Бактерии: определение, строеж, роли и значение за живота

Бактерии: строеж, роли и значение за живота — от чревната флора и производство на храни до болести. Научете основите, екстремофилите и практичните приложения.

Бактериите (в единствено число: bacterium) са много малки организми. Те са прокариотни микроорганизми. Бактериалните клетки нямат ядро и повечето от тях нямат органели с мембрани около тях. Повечето имат клетъчна стена. Те имат ДНК и биохимията им е в общи линии същата като на другите живи същества. Те са сред най-простите и най-старите организми.

Почти всички бактерии са толкова миниатюрни, че могат да се видят само под микроскоп. Бактериите се състоят от една клетка, така че са вид едноклетъчен организъм. Те са една от най-ранните форми на живот и са прости едноклетъчни организми. Към тях спадат екстремофилите, които живеят в екстремни местообитания.

Вероятно има повече отделни бактерии, отколкото който и да е друг вид организъм на планетата, с изключение на вирусите. Повечето бактерии живеят в земята или във водата, но много от тях живеят във вътрешността или върху кожата на други организми, включително и на хората. В тялото на всеки от нас има приблизително толкова бактериални клетки, колкото и човешки клетки. Някои бактерии причиняват болести, но други ни помагат в ежедневието, например при храносмилането на храната (чревна флора). Някои от тях използваме във фабриките за производство на сирене и кисело мляко.

Основоположник на бактериологията е немският биолог Фердинанд Кон (1828-1898). Той публикува първата биологична класификация на бактериите въз основа на външния им вид.

Строеж на бактериалната клетка

• Клетъчна мембрана: тънък липиден слой, който отделя вътрешността на клетката от околната среда и регулира обмена на вещества.
• Клетъчна стена: при много бактерии присъства твърда стена, изградена най-често от пептидогликан. По строеж стената ги дели на грам-позитивни и грам-отрицателни видове (важно за медицината и антибиотиците).
• Нуклеоид: област в цитоплазмата, където се намира ДНК-то (обикновено едно кръгово хромозомно ДНК). Бактериите нямат мембранно ограничено ядро.
• Плазмиди: малки кръгови ДНК молекули, които носят допълнителни гени (напр. за устойчивост към антибиотици) и могат да се предават между клетки.
• Рибозоми: органели без мембрана, които синтезират белтъци; бактериалните рибозоми се различават от еукариотните, което е цел за някои антибиотици.
• Външни структури: някои бактерии имат капсула (за защита), ресни/пили (за прикрепване и генен обмен) и опашка (флагелум) за движение.

Форма и размер

• Най-чести форми: сферични (коки), пръчици (бацили), спираловидни (спирили и спирохети).
• Размерите варират, но повечето бактерии са с дължина между 0.5 и 5 микрометра; има и много по-малки или много по-големи изключения.

Метаболизъм и хранене

• Бактериите показват огромно разнообразие в начина на хранене: автотрофни (използват светлина или химични вещества за синтез на органична материя) и хетеротрофни (извличат енергия от вече налични органични вещества).
• Според използване на кислород: аероби (нуждаят се от O2), анаероби (умират при O2) и факультативни анаероби (могат и с, и без O2).
• Някои бактерии окисляват неорганични вещества (напр. сяра, желязо) и така поддържат биогеохимични цикли.

Размножаване и генетичен обмен

• Основен начин на размножаване е митотичното двоене (бинарно делене) — една клетка дава две идентични дъщерни клетки.
• Генетичен обмен: конюгация (подаване на плазмиди чрез пили), трансформация (усвояване на свободна ДНК от околната среда) и трансдукция (пренасяне на ДНК чрез бактериофаги).

Роля в екосистемите

• Разградители: разграждат органична материя и подпомагат кръговрата на елементите (въглерод, азот, фосфор).
• Фиксация на азот: някои бактерии (напр. ризаобии) преобразуват атмосферния азот в форми, достъпни за растенията — ключов процес за земеделието и екосистемите.
• Симбионти: живеят в партньорство с растения, животни и хора (напр. чревна микробиота), подпомагат храносмилане, имунна защита и синтез на витамини.
• Патогени: някои причиняват заразни заболявания у хора, животни и растения.

Влияние върху човека и приложения

• Медицина: причиняват инфекции, но също така са източник на антибиотици, ензими и използвани в производството на ваксини и биофармацевтични продукти. Проблемът с антимикробната резистентност нараства и е глобален здравен риск.
• Храни и напитки: използват се при производство на сирене, кисело мляко, кефир, кисели краставички и други ферментирали храни.
• Индустрия и биотехнология: използват се за синтез на ензими, органични киселини, биогорива, при биоремедиация за пречистване на замърсени с нефт и други вещества среди.

Кратка историческа справка

• Първите наблюдения на микроскопични организми прави Антони ван Левенхук през 17 век (не са посочени в оригиналния текст), а в XIX век работата на Луи Пастьор и Роберт Кох доказва ролята на микробите при ферментациите и болестите. Както е отбелязано, значим принос в класификацията на бактериите има и Фердинанд Кон.

Как се предпазваме и какво можем да направим

• Хигиена, правилно приготвяне и съхранение на храните, ваксинация и рационално използване на антибиотици са основни мерки за намаляване на риска от бактериални инфекции.
• Развитието на нови антибиотици, алтернативни терапии (фаготерапия, пробиотици) и мерки за контрол на резистентността са приоритети в съвременната медицина.

Заключение

Бактериите са изключително разнообразна и влиятелна група организми — от ключови играчи в глобалните биогеохимични цикли и важни помощници в хранителната и биотехнологичната индустрия, до причинители на болести. Разбирането на тяхната биология, екология и взаимоотношения с хората е от съществено значение за здравето, околната среда и технологичния прогрес.

Форма

Бактериите варират в широки граници по размер и форма, но като цяло те са поне десет пъти по-големи от вирусите. Типичната бактерия е с диаметър около 1 µm (един микрометър), така че хиляда бактерии, подредени една до друга, биха били дълги един милиметър. На Земята има около пет немилиона (5×10³⁰ ) бактерии.

Бактериите се идентифицират и групират по техните форми. Бацилите имат форма на пръчица, коките - на топче, спирилите - на спирала, а вибрионите - на запетая или бумеранг.

 
Различни форми на бактериите  

Въпроси и отговори

В: Какво представляват бактериите?

Въпрос: Колко големи са бактериите?

В: Бактериите едноклетъчни организми ли са?

В: Кога започва да се развива бактериологията?

В: Къде живеят повечето бактерии?

В: Колко бактериални клетки съществуват в сравнение с човешките?

Търсене по буква