Бактерии Вирусы Краткая характеристика Надцарство прокариоты Бактерии

Бактерии. Вирусы. Краткая характеристика

Надцарство прокариоты Бактерии

БАКТЕРИИ • Бактерии (микробы) – одноклеточные прокариоты. • У них отсутствует обособленное ядро, а наследственный материал не отграничен от цитоплазмы оболочкой и представлен кольцевой ДНК (нуклеоид). В клетке бактерии нет органелл, свойственных представителям других Царств живых организмов.

История изучения бактерий • Бактерии впервые удалось увидеть создателю микроскопа Антони Левенгуку в 1676 г. • Позже (1850) бактерии изучал известный ученый Луи Пастер (пастеризация) • Роберт Кох исследовал строение и воздействие туберкулезных бактерий

• К настоящему времени описано около десяти тысяч видов бактерий и предполагается, что их существует свыше миллиона, однако само применение понятия вида к бактериям сопряжено с рядом трудностей. • • Изучением бактерий занимается раздел микробиологии — бактериология Схема строения грамположительной бактерии: A — пили, B — рибосомы, C — капсула, D — слой пептидогликана, E — жгутик, F — цитозоль, G — запасные вещества, H — плазмида, I — нуклеоид, J — цитоплазматич. мембрана

Способ питания бактерий • По способу питания бактерии делятся на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы. • К автотрофам относятся фотосинтетики (например, пурпурные бактерии и сине-зелёные водоросли) и хемосинтетики (железобактерии, серобактерии, азотные бактерии). • Цианобактерии (сине-зелёные водоросли) автотрофны. По-видимому, именно эти организмы в свое время наполнили атмосферу Земли кислородом. • К гетеротрофам относятся паразиты (возбудители гонореи, менингита и пр. ) и сапрофиты (например, бактерии гниения или брожения).

Способ дыхания бактерий • По способу дыхания бактерии делятся на аэробов (большинство бактерий) и анаэробов (возбудители столбняка, ботулизма, газовой гангрены). • Первым для дыхания нужен кислород, для вторых кислород бесполезен или даже губителен.

Размножение бактерий • Бактерии обычно не имеют полового процесса и размножаются лишь равновеликим бинарным поперечным делением или почкованием • У некоторых бактерий кроме бесполого размножения наблюдается половой процесс, но в самой примитивной форме.

Деление клетки: Одноклеточная цианобактерия Cyanothece демонстрирует рекордно высокие показатели выработки водорода.

Размножение бактерий • Половой процесс бактерий отличается от полового процесса эукариот тем, что у бактерий не образуются гаметы и не происходит слияния клеток. • Однако главнейшее событие полового процесса, а именно обмен генетическим материалом, происходит и в этом случае. • Этот называется генетической рекомбинацией: часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки-донора переносится в клеткуреципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора

Классификация бактерий • Бактерии делят на такие крупные группы, как цианобактерии и эубактерии, хотя есть еще много других групп, ряд классификаций с учетом их фено- или геносистематики • Архебактерии (археи) были выделены позже в отдельное царство

Цианобактерии, или синезеленые водоросли имеют особые пигменты – фикоцианин и фикоэритрин Могут быть одноклеточными и нитчатыми, в том числе колониальными Автотрофы, имеют хлорофилл а и около 30 внутриклеточных пигментов. Они способны жить в термальных источниках (+ 60), на льдах, при отсутствии влаги, в грязной воде Могут вырабатывать слизь для самозащиты от высыхания

• Морские и пресноводные, почвенные виды, участники симбиозов (например, в лишайнике). • Составляют значительную долю океанического фитопланктона. Способны к формированию толстых бактериальных матов. • Уникальное экологическое положение обусловлено наличием двух трудносочетаемых способностей: к фотосинтетической продукции кислорода и фиксации атмосферного азота (у 2/3 изученных видов). гетероциста Некоторые азотфиксирующие цианобактерии способны к дифференцировке — формированию специализированных клеток: гетероцист и гормогониев. Гетероцисты выполняют функцию азотфиксации, в то время как другие клетки осуществляют фотосинтез.

Главные участники цветения воды, которое вызывает массовые заморы рыбы и отравления животных и людей. Колония цианобактерий Цианобактерии — изобретатели оксигенного фотосинтеза и создатели кислородной атмосферы Земли — оказались еще более универсальными «биохимическими фабриками» , чем ранее считалось. Выяснилось, что они могут совмещать в одной и той же клетке фотосинтез и фиксацию атмосферного азота — процессы, ранее считавшиеся несовместимыми

Классификация цианобактерий • • Цианобактерии распределены по морфологии на 5 порядков: Хроококковые (Chroococcales) и плеврокапсовые (Pleurocapsales) объединяют одиночные или колониальные сравнительно простые формы в порядки осциллаториевые (Oscillatoriales), ностоковые (Nostocales), стигонемовые (Stigoneomatales) входят нитчатые формы, при этом: Порядок Oscillatoriales включает в себя нитчатые безгетероцистные виды. Нитчатые формы, имеющие гетероцисты, делятся на виды с настоящим ветвлением Stigonematales, неветвящиеся и виды с ложным ветвлением Nostocales. Осциллятория

Анабена Некоторые виды токсичны (Microcystis) и условнопатогенны (например, Anabaena).

Spirulina

Цветение пруда Бактериальный мат Цианобактерии горячих источников

Rivularia

Nostoc

Гетероцисты у Nostoc

Цианобактерии и растительная клетка • Цианобактерии научились использовать вместо сероводорода обычную воду, что обеспечило им широкое распространение и огромную биомассу. Побочным результатом их деятельности стало насыщение атмосферы кислородом. • Некоторые ученые считают, что «без цианобактерий не было бы и растений, ведь растительная клетка — результат симбиоза нефотосинтезирующего одноклеточного организма с цианобактериями» • Все растения осуществляют фотосинтез органелл — пластид, которые по мнению этих ученых - суть не что иное, как симбиотические цианобактерии. И не ясно еще, кто главный в этом симбиозе. Некоторые биологи говорят, пользуясь метафорическим языком, что при помощи особых растения — всего лишь удобные «домики» для проживания цианобактерий

Истинные бактерии (Eubacteria) Эубактерии. • Форма бактерий является одним из важнейших систематических признаков По своей форме бактерии делятся на несколько групп: • кокки (имеют округлую форму) – есть кокки, дипло- и стрептококки, стафиллококк; • бациллы (имеют палочковидную форму) возбудители туберкулеза и дифтерии; • спириллы (имеют форму спирали) - сифилис; • вибрионы (имеют форму запятой) - холера. • Кроме того, бактерии в зависимости окраски (по Граму) делятся на грамотрицательные и грамположительные (разное строение оболочки клетки)

Бациллы. Устройство жгутиков Большинство бактерий передвигаются пассивно, с помощью водных или воздушных течений. Только некоторые из них имеют жгутики. Жгутики прокариот очень просты по устройству. Они ввинчиваются в среду, продвигая клетку вперёд.

Размножение бактерий • Бактерии размножаются путем деления примерно каждые 20 минут (в благоприятных условиях). • ДНК реплицируется, каждая дочерняя клетка получает по своей копии родительской ДНК. Возможна также передача ДНК между неделящимися клетками (при помощи бактериофагов или путём конъюгации, когда бактерии особым образом соединяются между собой). • Размножению препятствуют солнечные лучи и продукты их собственной жизнедеятельности. • На «мышке» в интернет-кафе в 2 раза больше бактерий на ед. площади, чем на ручках уборных

Самосохранение бактерий • При неблагоприятных условиях бактерия покрывается плотной оболочкой, цитоплазма обезвоживается, жизнедеятельность почти прекращается. • В таком состоянии споры бактерии могут часами находиться в глубоком вакууме, переносить температуру от – 240 °С до +100 °С.

Болезнетворные бактерии • Среди бактерий множество болезнетворных видов (патогенные микробы). Возбудители: туберкулеза; язвы сибирской, язвы желудка

• Есть немало и полезных бактерий – это азотфиксаторы, кисломолочные, бродильные. • Главная роль бактерий в природе – разложение мертвого органического вещества (редуценты). Клубеньковые бактерии – азотфиксаторы на корнях бобовых Бактерии редуценты - сапрофаги

Роль бактерий в природе • Две важнейшие экологические функции бактерий – фиксация азота и минерализация органических останков. • Связывание молекулярного азота бактериями с образованием аммиака (азотофиксация) и последующая нитрификация аммиака – жизненно важный процесс, поскольку растения не могут усваивать газообразный азот. • Примерно 90 % связанного азота производится бактериями, в основном сине-зелёными водорослями и бактериями рода ризобиум (Rhyzobium), симбиотирующими с бобовыми растениями.

Бактерии – важные агенты генной инженерии Биологи изолируют те или иные участки ДНК, соединяют их в новых комбинациях и переносят из одной клетки в другую. Большая часть работ по переносу участков ДНК, или генов, проводилась до последнего времени на бактериях ГМП - Генетически модифицированные продукты

Генная инженерия и ГМО • Генетически модифицированные организмы (ГМО, genetically modified organism, GMO) создаются методами генной инженерии науки, которая позволяет вводить в геном растения, животного или микроорганизма фрагмент ДНК из любого другого организма с целью придания ему определенных свойств. Так картофель получил ген бактерии, чей яд смертелен для колорадского жука

Архебактерии (Археи) – новое царство • Архебактерии – мелкие неподвижные клетки. • Это авторофы - хемосинтетики, реже фотосинтезирующие (имеют пигмент родопсин). • Особое строение клеточной стенки, жгутиков, другие биохимические процессы, некоторые иные компоненты синтеза белка • Очень устойчивы к воздействию факторов внешней среды - экстремофилы

Неклеточные формы жизни Вирусы

ВИРУСЫ • Вирусы – неклеточные организмы, которые состоят лишь из наследственного вещества – нуклеиновой кислоты (или РНК, или ДНК). • Открыл вирусы русский микробиолог Дмитрий Иосифович Ивановский в 1892 г. , изучая мозаичную болезнь табака Д. И. Ивановский «Мозаичная болезнь» табака

Свойства вирусов • Вирусы проявляют свойства живых организмов только в клетках • Вне клеток они не могут размножаться • Нет собственного метаболизма, они не могут сами синтезировать белки • Вирусы вносят в клетку только свою генетическую информацию. С матрицы вирусной РНК на рибосомах инфицированной клетки синтезируются вирусные белки • Это паразитизм на генетическом уровне

• Вирус – внутриклеточный паразит. • Он инфицирует клетку хозяина, встраивая свою РНК, как матрицу в его хромосомы и начинает репродуцировать зараженные клетки. Бактериофаг ВИЧ

Вирусы – бактериофаги – паразитируют на бактериях. Оболочка вируса (капсид) остается наружи Бактериофаг вводит полый стержень в клетку и выталкивает через него свою ДНК или РНК

Вирусы - возбудители опасных болезней • Вирусы - возбудители опасных эпидемических болезней: оспы, гепатита, энцефалита, бешенства, гриппа, СПИДа и многих других. • СПИД – синдром приобретенного иммунодефицита, его возбудитель – вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Впервые выявлен в 1981 г. в США. В России - в 1987 г. Вероятное происхождение – Африка. ВИЧ – гибнет при t = 42 градуса и в щелочной среде слюнных желез (т. е. не передается при поцелуе, через комаров). • Заражение происходит через кровь (инъекции наркотиков многоразовыми шприцами) и половым путем. Между заражением ВИЧ и болезнью СПИД с неизбежным летальным исходом проходит от 3 -5 до 10 лет. В мире более 60 млн. ВИЧ-инфицированных (каждый 100 -й, более 20 млн. умерли), в России ~ 1 млн. , в Москве ~ 30 тыс. (каждый 300 -й). Это мировая эпидемия, от которой нет лекарств (ожидают их создание в 2010 -2015 гг. ), защита – только личная профилактика.