Prokariotų (bakterijų) reikšmė gamtai ir žmogui

BAKTERIJOS

Bakterijų sandara

Kai kurias bakterijas dengia kapsulė, sudaryta iš polisacharidų ir polipeptidų gleivių, kuriose būna daug H2O. Kapsulė tarnauja apsaugai ir kolonijų susidarymui. Visos bakterijos turi elastingą sienelę, kurios karkasą sudaro mureinas. Sienelė saugo nuo mechaninių pažeidimų. Po sienele yra plazminė membrana, sudaryta iš dviejų lipidų sluoksnių. Sluoksniuose įvairiai integruoti baltymai. Ji veikia kaip pusiau pralaidi plėvelė – reguliuoja jonų ir molekulių patekimą ir jų pašalinimą iš ląstelės. Plazminė membrana vietomis įlinksta į ląstelės vidurį ir sudaro mezosomą. Ji svarbi DDNR replikacijai bei bakterijos ląstelės dalijimuisi. Mezosomoje kaupiasi įvairūs fermentai, atliekantys panašias funkcijas kaip aukštesniųjų augalų mitochondrijose (kvėpuoja), chemosintezės funkcijas. Plazminės membranos dėka susidaro fotosintetinančios membranos. Fotosintetinančias membranas turi tik fotosintezę vykdančios bakterijos (purpurinės, melsvabakterės). Šiose membranose yra bakterijų chlorofilas.

Daugelis bakterijų turi iš citoplazmos pro sienelę išaugusius žiuželius – judėjimo skystyje organoidus. Kiekviena bakterijų rūšis turi skirtingą žiuželių skaičių. Jų būna nuo 1 iki 100, jie sudaryti iš baltymų. Taip pat bakterijos turi ir trumpesnių ataugų – fimbrijų, kuriomis jjos prilimpa prie kitų ląstelių ar daiktų.

Bakterijos citoplazma sudaryta iš H2O, baltymų, riebalų, angliavandenių ir kitų koloidinėje būklėje esančių medžiagų, kurių kiekis priklauso nuo bakterijos rūšies, amžiaus, mitybos ir kitų sąlygų. Citoplazmoje yra nukleoidas – tai bakterijos chromosoma. Nukleoide yyra visa genetinė informacija. Bakterijų nukleoidas neapgaubtas apvalkalėliu, jose nėra tikrojo branduolio, todėl bakterijos vadinamos prokariotiniais organizmais. Bakterijose randama plazmidžių, sudarytų iš DNR molekulių, kurios šimtus kartų trumpesnės nei nukleoide. Citoplazmoje yra ribosomų, sudarytų iš dviejų dalelių – didžiosios ir mažosios. Ribosomos dalyvauja baltymų sintezėje. Taip pat citoplazmoje yra atsarginių medžiagų, vadinamų intarpais, kurie vartojami, kai aplinkoje nėra maisto.

Nelytinis dauginimasis:

Bakterijos dauginasi nelytiniu būdu – dalijimosi. Pirmiausia replikuojasi (dvigubėja) nukleoidas, kuriame sukaupta visa genetinė informacija. Po replikacijos ląstelėje DNR molekulių padvigubėja, jos nutolsta viena nuo kitos. Susidaro dukterinės ląstelės, kurių DNR yra tokios pat kaip ir motininių ląstelių. Toliau atsiranda petvarėlė, atskirianti ląsteles vieną nuo kitos. Dauginimosi greitis priklauso nuo bakterijų rūšies ir aplinkos sąlygų (maisto, temperatūros, drėgmės, pH ir kkt.).

Lytinis dauginimasis:

Vykstant DNR ar jos fragmentų mainams transformacijos (genetinės informacijos patekimas į ląstelę su svetima DNR ir informacijos pasikeitimas), transdukcijos (ląstelės genomo dalies patekimas į kitą ląstelę; vienas genų rekombinacijos atvejų) ar konjugacijos pavidalu gali susidaryti bakterijų genetinių rekombinacijų. Bakterijos gali daugintis kas 20-30 min. Kai kurios bakterijos, esant nepalankioms sąlygoms, sudaro endosporas. Sporos – tai bakterijų ramybės stadija. Jos gali išlikti gyvybingos labai ilgą laiką, kol patenka į palankias sąlygas, kur spora išbrinksta, vartodama atsargines maisto mmedžiagas pradeda augti. Sprogus sporos sienelei, susidaro nauja ląstelė.

Pagrindinės bakterijų filogenetinės grupės

Grupė Apibūdinimas Gentis

Aquificales Termofilinės bakterijos.Seniausia bakterijų šaka. Aquiflex, Hydrogenobcter

Thermotolages Termofilinės bakterijosLąsteles supa apvalkalas. Thermotoga.Thermosipho

Žaliosios bakterijos Fotosintetinančios ir termofilinės bakterijos. Chloroflexus, Herpe-Tosiphon.

Deinokokai Sienelės susideda iš glikopeptido.Spinduliuotei atsparios bakterijos. Deinococcus,Thermus

Proteobacteria Kai kurios bakterijos yra fototrofai, kiti-chemotrofai. Rhodobacter, Shigella,Nitrobacter, Beggiatoa, Legionella

Gramateigiamos bakterijos Visos bakterijos, kurios turinedaug G+C porų. Bacillus, Clostridium,Mycoplasma,Mycobacterium, Actinomyces

Melsvabakterės Fototrofinės bakterijos, kuriosFotosintezės metu išskiria deguonį. Nostoc,Anabaena,Oscillatoria

Chlamidijos Neturi glikopeptido, sienelę sudaro baltymai, gyvenakaip parazitai. Chlamydia

Planktomicetai Gramineigiamos bakterijos, dalijasi pumpuravimu. Planctomyces

Bakteroidai Gramaneigiamos bakterijos. Bacteroides.

Spirochetos Gramaneigiamos sraigės, judančios sraigto principu. Spirochaeta,Borrelia,Leptospira

Žaliosios sierabakterės Žalios fototrofinės bakterijos,neišskiria deguonies. Chlorobium

Pagal formą bakterijos skirstomos:

1. Rutuliai _ kokai.

Jei rutuliai išsidėstę po du _ diplokokai ( gonorėja ).

Jei rutuliai išsidėsto vynuogių kekės forma _ stafilokokai.

Jei grandinėle _ streptokokai.

2. Lazdelės _ bacilos ( tuberkuliozės, žarnyno ).

3. Spirilos formos ( sifilio ).

4. Išlenktos formos.

Bakterijų mityba:

1. Autotrofinis _ kai iš mineralinių medžiagų gamina organines medžiagas. Toks mitybos būdas dar gali būti:

a) fototrofinis ( kai organines medžiagas sintetina gaudamos šviesą, pvz.: melsvabakterės, purpurinės bakterijos );

b) chemotrofinis ( kai energiją gauna iš cheminių reakcijų, pvz.: azotobakterės, nitrifikuojančios bakterijos, sierosbakterės, gelžbakterės ).

2. Heterotrofinis _ kai naudoja organines medžiagas. Toks mitybos būdas dar gali būti:

a) saprofitinis _ kai minta negyvomis organinėmis medžiagomis. Tai _ puvimo bakterijos, rūgimo bakterijos, acto rūgšties bakterijos;

b) parazitai _ kai minta gyva organine medžiaga. Tai augalų ir gyvūnų ligų sukėlėjai.

Bakterijų gyvenamoji aplinka:

1. Ore. Bakterijos gali patekti net į biosferą. Ore randama skarlatinos, tuberkuliozės, anginos ir kk.t. bakterijų;

2. Dirvožemyje. Azotobakterės, nitrifikuojančios bakterijos, puvimo bakterijos, stabligės bakterijos. Stabligės bakterijos gyvena simbiozėje su kai kuriais gyvūnais. Jos gyvena karvės, arklio, avies, slieko žarnyne. Užsikrėtus stablige stabligės lazdelės dauginasi kraujyje ir smegenyse. Stabligės lazdelės išskiria labai stiprius toksinus ( vienus iš pačių stipriausių pasaulyje ). Stabligė yra nepagydoma, nuo jos kasmet Lietuvoje miršta apie penkis žmones. Tačiau yra sukurtos vakcinos nuo stabligės;

3. Vandenyje. Jame randama choleros vibrionų, dizenterijos, vidurių šiltinės lazdelės, bruceliozės sukėlėjai;

4. Gyvūnų organizme. Žarnyno lazdelės, kurios skaido celiulioze ir gamina B grupės vitaminus, ypač vitaminą B12 . Ir dar gali gyventi žmogaus ligas sukeliančios bakterijos. Kokai _ pūlingi susirgimai, angina.

Bakterijų nauda:

1. Skaido negyvas organines medžiagas;

2. Šaknų gumbeliuose fiksuoja azotą;

3. Padeda žolėdžiams suvirškinti maistą (celiuliozę);

4. Žmogaus žarnyne išskiria tam tikrus vitaminus ir fermentus.

Melsvabakterės pirmosios išskyrė O2 į pirmykštę atmosferą ir pirmosios prisitaikė gyventi sausumoje. Bakterijos – tai ląstelės. Monerų karalystei priklauso bakterijos, tarp jų ir melsvabakterės. Bakterijos ląstelėje nėra branduolio ir kitu membraninių organoidų, randamų eukariotinėje ląstelėje. Ląstelės sienelėje yra glikopeptido. Bakterijos dauginasi nelytiškai – skildamos pusiau; genetinės medžiagos rekombinacija gali vykti dėl konjugacijos, transformacijos ar transdukcijos. Tačiau pagrindinė genetinės įvairovės atsiradimo priežastis yra mutacijos. Kai kurios bakterijos sudaro endosporas, kurios ypač atsparios ardymui, ir todėl genetinė medžiaga gali išlikti nepalankiausiomis sąlygomis.

Bakterijų poreikis (ir ppakantumas) deguoniui yra nevienodas. Egzistuoja obligatiniai (visiški) anaerobai, fakultatyviniai (daliniai) anaerobai ir aerobinės bakterijos.

Dalis bakterijų yra autotrofinės ir vykdo fotosintezę arba chemosintezę. Vienos fotosintetinančios bakterijos (melsvabakterės) deguonį išskiria, kitos (purpurinės ir žaliosios sierabakterės) – ne. Chemosintetinančios bakterijos oksiduoja neorganinius junginius, pavyzdžiui, vandenilio sulfidą, kad gautų reikalingas energijos maisto medžiagoms gaminti. Šių bakterijų daugiausia aptinkama karštosiose versmėse.

Paveiktos nepalankių aplinkos sąlygų, kai kurios bakterijos sudaro endosporas (gr. endon – viduįe + spora – sėkla). Citoplazmos dalis ir chromosomos kopija netenka vandens (išdžiūva), ją apgaubia trys stori apsauginiai sporos dangalai. Likusi bakterijos ląstelės dalis suyra, ir spora patenka į aplinka. Sporos išgyvena pačiomis atšiauriausiomis aplinkos sąlygomis – dykumos karštyje ir sausroje, virimo temperatūroje, ašigaliu ledynuose ir veikiant ultravioletine spinduliuote. Jos išlieka gyvos labai ilgai. Kai 1300 metu senumo juodligės spora sudygsta, ji dar gali sukelti stiprią infekciją (dažniausiai tarp galvijų ir avių). Dygdama spora sugeria vandenį ir išauga iš sporos dangalų. Per keletą valandų ji tampa bakterijos ląstele, kuri toliau gali daugintis skildama pusiau. Žmonėms ypač pavojingas apsinuodijimas maistu, kuriame yra botulino, išsiskiriančio dygstant endosporoms maisto konservuose. Ši liga, vadinama botulizmu, yra mirtina, nors pasitaiko retai. Sporų susidarymas nėra dauginimosi būdas, bet jis leidžia išgyventi ir išplisti naujose vietose. Kai kurios bakterijos

plinta judėdamos žiuželiais.

Dauguma bakterijų yra aerobiniai heterotrofai ir saprofitiniai skaidytojai, todėl jos būtinos maisto medžiagų apykaitai ekosistemose. Jų medžiagų apykaita yra tokia intensyvi, kad žmonės jas naudoja įvairioms nereikalingoms medžiagoms skaidyti ir naujoms gaminti. Daug heterotrofiniu bakterijų yra simbiontai. Mutualinės azotą fiksuojančios bakterijos gyvena ankštinių augalų šaknų gumbeliuose. Tačiau kai kurie simbiontai parazituoja ir gali sukelti augalų ir gyvūnų ligas.

Bakterijos turi įtakos azoto apytakai biosferoje. Šlapiose dirvose ir vandens telkiniuose gyvena bakterijos, kurios verčia nitratus dujiniu azotu, o šis išlekia įį orą. Šis procesas vadinamas denitrifikacija. Tačiau yra bakterijų, kurios sugeba oro azotą vėl paversti jonine forma. Šis procesas vadinamas azoto fiksacija, o organizmai, kurie tai daro – azoto fiksatoriais. Azoto fiksatoriai – tai gumbelinės bakterijos, gyvenančios simbiozėje su aukštesniais augalais, dirvoje laisvai egzistuojančios azotobakterės ir vandenyje gyvenančios melsvabakterės.

Bakterijų sukeltos ligos:

a) Reumatas – bakterijų (streptokokų) išprovokuota alerginė uždegiminė liga, pažeidžianti širdį, sąnarius, smegenis, odą bei kitus organus. Šia liga gali susirgti įvairaus amžiaus, bet dažniausiai jauni (7-15 metų) žmonės. Užsienyje šši liga vadinama reumatine karštine.

Šią ligą gali sukelti:

1) A grupės β hemolizinis streptokokas – tai bakterija, kuri dažniausiai sukelia anginą, bet gali sukelti prienosinių ančių uždegimą (sinusitą), ausies uždegimą ar kitą infekcinę ligą.

2) Paveldimumas (dažnai reumatu serga keli šeimoms nariai).

3) PPakitęs žmogaus atsparumas dėl, pavyzdžiui, blogų buities sąlygų (ankštas, šaltas, drėgnas butas, didelis žmonių susitelkimas), peršalimo, nepakankamos mitybos.

Persirgus angina ar kita streptokoko sukelta liga, organizmas prieš bakteriją pradeda gaminti specialias ją žudančias medžiagas (antikūnus). Tačiau dėl tam tikrų paveldėtų žmogaus genetinių ypatybių, šios medžiagos pradeda žaloti ne tik bakteriją, bet ir paties žmogaus audinius (širdies raumenį ir vožtuvus, sąnarius, poodį, odą, smegenis), sukeldamas šių organų uždegimą ir pažeidimą. Tai vadinama imuninėmis alerginėmis reakcijomis. Reumatas pažeidžia širdies vožtuvus ir sukelia širdies ydas!

b) Infekcinis endokarditas – vidiniame širdies sluoksnyje (endokarde) arba širdies vožtuvuose esančio bakterijų ar grybelių židinio sukelta liga. Ligą gali sukelti įvairios bakterijos (streptokokas,stafilokokas)argrybeliai. Mūsų organizme (burnoje, žarnyne, ant odos) gyvena daug bakterijų, kurios paprastai nekenksmingos. Kai kurių medicininių procedūrų metu ((pvz., traukiant dantį, atliekant burnos, stemplės operacijas, tiriant skrandį ar žarnyną endoskopu, atveriant įvairius pūlinius ir pan.), į kraują patenka bakterijos, kurios per kelias minutes sunaikina žmogaus gynybinės sistemos. Tačiau, jei žmogus jau turi pažeistus širdies vožtuvus (serga širdies yda) arba organizmo atsparumas yra sumažėjęs (tai būdinga narkomanams, badaujantiems, ligų išsekintiems žmonėms ir kt.), šios bakterijos apsigyvena širdies vožtuvuose arba endokarde ir sukelią kraujo užkrėtimą.

c) Vidurių šiltinė yra ūmus infekcinis susirgimas, kuriuo metu išopėja žarnyno limfmazgiai.

Ligai yra bbūdinga intoksikacija, karščiavimas, odos bėrimai, kepenų ir blužnies padidėjimas.

Vidurių šiltinę sukelia lazdelės formos bakterija – šiltinės salmonelė (lot. Salmonella typhi). Infekcijos šaltinis yra sergantis žmogus ar bakterijų nešiotojas. Epidemiologiškai pavojingiausi yra bakterijų nešiotojai ar ligoniai, kuriems ligos požymiai neišreikšti. Užsikrečiama fekaliniu-oraliniu būdu (kuomet išmatų dalelės patenka į burną). Epidemijos išsivystymui didžiausią reikšmę turi sukėlėjo plitimas per vandenį. Pavienių susirgimų metu paprastai užsikrečiama buityje, per maistą.

Kova su bakterijomis:

Kai kurios bakterijos žūsta nuo tiesioginių saulės spindulių. Kovai su bakterijomis naudojamos ir specialios priemonės:

1. Antibiotikai _ stabdo bakterijų augimą ir dauginimasi;

2. Naudojami bakteriofagai;

3. Skiepai;

4. Dezinfekcinės priemonės. Chemines medžiagos: formalinas, lizolis, spiritas;

5. Fizinės priemones. Virimas, kai pakaitinama 65oC temperaturoje 10 _ 20 min., vadinamas pasterilizacija. Kai kaitinama vandens garuose, sausame ore ar vandenyje padidinus slegį 120oC temperaturoje, vadiname sterilizacija;

6. Profilaktika. Reikia laikytis higienos ir sanitarijos reikalavimų.