Регистрация / Вход

Онлайн радио

Поиск по сайту

Голосование

Вы решили взять питомца из приюта. Что для Вас самое главное?

Сейчас на сайте

Сейчас 39 гостей онлайн

Recommended service:
website monitoring
Разнообразие жизни на Земле: прокариоты и эукариоты
Автор: Анна   
Коты-воители

Сравнение прокариот и эукариот

Бактерии

Строение бактерий

Форма клетки

Рост и размножение

Питание

Бактерии, полезные для человека

Бактерии и плодородие почвы

Очистка сточных вод

Симбиотические бактерии

Промышленные процессы брожения

Антибиотики

Последние достижения биотехнологии и генетической инженерии

Биологический контроль

Бактерии, вредные для человека

Вирусы

Свойства вирусов

Жизненный цикл бактериофага

Жизненные циклы других вирусов

Эволюционное происхождение вирусов

Вирусы и бактерии как возбудители заболеваний

Способы передачи вирусных и бактериальных болезней

В этой статье рассматриваются две относительно простые группы организмов - прокариоты и вирусы. Вирусы - это необычная группа организмов, не имеющих клеточного строения. Основной структурной единицей всех остальных организмов является клетка. Но даже вирусы не могут размножаться вне клетки. Третья основная группа организмов - эукариоты - будет рассмотрена в других статьях.

Сравнение прокариот и эукариот

Все известные одноклеточные и многоклеточные организмы вполне естесственно делятся на две большие группы - прокариоты и эукариоты. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли, к эукариотам - зеленые растения (в том числе и все остальные водоросли), грибы, слизевики и животные. Первые эукариоты появились около 3 млрд. лет назад - в самом конце докембрия. Они, по-видимому, произошли от прокариот.

Клетки прокариот (от греч. pro - до, karion - ядро) не имеют оформленного ядра. Иными словами, генетический материал (ДНК) прокариот находится прямо в цитоплазме и не окружен ядерной мембраной. У эукариот (от греч. eu - настоящий, истинный, karion - ядро) имеется настоящее ядро, т.е. у них генетический материал окружен двойной мембраной (ядерной оболочкой) и образует вполне определенную клеточную структуру, которую очень легко узнать.

Прокариоты отличаются от эукариот и по целому ряду других признаков. Самые существенные различия указаны в таблице:

Протисты (Protista)

Прежде чем мы рассмотрим свойства вирусов и прокариот, следует сказать несколько слов и о другой классификации, которую часто используют, несмотря на ее несколько искусственный характер. Эта классификация была создана еще в то время, когда все живое делили на два царства - царство растений и царство животных. При этом бактерии и многие другие примитивные организмы никак не укладывались в эти две категории. К тому же у некоторых видов имеются признаки и животных, и растений, например у слизевиков (которые во многом похожи на амеб, но образуют плодовые тела, как грибы) или фотосинтезирующих жгутиковых, например, эвглены.

Поэтому в 1866 г. было выделено еще одно царство - протисты. В него вошли бактерии. водоросли, грибы и простейшие. Главное отличие этого царства - очень простое, малодифференцированное строение клетки. В наше время к протистам обычно относят только одноклеточные организмы. Прокариот, входящих в царство протистов, иногда называют монерами (Monera).

Основные различия между прокариотами и эукариотами:

Характеристика Прокариоты Эукариоты
Размеры клеток Диаметр в среднем составляет 0,5-5 мкм Диаметр обычно до 40 мкм; объем клетки, как правило, в 1000-10000 раз больше, чем у прокариот
Форма Одноклеточные или нитчатые Одноклеточные, нитчатые или истинно многоклеточные
Генетический материал Кольцевая ДНК находится в цитоплазме и ничем не защищена. Нет истинного ядра или хромосом. Нет ядрышка Линейные молекулы ДНК связаны с белками и РНК и образуют хромосомы внутри ядра. Внутри ядра находится ядрышко
Синтез белка 70S-рибосомы и мельче. Эндоплазматического ретикулума нет. (Синтез белка характеризуется и многими другими особенностями, в том числе и чувствительностью к антибиотикам; например, развитие прокариот ингибируется стрептомицином.) 80S-рибосомы (крупнее). Рибосомы могут быть прикреплены к эндоплазматическому ретикулуму
Органеллы

Органелл мало. Ни одна из них не имеет оболочки (двойной мембраны).

Внутренние мембраны встречаются редко; если они есть, то на них обычно протекают процессы дыхания или фотосинтеза 

Органелл много. Некоторые органеллы окружены двойной мембраной, например ядро, митохондрии, хлоропласты.

Большое число органелл ограничено одинарной мембраной, например аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, микротельца эндоплазматический ретикулум и т.д. 

Клеточные стенки Жесткие, содержат полисахариды и аминокислоты. Основной упрочняющий компонент - муреин У зеленых растений и грибов клеточные стенки жесткие и содержат полисахариды. Основной упрочняющий компонент клеточной стенки растений - целлюлоза, у грибов - хитин
Жгутики

Простые, микротрубочки. Находятся вне клетки (не окружены плазматической мембраной).

Диаметр 20 нм 

Сложные, с расположением микротрубочек типа 9+2. Располагаются внутри клетки (окружены плазматической мембраной).

Диаметр 200 нм 

Дыхание У бактерий происходит в мезосомах; у сине-зеленых водорослей - в цитоплазматических мембранах Аэробное дыхание происходит в митохондриях
Фотосинтез Хлоропластов нет. Происходит в мембранах, не имеющих специфической упаковки В хлоропластах, содержащих специальные мембраны, которые обычно уложены в ламеллы или граны
Фиксация азота Некоторые обладают такой особенностью Ни один организм не способен к фиксации азота

К началу статьи

Бактерии

Бактерии - это мельчайшие организмы, обладающие клеточным строением. Диаметр бактериальной клетки в среднем составляет 1 мкм. Размеры клеток варьируют в переделах от 0,1 до 10 мкм. Бактерии - одноклеточные организмы; их можно разглядеть только под микроскопом. Поэтому их и называют микробами или микроорганизмами. Изучением бактерий занимается наука бактериология - одна из дисциплин микробиологии. К микробиологии относятся также вирусология (изучение вирусов), микология (изучение грибов) и другие дисциплины, занимающиеся изучением остальных микроорганизмов. При исследовании самых разных микроорганизмов используют почти одни и те же методические приемы.

Бактерии освоили самые разнообразные среды обитания: они живут в почве, пыли, воде, воздухе, на внешних покровах животных и растений и внутри организма. Их можно обнаружить даже в горячих источниках, где они живут при температуре около 60оС или выше. Численность бактерий трудно определить: в 1 г плодородной почвы может находиться до 100 млн., а в 1 см3 парного молока - 3000 млн. бактерий. Жизнедеятельность микроорганизмов имеет важное значение для всех остальных живых существ, т.к. бактерии и грибы разрушают органическое вещество и участвуют в круговороте веществ в природе. К тому же бактерии приобретают все большее значение в жизни людей, и не потому, что они вызывают различные заболевания, а потому, что их можно использовать для получения многих необходимых продуктов.

Систематика

На этом уровне организации можно выделить самые разные группы организмов, причем самые мельчайшие и наиболеее простые из них лишь слегка отличаются от вирусов. Мы рассмотрим только группу Eubacteria. Все остальные группы организмов, которые обычно относят к бактериям, перечислены на рисунке:

 

Сноска: Американский ученый Ховард Тэйлор Риккетс в 1909 г. описал своеобразную группу возбудителей пятнистой лихорадки Скалистых Гор. Эти организмы отличались от всех известных в то время микроорганизмов. Годом позднее, работаа в Мексике, он показал, что сходный микроорганизм вызывает сыпной тиф. Во время исследований Риккетс заразился и умер от сыпного тифа. В 1916 г. бразильский ученый Роха-Лима отнес группу микроорганизмов, описанных Риккетсом, к новому роду, который он в честь первооткрывателя назвал Rickettsia. Он же предложил видовое название - prowazekii для риккетсий, переносимых вшами и вызывающих эпидемический сыпной тиф. Возбудитель сыпного тифа, передаваемого вшами, R. prowazekii, назван так в честь Станислава Провачека, работавшего в Гамбурге и погибшего во время исследований.

Строение

Строение типичной бактериальной клетки показано на рисунке:

Рис. Обобщенная схема строения клетки палочковидной бактерии. Справа перечислены структуры, встречающиеся в каждой клетке, слева - встречающиеся не во всех клетках. Жгутик бывает один, как у Rhizobium, или несколько, как у Azotobacter; обычно он длиннее клетки. Капсула может быть слизистой, как у Azotobacter; если капсула рыхлая, то он называется слизистым слоем. Трубчатые или мешковидные фотосинтетические мембраны, содержащие пигменты, представляют собой впячивания плазматической мембраны; у фотосинтезирующих бактерий, например у Chromatium, такие мембраны рассеяны по всей цитоплазме. Число пилей, или фимбрий, может достигать от одной до нескольких сотен, как, например, у Escherichia coli, Salmonella. Мезосома представляет собой многоскладчатое впячивание плазматической мембраны, как, например, у Bacillus subtilis. Клеточная стенка жесткая и содержит муреин. Рибосомы, располагающиеся по всей цитоплазме, по размеру меньше, чем у эукариот. Из запасных питательных веществ в бактериальных клетках можно обнаружить липиды, гликоген, полифосфаты (волютиновые гранулы). Цитоплазма не содержит никаких органелл; содержит ферменты и т.п.

Можно видеть, насколько просто устроена бактериальная клетка, особенно если сравнить ее с клетками эукариот.

Капсулы и слизистые слои

Капсулы и слизистые слои - это слизистые или клейкие выделения некоторых бактерий; такие выделения хорошо видны после негативного контрастирования (когда окрашивают не препарат, а фон). Капсула представляет собой относительно толстое и компактное образование, а слизистый слой намного рыхлее. В некоторых случаях слизь служит для формирования колоний из отдельных клеток. И капсула, и слизистые слои служат дополнительной защитой для клеток. Так, например, инкапсулированные штаммы пневмококков свободно размножаются в организме человека и вызывают воспаление легких, а некапсулированные штаммы легко атакуются и уничтожаются фагоцитами и поэтому совершенно безвредны.

Клеточная стенка

Клеточная стенка придает клетке определенную форму и жесткость. Как и у растений, клеточная стенка бактерий препятствует осмотическому набуханию и разрыву клеток, когда они, как это часто случается, попадают в гипотоническую среду. Вода, другие малые молекулы и разные ионы легко проникают через крошечные поры в клеточной стенке, но через них не проходят крупные молекулы белков и нуклеиновых кислот. Кроме того, клеточная стенка обладает антигенными свойствами, которые ей придают содержащиеся в ней белки и полисахариды.

По строению клеточной стенки бактерий можно разделить на две группы. Одни окрашиваются по Граму, поэтому их называют грамположительными, а другие обесцвечиваются при отмывке красителя, и поэтому их называют грамотрицательными. В клеточной стенке и тех и других есть особая жесткая решетка, состоящая из муреина. Молекула муреина представляет собой правильную сеть из параллельно расположенных полисахаридных цепей, сшитых друг с другом короткими цепями пептидов. Таким образом, каждая клетка окружена сетевидным мешком, составленным всего из одной молекулы.

У грамположительных бактерий, например у Lactobacillus, в муреиновую сетку встроены другие вещества, главным образом полисахариды и белки. Так вокруг клетки создается сравнительно толстая и жесткая упаковка. У грамотрицательных бактерий, скажем у Escherichia coli или у Azotobacter, клеточная стенка гораздо тоньше, но устроена она сложнее. Муреиновый слой у этих бактерий снаружи покрыт мягким и гладким слоем липидов. Это защищает их от лизоцима. Лизоцим обнаружен в слюне, слезах и других биологических жидкостях, а также в белке куриного яйца. Он катализирует гидролиз определенных связей между остатками углеводов и таким образом расщепляет полисахаридную основу муреина. Клеточная стенка разрывается, и, если клетка находится в гипотоническом растворе, происходит ее лизис (клетка осмотически набухает и лопается). Липидный слой придает клетке устойчивость и к пенницилину. Этот антибиотик препятствует образованию сшивок в клеточной стенке грамположительных бактерий, что делает растущие клетки более чувствительными к осмотическому шоку.

К началу статьи

Жгутики

Многие бактерии подвижны, и эта подвижность обусловлена наличием у них одного или несколтких жгутиков. Жгутики у бактерий устроены гораздо проще, чем у эукариот, и по своей структуре напоминают одну из микротрубочек эукаритического жгутика. Жгутики состоят из одинаковых сферических субъединиц белка флагеллина (похожего на мышечный актин), которые расположены по спирали и образуют полый циллиндр диаметром около 10-20 нм. Несмотря на волнистую форму жгутиков, они довольно жестки.

Жгутики приводятся в движение посредством уникального механизма. Основание жгутика, по-видимому, вращается так, что жгутик как бы ввинчивается в среду, не совершая беспорядочных биений, и таким образом продвигает клетку вперед. Это, очевидно, единственная известная в природе структура структура, где используется принцип колеса. Другая интересная особенность жгутиков - это способность отдельных субъединиц флагеллина спонтанно собираться в растворе в спиральные нити. Спонтанная самосборка - очень важное свойство многих сложных биологических структур. В данном случае самосборка целиком обусловлена аминокислотной последовательностью (первичной структурой) флагеллина.

Подвижные бактерии могут передвигаться в ответ на определенные раздражители, т.е. они способны к таксису. Так, например, аэробные бактерии обладают положительным аэротаксисом (т.е. плывут туда, где среда богаче кислородом), а подвижные фотосинтезирующие бактерии - положительным фототаксисом (т.е. плывут к свету).

Жгутики легче всего рассмотреть в электронном микроскопе, применив технику напыления металлом.

Пили или фимбрии

На клеточной стенке некоторых грамотрицательных бактерий видны тонкие выросты (палочковидные белковые выступы), которые называются пили или фимбрии. Они короче и тоньше жгутиков и служат для прикрепления клеток друг к другу или к какой-нибудь поверхности, придавая специфическую "липкость" тем штаммам, которые ими обладают. Пили бывают разного типа. Наиболее интересны так называемые F-пили, которые кодируются специальной плазмидой и связаны с половым размножением бактерий.

Плазматическая мембрана, мезосомы и фотосинтетические мембраны

Как у всех клеток, протоплазма бактерий окружена полупроницаемой мембраной. По структуре и функциям плазматические мембраны бактерий не отличаются от мембран эукариотических клеток. У некоторых бактерий плазматическая мембрана впячивается внутрь клетки и образует мезосомы и (или) фотосинтетические мембраны.

Мезосомы - складчатые мембранные структуры, на поверхности которых находятся ферменты, участвующие в процессе дыхания. Следовательно, мезосомы можно назвать примитивными органеллами. Во время клеточного деления мезосомы связываются с ДНК, что, по-видимому, облегчает разделение двух дочерних молекул ДНК после репликации и способствует образованию перегородки между дочерними клетками.

У фотосинтезирующих бактерий в мешковидных, трубчатых или пластинчатых впячиваниях плазматической мембраны находятся фотосинтетические пигменты (в том числе бактериохлорофилл). Сходные мембранные образования участвуют и в фиксации азота.

К началу статьи

Генетический материал

ДНК бактерий представлена одиночными кольцевыми молекулами длиной около 1 мм. Каждая такая молекула состоит примерно из 5х106 пар нуклеотидов. Суммарное содержание ДНК (геном) в бактериальной клетке намного меньше, чем в эукариотической, а следовательно, меньше и объем закодированной в ней информации. В среднем такая ДНК содержит несколько тысяч генов, что примерно в 500 раз меньше, чем в клетке человека (см. табл. и рис. выше).

Рибосомы

См. табл. (биосинтез белка) и рис. выше.

Споры

Некоторые бактерии (в основном принадлежащие к роду Clostridium или Bacillus) образуют эндоспоры, т.е. споры, находящиеся внутри клетки. Эндоспоры - толстостенные долгоживущие образования, крайне устойчивые к нагреванию и коротковолновому излучению. Они по-разному располагаются внутри клетки, что служит очень важным признаком для идентификации и систематики таких бактерий. (См. рисунок ниже).

Форма клетки

Форма бактериальной клетки является одним из важнейших систематических признаков. Четыре основных типа клеток изображены на рисунке ниже. На этом же рисунке указаны некоторые полезные и болезнетворные бактерии.

 

 

Сноска: D. pneumoniae вызывает крупозное воспаление легких и многочисленные тяжелые острые пиогенные инфекции: менингит, септимицию, эмпиему и перитонит.

Рост и размножение

Индивидуальный рост и бесполое размножение клеток

Отношение поверхность/объем у бактериальных клеток очень велико. Это способствует быстрому поглощению питательных веществ из окружающей среды за счет диффузии и активного транспорта. В благоприятных условиях бактерии растут очень быстро. Рост прежде всего зависит от температуры и рН среды, доступности питательных веществ и концентрации ионов. Облигатным аэробам обязательно нужен еще и кислород, а облигатным анаэробам, наоборот, нужно, чтобы его совсем не было.

Достигнув определенных размеров, бактерии переходят к бесполому размножению (бинарному делению), т.е. начинают делиться с образованием двух дочерних клеток. Переход к делению диктуется отношением объема ядра к объему цитоплазмы. Перед клеточным делением происходит репликация ДНК, во время которой мезосомы удерживают геном в определенном положении (см. рис. Строение клетки). Мезосомы могут прикрепляться и к новым перегородкам между дочерними клетками и каким-то образом участвовать в синтезе веществ клеточной стенки. У самых быстрорастущих бактерий деление происходит через каждые 20 мин; интервал между делениями называется временем генерации.

К началу статьи

Половое размножение, или генетическая рекомбинация

У бактерий наблюдается и половое размножение, но в самой примитивной форме. Половое размножение бактерий отличается от полового размножения эукариот тем, что у бактерий не образуются гаметы и не происходит слияния клеток. Однако главнейшее событие полового размножения, а именно обмен генетическим материалом, происходит и в этом случае. Этот процесс называется генетической рекомбинацией. Часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки-донора переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора. При этом перенесенная ДНК замещает часть ДНК реципиента. В процессе замещения ДНК участвуют ферменты, расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК. При этом образуется ДНК, которая содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У потомства, или рекомбинантов, наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смешением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции и является главным преимуществом полового размножения.

Известны три способа получения рекомбинантов. Это - в порядке их открытия - трансформация, конъюгация и трансдукция.

При трансформации клетки донора и реципиента не контактируют друг с другом. Этот процесс открыл в 1928 г. Гриффит (Griffith), работая с пневмококками - бактериями, вызывающими пневмонию. У пневмококков имеются колонии двух типов, которые различаются по внешнему виду. Одни колонии - шероховатые (R - от англ. rough - шероховатый), другие - гладкие (S - от англ. smooth - гладкий, ровный). R-штаммы не патогенны и не образуют капсулы; S-штаммы патогенны, и у них имеются толстые капсулы. Гриффит обнаружил, что если мышам ввести живые R-клетки и мертвые (убитые нагреванием) S-клетки, то мыши погибают через несколько дней, а в крови у них можно обнаружить живые S-клетки. На этом основании Гриффит сделал вывод, что из мертвых S-клеток высвобождается какой-то фактор, который придает R-клеткам способность образовывать капсулу и предохраняет их от разрушения в организме животного-хозяина. Оказалось, что такая "трансформация" наследуется. Поскольку молекулы "наследственности" в то время еще не были известны (хотя, правда, и предполагали, что это белки), очень много усилий было потрачено на то, чтобы идентифицировать трансформирующий фактор.

В 1944 г. Эвери, Мак-Леоду и Мак-Карти (Avery, MacLeod, McCarty) удалось выделить и идентифицировать этот фактор. К изумлению исследователей им оказалась ДНК, а не белок. Так были получены первые прямые данные о том, что генетическим материалом является ДНК.

Ныне известно, что при трансформации из клетки-донора выходит небольшой фрагмент ДНК, который активно поглощается клеткой-реципиентом и включается в состав ее ДНК, замещая в ней похожий, хотя и необязательно идентичный фрагмент. Трансформация наблюдается лишь у немногих бактерий, в том числе и у некоторых так называемых "компетентных" штаммов пневмококков, у которых ДНК может проникать в клетку-реципиент. Возможный механизм трансформации изображен на рисунке ниже:

Рис. Один из возможных способов трансформации. Точный механизм активного поглощения ДНК донора неизвестен. 1 - ДНК донора; 2 - активное поглощение; 3 - ДНК донора становится одноцепочной (вторая цепь разрушается); 4 - цепь ДНК донора замещает сходную, но не идентичную цепь ДНК реципиента; 5 - вытесненный фрагмент реципиентной ДНК затем разрушается; 6 - гибридная ДНК; 7 - репликация гибридной ДНК.

Конъюгация - это перенос ДНК между клетками, непосредственно контактирующими друг с другом. В отличие от трансформации и трансдукции при этом может обмениваться значительная часть донорной ДНК. Этот процесс был открыт в 1946 г. у Escherichia coli. Был проведен такой опыт. Обычо клетки E. coli синтезируют все необходимые им аминокислоты, если в среде содержится достаточно глюкозы и неорганических солей. В результате облучения бактерий иногда образуются мутанты. Были выбраны два мутанта: мутант не способный синтезировать витамин биотин и аминокислоту метионин, и мутант, не способный синтезировать аминокислоты треонин и лейцин. В среду, не содержавшую все эти четыре фактора роста, помещали по 108 клеток каждого штамма. Теоритически клетки не должны были расти в такой среде. Однако все же было получено несколько сотен колоний (каждая колония возникает всего из одной начальной клеки), причем оказалось, что в таких клетках имеются все гены, необходимые для образования этих четырех факторов роста. Следовательно, произошел какой-то обмен генетической информацией, но выделить вещество, ответственное за этот процесс, в то время не удалось. В коне концов было установлено (при помощи электронного микроскопа), что клетки E. coli могут непосредственно контактировать друг с другом, т.е. конъюгировать.

Донорная способность клеток определяется генами, находящимися в небольшой кольцевой молекуле ДНК, которую называют половым фактором или F-фактором (F - первая буква от англ. fertility - плодовитость). Это - своеобразная плазмида, которая кодирует белок специфических фимбрий, называемых F-пилями или половыми пилями. F-пили облегчают контакт клеток друг с другом. Молекула ДНК состоит из двух цепей. При конъюгации одна из цепей двухцепочечной ДНК F-фактора проникает через половую фимбрию из клетки-донора (F+) в клетку-реципиент (F-).

Этот процесс схематически показан на рисунке:

Рис. Конъюгация и перенос F-фактора из клетки в клетку. 1, 2 и 3 обозначают последовательность этапов переноса. 1 - раскручивающийся и одновременно реплицирующийся F-фактор; 2 - одноцепочечный F-фактор проникает в клетку-реципиент через F-фимбрию; 3 - F-фактора с синтезирующейся комплементарной цепью.

Видно, что в клетке-доноре сохраняется F-фактор, который реплицируется в ней, пока в клетке-реципиенте синтезируется ее собственная копия. Так постепенно вся популяция клеток становится F+-клетками. Клетки-доноры могут спонтанно утрачивать F-фактор и становиться, таким образом, F--клетками.

F-фактор интересен еще и потому, что иногда (примерно в 1 случае из 100 000) он встраивается в молекулу основной ДНК клетки-хозяина. Тогда при конъюгации переносится не только F-фактор, но также и остальная ДНК. Этот процесс занимает примерно 90 мин., но клетки могут расходиться и раньше, до полного обмена ДНК. Такие штаммы постоянно передают всю или большую часть своей ДНК другим клеткам. Эти штаммы называют Hfr-штаммами (от англ. H = High - высокая, f = frequency - частота, r = recombination - рекомбинация), потому что донорная ДНК таких штаммов рекомбинирует с ДНК реципиента.

При трансдукции небольшой двухцепочечный фрагмент ДНК попадает из клетки-донора в клетку-реципиент вместе с бактериофагом (одна из групп вирусов). Возможный механизм трансдукции изображен на рисунке ниже:

Рис. Механизм трансдукции

Некоторые вирусы способны встраивать свою ДНК в ДНК бактерий; такая встроенная ДНК реплицируется одновременно с ДНК хозяина и передается от одного поколения бактерий к другому. Время от времени такая ДНК активируется и начинает кодировать образование новых вирусов. ДНК хозяина (бактерии) разрывается, а высвобожденные фрагменты иногда захватываются внутрь новых вирусных частиц, порой даже вытесняя ДНК самого вируса. Такие новые "вирусы", или трансдуцирующие частицы, затем переносят ДНК в клетки других бактерий.

Плазмиды и эписомы

Плазмиды и эписомы - это небольшие фрагменты ДНК, отличающейся от основной массы ДНК. Они часто реплицируются вместе с ДНК хозяина, но не нужны для выживания его клетки.

Сначала было принято различать эписомы и плазмиды: эписомы внедряются в ДНК хозяина, а плазмиды - нет. К эписомам относятся F-факторы и так называемые умеренные фаги. Сейчас обе группы называют одним общим термином "плазмиды". Плазмиды широко распространены в природе, и в последние годы их считают внутриклеточными паразитами или симбионтами, устроенными еще проще, чем вирусы. Вопрос о том, можно ли вирусы считать живыми организмами будет подробно рассмотрен в другой статье. Что касается плазмид, то здесь дело обстоит еще сложнее - ведь они представляют собой только молекулы ДНК.

Плазмиды придают своим клеткам-хозяевам целый ряд особых свойств. Некоторые плазмиды являются "факторами резистенции" (R-плазмиды, или R-факторы: от англ. R = resistance - устойчивость), т.е. факторами, придающими устойчивость к антибиотикам. Примером может служить пенициллиназная плазмида стафилококков, которая трансдуцируется различными бактериофагами. В этой плазмиде содержится ген, кодирующий фермент пенициллиназу, которая разрушает пенициллин и, таким образом, придает устойчивость к пенициллину. Передача и распространение таких факторов среди бактерий (в результате полового размножения) очень мешают врачам. Другие плазмидные гены определяют устойчивость к дезинфицирующим средствам; способствуют таким заболеваниям, как стафилококковая импетиго; помогают молочнокислым бактериям превращать молоко в сыр; придают способность усваивать такие сложные вещества, как углеводороды, что можно использовать для борьбы с загрязнениями океана или для получения кормового белка из нефти.

В заключение следует сказать, что половое размножение (в любой форме) - довольно редкое событие у бактерий. Но поскольку число бактерий в каждой колонии огромно, половое размножение наблюдается сравнительно часто. Такое размножение более примитивно, чем у эукариот; полный обмен геномами (суммарной ДНК) происходит только при конъюгации, что действительно встречается лишь изредка. Половое размножение бактерий имеет особое значение потому, что именно таким путем передается устойчивость к антибиотикам и дезинфицирующим средствам.

К началу статьи

Питание

В таблице ниже приведена классификация организмов в соответствии с типом питания.

Таблица. Четыре типа питания бактерий и некоторые их характеристики.

  Афтотрофный (источник углерода - неорганическое соединение, а именно СО2) Афтотрофный (источник углерода - неорганическое соединение, а именно СО2) Гетеротрофный (источник углерода - органические соединения, синтезируемые другими организмами) Гетеротрофный (источник углерода - органические соединения, синтезируемые другими организмами)
  Фотоафтотрофный1) Хемоафтотрофный (хемосинтетический) Фотогетеротрофный1) Хемогетеротрофный
Источник энергии Свет Химический (окисление неорганических веществ в процессе дыхания) Свет Химический (окисление органических веществ в процессе дыхания)
Категория бактерий Только зеленые и пурпурные серные бактерии и некоторые пурпурные несерные бактерии Нитрифицирующие бактерии, серные бактерии и др. Только пурпурные несерные бактерии (очень немногочисленны) Большинство бактерий, в том числе очень важные сапрофиты, паразиты и симбионты, использующие в пищу необычайно широкий круг химических веществ

1)Фотоафтотрофные и фотогетеротрофные бактерии относятся к фотосинтезирующим бактериям.

Среди бактрий можно встретить представителей всех четырех типов. Самой важной является группа хемогетеротрофных бактерий. По способу добывания пищи эти бактерии очень похожи на грибы. Как и у грибов, у них можно встретить три группы: сапрофиты, симбионты и паразиты.

Сапрофиты - это организмы, которые извлекают питательные вещества из мертвого и разлагающегося органического материала. Сапроиты секретируют ферменты в органическое вещество, так что переваривание происходит вне организма. Образующиеся при этом растворимые продукты всасываются и усваиваются (ассимилируются) уже внутри тела сапрофита.

Сапрофитные бактерии и грибы составляют группу редуцентов. Они необходимы для разложения веществ и круговорота элементов в природе. Редуценты образуют гумус из остатков животных и растений, но они могут разрушать и другие вещества, в том числе нужные человеку, например портить пищевые продукты. Значение сапрофитов в биосфере мы рассмотрим ниже.

Симбиозом называют любую форму тесной взаимосвязи между двумя живыми организмами. Такие два организма являются симбионтами. Примерами могут служить Rhizobium - бактерия-симбионт, способная фиксировать азот и живущая в корневых клубеньках таких бобовых растений, как горох и клевер, или Escherichia coli, обитающая в кишечнике и, по-видимому, поставляющая человеку витамины группы В и К.

Паразит - это организм, живущий внутри другого организма (хозяина или на нем). Организм-хозяин обеспечивает паразита пищей и убежищем. Хозяином может быть любой организм, причем паразит, как правило, наносит вред своему хозяину. Паразитов, вызывающих различные заболевания, называют патогенами. Одни паразиты могут жить и расти только в живых клетках и поэтому называются облигатными паразитами. Другие заражают хозяина, вызывают его гибель и затем питаются сапрофитно его остатками; такие паразиты называются факультативными. Один из признаков паразита - чрезвычайная взыскательность к составу пищи. Все паразиты нуждаются в "дополнительных ростовых веществах", которые они не могут сами синтезировать и находят их только в других живых клетках.

К началу статьи

Бактерии, полезные для человека

Микроорганизмы имеют большое значение для человека: во-первых, потому, что они играют важную роль в биосфере, и, во-вторых, потому, что их можно преднамеренно использовать в нужных целях и при этом самыми разными способами. Человек все больше и больше использует бактеии. Это создает предпосылки для происходящей сейчас перестройки промышленности и создания так называемой биотехнологии. При этом мы расчитываем на коренное изменение способов получения многих товаров повседневного спроса, и в том числе пищевых продуктов и источников энергии. Своими успехами биотехнология во многом обязана генетикам. Накопление генетических знаний позволило свободно обращаться с генами любых организмов, в том числе и с нашими собственными. Так возникла генетическая инженерия. Какую пользу приносят нам бактерии мы рассмотрим ниже.

Бактерии и плодородие почвы

Бактерии играют важную роль в плодородии почвы. Ниже мы вкратце перечислим самые основные моменты.

РАСПАД И ОБРАЗОВАНИЕ ГУМУСА. Гумус - это слой разложившегося органического вещества, который не только содержит питательные вещества, но и обладает важными физическими свойствами, такими, например, как способность удерживать воду. Роль сапрофитных бактерий в разложении органических веществ будет рассмотрена в других статьях. При разложении образуются двуокись углерода, аммиак, минеральные соли (например, фосфаты и сульфаты) и вода, которые снова вступают в круговорот веществ.

БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ (круговорот биогенных элементов). В круговороте азота участвуют:

  1. азотфиксирующие бактерии, такие, как свободно живущие сапрофиты, например Azotobacter , или симбионты, например Rhizobium;
  2. нитрифицирующие бактерии, которые превращают азот, связанный в органических соединениях (например, в белках), в нитраты, например Nitrosomonas и Nitrobacter;
  3. денитрифицирующие бактерии, например Thiobacillus, которые превращают нитрат в свободный азот.

К началу статьи

Очистка сточных вод

В очистных сооружениях бактерии играют почти такую же роль, как и в почве. И в том и в другом случае они расщепляют органические вещества, превращая их в безвредные растворимые неорганические соединения. Бытовые сточные воды предварительно разделяют в специальных отстойниках на жидкую часть и илистый осадок, которые затем перерабатывают в несколько этапов, используя аэробные и анаэробные бактерии. Метан, образуемый анаэробными бактериями, иногда используют как топливо для рабочих механизмов очистных сооружений. После очистки получают очищенную жидкость, которую обычно спускают в реки, и ил, состоящий из безвредных органических и неорганических веществ и микроорганизмов (в основном бактерий и простейших), который можно затем высушить и, если он не загрязнен тяжелыми металлами, использовать вместо удобрения.

Симбиотические бактерии

Млекопитающие и другие животные не могут переваривать целлюлозу, так как у них нет фермента целлюлазы. Основную же массу пищи, поедаемой травоядными животными, составляет клетчатка. Однако у них в кишечнике живут симбитические бактерии и простейшие, переваривающие клетчатку. У кроликов такие бактерии живут в слепой кишке и червеобразном отростке, а у коров и овец - в рубце. Косвенным образом эти бактерии служат и человеку, поскольку он использует мясо домашних животных в пищу.

Более непосредственное отношение к человеку имеет "микрофлора" его собственного кишечника. В кишечнике живут многие бактерии, при этом некоторые из них, например E. coli, синтезируют витамины группы В и витамин К.

Некоторые бактерии, живущие на коже человека, предохраняют его от заражения патогенными организмами.

К началу статьи

Промышленные процессы брожения

Многие полезные органические продукты получаются в результате брожения и человек использует их уже несколько тысяч лет. Продукты брожения становятся все более важными как новый источник пищи и топлива. Этими вопросами занимаются многие ученые и технологи. В таблице ниже приведены некоторые характеристики наиболее известных процессов:

Полезный продукт Исходный материал Бактерия Другие сведения
Уксус (уксусная, или этановая, кислота) Спирт, например вино, разбавленный технический спир, сидр Например, Acetobacter Аэробные уксуснокислые бактерии
Молочные продукты, например масло, сыр, йогурт Молоко Например, Lactobacillus, некоторые стрептококки Частично анаэробные молочнокислые бактерии, всегда содержащиеся в молоке и вызывающие его скисание
Пропанон и бутанол1) Кукурузный экстракт, кормовая патока Clostridium sp. Анаэробы
Силос (идет на корм скоту) Скошенная трава, иногда сдобренная мелассой Escherichia, Aerobacter и затем анаэробные микроорганизмы Сильный спецефический запах вызван присутствием сложных эфиров уксусной, молочной, масляной и пропионовой кислот. Коровам нравится "аромат" силоса

1)Сейчас получают гораздо более дешевый синтетический продукт.

При производстве сыра молочный сахар лактоза сбраживается до молочной кислоты, а кислота заставляется свертываться белок молока казеин. Твердые сгустки, состоящие из белка и жиров, отделяют от жидкой сыворотки и затем инокулируют бактерии и (или) грибы. Для получения разных сортов сыра используют разные микроорганизмы, так, например, чеддер получают с помощью различных видов Lactobacillus. Молочнокислые стрептококки сквашивают сливки и придают сливочному маслу характерный вкус и аромат. Молочнокислые бактерии из рода Lactobacillus применяют также для квашения капусты приготовления различных солений и маринадов, для получения силоса.

К началу статьи

Антибиотики

С 30-х годов прошлого столетия многие исследователи начали заниматься выделением из бактерий и грибов природных веществ, обладающих антибиотическими свойствами, т.е. способных либо подавлять рост, либо совсем убивать других микробов. Эти исследования продолжаются по сей день. Антибиотики находят применение в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве, промышленности и чисто научных исследованиях. Самый богатый источник антибиотиков - организмы, живущие в почве. В почвенных микроэкосистемах чрезвычайно развита конкуренция между отдельными обитателями, а антибиотики входят в тот природный "арсенал", который нужен для захвата экологической ниши. Образцы почв из всех районов мирапостоянно анализируют в поисках новых сильнодействующих антибиотиков.

Одним из самых продуктивны источников антибиотиков служит род Streptomyces. К этому роду принадлежат многие виды актиномицетов, у которых обнаружено и идентифицировано свыше 500 антибиотиков. Более 50 таких антибиотиков широко применяется в практике; к их числу относятся стрептомицин, хлорамфеникол и различные антибиотики тетрациклинового ряда. Стрептомицин был открыт вскоре после пенициллина (который образуется одним видом грибов). Этот антибиотик оказался чрезвычайно эффективным, что позволило расширить круг заболеваний, которые можно лечить этим препаратом. Например, в отличие от пенициллина стрептомицин действует на туберкулезную палочку. Некоторые виды рода Bacilus также образуют антибиотики, например Bacilus brevis образует грамицидин.

К началу статьи

Последние достижения биотехнологии и генетической инженерии

Новые источники питания

В последние годы появился новый источник пищи; это так называемый белок одноклеточных, который получают из микроорганизмов. Использование микроорганизмов для этого дает целый ряд преимуществ: не нужно больших площадей для посевов, не нужно помещений для скота; микроорганизмы быстро растут на самых дешевых или побочных продуктах сельского хозяйства или промышленности (например, на нефтепродуктах, метаноле или бумаге). Белок одноклеточных можно использовать на корм скоту вместо продуктов, которые годятся людям. Так, например, в США фермеры скармливают животным очень много зерна, и замена этих кормов на белок одноклеточных поможет сохранить эти продукты сельскоо хозяйства для людей.

Сырье и ферментная технология

Бактерий можно использовать для создания новых способов получения многих важных для промышленности веществ, в том числе спиртов, кетонов, органических кислот, сахаров и полимеров. Ферменты, выделенные из бактерий, можно применять для химической трансформации веществ, например, для превращения метана в оксид этилена. Громадное преимущество процессов, контролируемых ферментами, заключается в возможности получить при обычных давлении и температуре те же результаты, что и на традиционных химических заводах, но с меньшими затратами и без большого риска, связанного с необходимостью поддерживать очень высокие давление и температуру.

Генетическая инженерия

Наши знания по вопросам генетики и молекулярной биологии растут с каждым днем. Это связано прежде всего с работами на микроорганизмах, и особено на таких, как бактерия Escherichia coli. Термин "генетическая инженерия" вполне можно отнести и к такому издавна известному приему, как селекция, однако возник этот термин только всвязи с появлением возможности проводить прямые манипуляции с индивидуальными генами. Стандартная процедура схематически представлена на рисунке ниже:

Рис. Схема опыта по генетической инженерии (в самых общих чертах). Вектором может быть не только плазмида, но и вирус, но в этом случае на конечных этапах происходит "трансдукция", а не "трансформация".

Следует, правда, заметить, что эту схему можно понять, лишь имея некоторое представление и о ДНК, и о генетике.

Одно из достижений генетической инженерии - это перенос генов, кодирующих синтез инсулина у человека, в клетки бактерий. С тех самых пор, как выяснилось, что причиной сахарного диабета является нехватка гомона инсулина, всем больным диабетом стали давать инсулин, который получали из поджелудочной железы после забоя животных. Инсулин - это белок, и поэтому было много споров о том, можно ли встроить гены этого белка в клетку бактерий и можно ли выращивать такие бактерии в промышленных масштабах, чтобы использовать их как намного более дешевый и более удобный источник гормона. Даже при удачном переносе генов существует одна скрытая трудность, которая связана с возможными различиями в механизмах регуляции синтеза у эукариот и прокариот. В настоящее время удалось успешно перенести гены человческого инсулина и уже началось промышленное получение этого гормона.

Другим важным для человека белком является интерферон, который обычно образуется в ответ на вирусную инфекцию. Ген интерферона удалось перенести в клетки бактерий, и, заглядывая в будущее, можно, по-видимому. сказать, что бактерии будут широко применяться как "фабрики" для производства целого ряда таких подуктов эукариотических клеток, как гормоны, антибиотики, ферменты и вещества, необходимые в сельском хозяйстве. Возможно, что вместо бактерий можно использовать и дрожжи (эукариоты). Не исключено, что полезные гены прокариот удастся включить в клетки эукариот, например ввести гены азотфиксирующих бактерий в клетки полезных сельскохозяйственных растений. Это имело бы чрезвычайно большое значение для производства сельскохозяйственной продукции, так как позволило бы резко уменьшить или даже совсем обойтись без внесения в почву нитратных удобрений, на которые расходуются баснословные суммы денег и которыми загрязняются близлежащие реки и озера.

Биологический контроль

Определенные виды рода Bacillus (например, B. thuringiensis) заражают и вызывают гибель гусениц некоторых бабочек и личинок родственных им насекомых. На других животных и на растения такие бактерии не действуют. А это значит, что в нашем распоряжении имеется идеальное средство для борьбы со многими серьезными вредителями растений. Препараты таких бактерий используют для опыления посевов.

К началу статьи

Бактерии, вредные для человека

Бактерии могут быть вредны для человека в двух случаях. Во-первых, если не принять особых мер, сапрофитные бактерии портят пищевые продукты; отсюда и множество различных и экономически невыгодных способов сохранения продуктов. Во-вторых, бактерии могут быть возбудителями болезней; это в большей степени касается животных, чем растений. Болеют и люди, и домашние животные, а время от времени страдают и посевы. Поскольку способы передачи инфекции наиболее распространенных бактериальных и вирусных заболеваний довольно сходны, эти болезни удобнее рассмотреть вместе (см. ниже).

К самым опасным заболеваниям животных относятся пищевые отравления свиней и домашней птицы, вызываемые сальмонеллами. Из бактериальных заболеваний растений можно упомянуть корончатые галлы плодовых растений и бактериальный ожог яблонь и груш (вызываемые соответственно Agrobacterium tumefaciens и Erwinia amylovorum).

Вирусы

В 1852 г. русский ботаник Д.И. Ивановский впервые получил инфекционный экстракт из растений табака, пораженных мозаичной болезнью. Когда такой экстракт пропустили через фильтр, способный задерживать бактерии, отфильтрованная жидкость все еще сохраняла инфекционные свойства. В 1898 г. голландец Бейеринк (Beijerink) придумал новое слово "вирус" (от латинского слова, означающего "яд"), чтобы обозначить этим термином инфекционную природу некоторых профильтрованных растительных жидкостей. Хотя удалось достичь значительных успехов в получении высокоочищенных проб вирусов и было установлено, что по химической природе это нуклеопротеины (нуклеиновые кислоты, связанные с белками), сами частицы все еще оставались неуловимыми и загадочными, потому что они были слишком малы, чтобы их можно было увидеть с помощью светового микроскопа. Поэтому-то вирусы и оказались в числе первых биологических структур, которые были исследованы в электронном микроскопе сразу же после его изобретения в 30-е годы прошлого столетия.

Свойства вирусов

Размеры

Вирусы - это мельчайшие живые организмы, размеры которых варьируют в пределах примерно от 20 до 300 нм; в среднем они раз в пятьдесят меньше бактерий. Как уже говорилось, вирусы нельзя увидеть с помощью светового микроскопа (так как их размеры меньше полудлины световой волны), и они проходят через фильтры, которые задерживают бактериальные клетки.

Часто задают вопрос: "А являются ли вирусы живыми?". Если живой считать такую структуру, которая обладает генетическим материалом (ДНК или РНК) и которая способна воспроизводить себя, то можно сказать, что вирусы живые. Если же живой считать структуру, обладающую клеточным строением, то ответ должен быть отрицательным. Следует также отметить, что вирусы не способны воспроизводить себя вне клетки-хозяина. Они находятся на самой границе между живыми и неживыми, и это лишний раз напоминает нам, что существует непрерывный спектр все возрастающей сложности, который начинается с простых молекул и кончается сложнейшими замкнутыми системами клеток.

Поведение

Вирусы могут воспроизводить себя только внутри живой клетки, поэтому они являются облигатными паразитами. Обычно они вызывают явные признаки заболевания. Попав внутрь клетки-хозяина, они "выключают" (инактивируют) хозяйскую ДНК и, используя свою собственную ДНК или РНК, дают клетке команду синтезировать новые копии вируса (см. ниже). Вирусы передаются из клетки в клетку в виде инертных частиц.

Строение

Вирусы устроены очень просто. Они состоят из фрагмента генетического материала, либо ДНК, либо РНК, составляющей сердцевину вируса, и окружающей эту сердцевину защитной белковой оболочкой, которую называют капсидом. Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом. У некоторых вирусов, таких как вирусы герпеса или гриппа, есть еще и дополнительная липопротеидная оболочка, которая возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина. В отличие от всех остальных организмов вирусы не имеют клеточного строения.

Оболочка вирусов часто бывает построена из идентичных повторяющихся субъединиц - капсомеров. Из капсомеров образуются структуры с высокой степенью симметрии, способные кристаллизоваться. Это позволяет получить информацию об их строении как с помощью кристаллографических методов основанных на применении рентгеновских лучей, так и с помощью электронной микроскопии. Как только в клетке-хозяине появляются субъединицы вируса, они сразу же проявляют способность к самосборке в целый вирус. Самосборка характерна и для многих других биологических структур, она имеет фундаментальное значение в биологических явлениях. На рисунке ниже представлена упрощенная схема, которая показывает общее строение вирусов:

Рис. Схематический разрез вируса, имеющего капсомерное строение.

ИКОСАЭДРЫ И ДОДЕКАЭДРЫ (например, у аденовирусов, вируса полиомы/папилломы, вируса полиомиелита). У икосаэдра имеется 20 треугольных граней, 12 вершин и 30 ребер. Правильный икосаэдр показан на рисунке ниже (А). Ультраструктуру вирусов можно рассмотреть с помощью негативного контрастирования. Краситель проникает между частицами и позволяет рассмотреть все особенности их поверхности. Как видно из рисунка ниже (В), у аденовируса каждая из 20 граней состоит из нескольких капсомеров.

 

Рис. А.Геометрическая модель икосаэдра. В.Рисунок, сделанный с трехмерной модели аденовируса. Капсид состоит из 252 капсомеров, 12 находятся по углам икосаэдра, а 240 - на гранях и ребрах. Аденовирусы - это ДНК-содержащие вирусы, которые были выделены из клеток самых разных млекопитающих и птиц. Они поражают лимфоидную ткань и вызывают у человека различные респираторные заболевания.

В сумме число капсомеров составляет 252 (240 шестиугольных и 12 пятиугольных по вершинам икосаэдра). У разных вирусов это число варьирует. Так, например, у бактериофага φХ174 оно равно 12, у вируса герпеса - 162, у вируса полиомы - 42. У всех этих вирусов по 12 пятиугольных капсомеров, при этом у бактериофага шестиугольных капсомеров нет вообще, и образуется структура, которая называется додекаэдром.

СПИРАЛЬНАЯ СИММЕТРИЯ. Лучшей иллюстрацией спиральной симметрии может служить вирус табачной мозаики (ВТМ), содержащей РНК (см. рисунок ниже).

Рис. Строение палочковидного вируса табачной мозаики (на рисунке изображена часть этого вируса). В основу рисунка положены данные по дифракции рентгеновских лучей и результаты биохимических и электронно-микроскопических исследований.

2130 одинаковых белковых субъединиц составляют вместе с РНК единую целостную структуру - нуклеокапсид. У некоторых вирусов, например у вирусов свинки и гриппа, нуклеркапсид окружен оболочкой.

БАКТЕРИОФАГИ. Вирусы, которые нападают на бактерий, образуют группу так называемых бактериофагов. У некоторых бактериофагов имеется ярковыраженная икосаэдрическая головка, а хвост обладает спиральной симметрией (см. рисунок ниже).

 


 

Рис. Строение бактериофага.

СЛОЖНЫЕ ВИРУСЫ. Некоторые вирусы, например рабдовирусы и вирусы оспы, имеют сложное строение.

К началу статьи

Жизненный цикл бактериофага

На рисунке ниже представлен жизненный цикл одного из типичных бактериофагов:

 

Рис. Жизненный цикл бактериофага.

Самый типичный хозяин бактериофагов - Escherichia coli, ее клетки лизируют по меньшей мере семь штаммов фага Т17. На предыдущих двух рисунках изображен Т-четный фаг (в данном случае фаг Т2).

Жизненные циклы других вирусов

Жизненные циклы большинства вирусов, вероятно, схожи. А вот в клетку они, по-видимому, проникают по разному, поскольку в отличие от вирусов животных бактериальным и растительным вирусам приходится проникать еще и через клеточную стенку. Проникновение в клетку не всегда происходит путем инъекции (как на рисунке выше), и не всегда белковая оболочка вируса остается на внешней поверхности клетки.

Попав внутрь клетки-хозяина, некоторые фаги не реплицируются. Вместо этого их нуклеиновая кислота включается в ДНК хозяина. Здесь эта нуклеиновая кислота может оставаться в течение нескольких поколений, реплицируясь вместе с собственной ДНК хозяина. Такие фаги известны под названием умеренных фагов, а бактерии, в которых они затаились, называются лизогенными. Это означает, что бактерия потенциально может лизироваться, но лизиса клеток не наблюдается до тех пор, пока фаг не возобновит свою деятельность. Такой неактивный фаг называется профагом или провирусом.

Эволюционное происхождение вирусов

Наиболее правдоподобной и приемлемой является гипотеза о том, что вирусы произошли из "беглой" нуклеиновой кислоты, т.е. нуклеиновой кислоты, которая приобрела способность реплицироваться независимо от той клетки, из которой она возникла, хотя при этом подразумевается, что такая ДНК реплицируется с использованием (паразитическим) структур этой или других клеток. Таким образом, вирусы, должно быть, произошли от клеточных организмов, и их не следует рассматривать как примитивных предшественников клеточных организмов.

О том, насколько обычны такие "побеги", судить достаточно трудно, но кажется вполне вероятным, что дальнейшие успехи генетики позволят нам выявить и другие варианты паразитических нуклеиновых кислот.

К началу статьи

Вирусы и бактерии как возбудители заболеваний

Как мы уже упоминали ранее, вирусы всегда являются паразитами и поэтому вызывают у своих хозяев определенные симптомы того или иного заболевания. К серьезным заболеваниям животных можно отнести ящур крупного рогатого скота, рожистое воспаление у свиней, чуму птиц и миксоматоз кроликов. Все эти болезни вызываются вирусами. Вирусное заражение растений обычно приводит либо к появлению желтых крапинок на листьях (так называемой мозаики листьев), либо к морщинистости или карликовости листьев. Вирусы вызывают и задержку роста растений, что впоследствии приводит к снижению урожая. Ряд серьезных заболеваний вызывают вирусы желтой мозаики турнепса (ВЖМТ), табачной мозаики (ВТМ), карликовой кустистости томатов и бронзовости томатов. Появление полосок на цветках некоторых сортов тюльпанов также обусловлено вирусом, а ведь цветоводы продают эти тюльпаны, выдавая их за особый сорт. Вирусы растений, по-видимому, всегда относятся к РНК-содержащим вирусам.

Некоторые самые распространенные вирусные заболевания человека описаны в таблице "Некоторые наиболее известные вирусные заболевания человека". Эту таблицу можно сравнить с таблицей "Некоторые наиболее известные бактериальные заболевания человека" (эти таблицы представлены ниже), в которой приводится аналогичная информация о бактериальных болезнях. Дополнительные сведения даны на рисунке "Различные формы бактерий" (см. выше.).

Способы передачи вирусных и бактериальных болезней

Основные способы передачи вирусных и бактериальных болезней в принципе одинаковы, поэтому этот вопрос удобнее рассматривать вместе. Ниже описаны все способы передачи инфекции, а в таблицах ниже приведены соответствующие примеры.

Капельная инфекция

Капельная инфекция - самый обычный способ распространения респираторных заболеваний. При кашле и чихании в воздух выбрасываются миллионы крошечных капелек жидкости (слизи и слюны). Эти капли вместе с находящимися в них живыми микроорганизмами могут вдохнуть другие люди, особенно в местах скопления большого количества народа, к тому же еще и плохо вентилируемых. Стандартные гигиенические приемы для защиты от капельной инфекции - правильное пользование носовыми платками и проветривание комнат.

Некоторые микроорганизмы, такие как вирус оспы или туберкулезная палочка, очень устойчивы к высыханию и сохраняются в пыли, содержащей высохшие остатки капель. Даже при разговоре изо рта вылетают микроскопические брызги слюны, поэтому подобного рода инфекции очень трудно предотвратить, особенно если микроорганизм очень вирулентен.

Контагиозная передача (при непосредственном физическом контакте)

В результате непосредственного физического контакта с больными людьми или животными передаются сравнительно немногие болезни. Сюда прежде всего относятся венерические (т.е. передающиеся половым путем) болезни, такие как гонорея и сифилис. В тропических странах весьма распространено заболевание, называемое фрамбезия. Эта очень похожая на сифилис болезнь передается через кожу при непосредственном контакте. К контагиозным вирусным болезням относятся трахома (болезнь глаз, очень распространенная в тропических странах), обычные бородавки и обыкновенный герпес - "лихорадка" на губах. Проказу и туберкулез вызывают бактерии из рода Mycobacterium; это тоже контагиозные бактериальные заболевания.

Переносчики инфекций

Переносчик - это любой живой организм, который разносит инфекцию. Он получает инфекционное начало от организма, называемого резервуаром или носителем. Например, блохи служат переносчиками таких бактериальных заболеваний, как эндемический сыпной тиф и чума (бубонная чума, или "черная смерть"), а резервуаром являются крысы. Вирус бешенства сохраняется и передается одним и тем же животным, например собакой или летучей мышью.

В этих случаях переносчик выступает в качестве второго хозяина, в теле которого может размножаться патогенный микроорганизм. Насекомые могут переносить возбудителей болезней на наружных покровах тела. Мухи, например, ползая и питаясь на испражнениях больных кишечными заболеваниями, такими как холера, брюшной тиф или дизентерия, механически переносят возбудителей этих заболеваний на продукты, которые с большой вероятностью могут быть потреблены здоровыми людьми.

Фекальные загрязнения

При инфекционных заболеваниях пищеварительного тракта возбудители попадают в экскременты. Отсюда и три самых простых способа передачи болезней.

ПЕРЕДАЮЩИЕСЯ ЧЕРЕЗ ВОДУ. Классический пример таких болезней - холера, брюшной тиф (в обоих случаях возбудителями являются жгутиковые бактерии) и дизентерия. Если постоянно нарушаются элементарные правила гигиены и санитарии экскременты больных нередко попадают прямо в источники питьевой воды или же отлагаются в речных наносах. Таким путем эти болезни быстро распространяются среди населения.

ПЕРЕНОСИМЫЕ С ПИЩЕЙ. Пищевые продукты могут испачкаться, если их моют в нечистой воде, берут грязными руками или дают садиться на них мухам.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРЕДМЕТОВ. Самые разные вещи могут быть испачканы нечистотами в результате прямого загрязнения или неправильного обращения. При передаче таких вещей из рук в руки болезнь может, фигурально говоря, передаваться "из рук в рот".

Передаваемые непосредственно с пищей

Недоваренное или недожаренное мясо часто вызывает пищевые отравления. Это - результат заражения мяса сальмонеллами. Clostridium botulinum - бактерия, вызывающая ботулизм. Это пищевое отравление часто заканчивается летальным исходом, потому что токсин C. botulinum является одним из наиболее токсичных среди известных токсинов (летальная доза для мыши составляет 5х10-5 мкг). Эта бактерия хорошо развивается в богатых белком продуктах, в частности в мясных консервах.

Загрязнение ран

Помимо инфекций, передаваемых животными-переносчиками при укусах, можно упомянуть ряд болезней, связанных с попаданием болезнетворных бактерий в раны. Это прежде всего такие инфекции глубоких ранений, как газовая гангрена и столбняк. Оба заболевания вызываются различными видами Clostridium, обычно попадающими в раны из почвы. Многие поверхностные раны и ожоги легко инфицируются стафилококками и стрептококками.

К началу статьи

Таблица. Некоторые наиболее известные вирусные заболевания человека

Название болезни
Возбудитель
Поражаемые области тела
Способ распространения
Тип вакцинации1)
Грипп
Миксовирус одного из трех типов - А, В и С - с различной степенью вирулентности
Дыхательные пути: эпителий, выстилающий трахеи и бронхи
Капельная инфекция
Убитый вирус: штамм убитого вируса должен соответствовать штамму вируса, вызывающего заболевание
Простуда
Самые разные вирусы, чаще всего риновирусы (РНК-содержащие вирусы)
Дыхательные пути: обычно только верхние
Капельная инфекция
Живой или инактивированный вирус вводится путем внутримышечной инъекции; вакцинация не очень эффективна, так как существует множество самых разных штаммов риновирусов
Оспа2)
Вирус натуральной оспы (ДНК-содержащий вирус), один из вирусов оспы
Дыхательные пути, затем кожа
Капельная инфекция (возможна контагиозная передача через раны на коже)
Живой ослабленный (аттенуированный) вирус вносят в царапину на коже; сейчас не применяется
Свинка (эпидемический паротит)
Парамиксовирус (РНК-содержащий вирус)
Дыхательные пути, затем генерализованная инфекция по всему телу через кровь; особенно поражаются слюнные железы, а у взрослых мужчин также и семенники Капельная инфекция(или контагиозная передача через рот с заразной слюной)
Живой аттенуированный вирус
Корь
Парамиксовирус (РНК-содержащий вирус)
Дыхательные пути (от ротовой полости до бронхов), затем переходит на кожу и кишечник
Капельная инфекция Живой аттенуированный вирус
Коревая краснуха (краснуха)
Вирус краснухи
Дыхательные пути, шейные лимфатические узлы, глаза и кожа
Капельная инфекция
Живой аттенуированный вирус; вакцинация необходима главным образом для девочек, поскольку болезнь впоследствии дает осложнения при беременности
Полиомиелит (детский паралич)
Вирус полимиелита (пикорнавирус; РНК-содержащий вирус), известно три штамма
Глотка и кишечник, затем кровь; иногда двигательные неироны спинного мозга, тогда может наступить паралич
Капельная инфекция или через человеческие испражнения (см. холера в таблице ниже)
Живой аттенуированный вирус вводится перорально, обычно на кусочке сахара
Желтая лихорадка
Арбовирус, т.е. вирус, переносимый членистоногими (РНК-содержащий вирус)3)
Выстилка кровеносных сосудов и печень
Переносчики - членистоногие, например клещи, комары
Живой аттенуированный вирус (очень важно также контролировать численность возможных переносчиков)

1)Типы вакцин см. в табл. ниже.

2)Последний случай заболевания зарегистрирован в Сомали в октябре 1977г; в природе вирус вымер, хотя и сохраняется в нескольких лабораториях.

3)Название "арбовирус" происходит от англ. arthropod-borne.

Таблица. Некоторые наиболее известные бактериальные заболевания человека

Название болезни
Возбудитель
Поражаемые области тела
Способ распространения
Тип вакцины1) или антибиотика
Дифтерия Corynebacterium diphtheriae (палочковидная грамположительная бактерия) Верхние дыхательные пути, чаще всего глотка. Опасный токсин разносится с кровью по всем органам тела. Токсин действует на сердце Капельная инфекция Анатоксин
Туберкулез Mycobacterium tuberculosis (палочковидная бактерия, относится к актиномицетам)
Главным образом легкие
Капельная инфекция. Молоко больных животных
Живые аттенуированные бактерии. Людей сперва следует проверить на наличие иммунитета
Коклюш
Bordetella pertussis (палочковидная, грамотрицательная бактерия)
Верхние дыхательные пути; вызывает мучительные приступы кашля
Капельная инфекция
Убитые бактерии
Гонорея Neisseria gonorrhoeae (кокк, граммотрицательные)
Половые органы, главным образом слизистые оболочки мочеполового тракта. У новорожденных может вызывать серьезное заболевание глаз в результате заражения во время родов
Контагиозная передача при половом сношении
Антибиотики, например пенициллин, стрептомицин
Сифилис
Treponema pallidum (спирохета)
Половые органы, затем глаза, кости, суставы, центральная нервная система, сердце и кожа
Контагиозная передача при половом сношении
Антибиотики, например пенициллин
Тиф
Rickettsia
"Эпидемический сыпной тиф" гораздо опаснее, чем "эндемический сыпной тиф". Похож на брюшной тиф. Поражаются внутренние стенки кровеносных сосудов, что вызывает образование тромбов. Сыпь на коже

Эпидемический тиф: переносчик - вши.

Эндемический тиф: переносчик - крысиные блохи. Блохи и вши передают возбудителя от крысы к крысе

 Убитые бактерии или живые клетки невирулентного штамма. Антибиотики, например тетрациклины, хлор-амфеникол (важно также контролировать численность переносчиков)
Столбняк
Clostridium tetani (палочковидная грамположительная бактерия)
Кровь. Образует токсин, который поражает двигательные нервы спинного мозна, а отсюда и мышци, вызывая тонический спазм мышц челюсти и судороги, переходящие на другие мышцы. Часто с летальным исходом
Раневая инфекция
Анатоксин
Холера
Vibrio cholerae (в виде запятой, грамотрицательный)
Пищеварительный тракт, главным образом тонкий кишечник. Токсин поражает слизистую кишечника

Фекальные загрязнения:

а) через воду или продукты, загрязненные экскрементами больных;

б) через загрязненные предметы;

в) переносчики, например мухи, перелетающие с фекалий на продукты

Убитые бактерии: иммунитет не стойкий и не всегда эффективный.

Антибиотики тетрациклинового ряда или хлор-амфеникол

Брюшной тиф
Salmonella typhi (=S. typhosa) (палочковидная грамположительная бактерия) Пищеварительный тракт, затем распространяется на лимфу, кровь, легкие, костный мозг, селезенку
Как у холеры
Убитые бактерии (вакцина ТАВ)
Бактериальная дизентерия (бациллярная дизентерия)
Shigella dysenteriae (палочковидная, грамотрицательная)
Пищеварительный тракт, главным образом подвздошная и толстая кишки
Как у холеры

Вакцины нет.

Антибиотики тетрациклинового ряда

Пищевые отравления бактериального происхождения (гастроэнтерит или сальмонеллез)
Salmonella spp. (палочковидная, грамотрицательная) Пищеварительный тракт
Главным образом через мясные прдукты, полученные от больных животных, в основном через домашнюю птицу и свинину. Так же и через фекальные загрязнения, как холера

Вакцины нет.

Антибиотики тетрациклинового ряда обычно не требуются и не очень эффективны

1)Типы вакцин см. в табл. ниже.

Таблица. Типы вакцин

1. Атеннуированный живой микроорганизм

Аттенуированный микроорганизм - микроорганизм, вирулентность которого сильно ослаблена путем специальной лабораторной обработки, например выращиванием при высокой температуре. Это может быть и мутантная разновидность с теми же антигенными свойствами, но утратившая вирулентность

2. Убитый микроорганизм

Микроорганизм, убитый с помощью специальной лабораторной обработки, например инкубацией в 75%-ном спирте (вакцина ТАВ). Антигенные свойства все еще сохраняются

3. Анатоксины

Анатоксин - это инактивированный токсин, сохранивший свои антигенные свойства. Токсин инактивируют с помощью лабораторной обработки, например формальдегидом

4. Умеренный штамм вируса

Близкородственный, но не патогенный штамм: так, например, в старину вместо вируса человеческой оспы брали вирус коровьей оспы

К началу статьи

По материалам Н.Грина, У.Стаута, Д.Тейлора.

Комментарии
Поиск
Koha  - Вау!   |Administrator |2011-02-02 15:13:54
avatar В этой биологии так все понятно написано, и интересно.
min31_oga45   |SAdministrator |2011-02-05 17:34:39
avatar Спасибо, буду добавлять еще статьи, сама увлекаюсь, хочу и другим рассказать.
kesea  - биология   |95.135.64.xxx |2011-03-30 00:10:26
Спасибо! Великолепная статья мне очень понравилась
дима  - интересно   |213.154.204.xxx |2011-05-04 20:52:27
я сам читать не очень люблю,но эта статя интерсная
всю причитал и другим рекомидую
Анонимно   |109.161.8.xxx |2012-02-14 08:13:42
жалко при сравнении признаков клеток прокариот и эукариот нет вывода
Катринка   |188.235.20.xxx |2012-02-29 19:14:14
Спасибо, большое! Мне точно 5 поставят!!!
Нина   |195.91.230.xxx |2012-03-15 06:49:50
Залезла на сайт чтобы узнать одну вещь для контрольной у сына, но зачиталась и пока до
конца не дочитала со страницы не ушлаОчень интересно и понятно написано! И так много
про что: и про перенос генетического материала у бактерий, и про то как бактериофаги
работают, и про генную модификацию, короче про кучу интересных вещей и все
понятно)Спасибо!
min31_oga45   |SAdministrator |2012-03-16 00:48:41
avatar Спасибо большое, очень приятно. Для Вас и стараемся, хотя и нам самим очень нравится
. С уважением, администратор
олег  - нравитцо   |37.110.12.xxx |2012-05-10 19:12:40
мне очень понравилось и по биологии поставили 5 и я советую всем
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии!
Русская редакция: www.freedom-ru.net & www.joobb.ru

3.26 Copyright (C) 2008 Compojoom.com / Copyright (C) 2007 Alain Georgette / Copyright (C) 2006 Frantisek Hliva. All rights reserved."

 
technicaltranslation.ru Технический перевод и технические переводчики, тел. 225-33-80 и 542-04-70
Каталог сайтов BonaCash