Bakterie żyją na planecie Ziemia od ponad 3,5 miliarda lat. W tym czasie wiele się nauczyli i wiele przystosowali. Teraz pomagają ludziom. Bakterie i ludzie stali się nierozłączni. Całkowita masa bakterii jest ogromna. Jest to około 500 miliardów ton.
Pożyteczne bakterie pełnią dwie najważniejsze funkcje środowiskowe - wiążą azot i uczestniczą w mineralizacji pozostałości organicznych. Rola bakterii w przyrodzie jest globalna. Biorą udział w ruchu, koncentracji i dyspersji pierwiastków chemicznych w biosferze Ziemi.
Znaczenie bakterii pożytecznych dla człowieka jest ogromne. Stanowią 99% całej populacji zamieszkującej jego ciało. Dzięki nim człowiek żyje, oddycha i je.
Rola bakterii w życiu człowieka jest istotna. Całkowicie zabezpieczają jego życie.
Bakterie są dość proste. Naukowcy sugerują, że jako pierwsi pojawili się na planecie Ziemia.
Pożyteczne bakterie w organizmie człowieka
W organizmie człowieka żyją zarówno pożyteczne, jak i szkodliwe bakterie. Istniejąca równowaga między organizmem człowieka a bakteriami została udoskonalona na przestrzeni wieków.
Naukowcy obliczyli, że w organizmie człowieka znajduje się od 500 do 1000 różnych rodzajów bakterii, czyli biliony tych niesamowitych mieszkańców, co stanowi aż 4 kg całkowitej masy. Tylko w jelitach znajduje się do 3 kilogramów ciał drobnoustrojów. Pozostała część znajduje się w drogach moczowo-płciowych, na skórze i innych jamach ciała człowieka. Drobnoustroje wypełniają organizm noworodka od pierwszych minut jego życia i ostatecznie tworzą skład mikroflory jelitowej w wieku 10-13 lat.
Jelita zamieszkują paciorkowce, pałeczki kwasu mlekowego, bifidobakterie, enterobakterie, grzyby, wirusy jelitowe i niepatogenne pierwotniaki. Lactobacilli i bifidobacteria stanowią 60% flory jelitowej. Skład tej grupy jest zawsze stały, są one najliczniejsze i pełnią główne funkcje.
Bifidobakterie
Znaczenie tego typu bakterii jest ogromne.
Dzięki nim powstają octan i kwas mlekowy.Zakwaszając środowisko, hamują rozwój bakterii chorobotwórczych powodujących gnicie i fermentację.
Dzięki bifidobakteriom zmniejsza się ryzyko wystąpienia alergii pokarmowych u niemowląt.
Wykazują działanie przeciwutleniające i przeciwnowotworowe.
Bifidobakterie biorą udział w syntezie witaminy C.
Bifidobakterie i pałeczki kwasu mlekowego biorą udział w wchłanianiu witaminy D, wapnia i żelaza.
Ryż. 1. Na zdjęciu bifidobakterie. Wizualizacja komputerowa.
Escherichia coli
Znaczenie bakterii tego gatunku dla człowieka jest ogromne.
Szczególną uwagę zwraca się na przedstawiciela tego rodzaju Escherichia coli M17. Jest zdolny do wytwarzania substancji zwanej kocyliną, która hamuje rozwój wielu patogennych drobnoustrojów.
Przy udziale E. coli syntetyzowane są witaminy K, grupa B (B1, B2, B5, B6, B7, B9 i B12), kwas foliowy i nikotynowy.
Ryż. 2. Na zdjęciu E. coli (trójwymiarowy obraz komputerowy).
Pozytywna rola bakterii w życiu człowieka
Przy udziale bifido-, lakto- i enterobakterii syntetyzowane są witaminy K, C, grupa B (B1, B2, B5, B6, B7, B9 i B12), kwas foliowy i nikotynowy.
Dzięki mikroflorze jelitowej rozkładane są niestrawione składniki pokarmu z górnego jelita – skrobia, celuloza, frakcje białkowe i tłuszczowe.
Mikroflora jelitowa utrzymuje metabolizm wody i soli oraz homeostazę jonową.
Dzięki wydzielaniu specjalnych substancji mikroflora jelitowa hamuje rozwój bakterii chorobotwórczych powodujących gnicie i fermentację.
Bifido-, lakto- i enterobakterie biorą udział w detoksykacji substancji, które dostają się z zewnątrz i powstają wewnątrz samego organizmu.
Mikroflora jelitowa odgrywa dużą rolę w przywracaniu odporności miejscowej.Dzięki niemu wzrasta liczba limfocytów, aktywność fagocytów i produkcja immunoglobuliny A.
Dzięki mikroflorze jelitowej stymulowany jest rozwój aparatu limfatycznego.
Zwiększa się odporność nabłonka jelit na czynniki rakotwórcze.
Mikroflora chroni błonę śluzową jelit i dostarcza energię nabłonkowi jelitowemu.
Regulują motorykę jelit.
Flora jelitowa nabywa umiejętności wychwytywania i usuwania wirusów z organizmu żywiciela, z którym pozostaje w symbiozie od wielu lat.
Znaczenie bakterii w utrzymaniu równowagi cieplnej organizmu jest ogromne. Mikroflora jelitowa odżywia się substancjami niestrawionymi przez układ enzymatyczny, które pochodzą z górnego odcinka przewodu pokarmowego. W wyniku złożonych reakcji biochemicznych powstaje ogromna ilość energii cieplnej. Ciepło rozchodzi się wraz z krwią po całym organizmie i dociera do wszystkich narządów wewnętrznych. Dlatego człowiek zawsze marznie podczas postu.
Amonifikujące drobnoustroje (powodując rozkład) za pomocą szeregu posiadanych enzymów są w stanie rozkładać szczątki martwych zwierząt i roślin. Podczas rozkładu białek uwalniany jest azot i amoniak.
Urobakterie rozkładają mocznik, który ludzie i wszystkie zwierzęta na planecie wydalają każdego dnia. Jego ilość jest ogromna i sięga 50 milionów ton rocznie.
W utlenianiu amoniaku bierze udział pewien rodzaj bakterii. Proces ten nazywa się nitrofikacją.
Mikroby denitryfikacyjne oddają tlen cząsteczkowy z gleby do atmosfery.
Ryż. 4. Zdjęcie przedstawia pożyteczne bakterie - drobnoustroje amonifikujące. Poddają rozkładowi szczątki martwych zwierząt i roślin.
Znaczenie bakterii w życiu człowieka, zwierząt, roślin, grzybów i bakterii jest ogromne. Jak wiadomo, azot jest niezbędny do ich normalnego życia. Ale bakterie nie mogą wchłaniać azotu w stanie gazowym. Okazuje się, że sinice potrafią wiązać azot i tworzyć amoniak (Cyjanobakteria), wolno żyjące utrwalacze azotu i specjalne bakterie guzkowe. Wszystkie te pożyteczne bakterie wytwarzają do 90% azotu związanego i wiążą do 180 milionów ton azotu w zbiorniku azotu w glebie.
Bakterie guzkowe dobrze współistnieją z roślinami strączkowymi i rokitnikiem zwyczajnym.
Rośliny takie jak lucerna, groch, łubin i inne rośliny strączkowe mają na swoich korzeniach tak zwane „mieszkania” dla bakterii brodawkowych. Rośliny te sadzi się na glebach zubożonych, aby wzbogacić je w azot.
Ryż. 5. Zdjęcie przedstawia bakterie guzkowe na powierzchni włośnika rośliny strączkowej.
Ryż. 6. Zdjęcie korzenia rośliny strączkowej.
Ryż. 7. Zdjęcie przedstawia pożyteczne bakterie - sinice.
Węgiel jest najważniejszą substancją komórkową świata zwierząt i roślin, a także świata roślin. Stanowi 50% suchej masy komórki.
Włókno spożywane przez zwierzęta zawiera dużo węgla. W ich żołądku błonnik rozkłada się pod wpływem drobnoustrojów, a następnie wydostaje się na zewnątrz w postaci odchodów.
Rozłożyć włókno bakterie celulozowe. W wyniku ich pracy gleba zostaje wzbogacona w próchnicę, co znacznie zwiększa jej żyzność, a dwutlenek węgla powraca do atmosfery.
Ryż. 8. Symbionty wewnątrzkomórkowe mają kolor zielony, a masa przetworzonego drewna jest żółta.
Rola bakterii w przemianie fosforu, żelaza i siarki
Białka i lipidy zawierają duże ilości fosforu, którego mineralizacja odbywa się Ty. megaterium (z rodzaju bakterii gnilnych).
Bakterie żelazne biorą udział w procesach mineralizacji związków organicznych zawierających żelazo. W wyniku ich działalności na bagnach i jeziorach powstają duże ilości złóż rudy żelaza i żelazomanganu.
Bakterie siarkowe żyją w wodzie i glebie. Jest ich mnóstwo w oborniku. Uczestniczą w procesie mineralizacji substancji zawierających siarkę pochodzenia organicznego. Podczas rozkładu substancji organicznych zawierających siarkę wydziela się gazowy siarkowodór, który jest niezwykle toksyczny dla środowiska, w tym wszystkich żywych organizmów. W wyniku swojej życiowej aktywności bakterie siarkowe przekształcają ten gaz w nieaktywny, nieszkodliwy związek.
Ryż. 9. Pomimo pozornej martwoty, w rzece Rio Tinto wciąż jest życie. Są to różne bakterie utleniające żelazo i wiele innych typów, które można spotkać tylko w tym miejscu.
Ryż. 10. Zielone bakterie siarkowe w kolumnie Winogradskiego.
Rola bakterii w przyrodzie: mineralizacja pozostałości organicznych
Bakterie biorące czynny udział w mineralizacji związków organicznych uważane są za środki czyszczące (sanatoryjne) planety Ziemia.Za ich pomocą substancje organiczne martwych roślin i zwierząt przekształcają się w próchnicę, którą mikroorganizmy glebowe przekształcają w sole mineralne, niezbędne do budowy systemów korzeni, łodyg i liści roślin.
Ryż. 11. Mineralizacja substancji organicznych dostających się do zbiornika następuje w wyniku utleniania biochemicznego.
Rola bakterii w przyrodzie: fermentacja substancji pektynowych
Komórki organizmów roślinnych są ze sobą połączone (cementowane) specjalną substancją zwaną pektyną. Niektóre rodzaje bakterii kwasu masłowego mają zdolność fermentowania tej substancji, która po podgrzaniu zamienia się w galaretowatą masę (pektis). Cechę tę wykorzystuje się przy namaczaniu roślin zawierających dużo błonnika (len, konopie).
Ryż. 12. Istnieje kilka sposobów pozyskiwania trustów. Najpopularniejszą metodą jest metoda biologiczna, w której pod wpływem mikroorganizmów następuje zniszczenie połączenia pomiędzy częścią włóknistą a otaczającymi tkankami. Proces fermentacji substancji pektynowych w roślinach łykowych nazywa się rożeniem, a namoczoną słomę nazywa się zaufaniem.
Bakterie oczyszczające wodę, ustabilizować jego poziom kwasowości. Za ich pomocą zmniejszają się osady denne i poprawia się zdrowotność ryb i roślin żyjących w wodzie.
Niedawno grupa naukowców z różnych krajów odkryła bakterie niszczące detergenty znajdujące się w detergentach syntetycznych i niektórych lekach.
Ryż. 13. Aktywność ksenobakterii jest szeroko wykorzystywana do oczyszczania gleb i zbiorników wodnych zanieczyszczonych produktami naftowymi.
Ryż. 14. Plastikowe kopuły oczyszczające wodę.Zawierają bakterie heterotroficzne, które żywią się materiałami zawierającymi węgiel i bakterie autotroficzne, które żywią się materiałami zawierającymi amoniak i azot. System rurek utrzymuje je przy życiu.
Umiejętność tionowe bakterie utleniające siarkę stosowany do wzbogacania rud miedzi i uranu.
Ryż. 15. Na zdjęciu pożyteczne bakterie - Thiobacilli i Acidithiobacillus ferrooksydans (mikrografia elektronowa). Są w stanie ekstrahować jony miedzi w celu ługowania odpadów powstających podczas flotacji rud siarczkowych.
Drobnoustroje kwasu masłowego są wszędzie. Istnieje ponad 25 rodzajów tych drobnoustrojów. Biorą udział w procesie rozkładu białek, tłuszczów i węglowodanów.
Fermentacja kwasu masłowego jest wywoływana przez beztlenowe bakterie przetrwalnikowe należące do rodzaju Clostridium. Są zdolne do fermentacji różnych cukrów, alkoholi, kwasów organicznych, skrobi i błonnika.
Ryż. 16. Na zdjęciu mikroorganizmy kwasu masłowego (wizualizacja komputerowa).
Wiele gatunków świata zwierząt żeruje na roślinach, których podstawą jest włókno. Specjalne drobnoustroje znajdujące się w niektórych częściach przewodu żołądkowo-jelitowego pomagają zwierzętom trawić błonnik (celulozę).
Życiowej działalności zwierząt towarzyszy wydzielanie ogromnych ilości odchodów. Z niego niektóre mikroorganizmy mogą wytwarzać metan („gaz bagienny”), który wykorzystywany jest jako paliwo i surowiec w syntezie organicznej.
Rola bakterii w życiu człowieka jest ogromna. Bakterie kwasu mlekowego mają szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym:
przy produkcji zsiadłego mleka, serów, śmietany i kefiru;
podczas kiszenia kapusty i kiszenia ogórków biorą udział w moczeniu jabłek i marynowaniu warzyw;
nadają winom szczególny aromat;
wytwarzają kwas mlekowy, który fermentuje mleko. Właściwość ta wykorzystywana jest do produkcji zsiadłego mleka i kwaśnej śmietany;
przy przygotowywaniu serów i jogurtów na skalę przemysłową;
Podczas solenia kwas mlekowy pełni rolę środka konserwującego.
Bakterie kwasu mlekowego obejmują paciorkowce mleczne, paciorkowce kremowe, bułgarskie, acidophilus, pałeczki termofilne zbożowe i pałeczki ogórkowe. Bakterie z rodzaju paciorkowce i pałeczki kwasu mlekowego nadają produktom gęstszą konsystencję. W wyniku ich żywotnego działania poprawia się jakość serów. Nadają serowi serowy aromat.
Ryż. 18. Zdjęcie przedstawia pożyteczne bakterie - pałeczki kwasu mlekowego (różowe), pałeczkę bułgarską i paciorkowce ciepłolubne.
Ryż. 19. Na zdjęciu pożyteczne bakterie - grzyb kefirowy (tybetański lub mleczny) oraz pałeczki kwasu mlekowego przed bezpośrednim dodaniem do mleka.
Ryż. 20. Fermentowane produkty mleczne.
Ryż. 21. Do przygotowania sera mozzarella wykorzystuje się paciorkowce termofilne (Streptococcus thermophilus).
Ryż. 22. Istnieje wiele odmian penicyliny pleśniowej. Aksamitna skórka, zielonkawe żyłki, niepowtarzalny smak i leczniczy aromat amoniaku serów są wyjątkowe. Grzybowy smak serów zależy od miejsca i czasu dojrzewania.
Ryż. 23. Bifiliz jest produktem biologicznym do podawania doustnego zawierającym masę żywych bifidobakterii i lizozymu.
Zastosowanie drożdży i grzybów w przemyśle spożywczym
Gatunkiem drożdży stosowanym głównie w przemyśle spożywczym jest Saccharomyces cerevisiae. Przeprowadzają fermentację alkoholową, dlatego są szeroko stosowane w wypiekach. Podczas pieczenia alkohol odparowuje, a pęcherzyki dwutlenku węgla tworzą okruchy chleba.
Drożdże zawierają aż 65% białka, z czego 10% to aminokwasy egzogenne, co pozwala na ich szerokie zastosowanie w procesie wzbogacania żywności ludzkiej w białka i paszy dla zwierząt. Ponadto drożdże zawierają dużo tłuszczów i witamin.
Od 1910 roku do kiełbas zaczęto dodawać drożdże. Drożdże z gatunku Saccharomyces cerevisiae wykorzystywane są do produkcji win, piwa i kwasu chlebowego.
Ryż. 24. Kombucha to przyjazna symbioza laski octu i grzybów drożdżowych. Na naszych terenach pojawił się już w ubiegłym stuleciu.
Ryż. 25. Drożdże suche i mokre są szeroko stosowane w przemyśle piekarniczym.
Ryż. 26. Widok komórek drożdży Saccharomyces cerevisiae pod mikroskopem i Saccharomyces cerevisiae – „prawdziwych” drożdży winiarskich.
Rola bakterii w życiu człowieka: utlenianie kwasu octowego
Pasteur udowodnił także, że w utlenianiu kwasu octowego biorą udział specjalne mikroorganizmy - laski octu, które są powszechnie spotykane w przyrodzie. Osiadają na roślinach i penetrują dojrzałe warzywa i owoce. Jest ich mnóstwo w marynowanych warzywach i owocach, winie, piwie i kwasie chlebowym.
Zdolność pałeczek octu do utleniania alkoholu etylowego do kwasu octowego wykorzystywana jest współcześnie do produkcji octu, wykorzystywanego do celów spożywczych oraz do przygotowania paszy dla zwierząt – kiszenia (konserwowania).
Ryż. 27. Proces kiszenia pasz. Kiszonka to soczysta pasza o wysokiej wartości odżywczej.
Badanie aktywności życiowej drobnoustrojów umożliwiło naukowcom wykorzystanie niektórych bakterii do syntezy leków przeciwbakteryjnych, witamin, hormonów i enzymów.
Pomagają zwalczać wiele chorób zakaźnych i wirusowych. Najczęściej produkowane są antybiotyki promieniowce, rzadziej - bakterie niemicelarne. Penicylina otrzymywana z grzybów pleśniowych niszczy błonę komórkową bakterii. Streptomycetes wytwarzają streptomycynę, która inaktywuje rybosomy komórek drobnoustrojów. Patyki z siana Lub Bacillus subtilis zakwaszać środowisko. Hamują rozwój mikroorganizmów gnilnych i oportunistycznych poprzez tworzenie się szeregu substancji przeciwdrobnoustrojowych. Bacillus subtilis wytwarza enzymy niszczące substancje powstałe w wyniku gnilnego rozkładu tkanek. Biorą udział w syntezie aminokwasów, witamin i związków immunoaktywnych.
Korzystając z technologii inżynierii genetycznej, dziś naukowcy nauczyli się z niej korzystać coli do produkcji insuliny i interferonu.
Przypuszcza się, że do produkcji specjalnego białka, które można dodawać do paszy dla zwierząt gospodarskich i żywności dla ludzi, wykorzystuje się szereg bakterii.
Ryż. 28. Na zdjęciu zarodniki Bacillus subtilis (w kolorze niebieskim).
Ryż. 29. Biosporin-Biopharma jest lekiem krajowym zawierającym apatogenne bakterie z rodzaju Bacillus.
Wykorzystanie bakterii do produkcji bezpiecznych herbicydów
Obecnie technika aplikacji jest szeroko stosowana fitobakterie do produkcji bezpiecznych herbicydów. Toksyny Bacillus thuringiensis wydzielają niebezpieczne dla owadów Cry-toksyny, co pozwala wykorzystać tę cechę mikroorganizmów w walce ze szkodnikami roślin.
Proteazy, czyli enzymy proteolityczne, rozkładają wiązania peptydowe pomiędzy aminokwasami tworzącymi białka. Amylaza rozkłada skrobię. Bacillus subtilis (B. subtilis) wytwarza proteazy i amylazy. Do produkcji proszku do prania wykorzystuje się amylazy bakteryjne.
Ryż. 30. Badanie aktywności życiowej drobnoustrojów pozwala naukowcom wykorzystać niektóre ich właściwości dla dobra człowieka.
Znaczenie bakterii w życiu człowieka jest ogromne. Pożyteczne bakterie są stałymi towarzyszami człowieka od wielu tysiącleci. Zadaniem ludzkości nie jest zakłócenie tej delikatnej równowagi, która wykształciła się pomiędzy mikroorganizmami żyjącymi wewnątrz nas i w środowisku. Rola bakterii w życiu człowieka jest ogromna. Naukowcy nieustannie odkrywają dobroczynne właściwości mikroorganizmów, których zastosowanie w życiu codziennym i produkcji ograniczają jedynie ich właściwości.
