Напрямки вивчення бактерій

Зміст

  • Напрямки вивчення
  • Вивчення морфології прокаріотів
  • Фізіологія та метаболізм мікробів
  • Вплив на навколишнє середовище

Дослідження, які сьогодні проводять в рамках науки про мікроорганізми, є одними з найпрогресивніших. Вони націлені на перехід людства до наступного етапу свого технологічного розвитку, який базуватиметься на біотехнологіях. Невідомість, страх перед природою і брак інформації для побудови обгрунтованих прогнозів тримають суспільство в напрузі, адже сьогодні ніхто навіть уявити не може, як виглядатиме життя людини через 50-100 років. У зв’язку з цим вивчення бактерій є чи не єдиною можливістю проникнути в таємниці життя і, вивчивши їх, використовувати на благо всього людства.

Напрямки вивчення
Щоб розуміти, що цікавить вчених, які досліджують бактеріальні клітини, досить подивитися на зміст підручника з мікробіології. Основними розділами кожного такого оплоту біологічної науки є:

морфологія, властивості і структурна організація бактеріальної клітини;
екологія бактерій (середа їх проживання і взаємний вплив);
метаболізм мікроорганізмів;
генетика бактерій;
медична, ветеринарна та агрономічна мікробіологія.
Ось у цих декількох площинах і закладаються основи майбутньої черговий науково-технічної революції.

Чому саме бактерії? Відповідь на це питання досить простий.

Бактеріальна клітина – єдиний найпростіший організм на планеті, який дає можливість дуже швидко отримувати достовірні результати досліджень. Немає більше жодного представника органічної природи, який би укладав в одній клітці таке різноманітне біохімічне виробництво і з такою швидкістю пристосовувався до постійно мінливих умов навколишнього середовища.

Вивчення морфології прокариотов
Першим дослідником, який отримав можливість вивчати морфологію бактеріальної клітини, був Антоні ван Левенгук. Винахід лінз для мікроскопа дозволило йому більш детально дослідити різний вихідний матеріал, який він брав в живій і в неживій природі. У кожному досліджуваному зразку Левенгук фіксував наявність мікроскопічної життя. Все це відбувалося на початку 18 века.Антоній Левенгук

Лінзи першого мікроскопа, що давали збільшення не більше ніж в 300 разів, не дозволяли вивчити детальну будову мікроорганізмів. Розглядаючи в ці перші лінзи бактерії як в мікроскоп, Левенгук думав, що у них є лапки, хвостики та інші атрибути знайомої людині на той момент земної органічного життя.

І тим не менше перші уявлення про будову бактеріальної клітини наука отримала саме зі звітів Левенгука, який слав їх в усі наукові інстанції того часу.
Сьогодні будова бактеріальної клітини вивчено у всіх подробицях:

Відомі всі структурні елементи, з яких складається клітина, їх роль і взаємозв’язок на рівні молекул.
Вивчено механізм рухливості прокариотов (які клітинні структури приводять їх у рух).
Розроблено методи, які дозволяють вивчати морфологію неідентифікованих мікробів, у тому числі і виявлення здатності до спороутворення, рухливості, наявність капсул і т.д.
Механізми розмноження прокаріотів клітин.
Дівчина дивиться в мікроскопПрактіческі всі сучасні лабораторії мають обладнання, яке дозволяє проводити вивчення морфологічних властивостей і будови досліджуваних організмів. Незважаючи на появу нових технологій, використовуючи які можна швидко отримувати відповіді про ідентифікацію виявлених організмів, згідно ГОСТам, при кожному лабораторному аналізі повинні вивчатися морфологічні властивості мікробів, їх рухливість і наявність характерних тим чи іншим видам бактеріальних структур.

Фізіологія та метаболізм мікробів
Основоположником дослідження біохімічних властивостей бактеріальних клітин є Луї Пастер. Наприкінці 19 століття цей французький дослідник вивчав проблему псування харчових продуктів і причин виникнення деяких захворювань. З моменту винаходу мікроскопа пройшло більш ніж півтора века.Луі Пастера роботи стали вагомим внеском у розвиток науки мікробіології. Цей внесок полягає в наступному:

Пастер спростував існувала на той момент гіпотезу про наявність якоїсь «вітальності», яка є причиною зародження життя. Доказ було засновано на простому досвіді: отвір колби з прокіпяченним бульйоном закривали стерильною ватою, тим самим припиняючи доступ в неї мікроорганізмів, і життя в колбі сама собою не зароджувалася.
Почав вивчення процесів бродіння і довів можливість протікання біохімічних процесів деяких організмів в анаеробних (безкисневих) умовах.
Запропонував способи запобігання псування продуктів харчування шляхом нагрівання їх до певної температури (70-80ºС), цей спосіб використовується і сьогодні як основа для забезпечення збереження багатьох продуктів. Він названий на честь свого винахідника – пастеризація.
Заклав основи медичної мікробіології, визначивши мікробну причину таких захворювань, як сказ, сибірська виразка, куряча холера, і запропонував профілактику цих захворювань через вакцинацію (зараження здорового організму невеликою кількістю патогенних мікроорганізмів з низьким ступенем небезпеки (вірулентності).
застосування алергену бактерій туберкульозного рекомбінантного дає найбільш точні результати в діагностиці туберкулезаСовременное вивчення біохімічних властивостей прокариотов нерозривно пов’язане з вивченням ферментативної активності деяких білків, які синтезуються органоїдами бактерії.

Ферменти – білки, які регулюють перебіг хімічних реакцій, що забезпечують життєдіяльність бактерії.

Отримавши достатньо інформації про ферментативних властивості тих чи інших бактерійних білків, можна впливати (регулювати) на життєві процеси самої бактерії.

Крім того, у зв’язку з тим, що ферменти є продуктом ферментативної активності (виробітку) бактерії, за властивостями тих бактерії, які стали продуктом конкретної активності, ідентифікують досліджувані мікроорганізми.

Всього розрізняється шість класів ферментів. По них і визначаються основні біохімічні властивості мікробних колоній:

Оксидоредуктази – переносять електрон з однієї молекули на іншу (біологічне окислення).
Трансфераза – забезпечує перенесення функціональних груп з однієї молекули на іншу (це можуть бути залишки цукрів, групи, що містять сірку, азот і т.д.).
Гідролази – розщеплення з використанням води органічних молекул.
Ліази – освіту і розрив ковалентних зв’язків, в результаті яких до молекул приєднуються або відщеплюються від них атомні групи.
Ізомерази – каталізують перетворення всередині молекули за рахунок перенесення груп з одних зв’язків на інші.
Лігази – ферменти, що забезпечують з’єднання двох молекул з утворенням нової хімічної зв’язку.
дослідження бактерійІзученіе ферментативної активності щодо конституціональних ферментів (ті, які постійно виробляються бактерією і підтримують весь механізм метаболізму) відбувається не стільки методами, пов’язаними з використанням мікроскопа, скільки через секвенування молекул РНК (спосіб послідовного розкладання макромолекули на окремі ділянки). Визначення послідовності амінокислот, з яких будується ферментують білок, дає повну інформацію про його біохімічні властивості.

Властивості індуцибельних (ситуативних) ферментів також вивчаються методом секвенування. Але, крім того, є спосіб і простіше, і дешевше – дослідження субстрату, який спровокував певну ферментативну активність. Ось тут вже досліднику стане в нагоді і мікроскоп.
Вироблення бактерією ферментів, з використанням яких дана бактерія освоює запропонований їй субстрат, так звана біохімічна реакція на зовнішній подразник, дає можливість використовувати мікроорганізми в утилітарних цілях. Загальновідомо, що ферменти бактерій використовуються у фармацевтичній і харчовій промисловості.

Вплив на навколишнє середовище
Організуюча роль мікробів, які забезпечують можливість протікання переважної більшості біологічних процесів на планеті, має пряме відношення до екології і рослин, і тварин.

забруднена водаДля людини це особливо важливо, оскільки це основна частина його повсякденному житті, від якої залежить не тільки фізична активність, а й нерідко сама можливість виживання людини як біологічного виду.

Це одна з основних причин, яка спонукає мікробіологів вивчати екологію бактерій, їх взаємодія з рослинами і тваринами.

Сьогодні вивчення ролі бактерій в екології тварин ведеться за такими напрямками, як:

Вивчення впливу протеолітичних бактеріальних ферментів на тканини різних органів тварин. Протеолітична активність, по суті, розкладання органічних молекул, з яких складається тварина. Переважна більшість хвороб, якими страждають тварини і людина в тому числі, – результат діяльності протеолітичних ферментів мікробів.
Пошук антибіотиків, здатних запобігти руйнівний вплив бактерій на тканині тварин.
Пошук бактерій, завдяки ферментативної активності яких можна збагатити корму тварин.
Отримання інформації про різні види симбіозу мікробів і тварин і вплив цих симбіозів на організм як одних представників органічної природи, так і інших.
Користь і шкода бактерійІзученіе ролі бактерій в житті рослин йде приблизно по тих же напрямках, що і вивчення ролі мікробів у житті тварин. Людини в практичній діяльності цікавить вельми вузький спектр питань. Інша справа, що відповіді на них можна знайти, тільки працюючи з найширшими уявленнями про організацію живої та неживої матерії.

Загальну загрозу для тварин і рослин представляють сахаролитические (розщеплюють вуглеводи) і протеолітичні ферменти, що виробляються бактеріями.

Особливість вивчення ролі мікробів в житті рослин полягає в тому, що рослини отримують в результаті діяльності мікроорганізмів неорганічні сполуки.

Неорганіки рослини перетворять в органічні молекули. Використання рослинами для цих цілей сонячного світла дозволяє саме рослинам уникнути співпраці з групою мікробів, які б переробляли для потреб рослин неорганічні молекули в органіку.

Вивчення бактеріальних клітин для задоволення споживчих потреб людини сьогодні ведеться в основному в області дослідження властивостей колоній молочнокислих бактерій.Молочнокіслие бактерії під мікроскопом

Ще нобелівський лауреат Мечников Ілля Ілліч на початку 20 століття встановив і довів позитивний вплив колоній молочнокислих мікроорганізмів на здоров’я людини. З тих пір напрям використання колоній молочнокислих бактерій постійно розвивається.

На сьогоднішній день вивчені такі властивості колоній молочнокислих бактерій, як:

Колонії молочнокислих біфідобактерій здатні організовувати і підтримувати біоплівки, що захищають тканини кишечника людини.
Колонії молочнокислих лактобактерій синтезують вітаміни групи К і В.
Колонії молочнокислих стрептококів підтримують антагоністичну середу у всіх слизових людського організму, перешкоджаючи тим самим розвитку патогенної мікрофлори.
Використання даних, отриманих в результаті вивчення колоній молочнокислих бактерій, дало можливість створити масу пробіотичних засобів для різних органів і систем людського організму. Ці засоби дозволяють поліпшувати захисну функцію і напрацьовувати імунну опірність організму негативним впливам зовнішнього середовища.

Сьогодні вивчення колоній молочнокислих бактерій давно вийшло за межі наукових лабораторій. Кожен виробник молочнокислих продуктів з використанням біоматеріалу (бактерій і продуктів їх життєдіяльності) повинен мати свою лабораторію для проведення лабораторних аналізів продукції та для можливості нових розробок, які б дозволили покращувати споживчі якості продукту, що випускається.

Посилання на основну публікацію