечнике. «Их больше, чем звезд в галактике, и у каждого есть право голоса. Именно микробиота регулирует работу головного мозга», - говорит известный детский доктор, завкафедрой факультетской педиатрии №2 РНИМУ им. Н.И.Пирогова, научный руководитель Московского городского центра иммунологии и аллергологии профессор Андрей Продеус. Бактерии способны менять поведение человека и даже внушать желания, заставляя нас играть под их дудку. Например, есть сладкое. Это раньше считалось, что есть сладкоежки от природы, а теперь установлено: тяга к пирожным-мороженому зависит от того, есть ли в вашем кишечнике бактерии под названием клостридии. Они питаются простыми сахарами и выманивают их у нас, заставляя есть шоколад и печеньки. Или помните про йогурты, от которых «животик улыбается»? Сегодня ученые на полном серьезе говорят о том, что содержащиеся в йогуртах бактерии могут делать нас как умиротворенными, так и унылыми, ведь некоторые бактерии подавляют уровень гормона счастья серотонина, что установлено учеными из APC (Alimentary Pharmabiotic Centre). И не только нас, но и других животных. Недавний эксперимент на мышах, проведенный в Италии, показал, что норушки, рожденные в стерильных условиях (то есть лишенные естественной микрофлоры) оказались тупыми и агрессивными, а также отличались девичьей памятью.

Кто в домике живет?

В нашем кишечнике обитают представители царства архей - одноклеточные организмы. В основном это метаногены - они легко обходятся без кислорода, помогают переваривать пищу и выделяют газ метан.

В кишечнике, а также в интимных зонах живут эукариоты (грибки и дрожжи) и бактерии. Одна из самых известных бактерий - кишечная палочка (эшерихия коли). Раньше считалось, что она ведет к нарушениям стула, но сегодня известно, что есть разновидности этой бактерии, которые приносят нам исключительно пользу. Или взять хеликобактер пилори - в больших количествах она вызывает язву и рак желудка, но в небольших необходима для пищеварения.

На коже живет великое разнообразие бактерий - они отвечают за наш запах, за привлекательность для комаров. Удивительный факт: сообщество бактерий на правой руке кардинально отличается от сообщества бактерий на левой. Объяснения этому пока нет. Зато ученые уже предлагают вводить микробные отпечатки пальцев, которые у каждого из нас уникальны.

Популярный обитатель носа - золотистый стафилококк. Пока известны только его зловредные свойства, но ученые предполагают, что другие носовые микробы в большинстве случаев не дают ему развернуться.

Во рту живет стрептококк мутанс - установлено, что именно он подтачивает наши зубы и вызывает кариес. В целом же бактерии из ротовой полости помогают регулировать кровяное давление - они выделяют оксид азота, тем самым расслабляя артерии.

Микробиом на службе здоровью

Наука о микробиоме развивается стремительно, открытия в ней делают чуть ли не каждый день. Сегодня в эту область инвестировано почти 1,5 млрд долларов. Ведь это раньше микробы считались источником заболеваний, а теперь ясно, что они играют важную роль не только в развитии болезней, но и в поддержании здоровья.

Предполагается, что уже в скором времени с помощью микробиома научатся лечить более 50 разных хворей, включая сахарный диабет, воспалительные заболевания кишечника, атеросклероз, дерматит, астму, непереносимость лактозы, иммунодефицит и колоректальный рак. «Исследования показывают, что медицинские решения, основанные на микробиоме, потенциально могут оказать положительное влияние на все аспекты здоровья человека и помочь вылечить людей по всему миру. Наш институт ведет исследования с целью объяснить уникальную и очень важную роль, которую играет микробиота. Мы вдохновлены безграничными возможностями, которые микробиом дает для прогнозирования, диагностики и лечения множества заболеваний, в том числе за счет использования естественных реакций организма», - говорит руководитель самого крупного Института микробиома человека (JHMI) Дирк Геверс.

Ученые из JHMI изучают, как микробиом меняется под воздействием генетических факторов, факторов среды, питания и пр. Это поможет понять, как заставить маленьких обитателей нашего организма служить его здоровью. Совместно с Научно-исследовательским институтом имени Вейцмана (Израиль) американские исследователи из JHMI изучают, как состав микробиома влияет на метаболические расстройства и как может помочь в лечении нарушений обмена веществ. Предполагается разработать рекомендации по питанию, которые помогут предотвращать развитие метаболического синдрома, сахарного диабета второго типа и его осложнений. Исследователи изучают микробиомы различных людей, пробуют на них новые лекарства. «Совместными усилиями мы выработаем новые идеи для решения проблем обмена веществ с помощью микробиологической диагностики и терапии», - сказал Дирк Геверс.

Кое-что уже придумано. Например, разработаны коктейли с микроорганизмами и бактериофагами, поддерживающие здоровье микробиома. Лекарства, способные увеличивать количество одних бактерий и подавлять других. Диагностические тесты, определяющие причины болезней по составу микрофлоры. Вакцины, исправляющие реакцию иммунной системы на изменения в микробиоме.

Все это позволит лечить болезни более прицельно, воздействуя на причины болезней на генетическом уровне.

Как вылечить свою микрофлору

В JHMI отмечают, что состав и разнообразие микробного сообщества напрямую зависят от питания, приема лекарств и других внешних факторов. И даже такие простые вещи, как изменение образа жизни, системы питания или прием микробных коктейлей способны вылечить или предотвратить болезнь.

Исследования ученым в помощь. Недавно вот департамент генетики медицинского центра Университета Гронингена выяснил, что как минимум 60 категорий продуктов и различные типы диет оказывают то или иное влияние на кишечную микрофлору. Оказалось, что микробиомы людей, которые регулярно едят фрукты, овощи и кисломолочные продукты, более разнообразны. А вот чрезмерное потребление мяса снижает разнообразие организмов по сравнению с рационом, в котором преобладают фрукты и овощи.

Ученые также попытались узнать, какие лекарства больше, а какие меньше изменяют состав микробиоты. Выяснилось: на «внутреннюю экосистему» человека влияют 19 типов лекарств. И это далеко не одни только всем известные антибиотики и препараты, снижающие кислотность желудка. В «черный список» попали антидепрессанты, а также ингибиторы АПФ (лекарства, принимаемые при сердечной недостаточности и для снижения артериального давления).

Один из главных специалистов в России, занимающихся исследованиями микробиоты, биолог Дмитрий Алексеев говорит, что на сегодня это исследование самое качественное и обширное: «Можно сказать, что это начало целого направления в науке. В России сейчас проводится свое, более скромное популяционное исследование ohmygut, результаты которого было бы интересно сравнить с результатами исследования коллег из Голландии. Но уже сейчас мы можем сказать, что в голландской выборке количество организмов с измененной приемом антибиотиков микробиотой будет значительно меньше, чем в России: в этой стране применение антибиотиков строго ограничено врачами и фармацевтами, а у нас их можно купить в аптеке без рецепта. Голландцы выявили и неожиданные факторы влияния на микробиоту. Например, в использовании лекарств ожидаемо было то, что на первом месте будут антибиотики, но в голландской выборке особенно выделяются ингибиторы протонных помп (ИПП) - лекарства, используемые в мире достаточно часто в гастроэнтерологии и до сих пор считающиеся безопасными. Еще один результат: у людей, которые едят больше фруктов, уровень пептида хромогранина A (CgA), маркера стресса, оказался значительно ниже, чем у тех, кто предпочитает мясо. Так что ешьте фрукты - и будете меньше нервничать!»

Кроме того, положительное действие на состав микробиоты оказывают кисломолочные продукты, особенно обогащенные полезными бактериями.

Не все так радужно

И все же наука о микробиоме является хоть и многообещающим, но новым направлением. И многие эксперты относятся к достижениям в этой области со здоровой долей скепсиса. Как говорит руководитель биотехнологической компании Олег Парошин, связь между развитием болезней и микробиомом - пока лишь гипотеза: «Твердых фактов, доказывающих эту связь, пока нет. Достаточно давно обсуждается вопрос о влиянии микробиома кишечника на риск развития онкологических заболеваний. Но если, например, уже установлено, что ключевым фактором для развития рака желудка служит helicobacter pylori, то бактерия, являющаяся возбудителем рака кишечника, пока не идентифицирована. Есть гипотезы относительно прямого влияния продуктов жизнедеятельности и ферментов некоторых видов кишечных микроорганизмов, которые могут приводить к онкологическому перерождению клеток (особенно толстой кишки). Надеюсь, что дальнейшие исследования генома человеческого микробиома позволят обнаружить конкретных виновников онкологического перерождения здоровых тканей».

Парошин тем не менее согласен, что здоровое питание позволяет вырастить более полезные штаммы микроорганизмов: «От пищи, которую мы едим, зависит видовой состав микробиома, который оказывает практически безграничное действие на организм человека. В том числе он может влиять на развитие многих болезней. Другими словами, бактерии, превалирующие в микробиоме, определяются именно характером принимаемой пищи, а именно они, возможно, в основном и определяют характер заболевания».

В общем, вопросов у ученых пока очень много. Как выяснилось, микробиом имеет гораздо более сложную структуру, чем даже человеческие гены, так что изучить его основательно еще только предстоит. И все же исследователи надеются получить ответы на свои вопросы в ближайшее время...

Лучшее в "МК" - в короткой вечерней рассылке: подпишитесь на наш канал в

Человек нередко относится к своему организму сравнительно легкомысленно. Да, многие знают, где находится сердце, почки, кишечник и т.д. Некоторые имеют более глубокие познания о строении человеческого организма. Но мало кто решается взглянуть на себя не только как на личность, а как на биологический механизм, который работает по определенным законам и живет своей сложной и многомерной биологической жизнью. Так, например, далеко не все ясно себе представляют, какую важную роль играют бактерии в организме человека, насколько ценно наше биологическое сожительство с простейшими и насколько страшна бактериальная угроза.

Организм человека населяет огромное количество бактерий, без которых человеку не выжить. Общий вес бактерий в теле человека – от 1,5 до 2,5 кг. Такой полезный устойчивый симбиоз образовался:

• в желудочно-кишечном тракте;
• на коже;
• в носоглотке и ротовой полости.

Без полезных бактерий – мутуалистов (мутуализм – форма взаимодействия, при которой каждый организм извлекает определенную пользу) – перечисленные органы моментально подверглись бы атаке болезнетворных микробов.

Разумеется, это не была бы атака в прямом смысле этого слова. Просто ничто не мешало бы болезнетворным микроорганизмам поселиться на тканях организма, размножиться на них и отравить токсичными продуктами своей жизнедеятельности.

Основной принцип работы бактерий в организме – создание такой среды на тканях органов, в условиях которой вредные микробы не могут выживать. Соответственно, попадая на кожу, в носоглотку или в желудочно-кишечный тракт, болезнетворные микробы просто погибают, поскольку среда, уже сформированная полезными микробами на тканях этих органов, является для вирулентных (опасных) прокариотов смертельной.

Это общая картина влияния полезных бактерий, локальное же воздействие микробов имеет особенности в зависимости от органа, в котором происходит такое симбиотическое взаимодействие.

Желудочно-кишечный тракт

Бактерии, населяющие желудочно-кишечный тракт человека, выполняют сразу несколько функций, благодаря которым человек имеет возможность выживать как биологический организм:

1. Микробы создают в кишечнике антагонистическую для болезнетворных микробов среду. Эта роль полезных микроорганизмов сводится к тому, что они создают в кишечнике кислую среду, а болезнетворные микробы плохо живут в кислой среде.
2. Те же полезные бактерии переваривают растительную пищу, попадающую в кишечник. Ферменты, синтезируемые организмом человека, не в состоянии переваривать клетки растений, содержащие целлюлозу, а бактерии питаются такими клетками беспрепятственно, играя тем самым еще одну важную роль.
3. Также полезные бактерии синтезируют необходимые человеку витамины групп В и К. Роль витаминов группы К – обеспечение обмена веществ в костях и соединительных тканях. Роль витаминов группы В глобальна. Эти низкомолекулярные органические соединения участвуют в огромном количестве процессов: от высвобождения энергии из углеводов до синтеза антител и регулировки нервной системы. Несмотря на то что витамины группы В присутствуют во многих продуктах, именно благодаря синтезу их кишечной микрофлорой организм получает то количество этих витаминов, которое необходимо для нормальной жизнедеятельности человека.

Основная часть полезной кишечной микрофлоры – молочнокислые бактерии. Несмотря на то что у этих бактерий могут быть разные названия, тип воздействия на организм у них один и тот же. Молочнокислые бактерии сбраживают природные сахара, в результате чего образуется такой продукт, как молочная кислота.

Наиболее популярные сегодня молочнокислые микроорганизмы – лактобактерии и бифидобактерии, именно их рекламируют как основное пробиотическое средство в составе полезных продуктов.

• Бифидобактерии – нитчатые молочнокислые микроорганизмы, которые устилают поверхность кишечника и не дают вредным микробам закрепиться и размножиться на его стенках. Общий вес молочнокислых бифидобактерий в соотношении с другими бактериями-симбионтами составляет около 80%.
• Лактобактерии – грамположительные молочнокислые палочки, основная роль которых – не только переваривание растительной пищи и создание антагонистической среды, а еще и стимуляция синтеза антител. Это микроорганизмы, оказывающие огромное влияние на иммунную систему человека.

Data-lazy-type="image" data-src="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/08/bakterii-v-produktah.png" alt="молочнокислые бактерии" width="400" height="250" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/08/bakterii-v-produktah..png 300w" sizes="(max-width: 400px) 100vw, 400px">

Кроме полезных молочнокислых прокариотов, в ЖКТ есть и условно вредные – бактерии группы кишечной палочки. Несмотря на то что они тоже могут оказывать благотворное воздействие, например, бактерии группы кишечной палочки также синтезируют витамины группы К, при увеличении их количества в ЖКТ влияние становится вредным: кишечные палочки отравляют организм токсинами.

Общий вес кишечных палочек, которые присутствуют в организме человека, очень незначительный в сравнении с двумя килограммами полезных микроорганизмов.

Бактерии на коже, во рту и в носоглотке

Микроорганизмы, которые населяют кожные покровы человека, играют роль естественного биологического щита, они также не дают возможность вредным бактериям развить активную деятельность на коже и тем самым оказывать отравляющее влияние на весь организм.

Основными бактериями, которые контролируют безопасность кожи, рта и носоглотки, являются:

• микрококки;
• стрептококки;
• стафилококки.

Стрептококки и стафилококки имеют в своем роду вредных (патогенных) представителей, которые могут отравлять организм.

Причины заболеваний

Возникает логичный вопрос: если человек со всех сторон защищен биологическим щитом, тогда почему же люди все-таки болеют, почему этот щит не срабатывает?

Сопротивляемость организма патогенным агентам во многом зависит от иммунитета. Поэтому важным является то, сколько бактерий в ЖКТ трудятся над тем, чтобы иммунная система была достаточно активной.

Вторым важным обстоятельством являются характеристики самого вредного агента и способы его влияния на организм.

Так, долгое время смертельной угрозой для человека был тиф.

Тиф – сборное название нескольких смертельных болезней, которые унесли массу жизней, пока не были найдены способы их лечения.

Общие черты, характерные для всех видов тифа:

• человек быстро теряет вес;
• на фоне интоксикации и потери веса начинается сильная лихорадка;
• все указанные болезненные проявления вызывают сильнейшее нервное расстройство и человек погибает.

Несмотря на общие симптомы, причины, вызывающие тиф, каждый раз разные.

Бактерии-возбудители болезней

В кишечниках вшей большое количество риккетсий. Однако вероятность инфицирования зависит не от того, сколько вшей находится в непосредственной близости к человеку, а от того, как активно человек начинает бороться с вшами. Расчесывание вшей на себе – основная причина заражения сыпным тифом. Именно из раздавленного кишечника вши риккетсии попадают в ранки на коже и далее в кровоток человека.

Основные симптомы сыпного тифа:

• лихорадка (температура тела выше 40ºС);
• боль в спине;
• розовая сыпь в области живота;
• сознание больного заторможено почти до состояния комы.

Лечение сыпного тифа, так же как и лечение любых бактериальных инфекций, основано на антибиотиках. Для лечения этого вида тифа используются антибиотики тетрациклиновой группы.

Еще один страшный вид тифа – возвратный. Его переносят клещи и вши. Но именно возбудителями являются бактерии спирохеты боррелии. Заражение происходит во время укуса клеща.

Основные симптомы при заражении:

• рвота;
• увеличивается селезенка и печень;
• начинается психическое расстройство и галлюцинации.

Те же симптомы возникают, если переносчиками были вши.

Лечение – антибиотики пенициллиновой и левомицетиновой группы, а также мышьяковистые препараты.

Брюшной тиф. Возбудитель – патогенная бактериальная палочка из рода Сальмонелл. Этот вид тифа опасен только для человека, животные брюшным тифом не болеют. Возбудители проникают в желудок с едой. Основные симптомы:

• появление бактерий в моче (бактериемия);
• общие симптомы интоксикации (бледность, головная боль, нарушение сердечных ритмов);
• вздутый живот;
• бред, галлюцинации и прочие психические нарушения.

Лечение осуществляется также антибиотиками левомицетиновой и пенициллиновой групп и сопровождается общеукрепляющей терапией.

Кроме возбудителей тифа, человеку угрожает масса других патогенных микробов, своевременное выявление которых, а также определение симптомов инфекции, ее идентификация и лечение могут стоить человеку жизни.

Та же чума – заболевание с высокой летальностью, причиной которого является чумная палочка. Симптомы – потеря веса, лихорадка и обезвоживание организма. Человек погибает именно от обезвоживания.

Переносчиками чумной палочки могут быть грызуны, домашние животные, насекомые.

Лечение чумы осуществляется при помощи антибиотиков стрептомициновой группы. Важную роль играет профилактика и общее укрепление организма.

Всемирно известный ученый рассказал, как бактерии влияют на наше здоровье и характер, откуда берутся новые инфекции и когда появятся революционные антибиотики

Константин Северинов - доктор биологических наук, заведует лабораторией молекулярной генетики микроорганизмов Института биологии гена РАН, а также лабораторией в Институте молекулярной генетики РАН, является профессором Сколковского института науки и технологий (Сколтеха ), профессором Университета Ратгерса (США ).

БАКТЕРИИ НА ДРЕВЕ ЖИЗНИ

Представьте себе огромное дерево, на котором каждая веточка - это генетический текст, определенный набор генов, соответствующий какому-нибудь организму, - рисует «пейзаж» Константин Северинов. - На этом очень разлапистом, ветвистом дереве люди, животные и растения займут совсем крохотное место в кроне, а все остальное разнообразие - бактерии, то есть микробы. Для нас они могут казаться однообразными, потому что очень мелкие и мы не видим различий. Но на самом деле бактерии составляют более 95% разнообразия жизни на планете. Многих микробов называют «экстремофилами», потому что они живут в очень неподходящих с нашей точки зрения условиях: в вечной мерзлоте, в горячих источниках, на дне океана под гигантским давлением и в безумной концентрации соли в Мертвом море.

Но мы-то привыкли, что микробы - это вредители, возбудители болезней. Если они настолько вездесущи и ко всему могут приспособиться, то, выходит, человечество никогда не выиграет борьбу с ними, не избавится от опасных инфекций?

Этот стереотип гуляет еще со времен Пастера (знаменитый французский микробиолог, основоположник теории инфекционных заболеваний. - Авт. ): мы, мол, находимся в состоянии войны с коварным противником - микробами, которые планируют какие-то шаги, блокпосты строят и хотят нас покорить. Реальная ситуация совершенно другая. Во-первых, подавляющее большинство микроорганизмов о нас знать не знают, ведать не ведают, занимаются своими делами, и мы им глубоко безразличны. А с другой стороны, мы сами в значительной степени зависим от населяющих нас микробов, причем, гораздо больше, чем они от нас.

ВИТАМИНЫ ЗАКАЗЫВАЛИ?

- Тогда расскажите: почему и как мы зависим от бактерий?

Тело человека состоит примерно из триллиона клеток. И при этом внутри нашего организма живет в десятки раз большее количество клеток бактерий! В основном они обитают в кишечнике и фактически образуют единый огромный орган - микробиом. Это самый большой по весу орган человека, гораздо больше чем печень или мозг.

Наши бактерии выполняют массу незаменимых функций. Например, люди потеряли способность, которая есть у ближайших родственников - приматов: вырабатывать ряд витаминов и аминокислот, необходимых для жизни. Мы можем это себе позволить, потому что в нас живут бактерии, которые производят такие вещества для нас. Кишечные бактерии вносят большой вклад в работу иммунной системы: они вырабатывают важные противовоспалительные соединения, синтез которых наш организм обеспечить не может. Кстати, современные исследования показывают, что некоторые болезни, которые до недавних пор считались генетическими, связывались со стрессами и другими факторами, на самом деле имеют бактериальную природу. Диабет, аутоимунные болезни (когда иммунитет атакует собственные здоровые клетки организма и разрушает органы. - Авт. ), даже некоторые психические заболевания - такие, как шизофрения, могут быть вызваны изменениями в составе микробиома.

В ТЕМУ

- Канадские ученые провели серию опытов, которые показали: бактериальная кишечная инфекция может ухудшить... память. Лабораторных мышей заражали бактерией Citrobacter rodentium, нарушающей работу кишечника. Грызуны с таким расстройством стали намного хуже узнавать знакомые предметы - начинали исследовать их так, будто видят впервые. Эксперты предполагают, что кишечная палочка Escherichia coli может аналогично ослаблять память людей.

- Австралийский врач Барри Маршалл в 1984 году заразил себя бактерией Helicobacter pylori и заработал гастрит, а затем язву желудка. И успешно вылечился антибиотиками. Самоотверженного исследователя, открывшего бактериальную природу гастрита и язвы желудка, наградили Нобелевской премией.

- Датские ученые установили, что у стройных людей в кишечнике значительно больше бактерий семейства Christensenelaceae, чем у тех, кто страдает избыточным весом. Поскольку микроорганизмы принимают активное участие в нашем обмене веществ, исследователи предположили, что данный тип бактерий является одним из факторов, отвечающих за хорошую фигуру.

ЗАМАНИТЬ МИКРОБОВ, ЧТОБЫ ПОХУДЕТЬ И ВЫЗДОРОВЕТЬ

Есть версия, что лишний вес у людей - это тоже плоды работы (или недоработки?) бактерий. Если так, то можно ли похудеть, воздействуя на бактерий?

Да, такие примеры есть. В США уже прошел клинические испытания и применяется на практике не очень эстетичный, но весьма действенный метод. Людям с излишним весом пересаживают содержимое кишечника от стройных доноров. Часть бактерий приживается, часть гибнет, процедуры нужно повторять. Но эффект заметный. Кроме того, эта технология позволяет лечить тяжелые и опасные заболевания: колиты и болезнь Крона. Вообще, я думаю, что чем больше мы будем узнавать о взаимосвязи бактерий с теми или иными болезнями, тем активнее будет развиваться новое перспективное направление в медицине: лечение путем восстановления нормального состава микробиома.

А кроме пересадки полезных бактерий из кишечника никак нельзя их в организм поселить? Пить пробиотики, например?

Пробиотики, как правило, представляют собой высушенные препараты одного или нескольких видов «нормальных» кишечных бактерий, нарощенных в лаборатории. Для создания пробиотиков, которые смогут по-настоящему лечить людей, необходимо выделить огромное количество бактерий, охарактеризовать и изучить их совместное действие друг на друга и на людей, а также обеспечить эффективный способ их доставки в нужное место кишечника и дать им возможность выселить «конкурентов». Хотя, после приема антибиотиков, которые подобны атомной бомбе и убивают большинство микроорганизмов у нас в кишечнике, могут быть полезны и уже существующие простые пробиотики, Они могут помочь частично восстановить и нормализовать микрофлору. Только помните, что не имеет смысла принимать такие препараты, пока вы не закончили лечение антибиотиками: они уничтожат все вновь заселенные бактерии.

АНТИБИОТИКИ ИЗОБРЕТЕНЫ БАКТЕРИЯМИ ДЛЯ ОБЩЕНИЯ МЕЖДУ СОБОЙ

Всемирная организация здравоохранения считает, что одна из главных угроз для человечества сейчас - устойчивость вредных бактерий к большинству известных антибиотиков. Из-за этого люди могут лишиться защиты от опасных инфекций. А новые антибиотики на прилавках аптек уже давно не появлялись. Почему?

Вообще, антибиотики это вовсе не изобретение людей, а химические вещества, с помощью которых бактерии «общаются» друг с другом. В природе микроорганизмы образуют сложные сообщества. Члены сообщества зависят друг от друга, некоторые помогают друг другу, а иные пытаются расправиться с конкурентами - всё как у людей, непростые отношения, - улыбается профессор . - Конечная цель каждого вида бактерий в сообщества - победить, занять собой как можно больше места. А другие этого не дают, поскольку у них самих такая же цель. В итоге создается и поддерживается определенный баланс.

При этом самая важная информация для бактерий - есть ли в каком-то месте пища и сколько там других представителей как твоего вида, так и другого вида, которые могут тебя не пустить. И определяют они это с помощью механизма, который по-английски называется quorum sensing, а по-русски - «чувство локтя». Фактически все выглядит так: в определенном объеме среды есть некоторое количество бактерий, и каждая бактерия выпускает наружу определенное вещество, присутствие которого она и её собратья могут почувствовать. Если бактерий много, то концентрация этого вещества будет высокой и микробы «поймут», что здесь тесно, пищи на всех не хватит и прекратят расти. Вот эти вещества, дающие сигнал, что расти дальше нельзя, и есть антибиотики. Так что исторически антибиотики были «изобретены» бактериями для общения между собой.

- Поскольку бактерий в природе несметное количество, у нас есть шансы открыть еще много новых антибиотиков?

На определенном этапе с этим возникла проблема. Изначально ученые культивировали (выращивали. - Авт. ) разные бактерии в лаборатории, на чашках Петри, и изучали вещества, выделяемые выросшими микроорганизмами. Преимущественно использовали почвенных бактерий, потому что в земле их много, они активно «общаются» между собой с помощью химических сигналов и некоторые из них прекрасно растут в лаборатории. Однако набор таких «культивируемых» микроорганизмов все же ограничен, поэтому в последнее время не было слышно об открытии новых антибиотиков. А к большинству старых бактерии приспособились за счет мутаций и стали резистентны.

МЕТАГЕНОМ И ПЯТЫЙ АЙФОН

Относительно недавно произошел прорыв - появилась новая наука геномика. Для ученых открылась возможность определять и изучать геномы бактерий, отказывающихся расти в лаборатории. А таких бактерий большинство, просто они не видимы для классических микробиологов. Если сейчас прямо здесь, около нас с вами пылесосом засосать воздух через бактериальный фильтр, то с помощью современных приборов мы сможем определить метагеном - набор генов всех организмов, которые присутствовали в образце воздуха. Можно взять образец микрофлоры кишечника, смыва с кожи, чего угодно. А дальше с помощью другой новой науки - биоинформатики можно читать генетические тексты, сравнивать гены друг с другом, новые гены - с теми, что нам уже знакомы.

Окажется, что в любом образце будет огромное количество разнообразных неизвестных нам генов из некультивируемых бактерий. Мы их не можем вырастить, не можем подержать в руках, но опознаем по их генам. Именно такой подход позволяет, например, установить взаимосвязь между изменением метагенома бактерий внутри человека и развитием определенных болезней, состояний, даже свойств характера. Если смотреть в будущее, то при достаточном развитии соцсетей и технологий геномного секвенирования (расшифровки геномов. - Авт. ) можно будет на свою персональную страницу выставлять и собственный геном, и микробиом. Эксперты-маркетологи смогут проводить масштабные ассоциативные исследования: при наличии такой-то бактерии у людей чаще всего возникает желание купить пятый айфон... А если серьезно, то благодаря таким технологиям удастся с высочайшей точностью диагностировать заболевания, отклонения, природа которых сейчас является загадкой. И успешно подбирать лечение, в том числе с помощью бактерий.

В то же время геномика открывает широкие горизонты для поиска новых антибиотиков. Мы читаем генетическую информацию неизвестных прежде бактерий, с помощью биоинформатики предсказываем группы генов, которые отвечают за выработку веществ-антибиотиков. А потом генные инженеры создают новые штаммы на основе бактерий, хорошо растущих в лаборатории, содержащих такие гены и поэтому производящих новые антибиотики.

ЗНАКОМЬТЕСЬ: НОВАЯ ИНФЕКЦИЯ

- С тех пор, как в Африке разбушевалась Эбола, многих тревожит вопрос: как и откуда берутся новые инфекции?

Микробы очень хорошо адаптируются к изменениям окружающей среды. Микроорганизмы постоянно обмениваются друг с другом своими генами и вирусами, которых у них очень много. Некоторые вирусы случайно встраиваются в геном бактерий, и получается микроб с несколько изменёнными свойствами. Скорее всего, он умрет, но иногда не умирает, и некоторые такие редкие микробы могут вызвать вспышку заболевания за счет вредных генов, привнесенных вирусом.

Среда очень сильно изменилась с тех пор, как люди стали широко применять антибиотики, особенно в сельском хозяйстве. Гены устойчивости к антибиотикам распространились, а на самом деле оказались отобранными людьми и теперь обнаруживаются с высокой частотой у большинства патогенных бактерий. Это создает огромные трудности при лечении вызванных ими «новых» старых инфекций, которые особенно часто встречаются внутри больниц.

Что касается лихорадки Эбола, то ее вызывает не бактерия, а вирус. От человека к человеку он по воздуху не передается. Если вы не едите на завтрак мясо гориллы или африканских летучих мышей, то вам не о чем беспокоиться.

ЭТО ПРИГОДИТСЯ

Чем подкормить полезных бактерий

Говорят, полезные бактерии у нас в организме гибнут не только от антибиотиков, но и когда мы едим продукты с консервантами. Это правда?

Научные исследования, подтверждающие это, мне не известны. Все продукты, которые широко используются в пищу, проходят очень серьезные испытания: на токсичность, канцерогенность и другие показатели безопасности. Большинство этих тестов связаны как раз с проверкой действия компонентов пищи на бактерий. Так что качественные продукты, прошедшие полноценную проверку, безопасны. По крайней мере, при умеренном потреблении.

- А что поможет нашим полезным бактериям чувствовать себя лучше?

Кефир, кисломолочные продукты полезная вещь, это еще Мечников пропагандировал больше ста лет назад. Вообще, хотя таких исследований не проводилось, но почти наверняка окажется, что наши полезные микробы хорошо реагируют на рецепты из книги «О вкусной и здоровой пище». Диетологи и домашние хозяйки ничего не знали о микробах, но в конце концов прижились именно те блюда, которые не вызывают отторжения обитателей нашего самого большого органа.