для чего человек использует бактерии
Бактерии — что это? Полезные и вредные бактерии
» data-image-caption=»» data-medium-file=»https://i1.wp.com/medcentr-diana-spb.ru/wp-content/uploads/2021/10/Что-такое-бактерии.jpg?fit=450%2C300&ssl=1″ data-large-file=»https://i1.wp.com/medcentr-diana-spb.ru/wp-content/uploads/2021/10/Что-такое-бактерии.jpg?fit=825%2C550&ssl=1″ />
Бактерии — это микроорганизмы, встречающиеся во всех средах и играющие важную роль в организме.
Они исчисляются квинтиллионами, и по понятным причинам нам известна только лишь их часть. Бактерии также присутствуют в организме человека, и на их долю может приходиться до 2 килограммов общей массы тела. По этой причине к ним стоит присмотреться повнимательнее.
Что такое бактерии?
Бактерии — это прокариотические организмы, в основном одноклеточные. В них нет ядра, но есть молекулы ДНК разного размера. Они могут иметь разную форму, например круглую (наиболее распространенную), продолговатую или булавовидную. Интересно, что некоторые из них встречаются поодиночке, а другие — группами, образуя колонии.
Функции бактерий
Бактерии выполняют разные функции в зависимости от среды, в которой они живут. Они удобряют почву, участвуют в очистке воды и служат пищей для других организмов. В пищеварительной системе человека и животных они могут поддерживать процессы, регулирующие переваривание пищи. Более того, некоторые бактерии также могут способствовать лучшему усвоению питательных веществ и витаминов и регулировать иммунные процессы во всем организме.
Но бактерии также могут вызывать инфекции и болезни.
Полезные бактерии в микрофлоре кишечника
Это так называемые хорошие бактерии, поддерживающие естественный иммунитет. Если их много, они размножаются на эпителии кишечника, создавая таким образом кишечный барьер, защищающий организм от действия болезнетворных бактерий. Повышает иммунитет и укрепляет иммунную систему.
Плохие бактерии в микрофлоре кишечника
Хорошие бактерии уравновешиваются плохими бактериями, которые могут быть патогенными. По этой причине стоит позаботиться о кишечнике, чтобы поддерживать баланс микрофлоры кишечника. Он влияет на всю иммунную систему организма, а также отвечает за связь по оси кишечник-мозг.
Пробиотические бактерии
Полезные бактерии в микрофлоре кишечника называются пробиотиками. Они поступают извне через пищу (определенные продукты) или лекарства. Пробиотические бактерии — это в основном штаммы Lactobacillus и Bifidobacterium. Их можно найти в йогуртах, кефирах, сырах (но только не пастеризованных), маринованных огурцах, капусте, квасе.
Эти бактерии способны восстанавливать баланс микрофлоры кишечника после перенесенной болезни, укреплять естественный иммунитет, улучшать процессы пищеварения. Кроме того, они стимулируют организм вырабатывать антитела, защищающие его от другой инфекции. Нарушенная микрофлора кишечника может способствовать более частому заражению инфекциями, как вирусными, так и бактериальными.
Заболевания и инфекции, вызванные бактериями
Бактерии могут вызывать самые разные заболевания. К ним относятся, например, болезнь Лайма и гонорея, а также туберкулез и столбняк.
Бактериальные заболевания развиваются иначе, чем вирусные. Чаще всего для них характерно быстрое течение — болезнь может начаться внезапно и сразу вызвать высокую температуру и симптомы слабости организма. В отличие от вирусных инфекций, болезнь не проходит со временем, и симптоматическое лечение не будет эффективным. В этом случае необходима антибактериальная терапия.
Добавить комментарий Отменить ответ
Вы должны быть авторизованы, чтобы оставить комментарий.
Для чего человек использует бактерии
Полезные бактерии в организме человека
Совокупность бактерий, населяющих человеческий организм, имеет общее название – микробиота. В нормальной, здоровой микрофлоре человека насчитывается несколько миллионов бактерий. Каждая из них играет важную роль для нормального функционирования человеческого тела. При отсутствии какого-либо вида полезных бактерий человек начинает заболевать, нарушается работа ЖКТ, дыхательных путей. Полезные бактерии для человека концентрируются на коже, в кишечнике, на слизистых оболочках тела. Количество микроорганизмов регулируется с помощью иммунной системы.
В норме, тело человека содержит как полезную, так и патогенную микрофлору. Полезных бактерий намного больше. Они составляют 99% от общего числа микроорганизмов. При таком положении соблюдается необходимый баланс. Среди разных видов бактерий, обитающих на теле человека можно выделить:
бифидобактерии; лактобактерии; энтерококки; кишечная палочка.
Этот вид микроорганизмов самый распространённый, участвует в процессе выработки молочной кислоты и ацетата. Он создаёт кислую среду, этим самым нейтрализует большинство болезнетворных микробов. Патогенная флора перестаёт развиваться и вызывать процессы гниения и брожения. Бифидобактерии играют важную роль в жизни ребёнка, так как именно они отвечают за наличие аллергической реакции на какие-либо пищевые продукты. Кроме того они оказывают антиоксидантное действие, предотвращают развитие опухолей. Синтез витамина С не обходится без участия бифидобактерий. К тому же, есть информация, что бифидобактерии помогают усваиваться витаминам D и B, которые необходимы человеку для нормальной жизнедеятельности. При наличии дефицита бифидобактерий даже приём синтетических витаминов этой группы не принесёт никакого результата.
Эта группа микроорганизмов также важна для здоровья человека. Благодаря их взаимодействию с другими обитателями кишечника блокируется рост и развитие патогенных микроорганизмов, подавляются возбудители кишечных инфекций. Лактобактерии участвуют в образовании молочной кислоты, лизоцина, бактериоцинов. Это отличная помощь иммунной системе. Если в кишечнике есть дефицит этих бактерий, то очень быстро развивается дисбактериоз. Лактобактерии заселяют не только кишечник, но и слизистые. Так эти микроорганизмы важны для женского здоровья. Они поддерживают кислотность среды влагалища, не допускают развития бактериального вагиноза.
Не все виды кишечной палочки являются болезнетворными. Большинство из них наоборот выполняют защитную функцию. Полезность рода кишечная палочка состоит в синтезе коцилина, который активно противостоит основной массе патогенной микрофлоры. Данные бактерии полезны для синтеза разных групп витаминов, фолиевой и никотиновой кислоты. Нельзя недооценивать их роль для здоровья. Например, фолиевая кислота необходима для производства красных кровяных телец и поддержания нормального уровня гемоглобина.
Этот вид микроорганизмов заселяет кишечник человека сразу после рождения. Они помогают усваиваться сахарозе. Обитая в основном в тонком кишечнике, они, как и другие полезные не патогенные бактерии обеспечивают защиту от чрезмерного размножения вредоносных элементов. В то же время, энтерококки относятся к условно безопасным бактериям. Если они начинают превышать допустимые нормы, развиваются разные бактериальные заболевания. Список болезней очень большой. Начиная от кишечных инфекций, заканчивая менингитом.
Положительное влияние бактерий на организм
Полезные свойства не патогенных бактерий очень многообразно. До тех пор пока существует баланс между обитателями кишечника и слизистых, организм человека нормально функционирует. Большинство бактерий участвует в процессах синтеза и расщепления витаминов. Без их присутствия витамины группы В не усваиваются кишечником, что приводит к нарушениям со стороны нервной системы, заболеваниям кожи, понижению гемоглобина. Основная масса не переваренных компонентов пищи, достигших толстого кишечника, расщепляется именно благодаря бактериям. Кроме того, микроорганизмами обеспечивается постоянство водно-солевого обмена. Более половины всей микрофлоры участвует в регуляции всасывания жирных кислот, гормонов. Микрофлора кишечника формирует местный иммунитет. Именно здесь происходит уничтожение основной массы патогенных организмов, блокируется вредоносный микроб. Соответственно, люди не ощущают вздутия и метеоризма. Увеличение лимфоцитов провоцирует активные фагоциты для борьбы с врагом, стимулируют продуцирование иммуноглобулина А.
Полезные не патогенные микроорганизмы положительно влияют на стенки тонкого и толстого кишечника. Они поддерживают там постоянный уровень кислотности, стимулируют лимфоидный аппарат, эпителий становится устойчивым к разным канцерогенам. Перистальтика кишечника также во многом зависит от того, какие бывают микроорганизмы в нём.
Подавление процессов гниения и брожения – одна из основных задач бифидобактерий. Многие микроорганизмы долгие годы развиваются в симбиозе с болезнетворными бактериями, тем самым, контролируя их. Биохимические реакции, которые постоянно происходят с бактериями, выделяют много тепловой энергии, поддерживая общий тепловой баланс организма. Питаются микроорганизмы не переваренными остатками.
Бактерии и их значение для здоровья кишечника человека
Введение
Бифидобактерия была впервые выделена в 1899 году из здорового грудного младенца учёным Тиссье из института Пастера во Франции. Это анаэробная грамположительная неспорообразующая плеоморфная палочка, которую изначально назвали Bacillus bifidus communis. Название означает разветвляющуюся морфологию бактерии: на латыни «бифидус» значит «разделённый на две части». Позже бактерию отнесли к виду Lactobacillus as L. Bifidus. В 60-е годы прошлого столетия её оценили как отдельный вид и классифицировали как Bifidobacterium. Кроме вышеперечисленных особенностей, основные фенотипические характеристики Bifidobacterium – это производство молочной и уксусной кислот как основных продуктов использования глюкозы.
Виды и классификация бифидобактерий
В данный момент известно около 30 видов бифидобактерий. Бифидобактерии, которые обитают в кишечном тракте человека, отличаются от тех, которые населяют кишечный тракт животных. (Мицуока, 1984) В число бактерий в тракте человека входят: B. longum, B. breve, B. infantis, B. bifidum, B. adoltescentis и B. pseudocatenulatum. Бактерии, населяющие тракт животных: B. pseudolongum, B. thermophilus и B. animalis. Бактерии, найденные у животных, никогда не были найдены в организме человека, так же, как бактерии, найденные в организме человека, никогда не были найдены у животных. Причины этой особенности неизвестны, но предполагается, что дело в различиях между способностями этих бактерий заселять кишечный тракт хозяина. Среди видов бифидобактерий, используемых в различных йогуртах (?), часто различают B. Animalis. (Йешима и др., 1996) Причина использовать эти виды бифидобактерий – бактерии, выведенные из животных, более устойчивы к кислотам и таким образом лучше сохраняются в йогуртах. Недавно в штаммах B. Animalis, выделенных из этих йогуртов, были найдены генетические отличия в отношении типового штамма B. Animalis. Эти штаммы были названы B. Lactis. (Майле и др., 1997). Эти бактерии также не заселяют кишечный тракт человека. Использование бактерий, полученных из организма человека, как пищевых добавок, кажется разумным и правильным выбором.
Экология человеческого кишечного тракта
До рождения плод стерилен, и кишечных бактерий не существует. Начиная с момента рождения ребёнка, бактерии начинают заселять кишечный тракт, формируя кишечную микрофлору. При рождении множество разновидностей бактерий получают доступ к кишечному тракту, но бифидобактерии постепенно становятся основными бактериями и преобладают в кишечной микрофлоре в течение неонатального периода. Эта тенденция особенно ярко прослеживается среди грудных детей. Согласно исследованию, бифидобактерии составляют более 95% кишечной флоры грудничков. (Йошиока и др., 1991) Возрастающая резистентность к инфекции среди грудных детей может быть частично связана с преобладающими бифидобактериями в кишечной микрофлоре. Число бифидобактерий у младенцев на искусственном вскармливании ниже, чем у тех, кто грудном вскармливании. Тем не менее, даже у младенцев на искусственном вскармливании преобладают бифидобактерии. Бифидобактерии, преобладающие в период младенчества, постепенно уменьшаются в количестве, начиная с момента отнятия ребёнка от груди, и такие бактерии, как Bacteroides и Eubacterium становятся предоминантными. Изменения в бифидобактериях, связанные с возрастом, показаны в Графике 1. (Мицуока, 1978) Даже во взрослом возрасте Bifidobacterium – один из главных и важных компонентов микрофлоры кишечника. Число бифидобактерий понижается в пожилом возрасте, при этом повышается Clostridium и другие виды. График 2 сравнивает электронные микроснимки испражнений грудного младенца и взрослого человека. Бактерии, замеченные в испражнениях грудного младенца почти исключительно представляют собой бифидобактерии, никаких других бактерий не обнаружено. В испражнениях взрослого человека, однако, широкое количество видов бактерий представляют собой кокки и палочки, но очень малое количество бактерий имеют морфологию бифидобактерии. Эти различия в микрофлоре замечены в изучаемых фекалиях. Кишечная микрофлора меняется с возрастом и сопровождается понижением числа бифидобактерий. Эффект, который производят изменения в кишечной микрофлоре на кишечную среду, показан в Таблице 1. Концентрации кишечных продуктов, вызывающих гниение, такие как аммиак и индол, и активность ферментов, участвующих в производстве этих субстанций, особенно низки у грудных детей в сравнении со взрослыми. Хотя эти изменения не могут быть полностью связаны с различиями в кишечной микрофлоре, всё равно можно ожидать сильный эффект.
Кишечная флора взрослого человека состоит из примерно 100 видов бактерий, которые присутствуют на уровне от 10 10 до 10 11 на грамм содержания толстой кишки. Можно разделить эти кишечные бактерии на три группы в зависимости от их воздействия на кишечную среду: это благотворные бактерии, вредные бактерии и бактерии, проявляющие и те, и другие свойства. Вредные бактерии – это те, которые обладают патогенными свойствами или превращают компоненты еды во вредные субстанции. Они включают в себя Clostridium, Veillonella, Proteus и семейство Enterobacteriaceae. Благотворные бактерии Bifidobacterium и Lactobacillus подавляют вредные и оказывают множество положительных физиологических эффектов. Они не имеют негативного воздействия, что бы ни было в организме хозяина. Число Lactobacillus в толстой кишке составляет примерно 1/100 от числа Bifidobacterium, и эти бактерии имеют меньшее влияние на кишечную среду, чем бифидобактерии. Наконец, Bacteroides, Eubacterium и анаэробные стрептококки относятся к промежуточной группе. Эти бактерии не ядовиты в нормальных условиях, но они вызывают множество условно-патогенных инфекций, когда иммунитет или резистентность хозяина понижены. На Графике 3 показаны взаимоотношения между кишечными бактериями и здоровьем человека. Многие виды бактерий производят вредные субстанции, такие как аммиак, амины, сульфиды водорода и индол из протеинов. Потребление жиров увеличивает выделение желчной кислоты, а эти желчные кислоты трансформированы множеством кишечных бактерий во вторичные желчные кислоты, которые имеют канцерогенный потенциал. Эти кислоты показывают, что кишечные бактерии оказывают значительное влияние на кишечную среду, и кишечная среда поочерёдно влияет на здоровье хозяина. Уровни содержания бактерий в кишечном тракте меняются из-за таких факторов, как еда и окружающая среда, и они соревнуются между собой, в результате оказывая влияние на кишечную микрофлору. Благоприятная кишечная микрофлора может создать здоровую кишечную среду. Благоприятная кишечная микрофлора состоит из низкого уровня вредных бактерий и высокого уровня благоприятных бактерий, таких как бифидобактерии.
Физиологический эффект бифидобактерий
Этот раздел описывает актуальный физиологический эффект бифидобактерий. Во-первых. Самый важный физиологический эффект – это улучшение работы кишечника. Действие улучшения работы кишечника – это абсолютный эффект улучшения кишечной среды, который включает в себя улучшение кишечной флоры, подавление кишечных гнилостных субстанций, улучшение свойств фекалий и акта дефекации (ослабление запора или диарея). Как было отмечено ранее, кроме молочной кислоты, бифидобактерии производят уксусную кислоту с сильным бактерицидным действием, чтобы подавить вредные бактерии. Этот эффект был также продемонстрирован ин-витро (Арайя-Кодзима и др., 1995). Таблица 2 показывает изменения в процентном соотношении бифидобактерий и других основных бактерий в кишечной флоре после употребления йогурта, содержащего бифидобактерии (B. longum BB536), в сравнении с обычным йогуртом, не содержащим бифидобактерии (Йешима, 1997). Пропорции Bifidobacterium в кишечной флоре значительно возросли при употреблении йогурта, содержащего B. longum BB536. Мгновенное понижение уровня аммиака, который является гнилостным продуктом, можно наблюдать на Графике 4. На Графике 5 показан эффект от употребления этого йогурта на частоту актов дефекации у субъектов с тенденцией к запору. Значительное увеличение частоты дефекации наблюдается после приёма йогурта с бифидобактериями. Назначение бифидобактерий [B. breve M-16V (Акияма и др., 1994) и B. longum BB536 (Акияма и др., 1994) недоношенным детям весом 1000 г. и меньше увеличивает раннее заселение бифидобактерий и образование бифидобактериальной флоры, а также подавление отмирающего колита и других инфекций кишечного тракта.
Следующий важный эффект бифидобактерий – это эффект активации иммунитета. Бифидобактериальная клетка или компонент клетки были представлены, чтобы вызвать специфичные и неспецифичные антитела, неспецифичную резистентность к токсинам и антиопухолевый эффект. In mice mono-associated with B. longum BB536, increased production of anti-B. longum antibodies and total IgA can be observed with the acquisition of resistance to pathogenic E. coli (Yamazaki et al 1991). The cell wall of B. infantis has been shown to suppress Meth-A fibrosarcoma in mice (Sekine et al, 1985). Бифидобактерии также демонстрируют антиопухолевые действия. Приём лиофилизированного B. longum BB536 препятствует раку или образованию неправильных очагов крипт (??), вызванных имидазохинолинными производными (IQ) (Редди и Ривенсон, 1993) или азоксиметаном (Кулкарни и Редди, 1994). График 6 показывает результаты приёма лиофилизированного B. longum BB536 на канцерогенез в различных органах (Редди и Ривенсон, 1993). Назначение IQнелеченым мышам вызывает рак печени, кишок и молочных желёз. Однако назначение B. longum BB536 препятствует распространению рака во всех этих органах, особенно в толстой кишке – 100%-ное препятствие. Приём B. longum BB536 вместе с лактулозой достигает дополнительного эффекта в подавлении ACF (?неправильных очагов крипт?) (Чалла и др., 1997). B. longum BB536 также обладает действием укрепления костей (Игараси и др., 1994), что, как предполагается, является результатом повышенного поглощения кальция.
Фактор роста бифидобактерий
Ранние изучения факторов роста бифидобактерий были исследованием факторов повышения роста ин-витро. Факторы роста, обнаруженные в этих изучениях, включают в себя компоненты человеческого молока олигосахаридов, содержащих N-ацетилглюкозамин, протеиновые продукты расщепления ферментов, гликопротеины, пантетиновые соединения (Рэзик и Курманн, 1983). Изучение факторов роста ин-виво тогда стали популярны, и такие олигосахариды, как лактулоза (Петури, 1957 и Терада и др., 1992), а также диетические волокна сочли эффективными для кишечного роста бифидобактерий. Эти олигосахариды имеют несколько важных особенностей. Они практически не усваиваются в человеческом пищеварительном тракте и достигают толстой кишки целыми, а также они чаще всего используются бифидобактериями.
На Графике 7 изображены изменения в пропорциях бифидобактерий в кишечной флоре после потребления лактулозы (Терада и др., 1992). Число бифидобактерий заметно увеличивается, когда в день потребляют 3 грамма лактулозы, и уменьшается, когда потребление лактулозы прекращается. А также аммиак в фекалиях и другие гнилостные субстанции подавляются при приёме лактулозы. Таким образом, как фактор роста бифидобактерий, лактулоза в относительно маленьких количествах эффективна при увеличении кишечного роста бифидобактерий. Опираясь на эту особенность, лактулозу долго использовали как лекарство от энцефалопатии и при смягчении запора. Механизмы действия лактулозы при лечении этих болезней следующие: лактулоза вызывает рост бифидобактерий, что препятствует появлению аммиака в кишечнике, и органические кислоты, производимые бифидобактериями, вызывают перистальтику кишечника. Лактулозу используют в еде, особенно в добавках для младенцев, способствуя установлению бифидобактериальной флоры у младенцев. (Тамура и др.. 1993).
Применение бифидобактерий
С намерением активно использовать физиологические эффекты бифидобактерий, перечисленные выше, бифидобактерии широко используют в еде, медицине, в корме для животных. В этих видах продуктов жизнеспособные бактерии принимаются, чтобы улучшить кишечную микрофлору, которая, в свою очередь, улучшает кишечную среду и способствует здоровью кишечника с целью предупредить болезни или инфекции кишечного тракта. Бифидобактерии были впервые применены в еде в Германии в давние времена (Майер, 1948), и активно стали использоваться в Японии в начале 80-х (Ишибаши, 1993). Позже они получили распространение в Европе и сейчас используются во всём мире (Тамиме и др., 1995). Самый известный образец применения бифидобактерий в еде – это йогурт с бифидобактериями. Другой популярный продукт – бифидобактериальное молоко, молоко без ферментов с добавлением бифидобактерий. Главная идея добавления бифидобактерий в эти продукты – это поддержка жизнеспособных бифидобактерий. Однако, чтобы поддерживать желаемый уровень жизнеспособных бактерий в йогурте или молоке до истечения срока годности продуктов, нужен высокий уровень технических знаний. Например, бифидобактерии не образуются в молоке в нормальных условиях, нужен специальный материал для роста. К тому же, бифидобактерии строго анаэробны и чувствительны к кислороду. Требуются специальные технологии производства, чтобы исключить воздействие кислорода. Технологии производства лиофилизированной пудры достигли прогресса, и изготовление пудры, содержащей жизнеспособные клетки 10 10 к 10 11 на грамм сбывают в качестве пищевых добавок. Качестенная лиофилизированная пудра может храниться при комнатной температуре в течение одного года. Она может быть использована во многих продуктах в различных видах, в виде порошка, капсул или таблеток.
Где и как человек использует бактерии
Технологическое применение биологических агентов, а именно использование бактерий с целью получения конкретных продуктов или проведения контролируемых направленных изменений, является основой биотехнологии.
Тысячи лет назад человек, ничего не зная о биотехнологиях, использовал их в своем хозяйстве – он варил пиво, занимался виноделием, пек хлеб и делал молочнокислые продукты и сыры.
В современном мире практическое значение методов биотехнологии с использованием бактерий трудно переоценить – они применяются в пищевой промышленности и сельском хозяйстве, в медицине и фармакологии, при добыче полезных ископаемых и их переработке, в процессе очистки воды в природе и в септиках, во многих сферах жизни человека.
Пищевая индустрия
Наибольшее распространение в пищевой промышленности получили молочнокислые бактерии и дрожжи.
Механизм воздействия бактерий и дрожжей состоит в переработке молочного сахара в молочную кислоту, в результате чего нейтральный продукт превращается в молочнокислый.
К молочнокислым бактериям относят:
Молочнокислые бактерии и дрожжи используют при сквашивании молочных продуктов и овощей, переработке какао-бобов, изготовлении дрожжевого теста. Способность прокариотов оказывать влияние на продукты определяется их высокой ферментативной активностью и определяется выделяемыми ферментами.
В бродильной микрофлоре, помимо молочнокислых бактерий, присутствуют дрожжи, состоящие с бактериями в сложных симбиотических отношениях.
Подобная бродильная закваска с дрожжами используется в хлебопекарной промышленности, особенно при выпечке ржаных хлебов.
Одна из самых древних биотехнологий, используемых человеком, – производство сыров. Использование пропионовокислых бактерий при изготовлении твердых сычужных сыров позволяет получить продукт высокого качества с заданными свойствами.
Эти бактерии не обладают активностью к казеину, но имеют высокую липолитическую активность, в результате которой образуется ряд органических кислот:
Состав продуктов метаболизма бактерий, который и определяет органолептические (вкусовые) свойства конечного продукта (сыра), зависит от штамма микроорганизмов.
Использование в технологической схеме пропионовокислых бактерий придает готовым сырам типичный для них цвет, вкус и аромат, обогащая продукт биологически активными веществами.
Кроме того, пропионовокислые бактерии обладают бактерицидными свойствами, являясь естественными консервантами казеина (молочный белок).
Если для крупных сыров пропионовокислые бактерии являются технологической необходимостью, то для мелких это нежелательная биофлора, наличие которой приводит к нарушению вкусовых характеристик.
Рост пропионовокислой микрофлоры в мелких сырах происходит только в случае нарушения технологических стандартов:
Промышленность
Выщелачивание
Бактерии способны в процессе своей жизни избирательно извлекать вещества из сложных соединений, растворяя их в воде. Этот процесс носит название бактериального выщелачивания и имеет большое практическое значение:
Чаще всего в промышленности для бактериального выщелачивания применяют тионовые бактерии:
Железо- и серобактерии являются хемоавтотрофами – процессы окисления сульфидов, оксида железа (ll) и серы для них являются единственным источником энергии.
В промышленности большое практическое значение имеет бактериальное выщелачивание полезных ископаемых (уран, медь) непосредственно на месторождениях.
Процесс не требует сложного оборудования и с учетом возврата в технологический процесс отработанного раствора, содержащего бактерии, имеет ряд значительных преимуществ:
Использование биотехнологий при добыче полезных ископаемых является чрезвычайно перспективным, с целью расширения области применения ученые проводят исследовательские работы по следующим направлениям:
Так, для извлечения золота, например, предлагается применять бактерии Aeromonas, которые выделены на золотоносных приисках в рудничных водах.
В будущем бактериальное выщелачивание позволит создать автоматизированное производство по извлечению металлов непосредственно из недр, минуя сложный и дорогостоящий процесс обогащения породы.
Медицинские препараты
Препараты, созданные при участии бактерий, широко применяются в современной медицине и спасли тысячи жизней. Революцией стало появление пенициллина – первого полученного антибиотика.
Антибиотики – вещества, способные подавить рост бактериальных клеток, при этом механизм воздействия может быть различным:
Поэтому в современной медицине антибиотики являются эффективным средством в борьбе с инфекционными заболеваниями человека, но практически неэффективны против вирусных инфекций.
Современная медицина успешно использует препараты, для производства которых применяются бактерии:
Современные биотехнологии позволяют осуществлять производство ферментов, гормонов, антибактериальных препаратов и витаминов.
Значение энзимов
Ферменты (энзимы) – биокатализаторы процессов, увеличивающие скорость протекания реакции в порядки раз в сравнении с химическими катализаторами. Под действием ферментов выход продукции составляет почти 100%, при этом сами ферменты в процессе реакции не расходуются.
Естественным источником ферментов в природе являются бактерии и дрожжи, известно более 3000 ферментов.
Все энзимы по способу получения делят на 2 группы:
Ферменты часто применяются человеком на производствах:
Ферментативный спектр
Для каждого вида бактерий характерны свои наборы ферментов, что позволяет использовать ферментный спектр как важный метод идентификации бактерий.
Существует множество методик идентификации бактерий, которые решают одну задачу – определить таксономическое положение микроорганизма.
Бактериологическая практика идентифицирует бактерии по морфологическим, генотипическим, культурным, тинкториальным, патогенным и другим признакам, используя определители.
Одним из самых популярных является определитель Берджи – бактерии в определителе разделены на группы по различным признакам, внутри группы тоже происходит разделение по признакам.
Определитель микроорганизмов Берджи позволяет достаточно быстро провести идентификацию бактерии и установить ее таксономическое положение.
Другим методом идентификации бактерий является изучение ферментативной активности, чаще всего это исследования на сахаролитическую и протеолитическую активность.
Как экспресс-метод используют тест-системы для идентификации определенной группы микроорганизмов – анаэробов, энтеробактерий и других. Существуют специализированные тест-системы, разработанные для санитарно-микробиологических исследований.
Земледелие
Применение человеком методов биотехнологии в сельском хозяйстве успешно решает целый ряд вопросов:
Растениям в природе необходим азот, но усваивать азот из воздуха они не способны, а вот некоторые бактерии, клубеньковые и цианобактерии, в природе производят около 90% от общего числа связанного азота, обогащая им почву.
В сельском хозяйстве используют растения, содержащие на свои корнях клубеньковые бактерии:
Эти культуры используют в севообороте для обогащения почвы азотом.
Для борьбы с болезнетворными микроорганизмами в растениеводстве вместо фунгицидов используют пробиотики.
Биотехнология при участии генно-инженерных разработок предлагает для борьбы с патогенными микроорганизмами использовать бактерии с нужными свойствами, способные подавить рост патогенных микробов и не имеющие побочных негативных действий.
К ним относятся элитные штаммы бактерий Bacillus subtilis и Licheniformis, полученные в результате направленной селекции. Попадая в организм растения или животного, элитные штаммы микроорганизмов начинают быстро размножаться и подавляют патогенную микрофлору.
Элитные штаммы, как и антибиотики, нейтрализуют вредные микроорганизмы, но не имеют их негативных сторон:
Применение в сельском хозяйстве пробиотиков успешно в отношении более 70 патогенных микроорганизмов, вызывающих заболевания растений, включая ранее не подлежащие лечению совсем. Помимо этого, элитные штаммы благотворно воздействуют на вегетацию растений в целом:
Животноводство
Молочнокислые бактерии используют в производстве силоса – силосовании.
В сельском хозяйстве силосование является одним из основных методов консервации растительной массы и осуществляется путем регулируемого сбраживания под воздействием молочнокислых, кокковидных и палочковидных форм бактерий.
Процесс молочнокислого сбраживания растительной массы требует соблюдения оптимальных для жизнедеятельности бактерий условий:
Полученный в результате молочнокислого сбраживания силос является высококачественным сочным кормом для животных, сохраняющим полезные вещества растительного сырья и имеющим высокую кормовую ценность.
Экологические проблемы
Одной из основных экологических проблем, стоящих перед человеком сегодня, является проблема очистки воды в природе.
Совместное использование гетеротрофных и автотрофных бактерий позволило добиться значительного успеха – бактерии в природе успешно справляются с очисткой воды, нормализуют ее кислотность, разлагают придонные отложения, в результате чего нормализуется жизнедеятельность всех обитателей водоемов.
Также бактерии в природе способны разлагать компоненты синтетических моющих средств и ряд лекарственных препаратов.
Ксенобактерии успешно используются для очистки в природе почвы и воды при разливе нефти и нефтепродуктов.
Очистные сооружения
Человек использует большое количество воды для своих личных нужд, решая вопрос очистки сточных вод использованием септиков.
Эффективность работы очистных сооружений обеспечивают специальные бактерии, используемые в септиках.
Микроорганизмы, используемые в септиках, разлагают органические соединения любого происхождения, при очистке сточных вод они успешно уничтожают специфический запах.
По составу бактериальная флора септика представляет собой сочетание аэробной и анаэробной культур.
Анаэробные (бескислородные) микроорганизмы осуществляют первичную очистку воды, а аэробные бактерии доочищают и осветляют воду.
При использовании микроорганизмов для септика существуют определенные правила для очистки сточных вод:
Инструменты биотехнологических процессов
Основными инструментами биотехнологии для получения наиболее эффективных микроорганизмов являются селекция и генная инженерия.
Селекция – направленный отбор высокоэффективных особей в популяции вследствие естественной мутации микроорганизмов.
В природе процесс достаточно длительный, но под действием мутагенных факторов (жесткое излучение, азотистая кислота и др.) может быть значительно ускорен.
Плюсами селекции являются экологичность, натуральность продукта.
Минусами метода следует считать:
Генно-инженерные методы в биотехнологии
Методы генно-инженерного вмешательства изменяют клетки микроорганизмов и дрожжей, превращая их в эффективных производителей любого белка. Что открывает широкие возможности использования генно-модифицированных клеток микробов и дрожжей для получения конечного организма с заданными характеристиками.
Использование генно-мутированных клеток микробов и дрожжей человеком в повседневной жизни вызывает обоснованные опасения – много как сторонников генно-измененных веществ, так и их противников.
Однако фактом остается отсутствие информации о воздействии генно-модифицированных клеток бактерий и дрожжей на организм человека и природу в целом.
Генно-модифицированные бактерии и энергия
Генетики работают над вопросом альтернативного источника энергии. Основной задачей является создание химического сырья, а далее топлива как продукта бактериального метаболизма.
Одним из направлений получения человеком энергии от бактерий является работа с генно-модифицированными цианобактериями.
Биологи Тюбингенского университета обнаружили микроорганизмы, обладающие свойствами батарейки и способные как аккумулировать энергию, так и передавать ее другим бактериям.
Энергию, вырабатываемую этими бактериями, человек может использовать для наноприборов.
В Китае построен прибор, в котором бактерии получают водород из ацетатов, при этом внешнего источника энергии у аппарата нет, а сырьем служат дешевые отходы производства. В свою очередь водород является источником энергии для эко-автомобилей.
Микробиологи в университете Южной Каролины обнаружили бактерию, способную вырабатывать энергию, питаясь токсичными отходами, такими проблемными как полихлорированные бифенилы и агрессивные растворители.
Калифорнийские исследователи предложили методику переработки бурых водорослей модифицированной кишечной палочкой, получая на выходе этиловый спирт – прекрасный источник энергии.
Водород, как источник энергии, получили американские ученые при разложении анаэробными бактериями глюкозы.
Плюсы и минусы ГМО (генетически модифицированный организм)
Использование человеком в повседневной жизни генно-модифицированных бактерий и дрожжей для получения измененных организмов имеет как положительные, так и отрицательные стороны.
К плюсам генно-модифицированных организмов относят:
Известные минусы генно-модифицированных продуктов:
Использование человеком микроорганизмов в повседневной жизни и на производствах может быть ограничено только свойствами самих бактерий. А чем больше ученые уделяют внимания бациллам, тем больше интересных и полезных свойств микроорганизмов обнаруживают.
Бактерии вырабатывают энергию, добывают полезные ископаемые, очищают воду и почву – недавно обнаружены бактерии, поедающие даже пластиковые пакеты (!) – катализируют производственные процессы, используются в синтезе фармацевтических препаратов и во многих других сферах жизни человека.
Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.