Кто такие бактерии. Развитие бактерий в различных условиях жизни

Дата создания: 2014/01/08

Общая характеристика бактерий

Бактерии - это мельчайшие живые существа, величина которых в большинстве случаев не превышает 01-0,2 мм, что делает их не видимыми для человеческого глаза без увеличения. Мир бактерий, населяющих планету, велик и разнообразен. Они различаются между собой морфологически, а также физиологическими и биохимическими свойствами. Общая характеристика для бактерий - это, что у них нет ядра, все они относятся к прокариотам. Основными структурами бактериальной клетки являются: клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма с включениями и ядро, называемое нуклеоидом. Бактерии могут иметь дополнительные структуры: капсулу, микрокапсулу, слизь, жгутики, фимбрии, пили. (Воробьев А.А. Медицинская и санитарная микробиология. М. Академия, 2003г)

Формы и величина бактериальных клеток

Большинство прокариот - одноклеточные формы. Величина клеток многих прокариот находится в пределах 0,2-10,0 мкм. Однако среди них есть «карлики» (01 мкм - трепонемы, микоплазмы) и «гиганты» (длиной до 100 мкм Akhromatium Makromonas) Формы клеток бактерий не отличаются большим разнообразием. Это чаще всего палочки разной длины, сферические клетки (кокки), а также извитые формы - вибрионы (слегка изогнутая палочка), спириллы (извитая форма с несколькими спиральными завитками), спирохеты (спиральные завитки закрученные в клубок). Многие бактерии подвижны. Различают плавающий и скользящий способ передвижения. Наиболее распространено плавающее движение бактерий при помощи жгутиков. Обнаружены виды с треугольниками, квадратными и плоскими (тарелкообразными) клетками, некоторые имеют отростки - простеки.

Тип группирования клеток иногда помогает определять систематическую принадлежность бактерий. Они могут быть одиночными, объединяться в пары, короткие и длинные цепочки правильной и неправильной формы, образовывать пакеты из 4,8, и более клеток, формировать розетки, сети. Значительное число бактерий из актиномицетной группы образуют мицелий.

Колониальные формы бактерий

Бактерии шаровидной формы (кокки) в зависимости от плоскости деления и расположения относительно друг друга отдельных особей подразделяются на:

микрококки (монококки) - отдельно лежащие клетки;
диплококки - парные, соединенные по две;
стрептококки - бактерии, образующие в результате деления клеток в одном направлении разнообразной длины цепочки;
стафилококки (виноградная гроздь) - представляют собой кокки, расположенные в виде грозди винограда в результате деления в разных плоскостях;
образование из четырех кокков;
сарцины (связка, тюк) - располагаются в виде пакетов из 8 и более кокков, так как они образуются при делении клетки в трех взаимно перпендикулярных плоскостях (Громов Б.В. Строение бактерий.)

Среди прокариот есть подвижные и неподвижные виды. Движение клеток чаще всего осуществляется за счет вращения жгутиков. Еще один способ движения является скольжение клеток, механизм которого изучен недостаточно. Есть «прыгающее» движение, механизм которого пока не выяснен. Подвижные бактерии способны осуществлять реакции таксиса: аэро- и фито- таксис, хемо- и магнитотаксис.

Прокариоты отличаются от эукариот главным образом отсутствием оформленного ядра и наличием в типичном случае всего одной хромосомы - очень длинной кольцевой молекулы ДНК, прикрепленной в одной точке к клеточной мембране. У прокариот нет и окруженных мембранами внутриклеточных органелл, называемых митохондриями и хлоропластами. У эукариот митохондрии вырабатывают энергию в процессе дыхания, а в хлоропластах идет фотосинтез. У прокариот вся клетка целиком (и в первую очередь - клеточная мембрана) берет на себя функцию митохондрии, а у фотосинтезирующих форм - заодно и хлоропласта. Как и у эукариот, внутри бактерии находятся мелкие нуклеопротеиновые структуры - рибосомы, необходимые для синтеза белка, но они не связаны с какими-либо мембранами. За очень немногими исключениями, бактерии не способны синтезировать стеролы - важные компоненты мембран эукариотической клетки.

Снаружи от клеточной мембраны большинство бактерий одето клеточной стенкой, несколько напоминающей целлюлозную стенку растительных клеток, но состоящей из других полимеров (в их состав входят не только углеводы, но и аминокислоты и специфические для бактерий вещества). Эта оболочка не дает бактериальной клетке лопнуть, когда в нее за счет осмоса поступает вода. Поверх клеточной стенки часто находится защитная слизистая капсула. Многие бактерии снабжены жгутиками, с помощью которых они активно плавают. Жгутики бактерий устроены проще и несколько иначе, чем аналогичные структуры эукариот.

Размножение и развитие прокариот

Большинство бактерий размножаются в результате бинарного деления, реже почкованием, а некоторые с помощью экзоспор или обрывков мицелия. Многоклеточные прокариоты могут размножаться отделением от трихома нескольких или одной клетки. У ряда бактерий обнаружена конъюгация, однако она не обеспечивает полной передачи генетического материала из одной клетки в другую.

При размножении бактерии бесполым путем: ДНК в их клетке реплицируется (удваивается), клетка делится надвое, и каждая дочерняя клетка получает по одной копии родительской ДНК. Бактериальная ДНК может передаваться и между неделящимися клетками. При этом их слияния (как у эукариот) не происходит, число особей не увеличивается, и обычно в другую клетку переносится лишь небольшая часть генома (полного набора генов), в отличие от "настоящего" полового процесса, при котором потомок получает по полному комплекту генов от каждого родителя.

Такой перенос ДНК может осуществляться тремя путями. При трансформации бактерия поглощает из окружающей среды "голую" ДНК, попавшую туда при разрушении других бактерий или сознательно "подсунутую" экспериментатором. Процесс называется трансформацией, поскольку на ранних стадиях его изучения основное внимание уделялось превращению (трансформации) таким путем безвредных организмов в вирулентные. Фрагменты ДНК могут также переноситься от бактерии к бактерии особыми вирусами - бактериофагами. Это называется трансдукцией. Известен также процесс, напоминающий оплодотворение и называемый конъюгацией: бактерии соединяются друг с другом временными трубчатыми выростами (копуляционными фимбриями), через которые ДНК переходит из "мужской" клетки в "женскую".

Иногда в бактерии присутствуют очень мелкие добавочные хромосомы - плазмиды, которые также могут переноситься от особи к особи. Если при этом плазмиды содержат гены, обусловливающие резистентность к антибиотикам, говорят об инфекционной резистентности. Она важна с медицинской точки зрения, поскольку может распространяться между различными видами и даже родами бактерий, в результате чего вся бактериальная флора, скажем кишечника, становится устойчивой к действию определенных лекарственных препаратов.

Некоторые клетки образуют покоящиеся формы: цисты, эндоспоры, акинеты. Известны бактерии, образующиеся плодовые тела, часто причудливой конфигурации и расцветок. Отличительной особенностью бактерий является их особенность к быстрому размножению. «Чемпионами» в этом отношении являются фитобактерии, время генерации которых примерно 8 минут.

Очень часто человек посещает магазин или на рынок, где покупает себе продукты. Вопрос в том, как их продают и что он покупает. Непосвященный в тонкости "санитарной организации торговли" человек не заметит, что его обслужили некачественно, а потом и не поймет, почему после приема купленной пищи у него возникли проблемы со здоровьем. Невинное соседство несовместимых товаров, даже просто неправильно поданный хлеб могут вызвать серьезные пищевые отравления и инфекционные заболевания. В окружающей среде - в воздухе, на мебели, кухонном инвентаре и на самих продуктах - находится множество микроорганизмов, которые при благоприятных условиях быстро размножаются. Некоторые из них способны вырабатывать сильные яды (токсины). Часто на рынках продают мясные полуфабрикаты, кур вместе с колбасными изделиями, сыром, молочными продуктами. Микроорганизмы с сырых продуктов попадают на готовые к употреблению продукты, при этом вызывают пищевое отравление. Это может случиться и при использовании кухонного инвентаря: ножей, лопаток, разделочной доски, весов - сначала для мяса, а затем для готовых продуктов. К заражению сальмонеллами может привести и неправильное хранение в холодильнике (в незакрытой таре по соседству с сырой рыбой и другими продуктами) продуктов.

Особенно высока вероятность заражения продуктов, а, следовательно, и отравлений людей в конце лета и осенью. В это время в несколько раз увеличивается количество фруктов ввозимых с южных регионов страны, и их продажа на рынках города возрастает, при этом не всегда соблюдаются правила торговли этими видами продуктов питания. (Воробьев А.А. Медицинская и санитарная микробиология. М. Академия, 2003г.)

Фрукты и овощи - это особая группа продуктов питания, которая требует индивидуального инвентаря и рабочего места. Фрукты и овощи по санитарным нормам должны продаваться с торговых столов, запрещено продавать фрукты и овощи с земли, а их продают именно с земли на всех рынках и спонтанно возникающих торговых точках. Нередко потерявшие товарный вид фрукты - разбитые или имеющие трещины арбузы и дыни, персики, абрикосы, подгнившие фрукты продают рядом со свежими фруктами, снизив цену. Гниль стоит в одном ящике, хорошие овощи - рядом в другом. Хранение их на одном подтоварнике - не просто нарушение товарного соседства. Подгнившая плодоовощная продукция вообще не подлежит реализации. В ней содержатся токсины, способствующие развитию раковых заболеваний. Фрукты - это хорошая среда для развития возбудителей опасных инфекционных заболеваний, и нарушения в правилах торговли этим видом продукции, могут стать причиной проблем со здоровьем у многих людей.

В окружающей среде находится множество микроорганизмов, которые при благоприятных условиях быстро размножаются. Вот почему в черный список продуктов питания, на которых при неправильной организации торговли могут сохраняться болезнетворные микроорганизмы, попадают фрукты и овощи.

Для проведения исследования были приобретены фрукты и овощи на рынках города и торговых точках. Приобретены были фрукты: бананы, яблоки, лимоны, груши мандарины, хурма, виноград и овощ - помидор. Каждый фрукт или овощ был помещен в отдельный целлофановый пакет, чтобы избежать его соприкосновения с другими фруктами. Приготовлены твердые питательные среды, которые были предварительно разлиты в чашках Петри.

Питательная среда должна содержать все вещества, необходимые для роста и развития бактерий. Сырье для питательных сред было взято в санитарно-эпидемиологической станции г. Сургута. В основном использовалась среда агара с различными наполнителями и универсальные питательные среды.

К агару добавлены наполнители для разных микроорганизмов. Эндо-агар - здесь могут размножаться любые микроорганизмы, потому, что это универсальная питательная среда для многих бактерий. Желтый агар - желточно-солевая среда, на которой выживают только стафилококки. Все остальные микроорганизмы - и безвредные и болезнетворные - соль не переносят. На такой среде может вырасти стафилококк. Главное, какой он? Ведь стафилококков много, и среди них болезнетворен только один - золотистый, вызывающий воспаления вплоть до сепсисов. Другие для человека безвредны: например, эпидермальный стафилококк есть на коже у всех людей без исключения.

Среда Сабуро - среда для развития плесневых и дрожжеподобных грибов, спорами которых усыпаны немытые руки человека, поверхности предметов, поручни общественного транспорта и вполне возможно - фрукты. Самые неприятные из патогенных дрожжеподобных грибов - грибы рода кандида, поражающие кожу, волосы, ногти и даже легкие.

Висмут-сульфит агар - свойства среды основаны на способности микроорганизмов продуцировать сероводород, который вступает в реакцию с лимоннокислым висмутом и образует соединение черного цвета - сернистый висмут. (Егорова Н.С. Практикум по микробиологии.) Перед проведением эксперимента проводят стерилизацию чашек Петри, все пробы проводятся в стерильных медицинских перчатках, стол обрабатывается спиртом. Чашки Петри сверху закрываются крышечками и пронумеровываются, каждому номеру соответствовал определенный посев с фруктов или овощей. Посев проводят специальной стерильной палочкой или бактериологической петлей, которую предварительно прокаливают в пламени спиртовки. Рассеивают накопительную культуру с помощью петли или ватной палочки методом истощающего штриха. После посева все чашки помещают в теплое (t 37 C) сухое место.

После выращивания бактерий

Гнилостный протей и кишечная палочка оказались на помидорах и винограде и на грязных руках человека. Протей если попадает в кишечник - вызывает отравление. Кишечная палочка, может вызвать острые кишечные расстройства. Кроме этого проявились непатогенные стафилококки и плесневые грибки.

После промывания рук человека под проточной водой с мылом и щеткой на питательных средах появились только непатогенные стафилококки (бактерии, которые содержатся в воздушной среде помещения). Проявился золотистый стафилококк, вызывающий воспаления вплоть до сепсисов и плесневые грибы на мандаринах, хурме, груше и бананах - обнаружились патогенные грибы - так называемые кожистые - грибы из рода кандида, от которых можно заполучить самые разные кожные болезни и даже внутреннюю пневмонию.

Стафилококки, стрептококки способствуют возникновению различных гнойных воспалительных процессов, абсцессов, циститов, фарингитов, колитов. Обнаружены дрожжеподобные грибки на питательных средах с яблока, груши, винограда и банана. На питательных средах выросло множество плесневых грибов, кишечная палочка, золотистые и непатогенные стафилококки с винограда. После промывания винограда под теплой проточной водой с добавлением лимонной кислоты исчезла кишечная палочка, а также золотистые и непатогенные стафилококки. Возбудителей дизентерии были обнаружены только на мандаринах и хурме. После промывания теплой проточной водой дизентерийная палочка во втором посеве исчезла. Возбудителей сальмонеллеза не нашлось. Хотя никто не даст гарантии, что на других фруктах их не окажется. В принципе на фруктах могут сохраняться:

бактерии туберкулеза (правда, они чувствительны к яркому солнечному свету);
вирусы гепатита А в сухом состоянии живут несколько месяцев;
возбудители дизентерии сохраняют активность на зелени двое суток, на грушах и яблоках - трое суток, на хурме - около четырех, на винограде - неделю, на томатах до восьми суток.

Организм человека имеет средства защиты от болезнетворных микроорганизмов:

на коже, в виде кожных выделений из пор;
слюна человека имеет щелочную среду в которой не выживают многие микроорганизмы и вещества, которые убивают бактерии;
в крови есть антитела и лейкоциты, которые борются с бактериями в процессе фагоцитоза;
желудочный сок человека содержит соляную кислоту и, следовательно, имеет кислую среду, в которой тоже не могут размножаться многие бактерии.

Но, однако, есть люди, у которых ослаблен иммунитет. Это обычно дети, старики, а также люди, перенесшие болезнь могут составить особую группу риска, когда при не соблюдении правил личной гигиены именно фрукты могут стать причиной возникновения различных инфекционных заболеваний. (Стейнер Р., Эдельберг Э., Ингрм Дж, Мир микробов)

Фрукты и овощи, приобретенные на рынке действительно очень грязные. Исследование показало наличие на фруктах разных микроорганизмов и патогенных в том числе. На фруктах были обнаружены разные плесневые грибки, в том числе и грибы рода кандида, золотистый стафилококк, стрептококки, гнилостный протей, кишечная палочка. На руках человека и на других предметах могут содержатся различные виды бактерий, необходимо мыть с мылом руки перед едой. Организм человека имеет средства защиты от болезнетворных микроорганизмов на коже, в слюне, в крови, в желудочном соке, однако те, у кого ослаблен иммунитет - дети, старики, а также перенесшие болезнь могут составить особую группу риска, когда при не соблюдении правил личной гигиены именно фрукты могут стать причиной возникновения различных заболеваний.

Соблюдение гигиены, употребление доброкачественной пищи - залог здоровья и долголетия человека.

Не употреблять в пищу грязные фрукты и овощи.
Тщательно мыть фрукты и овощи щеткой, промывая затем их проточной водой.
Прежде чем положить в холодильник свежие фрукты и овощи, их надо помыть, так как даже при низкой температуре микробы способны "переползти" с грязных фруктов и овощей на другие хранящиеся в холодильнике продукты.
Перед употреблением пищи необходимо тщательно вымыть руки с мылом и теплой водой.

Живой простейший микроорганизм, имеющий клеточное строение – это бактерия. Но, несмотря на простоту это один из самых интереснейших для изучения. Все бактерии способны к размножению путем деления.

Ученым всегда было интересно наблюдать за тем, как размножаются бактерии. Изучением и наблюдением за бактериями занимается микро раздел биологии - бактериология.

В настоящее время уже изучено и описано примерно десять тысяч видов бактерий. Но предполагают, что на самом деле их количество исчисляется миллионом.

Они окружают нас всю нашу жизнь, их можно встретить в воде, земле, на нашем теле и даже в атмосфере. Образ жизни бактерий в своем роде уникален. Особенность их в том, что в отличие от грибов, бактерии не имеют четко оформленного ядра.

При микроскопическом исследовании можно отметить, что . Кокки, например, имеют округлую форму, хламидии – сферическую форму, а микоплазма имеет форму колбы или нити.

У них, так же как и у всего человечества есть макромолекула под названием ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота). ДНК у бактерий отвечает за хранение и передачу генетической информации от одного поколения микроорганизмов к следующему. Обмен веществ у бактерий (метаболизм) почти такой же, как и у многих живых организмов.

Нельзя недооценивать роль бактерий в биосфере и нашей жизни. Например, плодородие почвы достигается активной работой и отходами жизнедеятельности почвенных бактерий. В сельском хозяйстве для этих целей создаются удобрения.

В жизни человека они тоже исполняют свою роль. Существуют бактерии, которые способны навредить человеку, например кишечная палочка. А также полезные лакто и бифидо, составляющие микрофлоры человека.

Всем известны такие слова, как пробиотики и пребиотики.

Так зачем же они все-таки нужны?

Пробиотики помогают нашему желудочно-кишечному тракту осуществлять свою ежедневную функцию – переваривать пищу, создавать местный иммунитет, вырабатывать такие гормоны как серотонин.

Существуют микроорганизмы – вредители для человека. Многие бактерии являются патогенными и способны вызывать заболевания и бактериальные инфекции. Например, туберкулез, дифтерия, коклюш, дифтерия, столбняк и холера. Их великое множество и большинство из них современная медицина уже научилась побеждать.

Факторы, влияющие на рост и развитие бактерий:

Уровень влажности
Освещение
Уровень pH
Состав окружающей среды
Температурный режим

Рассмотрим важнейшие из них, их влияние к делению и размножению.

Для роста и развития бактериальным клеткам необходим определенный процент уровня влажности. Это нужно бактерии для того, чтобы поддерживать жизнедеятельность. Почти все бактерии и живые организмы любят влагу.

В таких условиях они отлично себя чувствуют. Если показатель уровня влажности вдруг падает, ниже 20% это приводит к разрушающим и останавливающим развитие последствиям.

Чем меньше воды, тем меньше вероятность деления и размножения.

Кислотность и pH – баланс

Почти главенствующую роль во влиянии на развитии бактерий занимает кислотность. Её принято обозначать знаком pH и учитывают интервал от нуля до четырнадцати. Для роста необходимы предельные показатели от 4 до 9. При 9 почти все нам знакомые микроорганизмы перестают расти.

В основной массе они перестают расти уже при показателе в 4 pH. Идеальной средой обитания считается нейтральная кислотность.

Кислая среда — от 0 до 6 pH
Щелочная среда — от 8 до 14 pH
Нейтральная среда — 7,07 pH.

Отдельно стоит выделить кисломолочные бактерии (ацидофильные). Они любят кислую среду и при попадании в нее, например, в молоке начинают работать особым образом, перерабатывая углеводы в молочную кислоту. Они важнейшие производители продуктов содержащих полезные для микрофлоры человека пробиотики.

Полезные свойства ацидофилов используются и в фармацевтике. Ученые нашли положительные свойства и используют их в производстве лекарств не только для кишечника, но и для многих других органов. В домашнем хозяйстве женщины часто применяют полезные свойства бактерий.

Многие каждый год делают заготовки и закрутки на предстоящий сезон без овощей и фруктов. Понижая уровень кислотности путем добавления уксуса, что делает, кислую среду. Этим мы добиваемся гибели патогенных микроорганизмов.

Изменение этих факторов приводит к гибели, усиленному размножению или мутации бактерий.

В благоприятных условиях бактерии делятся, тем самым увеличивают свою популяцию, каждые двадцать минут. При усиленном солнечном свете от воздействия лучей размножение останавливается. Некоторые бактерии реагируют даже на магнитное поле планеты.

Бактерии составляют нормальную микрофлору человека, находятся на коже, слизистых оболочках и даже внутри человека, например в кишечнике. Бактерии существуют даже в воздухе. Можно сказать весь наш мир в своем роде бактериальный.

Бактерии имеют разные способы размножения, одни не имеют полового процесса и размножаются путем почкования или способом поперечного деления. Другие имеют половой процесс, но в самом примитивном виде.

Чтобы иметь представление о жизненном цикле этого микроорганизма, нужно изучить основные восемь фаз развития:

Первая фаза

«Латентная» – фаза отдыха, длящаяся с момента заселения в растительную среду и до начала увеличения популяции (примерно от 60 до 120 минут). Темпы прямо пропорционально зависят от окружающих условий.

Вторая фаза

«Задержка размножения» –происходит процесс умножения, клетки быстро размножаются и делятся, с большой скоростью увеличиваются в своих размерах. Длительность до 120 минут.

Третья фаза

«Логарифмы» – это фаза активного размножения. За время пока идет данная фаза достигается максимально возможное развитие и деление бактерий. Деление происходит в прогрессии. Из двух – в четыре клетки. Из четырех в восемь клеток. Из восьми в шестнадцать и т.д.

Четвертая фаза

«Отрицательное ускорение» – скорость размножения резко уменьшается, а скорость гибели увеличивается. Длительность колеблется от 100 до 120 минут.

Пятая фаза

«Стационарный максимум» — фаза созданная для того чтобы клетки могли размножаться. Размножение вновь набирает скорость, и покрывает количество погибших ранее клеток.

Шестая фаза

«Ускорение гибели» – из названия этой фазы можно сделать вывод о том, что число погибших бактерий в несколько раз больше числа оставшихся в живых клеток, можно сказать фаза скудного существования.

Седьмая фаза

«Логарифмическая гибель» – клетки отмирают с одинаковой скоростью, в то же время процесс деления сначала сбрасывает скорость, а затем и вовсе останавливается.

Восьмая фаза

Всем известная «сальмонелла» вызывает тяжелое инфекционное заболевание сальмонеллез. Она тоже развивается при определенных условиях. Для развития ей требуется температурный режим 37 градусов Цельсия. И даже в охлажденном состоянии они могут быть в фазе покоя со способностью деления до 140 суток и не погибать.

Если продукт зараженный сальмонеллой не пройдет нужную термическую обработку, заражение человека не избежать. Заражение сальмонеллезом сопровождается всеми «неприятными» симптомами отравления.

Продукт, лежащий в открытом доступе, имеет все шансы стать зараженным. Также нужно быть осторожным при приготовлении пищи. Если вы не уверены, что нож лежит на чистом столе, лучше не пренебрегайте повторным мытьем. Нож, которым разделывали сырое мясо, должен сразу же отправляться в мойку, чтобы не допустить его случайное использование для других продуктов.

В домашних условиях заранее узнать заражено ли мясо невозможно. Бактерия не изменяет продукт. Вкус, цвет, внешний вид продукта остается прежним. Чаще всего сальмонеллу можно встретить на яйцах, в молоке, и на мясе.

С течением времени многие штаммы мутировали и стали устойчивыми к основным дезинфекционным растворам и устаревшим антибиотикам. Сальмонеллы настолько живучие, что могут жить и обитать около пяти месяцев в открытых водоемах, а на куриных яйцах почти весь год.

Болезнь у сельскохозяйственных животных проходит без симптомов и заводчики чаще всего не знают о заболевании.

Заразиться сальмонеллезом можно как минимум через два пути:

Контактно — бытовой способ – заражение происходит от одного заболевшего человека к другому.
Пищевой способ – заражение через молочные продукты, немытые яйца или сырое мясо.

Понимая устройство жизни, развития, роста и размножения микроорганизмов вопрос «для чего нужны бактерии» отпадает сам собой. В основе всего живого содержатся бактерии. Любой микроорганизм, обитающий на нашем теле и в нашем доме, выполняет свою функцию.

Существует целый ряд факторов, которые оказывают существенное влияние на . Среди основных причин можно назвать:

температуру;
химический состав среды;
кислотность (уровень, pH);
влажность;
свет.

Изменение какого-либо одного или целого ряда условий может подавить или ускорить развитие бактерии, заставить ее подстроиться под новую среду обитания или привести к гибели.

Для прокариотов понятия роста и развития почти тождественны. Под ними понимается то, что в процессе жизнедеятельности отдельный микроорганизм или группа бактерий синтезируют клеточный материал (белок, ДНК, РНК), за счет чего происходит увеличение цитоплазматической массы. Рост продолжается еще некоторое время, пока клетка не становится способной к размножению, и тогда развитие бактерий останавливается.

Размножение характеризуется способностью к самовоспроизведению. Результатом этого процесса является увеличение числа микроорганизмов на единицу объема, то есть происходит рост популяции.

Все вещества и структуры клетки могут расти и развиваться пропорционально. В этом случае микробиологи говорят о сбалансированном росте. Он таковым не является, если изменяются особенности среды. Тогда начинают преобладать определенные продукты метаболизма, а выработка других веществ прекращается. Зная о такой закономерности, ученые делают процесс роста намеренно несбалансированным, чтобы производить синтез полезных соединений.

Жизненный цикл бактериальной клетки

Деление клетки микроорганизма, за счет которого и осуществляется размножение, характеризуется достаточно коротким временным циклом. На скорость образования колонии микробов оказывают влияние все перечисленные выше факторы. В достаточно питательной среде с нужным уровнем pH и при оптимальной температуре время генерации может составлять от 20 минут до получаса. В проточной воде цикл развития может сокращаться до 15–18 минут.

Идеальные условия, гарантирующие такой быстрый рост, достаточно редко встречаются: питание в нужном объеме отсутствует, мешают накапливающиеся продукты распада. Если бы воплотился в жизнь сценарий с возникновением наилучших условий для цикла размножения бактерий, то за сутки только одна клетка кишечной палочки образовала бы обширную колонию весом в несколько десятков тысяч тонн!

Рост микроорганизмов исследовался в условиях замкнутых резервуаров, где, находясь в воде, бактерии не сразу начинали развиваться и размножаться. Только попав в питательную среду, они некоторое время приспосабливались к новым условиям. Размножение проходило постепенно, пока не стало спадать и не прекратилось вовсе. Эти наблюдения позволили выделить некоторые фазы развития, складывающиеся в общий жизненный цикл существования бактерий.

Исходная фаза характеризуется отсутствием роста и деления клеток. Идет процесс адаптации (от 1 до 2 часов).
Период интенсивного роста получил название лаг-фаза. Начинается деление клеток, но пока очень медленно. Продолжительность этого этапа развития индивидуальна у различных видов бактерий. К тому же на время ее протекания оказывают влияние условия среды.
Для третьей фазы характерно начало интенсивного размножения, скорость которого возрастает по экспоненте.
Период генерации начинает увеличиваться к началу четвертой фазы. Но питательная среда истощается, в ней растет концентрация продуктов обмена. Скорость размножения снижается, а некоторые клетки погибают.
Этой фазе цикла свойственно сохранение знака равенства между вновь появляющимися клетками и количеством погибших микроорганизмов. Популяция продолжает ненамного увеличиваться.
Шестая и седьмая фазы завершают цикл развития. Это время отмирания клеток, число погибающих начинает доминировать.
На финальной восьмой стадии цикл жизни бактерий завершается. Скорость отмирания уменьшается, но под воздействием неблагоприятных факторов среды гибель продолжается.

Описанные стадии соответствуют непроточной культуре бактерий. Чтобы рост не замедлялся, в среду постоянно можно вводить новые порции питательных веществ, выводя из нее продукты обмена. Это позволяет добиться того, чтобы нужные микроорганизмы постоянно находились в периоде развития. Такой принцип проточного используется, например, в аквариуме.

Влажность как необходимое условие жизнедеятельности микроорганизмов

Для роста и развития бактериям нужно, чтобы уровень влажности в среде их обитания поддерживался на определенном уровне. Воде отводится важная роль при осуществлении обмена веществ, она помогает поддерживать нормальное осмотическое давление в клетке бактерии, делает ее жизнеспособной. Поэтому почти все прокариоты влаголюбивы, а падение этого показателя до значения ниже 20% относят к деструктивным для роста факторам.

Чем меньше воды содержится в среде, тем пассивнее идет процесс размножения. На продуктах питания это утверждение проверяется легче всего: сухими они хранятся гораздо дольше. Но такой способ обработки и хранения не является универсальным. Сушка задерживает рост некоторых бактерий и микробов, но есть и те, кто сохранит свою дееспособность.

Влияние кислотности среды на жизнеспособность бактерий

Кислотность среды относят к одному из важнейших показателей для роста и развития микроорганизмов. Ее обозначают символом pH и рассматривают в интервале от 0 до 14. Кислым средам соответствуют значения от 0 до 6, для щелочных показатель колеблется от 8 до 14, а нейтральной точкой считается уровень pH 7,07. Оптимумом для развития микроорганизмов являются цифры, характеризующие нейтральную среду.

Интервал pH от 1 до 11 – это предельные показатели, при которых удалось выжить некоторым бактериям. Но в основной массе их рост прекращается при уровне кислотности, равном 4. Если значение pH определяется как 9, то практически все известные микроорганизмы перестают размножаться. То есть для развития и роста бактерий важно, чтобы кислотность находилась в рамках от 4 до 9.

Существует вид прокариотов, для которых жизненно важно, чтобы pH как можно больше соответствовал кислым средам. Их называют ацидофильными и относят к виду молочнокислых бактерий. Когда они оказываются в молоке, то начинают перерабатывать содержащиеся в нем углеводы в молочную кислоту. Они являются важными участниками процесса получения пробиотических продуктов.

Полезные свойства молочнокислых ацидофильных микроорганизмов используются и для того, чтобы создать лекарственные препараты. Они оказывают благотворное влияние не только на функцию кишечника, но и помогают справиться с рядом других заболеваний. Понижение уровня pH с целью сохранения заготовок на зиму использует каждая хозяйка. Добавление уксуса создает кислую среду, в которой патогенные микроорганизмы не выживают.

Для некоторых молочнокислых бактерий в процессе роста и развития характерен синтез кислоты в таком большом количестве, что pH падает до критического уровня, и они прекращают развиваться или погибают. Встречаются и настоящие рекордсмены по выживанию и успешному функционированию в кислых средах. Так, при оптимальном значении pH, равном 2,5, молочнокислая ацидофильная бактерия Thiobacillus thooxidans может развиваться при показателе кислотности 0,9.

Что происходит с микроорганизмами во время бактерицидной фазы?

Если бактерии при идеальных условиях способны очень быстро развиваться, то почему, например, в только что полученном молоке их рост некоторое время не происходит? Среда достаточно благоприятная, и даже асептические условия доения не исключают наличие большого числа микроорганизмов. Но в свежем молоке имеются лактенины – бактерицидные вещества, способные определенный период времени сдерживать развитие бактерий.

Действие лактенинов настолько сильно, что многие микроорганизмы не просто замедляют рост, но и погибают. Период их действия, названный бактерицидной фазой, постепенно заканчивается. Это зависит от начального количества бактерий в молоке и повышения температуры продукта. Влияние лактенинов может продолжаться от 2 до 40 часов. Бактерицидную фазу стараются продлить и молоко охлаждают. По ее истечении рост микробов и бактерий возобновляется.

Даже если изначально в молоке было небольшое количество молочнокислых микроорганизмов, то они постепенно начинают преобладать. И для того чтобы предотвратить скисание и избавиться от вредных бактерий, применяют тепловые способы обработки. Нагрев, кипячение и другие виды тепловой обработки относят к еще одному способу устранения нежелательной микрофлоры в продуктах. И можно назвать еще одну важную составляющую среды, оказывающую влияние на рост и развитие бактерий, – температуру.

Чего боятся мезофилы?

Особенности строения бактерий исключают у них наличие механизмов, которые могли бы регулировать температуру. Поэтому они очень зависят от того, насколько охлаждается или нагревается среда их обитания. По температурным предпочтениям прокариотов принято делить на:

Психрофилов – любителей низких показателей (диапазон от 0 до 35°C, оптимум 5–15°C).
Термофилов – они предпочитают высокие температуры (40–80°C допустимые условия для существования, но оптимальный показатель от 55 до 75°C).
Мезофилов. К ним относят большинство бактерий, в том числе и болезнетворных. Их рост и развитие требуют температуры в 30–45°C. Диапазон для их выживания гораздо шире (от 40 до 80°C), но только при оптимуме жизнедеятельность протекает наиболее активно.

Прямое влияние повышения или понижения температуры на развитие микрофлоры помогает бороться с ее присутствием на продуктах. Особое значение эта мера обработки приобретает в рамках предотвращения ботулизма.

Clostridium botulinum, или Еще один повод для тщательной тепловой обработки продуктов

В процессе роста и развития некоторые микроорганизмы способны производить особо опасные для здоровья человека вещества – токсины. Бактерия Clostridium botulinum является причиной возникновения ботулизма, при котором наиболее вероятен летальный исход. Выделяют две разновидности существования бактерии:

вегетативную;
споровую.

Вегетативный вариант ботулизма не так опасен. Микроорганизм с такой формой существования погибает уже после того, как продукт подвергся кипячению в течение 5 минут. А вот споры ботулизма погибнут только после пятичасовой обработки, при этом температура должна достигать определенной отметки. Споры – это своеобразные защитные оболочки, которые сохраняют дремлющую бактерию длительное время. Спустя несколько месяцев происходит их прорастание, и ботулизм «просыпается».

Споры надежно хранят свой ценный груз и в условиях холода, и под действием ультрафиолета. Критической окажется температура в 80°C для вегетативной разновидности ботулизма и более длительная обработка при 120°C для споровой формы. Эти условия не всегда соблюдаются хозяйками при консервировании заготовок, поэтому заразиться можно и от неправильно приготовленных домашних консервов.

Для ботулизма свойственны следующие первые признаки:

боли в центральной части живота;
приступы диареи (от 3 до 10 раз в сутки);
головная боль;
чувство слабости, недомогание и быстрая утомляемость;
периодическая рвота;
высокая температура тела (до 40°С).

Начало ботулизма несколько реже, но все-таки может сопровождаться расстройством зрения, расплывчатым видением предметов, наличием тумана или мушек перед глазами и не проявлявшейся ранее дальнозоркостью. Дыхательные сбои и затрудненное глотание – еще один возможный симптом.

Осложнения ботулизма проявляются в виде вторичных бактериальных инфекций, например, пневмонии, пиелонефрита, сепсиса, гнойного трахеобронхита. Может развиваться аритмия, происходит поражение миозитом икроножных и бедренных мышц. Болезнь протекает около трех недель, а в результате грамотного и своевременного лечения ботулизма восстанавливаются утраченные функции зрения, дыхания и возвращается способность глотать.

Как бактерии размножаются в еде?

Любые продукты, употребляемые человеком в пищу, имеют собственную микрофлору. Ее можно разделить на два вида:

специфическую – это микроорганизмы, которые были добавлены намеренно для того, чтобы придать определенные вкусовые или ароматические качества;
неспецифическую – ее составляют бактерии, попавшие на продукт случайно (не был соблюден санитарный режим на производстве или в магазине, нарушались сроки хранения, правила обработки).

При этом разные представители болезнетворных прокариотов предпочитают свой определенный тип продуктов. Сальмонеллы, например, заядлые любители яиц, мяса и молока. Опасность заражения заключается в том, что в чистоте продукта нельзя убедиться по его внешнему виду. Сальмонеллы в зараженном мясе, субпродуктах или фарше никак не меняют их цвет, вкус или запах. Если приготовленные из такого сырья блюда не пройдут правильную тепловую обработку, то заболевание неизбежно.

Палочкам сальмонеллы для развития нужна температура в 37°C, спор и капсул они не образуют, но к условиям внешней среды весьма устойчивы. Даже в охлажденном до 0°C мясе они способны выживать до 140 суток. При этом способность к делению не утрачивается. В открытых водоемах сальмонеллы останутся жизнеспособными около 4 месяцев, а в яйцах птиц примерно год. Большая часть штаммов способна выживать после воздействия антибиотиков и дезрастворов.

Сальмонеллы, служащие возбудителями инфекции, чаще всего живут в организме сельскохозяйственных животных. Болезнь у коров, лошадей, овец, свиней или птиц протекает без симптомов. Возбудители выделяются вместе с мочой, слюной, испражнениями и слизью из носа, но люди заражаются чаще всего через молоко, мясо или яйца (пищевой способ). Сальмонеллы могут передаваться и от уже заболевшего человека (контактно-бытовой путь передачи).

Мясо птиц или животных может быть заражено во время транспортировки или обработки. Чтобы сальмонеллы не стали причиной заболевания, в домашних условиях можно только соблюдать простые правила профилактики любых кишечных инфекций.

качественная обработка мяса, рыбы, яиц и молока;
покупка мясных полуфабрикатов, необработанной продукции с частных фермерских хозяйств только при наличии заключения СЭС о безопасности;
выполнение правил личной гигиены;
отдельный инвентарь для разделки сырых и вареных продуктов поможет не стать носителями сальмонеллы.

Со стороны фермерских хозяйств и соответствующих надзорных органов должен вестись постоянный мониторинг условий содержания животных, их здоровья и качества продукции (особенно мяса) на выходе.

Болезнь протекает следующим образом. Палочки сальмонеллы попадают в пищеварительный тракт. В верхних отделах кишечника они уничтожают часть полезной микрофлоры, затем начинают размножаться в тонкой кишке. При этом нарушается работа этого отдела ЖКТ, страдает перистальтика. Затем болезнь переходит в острую форму, начинается интоксикация организма, обезвоживание, судороги и острая почечная недостаточность. Так что недооценивать сальмонеллез весьма опрометчиво.

Как добиться сохранения численности популяции микроорганизмов в аквариуме

Препараты, улучшающие состояние воды в аквариуме, расщепляют органические вещества, останавливают размножение и рост водорослей. Есть и такие растворы, которым под силу восстановить кислотность и поддерживать ее на нужном уровне. Но они будут эффективны только в том случае, если аквариум не находится в запущенном состоянии, а фильтрующие материалы заменены новыми.

Ускорить переход азота в простую форму, снизить жесткость воды также под силу специальным препаратам. Создаваемое ими в аквариуме биологическое равновесие гарантирует, что скорость образования продуктов жизнедеятельности будет равна скорости их выведения. А в незагрязненной отходами воде охотно развиваются и функционируют полезные бактерии.

Так называемые стартовые микроорганизмы содержатся в препаратах в состоянии покоя. Как только они оказываются в аквариуме, то происходит их активизация. В воде они распространяются и преобразуют грунт в биофильтр высокой производительности. Другие виды начинают перерабатывать нитриты и аммиак в нитраты. Так достигается высокое качество водной среды.

Концентрированные суспензии весьма эффективно работают в аквариуме, популярными являются препараты брендов:

Tetra.
Dennerle.
Sera.
Aqua Medic.

Развитие и рост бактерий можно сделать контролируемым процессом, поэтому знания о факторах, влияющих на эти процессы, так важны. И вовсе не нужно быть узконаправленным специалистом, чтобы интересоваться жизнедеятельностью микроорганизмов – их гарантированное присутствие повсюду позволяет грамотно применять имеющуюся информацию в быту.