Бактерии: их роль в природе и в жизни человека

Все населяющие организм человека бактерии — хорошие и плохие — называются микробиотой. В одном только кишечнике живет до 100 триллионов микробов, которые находятся в симбиотических, то есть, взаимовыгодных, отношениях со своим хозяином. Благодаря исследованиям, проводимым по всему миру (и проекту Human Microbiome Project), теперь мы знаем, что их коллективный геном, по крайней мере, в 100-150 раз больше нашего (1, 2, 8). 

Круговорот углерода в биосфере

Растениям для дыхания необходим углекислый газ, но его содержание в воздухе составляет всего 0,03%. Без участия микробов этот запас был бы исчерпан всего за 20 лет. В процессе фотосинтеза растения фиксируют углерод, и впоследствии он находится в них в виде органических соединений. После отмирания он вместе с этими соединениями накапливается в земле, и бактерии, разлагая органику, тем самым освобождают углерод, который возвращается в биосферу.

Круговорот серы в природе

В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходит круговорот серы в природе путем ее окисления или восстановления. При гниении белковых отходов без доступа кислорода образуется сероводород. Сера попадает в атмосферу также в результате деятельности сульфатвосстанавливающих микроорганизмов, которые восстанавливают сульфаты из ила, воды и почвы. В результате этого процесса часть сероводорода уходит в атмосферу, а часть накапливается в воде или почве, после чего он там окисляется. Суть процесса окисления сероводорода заключается в том, что он происходит в результате действий серобактерий, которые используют его в метаболических реакциях с целью получения необходимой энергии [6-8]

Роль бактерий, живущих внутри нас

Все микроорганизмы, населяющие человека изнутри, можно разделить на две категории:

  1. Бактерии, приносящие вред здоровью человека. Чаще всего болезнетворные микробы попадают в организм человека воздушно-капельным путем. Но это далеко не единственный способ заражения. Грязная или несвежая еда, плохая вода, плохо помытые руки, различные кровососущие насекомые (блохи, вши, комары), рана на коже – все это может стать причиной заражения плохими микроорганизмами. Такие организмы наносят ощутимый вред здоровью. А именно становятся причиной серьезных заболеваний:
  2. Бактерии, приносящие ощутимую пользу своему хозяину. Они помогают человеку усваивать и переваривать пищу, а также синтезировать полезные витамины. Наиболее известная бактерия с такими свойствами – кишечная палочка. А еще микрофлору кишечника населяют различные бактероиды, лакто- и бифидобактерии. Их польза заключается в укреплении иммунитета. Также они снижают риск проникновения опасных употребление антибиотиков или других химических веществ может привести к . В результате развивается дисбактериоз (понос, запоры, тошнота) и страдает иммунная система человека.
    • гонорея;
    • коклюш;
    • дифтерия;
    • холера;
    • чума и многие другие болезни.

Попадая в организм животных, микробы опять же приносят большой вред. Они становятся причиной заражения такими болезнями, как и бруцеллез (и множества других). Употребление в пищу мяса зараженного животного может нанести серьезный вред здоровью человека.

Что было сначала

Если верить официальной версии истории, бактерии появились на Земле несколько миллиардов лет назад, а потом еще около миллиарда лет никто не мешал им наслаждаться жизнью в гордом одиночестве. В сравнении с историей человечества, насчитывающей какие-то сотни тысяч лет, это громадный срок. За это время микроорганизмы научились приспосабливаться к окружающей среде, меняя свое строение, и менять окружающую среду, приспосабливая ее для своих нужд.

Живучесть бактерий несопоставима, пожалуй, ни с одним живым организмом на Земле. Они обитают:

  • в океанских глубинах под чудовищным давлением;
  • в условиях арктического холода, причем сохраняют способность существовать после размораживания;
  • в горячих источниках при температурах в сотню градусов (и даже больше!);
  • в желудке человека, сопротивляясь действию соляной кислоты;
  • в жерлах подводных вулканов, где сходятся одновременно три (минимум) агрессивных фактора – температура, давление, ядовитые газы;
  • в верхних разреженных слоях атмосферы, где уже ближе к космическому холоду, чем к теплой земле;
  • глубоко под землей они выживают, закусывая соединениями серы и запивая свой обед нефтью и т. д.
Читайте также:  Грибы-паразиты, лишайники, грибы-симбионты, грибы-сапрофиты

Словом, нет такого уголка на нашей планете и в нашем теле, где не водились бы бактерии. Существует теория, что жизнь появилась на Земле вместе с бактериями, прибывшими к нам внутри какого-то судьбоносного метеорита. Это означает, что микроорганизмы умудрились выжить в абсолютном вакууме и космическом холоде! И не просто выжили, а сохранили способность к размножению, населили всю планету, подготовили почву для появления грибов и водорослей, что привело к увеличению разнообразия жизни в природе и, как результат, к возникновению человечества! И это только начало ответа на вопрос о том, каково значение бактерий в природе и в жизни человека. Если совсем коротко – без них не было бы и нас.

Полезные бактерии

Подавляющее большинство из них — это существа, живущие в симбиотических или мутуалистических связях с организмами-донорами (внутри которых живут). Обычно такие бактерии берут на себя часть функций, на которые не способен организм хозяина. Примером могут служить бактерии, живущие в пищеварительном тракте человека и перерабатывающие часть пищи, справиться с которой сам желудок не в состоянии.

Некоторые виды полезных бактерий:Кишечная палочка (лат. Escherichia coli)

Является неотъемлемой частью флоры кишечника человека и большинства животных. Ее пользу трудно переоценить: расщепляет неусваиваемые моносахариды, способствуя пищеварению; синтезирует витамины группы K; предотвращает развитие патогенных и болезнетворных микроорганизмов в кишечнике.

Макрофотография: колония бактерий Escherichia coli

Молочнокислые бактерии (Lactococcus lactis, Lactobacillus acidophilus и др.)

Представители этого отряда присутствуют в молоке, молочных и ферментированных продуктах, и в то же время являются частью микрофлоры кишечника и ротовой полости. Способны сбраживать углеводы и в частности лактозу и вырабатывать молочную кислоту, которая является основным источником углеводов для человека. Посредством поддержания постоянно кислой среды сдерживают рост неблагоприятных бактерий.

Бифидобактерии

Наиболее значимое влияние бифидобактерии оказывают на грудных детей и млекопитающих, составляя до 90% их кишечной микрофлоры. По средством выработки молочной и уксусных кислот они полностью предотвращают развитие гнилостных и болезнетворных микробов в детском организме. Кроме того бифидобактерии: способствуют перевариванию углеводов; обеспечивают защиту кишечного барьера от проникновения микробов и токсинов во внутреннюю среду организма; синтезируют различные аминокислоты и белки, витамины группы K и B, полезные кислоты; способствуют всасыванию кишечником кальция, железа и витамина D.

Отрицательная и положительная роль бактерий

В количественном отношении эти мельчайшие живые организмы – самые многочисленные обитатели суши, морей, атмосферы. Согласно данным ученых, в одном лишь грамме почвы может проживать не одна сотня миллионов бактерий. Да и в отношении заселения Земли микроорганизмы занимают почетное первое место.

Ведь они появились на планете более 3,7 млрд лет назад.

Отрицательная и положительная роль бактерий

А некоторые из них с тех пор даже мало изменились! Какова роль бактерий в природе? В каких глобальных процессах участвуют эти микроскопические существа? Какие из них полезны, а какие вредны для человеческого организма? На все эти вопросы попробуем дать краткие ответы в данной статье.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОБИОМА ЧЕЛОВЕКА

Бактериальное и микробное «население» человеческого организма отличается исключительно большим разнообразием — число микроорганизмов в организме у разных людей может быть равно числу собственных клеток, а может в десять раз превосходить его, свидетельствуют первые результаты работы международного проекта «Микробиом человека» (Human Microbiome Project — HMP).

Микробиом — собирательное название микроорганизмов, находящихся в симбиозе с организмом хозяина. Также под микробиомом подразумевают совокупность геномов микробных популяций в человеке. Различают микробиом кожи, полости рта, кишечника и т.д.

В данном случае «хозяином» рассматривается человек. Т.е. кишечный микробиом (или микробиота кишечника) — это микроорганизмы, которые обитают в желудочно-кишечном тракте в симбиозе с человеком. Симбиозом (от греческого «symbiosis» — «совместная жизнь») здесь называется такое взаимодействие микроорганизмов с человеком, от которого все партнеры получают пользу, все что-то выигрывают. В широком же смысле симбиоз охватывает все формы тесного сожительства организмов разных видов, включая и паразитизм, который в этом случае называется антагонистическим симбиозом. Следует отметить, что бóльшая часть всего человеческого микробиома населяет пищеварительный тракт (см. микрофлора ЖКТ), и особенно много микроорганизмов сконцентрировано в толстом кишечнике. В связи с этим бесспорным является тот факт, что от состояния кишечного микробиома во многом зависит здоровье самого кишечника

Вместе с понятием «микробиом» существует и понятие «микробиота». По сути, они несут одно и тоже смысловое значение, особенно если к этим терминам добавлена локализация, например, микробиом кишечника или кишечная микробиота. Однако в отдельности (в строго научной среде) термины понимаются по-разному:

Термин «микробиота» относится к совокупности микробов (бактерий, архей, грибов, вирусов и простейших) в конкретной среде, другими словами, к таксономии и обилию членов сообщества, а «микробиом» — это совокупность геномов микробиоты, и его часто используют для описания сущности микробных признаков (функций), кодируемых микробиотой [Schlaeppi, K.; Bulgarelli, D. The plant microbiome at work. Mol. Plant Microbe , 28, 212–217.].

См. подробнее:

Представления о микробиоте человека

Микробиота используется для характеристи­ки микробиоценоза отдельных органов и систем, генетического материала и взаимосвязей внутри экологической ниши в определенный временной период на определенной территории. Микробиота взаимодействует с остальными органа­ми и системами, определяя функционирование организма в целом как у здорового человека, так и при заболеваниях.

Одна бактерия способна приносить как пользу, так и вред

Helicobacter Pylori

Некоторые микробы вызывают недуги, другие способны от них защитить, а иногда одна и та же бактерия может и навредить и оказать положительное влияние.

Например, Helicobacter Pylori — когда-то эти бактерии были широко распространены, обитая в телах практически всех людей на Земле, но сейчас они есть лишь у половины человечества. Большинство из этих бактерий не доставляют их «хозяевам» никаких неприятностей, но в некоторых случаях могут способствовать образованию болезненных язв в пищеварительном тракте (за работы по изучению влияния Helicobacter Pylori на возникновение гастрита и язвы желудка и двенадцатиперстной кишки австралийский врач Маршалл Барри в 2005-м году получил Нобелевскую премию).

Победить негативное влияние бактерии можно с помощью антибиотиков, но Блейзер и его коллеги обнаружили, что отсутствие этого микроорганизма может вызвать рефлюкс-эзофагит (повреждение слизистой оболочки) и даже рак пищевода.

Таким образом, некоторые бактерии могут быть как полезными, так и смертельно опасными.

Выводы

Исследования на грызунах показывают, что бактерии кишечника влияют на потребление энергии, ее усвоение из еды и ее расход. Предполагается, что-то похожее может быть и у человека, и что манипуляции микрофлорой могут стать потенциальным терапевтическим вмешательством для лечения ожирения. Но пока данных мало, и нужны дальнейшие исследования на людях с манипуляциями пребиотиками (волокнами), пробиотиками (самими бактериями) и составом диеты. А пока еще рано давать какие-либо рекомендации по «микробной терапии» при ожирении.

Так же нужны исследования изменений микрофлоры с помощью прямой пересадки, питания, приема про- или пребиотиков у людей с разными соматотипами (с ожирением, похудевшими или никогда не имевшими лишнего веса). Это поможет найти специфические поведенческие, микробные и метаболические фенотипы, которые смогут предсказывать реакцию людей на разные подходы к похудению — поведенческие, лекарственные, про- и пребиотические или хирургические.

Все усложняет еще и то, что микрофлора кишечника влияет на другие системы, вовлеченные в ожирение, включая гомеостаз глюкозы и липидов, системное воспаление и прочее (74), поэтому, опять же, нужно больше исследований на людях.

Читайте также:  В чем разница (отличие) между Диаскинтест и Манту и что безопаснее

Пока все гипотезы о влиянии бактерий на вес человека основаны на:

  • Исследованиях на животных. Но эти результаты — для ученых, они служат отправной точной для построения разных гипотез и будущих исследований на людях, а не для плана действий и не для громких заголовков в интернете.
  • Косвенных измерениях: ученые меняют кишечную флору и изучают ее влияние на отдельные молекулы, влияющие на выработку и потребление энергии, без прямых измерений всех переменных в единой системе.

Перевод:

***

Так что никаких конкретных рекомендаций по лечению ожирения с помощью микрофлоры ученые не дают, хотя и признают, что область очень перспективная, а мы пока просто мало знаем. Из тех советов, что они могут дать сейчас: следите за весом и ешьте больше овощей, что вроде бы и не новость.

Строение бактерий

Большинство представителей данного имеют всего одну клетку. Ее формы определяют тип, к которому можно отнести это простейшее:

  • сфера, шар – кокки;
  • прямая, как палочка, — бациллы;
  • спираль;
  • запятая – вибрионы;
  • извитые – спиротехи;
  • С- и О-образные.

Особым свойством данных микроорганизмов является отсутствие ядра, окруженного оболочкой. Но при этом вся информация, ДНК, расположена в конкретном месте, называемом нуклеоидом. Им дано название прокариоты, что значит «доядерные». Размер бактерии составляет от нескольких долей мкм до нескольких десятков мкм. Оболочка, которая окружает клетку, состоит из мембраны, клеточной стенки и слизистой капсулы, которая присутствует не у всех, но у большинства представителей прокариотов. Плазматическая мембрана контролирует поступление питательных веществ, в ней имеются углубления, покрытые, в свою очередь, пленками. Данные элементы выполняют роль органов дыхания, а так же управляют процессами попадания полезных веществ в клетку и вывода продуктов их переработки.

Клеточная стенка отвечает за защиту организма от негативного воздействия и придает форму. Слизистая капсула бережет от обезвоживания и представляет собой защитный покров.

Нуклеоид находится в центре клетки, он не имеет своей оболочки, но хранит ДНК – информацию в виде кольцевой молекулы, которая закреплена в одном месте. Он отвечает за протекание различных жизненных процессов в клетке. Окружает нуклеоид цитоплазма, в которой содержатся питательные вещества, рибосомы, участвующие в образовании белка, запасы полезных веществ для развития клетки, иногда присутствуют особые кольцевые молекулы, участвующие в обмене генетическими данными между разными особями. В клетках некоторых представителей имеются компоненты, ответственные за наличие или отсутствие цвета у бактерии.

Некоторые одноклеточные способны передвигаться за счет наличия у них жгутиков, которых может быть до 50 штук. Микроорганизмы, проживающие в почве или воде, могут иметь дополнительные элементы в цитоплазме, позволяющие двигаться в этих средах обитания.

Факты о полезных бактериях

Микроорганизмы стоят на страже здоровья человека и всей планеты в целом. Желающим знать, как помогают людям полезные бактерии, стоит ответить, что эти микроскопические клетки широко изучаются учеными для выявления все новых ценных свойств:

  1. Ученые из Университета Британской Колумбии обнаружили, что бактерии можно использовать для получения универсальной группы крови, которую можно переливать всем без исключения. Еще совсем недавно врачи были вынуждены учитывать группу крови пациента, нуждающегося в доноре, а благодаря особым ферментам и кишечным бактериям получилось удалить специфические для крови антигены, определяющие несовместимость различных групп.
  2. Недавно ученые обнаружили еще один интересный факт: есть на свете микроорганизмы, которые обеспечивают формирование золотых самородков и месторождений золота.