As bactérias são um grupo de microrganismos simples pertencentes ao reino dos procariontes (não possuem núcleo). Na biologia, existem cerca de 10,5 mil espécies de bactérias. As principais diferenças entre eles são a forma, a estrutura e o modo de vida. Formulários básicos:

• em forma de bastonete (bacilo, clostrídios, pseudomônadas);
• esférico (cocos);
• espiral (espirila, vibrio).

É geralmente aceito que os microrganismos foram os primeiros habitantes do planeta Terra. Pela natureza de sua atividade vital, os representantes do reino dos procariontes estão distribuídos por toda parte (no solo, no ar, na água, nos organismos vivos), são resistentes a altas e baixas temperaturas. Os únicos lugares onde não existem procariontes vivos são crateras de vulcões e áreas próximas ao epicentro da explosão de uma bomba atômica.

Na ecologia, as bactérias do reino procariótico servem para fixar o nitrogênio e mineralizar os resíduos orgânicos do solo. Saiba mais sobre esses recursos:

• A fixação de nitrogênio é um processo vital para o meio ambiente como um todo. Afinal, as plantas sem nitrogênio (N 2) não sobreviverão. Mas na sua forma pura não é absorvido, mas apenas em compostos com amônia (NHO 3) - as bactérias contribuem para essa ligação.
• Mineralização (apodrecimento) é o processo de decomposição de restos orgânicos em CO2 (dióxido de carbono), H2O (água) e sais minerais. Para que esse processo ocorra, é necessária uma quantidade suficiente de oxigênio, pois, na verdade, a decomposição pode ser equiparada à combustão. As substâncias orgânicas, uma vez no solo, são oxidadas devido às funções de bactérias e fungos.

Existe outro processo biológico na natureza – a desnitrificação. Esta é a redução de nitratos a moléculas de nitrogênio enquanto simultaneamente oxida componentes orgânicos em CO 2 e H 2 O. A principal função do processo de desnitrificação é a liberação de NO 3.

Para conseguir uma boa colheita, os agricultores procuram sempre fertilizar o solo antes de novas semeaduras. Isso geralmente é feito com uma mistura de esterco e feno. Algum tempo depois de aplicar o fertilizante, ele apodrece e solta o solo - é assim que os nutrientes entram nele. Este é o resultado do trabalho das células bacterianas, pois o processo de decomposição também é sua função.

Sem um dispositivo especial, a olho nu, você não pode simplesmente ver os microorganismos no solo, mas existem milhões deles lá. Por exemplo, em um hectare de campo existem até 450 kg de microrganismos na camada superior do solo.

Desempenhando suas funções básicas, as bactérias garantem a fertilidade do solo e a liberação de dióxido de carbono, essencial para a fotossíntese das plantas.

Bactérias e humanos

A vida humana, como a das plantas, é impossível sem bactérias, porque microrganismos invisíveis habitam o corpo humano desde a primeira respiração de ar após o nascimento. Os cientistas comprovaram que no corpo de um adulto existem até 10.000 tipos diferentes de bactérias e, em termos de peso, chega a 3 kg.

A principal localização dos procariontes é nos intestinos; há menos deles no trato geniturinário e na pele. 98% das “nossas” bactérias têm funções benéficas e 2% são prejudiciais. A forte imunidade humana garante um equilíbrio entre eles. Mas assim que o sistema imunológico enfraquece, as células bacterianas nocivas começam a se multiplicar intensamente, e como resultado a doença se manifesta.

Procariontes benéficos no corpo

A imunidade humana depende diretamente das bactérias colonizadas nos intestinos. O papel das bactérias benéficas é grande, porque elas decompõem os restos de alimentos não digeridos, apoiam o metabolismo do sal da água, ajudam na produção de imunoglobulina A e combatem bactérias e fungos patogênicos.

As principais funções das bactérias são garantir uma microflora intestinal equilibrada, através da qual se realiza o funcionamento normal do sistema imunológico humano. Graças aos avanços modernos na biologia, procariontes úteis como bifidobactérias, lactobacilos, enterococos, Escherichia coli e bacteroides tornaram-se conhecidos. Devem povoar o ambiente intestinal em 99%, sendo o 1% restante composto por bactérias da flora patogênica (estafilococos, Pseudomonas aeruginosa e outras).

• As bifidobactérias produzem acetato e ácido láctico. Como resultado, acidificam o seu habitat, suprimindo assim a proliferação de procariontes patogénicos, que criam processos de decomposição e fermentação. Eles ajudam a absorver a quantidade necessária de vitamina D, cálcio e ferro e têm efeito antioxidante. As bifidobactérias também são muito importantes para os recém-nascidos - reduzem o risco de alergias alimentares.
• A E. coli produz colicina, uma substância que inibe a proliferação de micróbios nocivos. Devido às funções da E. coli, ocorre a síntese de vitaminas K, grupo B, ácido fólico e nicotínico.
• Enterobacteriaceae são necessárias para restaurar a microflora intestinal após um curso de antibióticos.
• As funções dos lactobacilos visam a formação de uma substância antimicrobiana. Isto reduz o crescimento de procariontes oportunistas e putrefativos.

Bactéria nociva

Micróbios nocivos entram no corpo através do ar, alimentos, água e contato. Se o sistema imunológico estiver enfraquecido, causam várias doenças. Os procariontes prejudiciais mais comuns incluem:

• Os estreptococos dos grupos A e B habitam a cavidade oral, pele, nasofaringe, órgãos genitais e intestino grosso. Eles reduzem o desenvolvimento de bactérias benéficas e, consequentemente, a imunidade. Eles se tornam a principal causa de doenças infecciosas.
• Os pneumococos são a causa de bronquite, pneumonia, sinusite e otite média, meningite.
• Os micróbios gengivais são encontrados principalmente na cavidade oral e causam periodontite.
• Staphylococcus - espalha-se por todo o corpo humano, com diminuição da imunidade e influência de outros fatores, manifesta-se em doenças da pele, ossos, articulações, cérebro, intestino grosso e órgãos internos.

Microrganismos no intestino grosso

A microflora do intestino grosso muda dependendo dos alimentos que uma pessoa consome, de modo que os micróbios podem se sobrepor. Bactérias putrefativas podem ser combatidas com microrganismos de ácido láctico.

A comida lixo perturba as funções dos microorganismos “bons” nos intestinos

Uma pessoa vive com bactérias desde o nascimento - a relação entre micro e macroorganismos é muito forte. Portanto, para uma boa saúde é necessário manter um equilíbrio rigoroso entre bactérias benéficas e nocivas. Isso pode ser feito facilmente mantendo a higiene pessoal e uma nutrição adequada.

Fatos incríveis

Só de pensar que triliões de bactérias vivem na nossa pele e no nosso corpo já é assustador para alguns.

“Mas assim como uma pessoa não pode viver sem carbono, nitrogênio, proteção contra doenças, ele também não pode viver sem bactérias"- diz a microbiologista e autora do livro "Aliados e Inimigos: Como o Mundo Depende das Bactérias" Anne Maczulak.

A maioria das pessoas só aprende sobre bactérias no contexto de certas doenças, o que naturalmente afeta as atitudes negativas das pessoas em relação a elas. “Agora é a hora de pensar em como eles nos ajudam, porque este é um processo muito complexo e com várias etapas”, acrescentou Makzulak.

Pequenos Senhores Supremos

No solo e nos oceanos, as bactérias desempenham um papel importante na decomposição da matéria orgânica e na ciclagem de elementos químicos como o carbono e o azoto, essenciais à vida humana. Devido ao fato de que plantas e animais não conseguem criar algumas das moléculas de nitrogênio, devemos viver No entanto, as bactérias do solo e as cianobactérias (algas verde-azuladas) desempenham um papel absolutamente insubstituível na conversão do azoto atmosférico em formas de azoto que as plantas podem absorver, criando assim aminoácidos e ácidos nucleicos, que por sua vez são os blocos de construção do ADN. Comemos alimentos vegetais e assim colhemos os benefícios de todo esse processo.

As bactérias também desempenham um papel na circulação de outro componente igualmente importante para a vida humana. Isto é água. Nos últimos anos, cientistas da Louisiana State University descobriram evidências de que as bactérias são um componente importante de muitas, senão da maioria, das minúsculas partículas que causam neve e chuva nas nuvens.

Bactérias e o corpo humano

As bactérias desempenham um papel igualmente importante no corpo humano e dentro dele. Durante o funcionamento do aparelho digestivo, ajudam-nos a digerir os alimentos, uma vez que não conseguimos fazê-lo sozinhos. “Obtemos muito mais nutrientes dos alimentos que comemos graças às bactérias”, observa Makzulak.

As bactérias encontradas no sistema digestivo nos fornecem vitaminas essenciais, como biotina e vitamina K, bem como são nossas principais fontes de nutrientes. Experimentos realizados em porquinhos-da-índia mostraram que animais criados em condições estéreis e sem bactérias sofriam desnutrição crônica e morriam jovens.

Segundo Makzulak, as bactérias localizadas na superfície da pele (cerca de 200 espécies em uma pessoa média saudável, segundo pesquisadores da Universidade de Nova York) entram em contato ativo entre si, garantindo assim o funcionamento normal do corpo. Também é importante notar que tanto as bactérias externas quanto as internas, têm um enorme impacto na formação e desenvolvimento do sistema imunológico.

De acordo com o microbiologista Gerald Callahan da Universidade Estadual do Colorado, a atividade de bactérias benéficas e prejudiciais é o que posteriormente determina como o sistema imunológico responderá às mudanças patogênicas no corpo. Um estudo publicado no New England Journal of Medicine também confirmou que crianças que crescem em ambientes protegidos de bactérias apresentam maior risco de desenvolver asma e alergias.

Mas isso ainda não significa que as bactérias benéficas não possam ser perigosas. Como diz Makzulak, geralmente bactérias benéficas e prejudiciais são mutuamente exclusivas. Mas às vezes a situação é completamente diferente. “A bactéria estafilococo é um excelente exemplo disso porque está presente em toda a nossa pele”, explica Makzulak. Colônias inteiras de Staphylococcus aureus, vivendo, por exemplo, em nossas mãos, podem coexistir calmamente com uma pessoa sem prejudicar a saúde, mas assim que você se cortar ou de alguma outra forma comprometer seu sistema imunológico, a bactéria pode começar imediatamente a desaparecer selvagem, causando assim o desenvolvimento da infecção.

O número de bactérias no corpo humano excede o número de células humanas em 10 vezes. “É um pouco assustador, mas nos ajudará a imaginar o papel que esses organismos desempenham”.

BACTÉRIAS
um grande grupo de microrganismos unicelulares caracterizados pela ausência de um núcleo celular rodeado por uma membrana. Ao mesmo tempo, o material genético da bactéria (ácido desoxirribonucléico, ou DNA) ocupa um lugar muito específico na célula - uma zona chamada nucleóide. Organismos com essa estrutura celular são chamados de procariontes (“pré-nucleares”), em contraste com todos os outros - eucariontes (“nucleares verdadeiros”), cujo DNA está localizado no núcleo cercado por uma concha. As bactérias, anteriormente consideradas plantas microscópicas, são agora classificadas no reino independente Monera – um dos cinco no sistema de classificação atual, juntamente com plantas, animais, fungos e protistas.

Evidências fósseis. As bactérias são provavelmente o grupo de organismos mais antigo conhecido. Estruturas de pedra em camadas - estromatólitos - datadas em alguns casos do início do Arqueozóico (Arqueano), ou seja, surgiu há 3,5 bilhões de anos, - resultado da atividade vital de bactérias, geralmente fotossintetizantes, as chamadas. algas verde-azuladas. Estruturas semelhantes (películas bacterianas impregnadas de carbonatos) ainda hoje se formam, principalmente na costa da Austrália, nas Bahamas, nos Golfos da Califórnia e Pérsico, mas são relativamente raras e não atingem tamanhos grandes, porque organismos herbívoros, como os gastrópodes , alimente-se deles. Hoje em dia, os estromatólitos crescem principalmente onde estes animais estão ausentes devido à elevada salinidade da água ou por outros motivos, mas antes do surgimento das formas herbívoras durante a evolução, podiam atingir tamanhos enormes, constituindo um elemento essencial das águas rasas oceânicas, comparáveis ​​às modernas. recifes de coral.
Em algumas rochas antigas, foram encontradas pequenas esferas carbonizadas, que também se acredita serem restos de bactérias. Os primeiros nucleares, ou seja, eucarióticas, as células evoluíram de bactérias há aproximadamente 1,4 bilhão de anos. Ecologia.

ESTRUTURA E ATIVIDADE DE VIDA DAS BACTÉRIAS

As bactérias são muito menores que as células de plantas e animais multicelulares. Sua espessura é geralmente de 0,5 a 2,0 mícrons e seu comprimento é de 1,0 a 8,0 mícrons. Algumas formas são pouco visíveis na resolução dos microscópios de luz padrão (aproximadamente 0,3 mícron), mas também são conhecidas espécies com comprimento superior a 10 mícron e largura que também ultrapassa os limites especificados, e uma série de bactérias muito finas podem exceder 50 mícrons de comprimento. Na superfície correspondente ao ponto marcado a lápis, caberão um quarto de milhão de representantes de tamanho médio deste reino.
Estrutura. Com base em suas características morfológicas, distinguem-se os seguintes grupos de bactérias: cocos (mais ou menos esféricos), bacilos (bastonetes ou cilindros com extremidades arredondadas), espirilas (espirais rígidas) e espiroquetas (formas finas e flexíveis semelhantes a cabelos). Alguns autores tendem a combinar os dois últimos grupos em um - a espirila. Os procariontes diferem dos eucariotos principalmente pela ausência de um núcleo formado e pela presença típica de apenas um cromossomo - uma molécula circular de DNA muito longa ligada em um ponto à membrana celular. Os procariontes também não possuem organelas intracelulares envolvidas por membrana chamadas mitocôndrias e cloroplastos. Nos eucariotos, as mitocôndrias produzem energia durante a respiração e a fotossíntese ocorre nos cloroplastos (ver também CÉLULA). Nos procariontes, toda a célula (e principalmente a membrana celular) assume a função de mitocôndria e, nas formas fotossintéticas, também assume a função de cloroplasto. Assim como os eucariotos, dentro das bactérias existem pequenas estruturas nucleoproteicas - ribossomos, necessárias para a síntese de proteínas, mas não estão associadas a nenhuma membrana. Com muito poucas exceções, as bactérias são incapazes de sintetizar esteróis, componentes importantes das membranas das células eucarióticas. Fora da membrana celular, a maioria das bactérias é coberta por uma parede celular, que lembra um pouco a parede de celulose das células vegetais, mas consiste em outros polímeros (incluem não apenas carboidratos, mas também aminoácidos e substâncias específicas de bactérias). Esta membrana evita que a célula bacteriana se rompa quando a água entra nela por osmose. No topo da parede celular costuma haver uma cápsula mucosa protetora. Muitas bactérias estão equipadas com flagelos, com os quais nadam ativamente. Os flagelos bacterianos são estruturados de forma mais simples e um pouco diferente das estruturas semelhantes dos eucariotos.

CÉLULA BACTERIANA “TÍPICA” e suas estruturas básicas.

Funções sensoriais e comportamento. Muitas bactérias possuem receptores químicos que detectam alterações na acidez do ambiente e na concentração de diversas substâncias, como açúcares, aminoácidos, oxigênio e dióxido de carbono. Cada substância tem seu próprio tipo de receptores de “gustativo”, e a perda de um deles como resultado de uma mutação leva à “cegueira gustativa” parcial. Muitas bactérias móveis também respondem às flutuações de temperatura, e as espécies fotossintéticas respondem às mudanças na intensidade da luz. Algumas bactérias percebem a direção das linhas do campo magnético, inclusive do campo magnético terrestre, com a ajuda de partículas de magnetita (minério de ferro magnético - Fe3O4) presentes em suas células. Na água, as bactérias utilizam essa capacidade para nadar ao longo de linhas de força em busca de um ambiente favorável. Os reflexos condicionados nas bactérias são desconhecidos, mas elas possuem um certo tipo de memória primitiva. Ao nadar, comparam a intensidade percebida do estímulo com o seu valor anterior, ou seja, determine se ficou maior ou menor e, com base nisso, mantenha a direção do movimento ou altere-a.
Reprodução e genética. As bactérias se reproduzem assexuadamente: o DNA em sua célula é replicado (duplicado), a célula se divide em duas e cada célula filha recebe uma cópia do DNA parental. O DNA bacteriano também pode ser transferido entre células que não se dividem. Ao mesmo tempo, sua fusão (como nos eucariotos) não ocorre, o número de indivíduos não aumenta e geralmente apenas uma pequena parte do genoma (um conjunto completo de genes) é transferida para outra célula, ao contrário do Processo sexual “real”, no qual o descendente recebe um conjunto completo de genes de cada pai. Essa transferência de DNA pode ocorrer de três maneiras. Durante a transformação, a bactéria absorve o DNA “nu” do meio ambiente, que chegou lá durante a destruição de outras bactérias ou foi deliberadamente “deslizado” pelo experimentador. O processo é denominado transformação porque nas fases iniciais de seu estudo a atenção principal foi dada à transformação (transformação) de organismos inofensivos em virulentos desta forma. Fragmentos de DNA também podem ser transferidos de bactérias para bactérias por vírus especiais - bacteriófagos. Isso é chamado de transdução. Também é conhecido um processo que lembra a fertilização e chamado de conjugação: as bactérias se conectam entre si por projeções tubulares temporárias (fímbrias copulatórias), por meio das quais o DNA passa de uma célula “masculina” para uma “feminina”. Às vezes, as bactérias contêm cromossomos adicionais muito pequenos - plasmídeos, que também podem ser transferidos de indivíduo para indivíduo. Se os plasmídeos contêm genes que causam resistência aos antibióticos, eles falam de resistência infecciosa. É importante do ponto de vista médico porque pode espalhar-se entre diferentes espécies e até géneros de bactérias, fazendo com que toda a flora bacteriana, digamos, do intestino se torne resistente à acção de certos medicamentos.

METABOLISMO

Em parte devido ao pequeno tamanho das bactérias, a sua taxa metabólica é muito mais elevada do que a dos eucariotas. Nas condições mais favoráveis, algumas bactérias podem duplicar a sua massa total e número aproximadamente a cada 20 minutos. Isto é explicado pelo fato de que vários de seus sistemas enzimáticos mais importantes funcionam a uma velocidade muito alta. Assim, um coelho precisa de alguns minutos para sintetizar uma molécula de proteína, enquanto uma bactéria leva segundos. No entanto, num ambiente natural, por exemplo no solo, a maioria das bactérias está “numa dieta de fome”, por isso, se as suas células se dividem, não é a cada 20 minutos, mas uma vez a cada poucos dias.
Nutrição. As bactérias são autotróficas e heterótrofas. Os autotróficos (“autoalimentados”) não precisam de substâncias produzidas por outros organismos. Eles usam dióxido de carbono (CO2) como principal ou única fonte de carbono. Ao incorporar CO2 e outras substâncias inorgânicas, nomeadamente amoníaco (NH3), nitratos (NO-3) e vários compostos de enxofre, em reações químicas complexas, sintetizam todos os produtos bioquímicos de que necessitam. Os heterótrofos ("alimentando-se de outros") utilizam substâncias orgânicas (contendo carbono) sintetizadas por outros organismos, em particular açúcares, como principal fonte de carbono (algumas espécies também precisam de CO2). Quando oxidados, esses compostos fornecem energia e moléculas necessárias para o crescimento e funcionamento celular. Nesse sentido, as bactérias heterotróficas, que incluem a grande maioria dos procariontes, são semelhantes aos humanos.
Principais fontes de energia. Se principalmente a energia luminosa (fótons) é usada para a formação (síntese) de componentes celulares, então o processo é chamado de fotossíntese, e as espécies capazes disso são chamadas de fototróficas. As bactérias fototróficas são divididas em fotoheterotróficas e fotoautotróficas, dependendo de quais compostos - orgânicos ou inorgânicos - servem como principal fonte de carbono. As cianobactérias fotoautotróficas (algas verde-azuladas), como as plantas verdes, decompõem as moléculas de água (H2O) usando a energia luminosa. Isso libera oxigênio livre (1/2O2) e produz hidrogênio (2H+), que pode converter dióxido de carbono (CO2) em carboidratos. As bactérias sulfurosas verdes e roxas usam energia luminosa para quebrar outras moléculas inorgânicas, como o sulfeto de hidrogênio (H2S), em vez da água. O resultado também produz hidrogênio, que reduz o dióxido de carbono, mas nenhum oxigênio é liberado. Este tipo de fotossíntese é denominado anoxigênico. Bactérias fotoheterotróficas, como as bactérias roxas sem enxofre, usam energia luminosa para produzir hidrogênio a partir de substâncias orgânicas, em particular isopropanol, mas sua fonte também pode ser o gás H2. Se a principal fonte de energia da célula é a oxidação de produtos químicos, as bactérias são chamadas quimioheterotróficas ou quimioautotróficas, dependendo se as moléculas servem como principal fonte de carbono - orgânica ou inorgânica. Para os primeiros, a matéria orgânica fornece energia e carbono. Os quimioautotróficos obtêm energia a partir da oxidação de substâncias inorgânicas, como o hidrogénio (em água: 2H4 + O2 em 2H2O), ferro (Fe2+ em Fe3+) ou enxofre (2S + 3O2 + 2H2O em 2SO42- + 4H+), e carbono a partir do CO2. Esses organismos também são chamados de quimiolitotróficos, enfatizando assim que eles “se alimentam” de rochas.
Respiração. A respiração celular é o processo de liberação de energia química armazenada nas moléculas de “alimento” para sua posterior utilização em reações vitais. A respiração pode ser aeróbica e anaeróbica. No primeiro caso, requer oxigênio. É necessário para o trabalho dos chamados. sistema de transporte de elétrons: os elétrons se movem de uma molécula para outra (energia é liberada) e, finalmente, juntam-se ao oxigênio junto com os íons de hidrogênio - a água é formada. Os organismos anaeróbicos não precisam de oxigênio e, para algumas espécies desse grupo, ele é até venenoso. Os elétrons liberados durante a respiração ligam-se a outros aceitadores inorgânicos, como nitrato, sulfato ou carbonato, ou (em uma forma de respiração - fermentação) a uma molécula orgânica específica, em particular a glicose. Veja também METABOLISMO.

CLASSIFICAÇÃO

Na maioria dos organismos, uma espécie é considerada um grupo de indivíduos reprodutivamente isolado. Num sentido lato, isto significa que os representantes de uma determinada espécie podem produzir descendentes férteis acasalando-se apenas com a sua própria espécie, mas não com indivíduos de outras espécies. Assim, os genes de uma determinada espécie, via de regra, não se estendem além de seus limites. No entanto, nas bactérias, a troca genética pode ocorrer entre indivíduos não apenas de espécies diferentes, mas também de gêneros diferentes, portanto, não está totalmente claro se é legítimo aplicar aqui os conceitos usuais de origem evolutiva e parentesco. Devido a esta e outras dificuldades, ainda não existe uma classificação de bactérias geralmente aceita. Abaixo está uma das variantes amplamente utilizadas.
REINO DE MONERA

Filo Gracilicutes (bactérias gram-negativas de paredes finas)

Classe Escotobactérias (formas não fotossintéticas, como mixobactérias) Classe Anoxifotobactérias (formas fotossintéticas não produtoras de oxigênio, como bactérias sulfurosas roxas) Classe Oxifotobactérias (formas fotossintéticas produtoras de oxigênio, como cianobactérias)

Filo Firmicutes (bactérias gram-positivas de paredes espessas)

Classe Firmibacteria (formas de células duras, como clostrídios)
Classe Talobactérias (formas ramificadas, por exemplo, actinomicetos)

Filo Tenericutes (bactérias Gram-negativas sem parede celular)

Classe Mollicutes (formas de células moles, como micoplasmas)

Filo Mendosicutes (bactérias com paredes celulares defeituosas)

Classe Archaebacteria (formas antigas, por exemplo, formadoras de metano)

Domínios. Estudos bioquímicos recentes mostraram que todos os procariontes estão claramente divididos em duas categorias: um pequeno grupo de arqueobactérias (Archaebacteria - "bactérias antigas") e todo o resto, chamado eubactérias (Eubacteria - "bactérias verdadeiras"). Acredita-se que as arqueobactérias, em comparação com as eubactérias, sejam mais primitivas e mais próximas do ancestral comum dos procariontes e eucariontes. Eles diferem de outras bactérias em várias características significativas, incluindo a composição das moléculas de RNA ribossômico (rRNA) envolvidas na síntese de proteínas, a estrutura química dos lipídios (substâncias semelhantes à gordura) e a presença na parede celular de algumas outras substâncias em vez do mureína de polímero de proteína-carboidrato. No sistema de classificação acima, as arqueobactérias são consideradas apenas um dos tipos de um mesmo reino, que une todas as eubactérias. No entanto, de acordo com alguns biólogos, as diferenças entre arqueobactérias e eubactérias são tão profundas que é mais correto considerar as arqueobactérias dentro de Monera como um sub-reino especial. Recentemente surgiu uma proposta ainda mais radical. A análise molecular revelou diferenças tão significativas na estrutura genética entre esses dois grupos de procariontes que alguns consideram ilógica sua presença no mesmo reino de organismos. Nesse sentido, propõe-se criar uma categoria taxonômica (táxon) de categoria ainda mais elevada, chamando-a de domínio, e dividir todos os seres vivos em três domínios - Eucarya (eucariotos), Archaea (arqueobactérias) e Bactérias (atual eubactérias) .

ECOLOGIA

As duas funções ecológicas mais importantes das bactérias são a fixação de nitrogênio e a mineralização de resíduos orgânicos.
Fixação de nitrogênio. A ligação do nitrogênio molecular (N2) para formar amônia (NH3) é chamada de fixação de nitrogênio, e a oxidação deste último em nitrito (NO-2) e nitrato (NO-3) é chamada de nitrificação. Estes são processos vitais para a biosfera, uma vez que as plantas necessitam de nitrogênio, mas só conseguem absorver suas formas ligadas. Atualmente, aproximadamente 90% (aproximadamente 90 milhões de toneladas) da quantidade anual desse nitrogênio “fixo” é fornecido por bactérias. O restante é produzido por fábricas de produtos químicos ou ocorre durante a queda de raios. Nitrogênio no ar, que é aprox. 80% da atmosfera é ligada principalmente pelo gênero gram-negativo Rhizobium e cianobactérias. As espécies de Rhizobium entram em simbiose com aproximadamente 14.000 espécies de leguminosas (família Leguminosae), que incluem, por exemplo, trevo, alfafa, soja e ervilha. Essas bactérias vivem nos chamados. nódulos - inchaços formados nas raízes na sua presença. As bactérias obtêm substâncias orgânicas (nutrição) da planta e, em troca, fornecem nitrogênio fixo ao hospedeiro. Ao longo de um ano, são fixados desta forma até 225 kg de azoto por hectare. Plantas não leguminosas, como o amieiro, também entram em simbiose com outras bactérias fixadoras de nitrogênio. As cianobactérias fotossintetizam, como as plantas verdes, liberando oxigênio. Muitos deles também são capazes de fixar o nitrogênio atmosférico, que é então consumido pelas plantas e, em última instância, pelos animais. Estes procariontes servem como uma importante fonte de nitrogênio fixo no solo em geral e nos arrozais no Oriente em particular, bem como seu principal fornecedor para os ecossistemas oceânicos.
Mineralização. Este é o nome dado à decomposição de resíduos orgânicos em dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e sais minerais. Do ponto de vista químico, esse processo equivale à combustão, portanto requer grandes quantidades de oxigênio. A camada superior do solo contém de 100.000 a 1 bilhão de bactérias por 1 g, ou seja, aproximadamente 2 toneladas por hectare. Normalmente, todos os resíduos orgânicos, uma vez no solo, são rapidamente oxidados por bactérias e fungos. Mais resistente à decomposição é uma substância orgânica acastanhada chamada ácido húmico, que é formada principalmente a partir da lignina contida na madeira. Acumula-se no solo e melhora suas propriedades.

BACTÉRIAS E INDÚSTRIA

Dada a variedade de reações químicas que as bactérias catalisam, não é surpreendente que elas tenham sido amplamente utilizadas na fabricação, em alguns casos desde a antiguidade. Os procariontes compartilham a glória de tais assistentes humanos microscópicos com os fungos, principalmente as leveduras, que fornecem a maior parte dos processos de fermentação alcoólica, por exemplo, na produção de vinho e cerveja. Agora que se tornou possível introduzir genes úteis em bactérias, fazendo-as sintetizar substâncias valiosas como a insulina, a aplicação industrial destes laboratórios vivos recebeu um novo e poderoso incentivo. Veja também ENGENHARIA GENÉTICA.
Indústria alimentícia. Atualmente, as bactérias são utilizadas por esta indústria principalmente para a produção de queijos, outros produtos lácteos fermentados e vinagre. As principais reações químicas aqui são a formação de ácidos. Assim, ao produzir vinagre, bactérias do gênero Acetobacter oxidam o álcool etílico contido na cidra ou outros líquidos em ácido acético. Processos semelhantes ocorrem quando o repolho é chucrute: bactérias anaeróbicas fermentam os açúcares contidos nas folhas desta planta em ácido láctico, bem como ácido acético e vários álcoois.
Lixiviação de minério. As bactérias são usadas para lixiviação de minérios de baixo teor, ou seja, convertendo-os em uma solução de sais de metais valiosos, principalmente cobre (Cu) e urânio (U). Um exemplo é o processamento da calcopirita, ou pirita de cobre (CuFeS2). Montes desse minério são regados periodicamente com água, que contém bactérias quimiolitotróficas do gênero Thiobacillus. Durante sua atividade vital, oxidam o enxofre (S), formando sulfatos solúveis de cobre e ferro: CuFeS2 + 4O2 em CuSO4 + FeSO4. Tais tecnologias simplificam enormemente a extração de metais valiosos dos minérios; em princípio, equivalem aos processos que ocorrem na natureza durante o intemperismo das rochas.
Reciclando. As bactérias também servem para converter resíduos, como esgotos, em produtos menos perigosos ou mesmo úteis. As águas residuais são um dos problemas mais prementes da humanidade moderna. Sua mineralização completa requer grandes quantidades de oxigênio e, em reservatórios comuns onde é costume despejar esses resíduos, não há mais oxigênio suficiente para “neutralizá-los”. A solução está na aeração adicional das águas residuais em piscinas especiais (tanques de aeração): com isso, as bactérias mineralizantes têm oxigênio suficiente para decompor completamente a matéria orgânica e, nos casos mais favoráveis, a água potável passa a ser um dos produtos finais do processo. O sedimento insolúvel remanescente ao longo do caminho pode ser submetido à fermentação anaeróbica. Para garantir que essas estações de tratamento de água ocupem o mínimo de espaço e dinheiro possível, é necessário um bom conhecimento de bacteriologia.
Outros usos. Outras áreas importantes de aplicação industrial de bactérias incluem, por exemplo, lóbulo de linho, ou seja, separação de suas fibras giratórias de outras partes da planta, bem como a produção de antibióticos, em especial estreptomicina (bactéria do gênero Streptomyces).

COMBATE ÀS BACTÉRIAS NA INDÚSTRIA

As bactérias não são apenas benéficas; A luta contra a sua reprodução em massa, por exemplo em produtos alimentares ou nos sistemas de água das fábricas de pasta e papel, tornou-se toda uma área de actividade. Os alimentos estragam-se sob a influência de bactérias, fungos e das suas próprias enzimas que causam autólise ("autodigestão"), a menos que sejam inactivados pelo calor ou outros meios. Dado que as bactérias são a principal causa da deterioração, o desenvolvimento de sistemas eficientes de armazenamento de alimentos requer o conhecimento dos limites de tolerância destes microrganismos. Uma das tecnologias mais comuns é a pasteurização do leite, que mata bactérias que causam, por exemplo, tuberculose e brucelose. O leite é mantido a 61-63°C durante 30 minutos ou a 72-73°C durante apenas 15 segundos. Isso não prejudica o sabor do produto, mas inativa bactérias patogênicas. Vinho, cerveja e sucos de frutas também podem ser pasteurizados. Os benefícios de armazenar alimentos no frio são conhecidos há muito tempo. As baixas temperaturas não matam as bactérias, mas impedem-nas de crescer e se reproduzir. É verdade que quando congelado, por exemplo, a -25°C, o número de bactérias diminui após alguns meses, mas um grande número desses microrganismos ainda sobrevive. A temperaturas ligeiramente abaixo de zero, as bactérias continuam a multiplicar-se, mas muito lentamente. Suas culturas viáveis ​​podem ser armazenadas quase indefinidamente após a liofilização (liofilização) em um meio contendo proteínas, como o soro sanguíneo. Outros métodos conhecidos de armazenamento de alimentos incluem a secagem (secagem e defumação), a adição de grandes quantidades de sal ou açúcar, o que é fisiologicamente equivalente à desidratação, e a decapagem, ou seja, a decapagem. colocando em uma solução ácida concentrada. Quando a acidez do ambiente corresponde a pH 4 e abaixo, a atividade vital das bactérias geralmente é fortemente inibida ou interrompida.

BACTÉRIAS E DOENÇAS

ESTUDANDO BACTÉRIAS

Muitas bactérias são fáceis de crescer nas chamadas. meio de cultura, que pode incluir caldo de carne, proteínas parcialmente digeridas, sais, dextrose, sangue total, seu soro e outros componentes. A concentração de bactérias nessas condições costuma atingir cerca de um bilhão por centímetro cúbico, fazendo com que o ambiente fique turvo. Para estudar bactérias é necessário conseguir obter suas culturas puras, ou clones, que são descendentes de uma única célula. Isso é necessário, por exemplo, para determinar que tipo de bactéria infectou o paciente e a qual antibiótico esse tipo é sensível. Amostras microbiológicas, como esfregaços de garganta ou feridas, amostras de sangue, amostras de água ou outros materiais, são altamente diluídas e aplicadas à superfície de um meio semissólido: nele, colônias redondas se desenvolvem a partir de células individuais. O agente endurecedor do meio de cultura geralmente é o ágar, um polissacarídeo obtido de certas algas marinhas e indigerível por quase qualquer tipo de bactéria. A mídia ágar é usada na forma de “cardumes”, ou seja, superfícies inclinadas formadas em tubos de ensaio posicionados em grande ângulo quando o meio de cultura fundido solidifica, ou na forma de camadas finas em placas de Petri de vidro - recipientes planos e redondos, fechados com tampa do mesmo formato, mas um pouco maior em diâmetro. Normalmente, em um dia, a célula bacteriana consegue se multiplicar tanto que forma uma colônia facilmente visível a olho nu. Ele pode ser transferido para outro ambiente para estudo mais aprofundado. Todos os meios de cultura devem ser estéreis antes de iniciar o crescimento de bactérias e, no futuro, devem ser tomadas medidas para evitar a instalação de microrganismos indesejados neles. Para examinar bactérias cultivadas dessa maneira, aqueça um fio fino em uma chama, toque-o primeiro em uma colônia ou esfregaço e depois em uma gota de água aplicada a uma lâmina de vidro. Distribuído uniformemente o material retirado nesta água, o vidro é seco e passado rapidamente duas ou três vezes sobre a chama do queimador (o lado com as bactérias deve ficar voltado para cima): assim, os microrganismos, sem serem danificados, ficam firmemente anexado ao substrato. Pinga-se corante na superfície do preparado, depois o vidro é lavado em água e seco novamente. Agora você pode examinar a amostra ao microscópio. As culturas puras de bactérias são identificadas principalmente pelas suas características bioquímicas, ou seja, determinar se eles formam gases ou ácidos a partir de certos açúcares, se são capazes de digerir proteínas (liquefazer a gelatina), se necessitam de oxigênio para crescer, etc. Eles também verificam se estão manchados com corantes específicos. A sensibilidade a certos medicamentos, como antibióticos, pode ser determinada colocando pequenos discos de papel de filtro embebidos nessas substâncias sobre uma superfície infestada de bactérias. Se algum composto químico matar bactérias, uma zona livre de bactérias é formada ao redor do disco correspondente.

Enciclopédia de Collier. - Sociedade Aberta. 2000 .

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Ao longo de sua vida, a microbiologista Lyn Margulis (1938-2011) tentou provar que o mundo dos microrganismos influencia a biosfera interna - o mundo dos seres vivos - muito mais do que os cientistas afirmam

Recentemente, uma equipa de cientistas de todo o mundo conduziu e analisou centenas de estudos (a maioria da última década) relacionados com interacções animal-bactéria e provou que as conclusões de Margulis estavam correctas. Os resultados obtidos marcaram um ponto de viragem, após o qual os cientistas serão obrigados a reconsiderar alguns conceitos fundamentais no domínio das relações entre bactérias e outras formas de vida.

A própria ideia do projeto surgiu quando vários cientistas perceberam, de forma independente, a importância das bactérias em diversos campos de atividade. Por exemplo, Michael Hadfield, professor de biologia da Universidade do Havaí em Manoa, estuda há muitos anos a metamorfose de animais marinhos. Ele descobriu que um certo tipo de bactéria faz com que as larvas dos vermes se instalem em determinados locais do fundo do mar e que posteriormente é nessas áreas que se transformam em adultos e vivem toda a vida.

Bactérias ao nosso redor

Em geral, é fácil entender por que as bactérias desempenham um papel tão importante no mundo vivo. As bactérias foram uma das primeiras espécies a aparecer na Terra (apareceram há aproximadamente 3,8 trilhões de anos) e é mais do que provável que sobreviverão a nós, humanos. Na árvore da vida, as bactérias ocupam um dos três ramos principais, sendo os outros dois archaea e eucariotos, sendo os animais os últimos. Apesar da sua enorme diversidade e do facto de serem encontradas em quase todo o lado na Terra - no fundo do oceano e até nos nossos intestinos - as bactérias ainda têm algo em comum. Todas as bactérias têm aproximadamente o mesmo tamanho (vários micrômetros) e consistem em uma ou duas células anucleadas.

É claro que os cientistas têm levado em conta há muitos anos que os animais servem como uma espécie de “casa”, um habitat para as bactérias: em particular, vivem no estômago, na boca ou na pele. Estudos recentes mostraram ainda mais claramente o quão numerosas são as bactérias. Verificou-se que existem 10 vezes mais células bacterianas no nosso corpo do que células humanas (no entanto, o peso total das bactérias é inferior a meio quilo, uma vez que as suas células são muito menores que as humanas). Enquanto algumas bactérias simplesmente vivem lado a lado com animais sem tentar interagir com eles, outras bactérias interagem de forma bastante ativa. Costumamos dizer que as bactérias são os germes, ou patógenos, de doenças como a tuberculose, a peste bubônica e o estafilococo. No entanto, as bactérias também desempenham muitas funções de que necessitamos, e pesquisas recentes mostraram que, na verdade, a vida sem bactérias seria muito diferente.

“O verdadeiro número de espécies bacterianas é surpreendentemente grande. Consideremos as últimas descobertas na atmosfera e nas rochas abaixo do fundo do mar, diz Hadvild. - A eles somam-se espécies de bactérias que conseguem viver em todos os ambientes possíveis, desde fossas a fontes termais, bem como aquelas que conseguem viver em quase todos os organismos vivos. Assim, o número de espécies causadoras de doenças é pequeno em relação ao seu volume. Suspeito que o número de bactérias úteis e necessárias para os organismos vivos também seja pequeno, e a maior parte delas seja simplesmente neutra em relação aos seres vivos. No entanto, também estou convencido de que o número de espécies benéficas supera o número de espécies patogênicas.”

A porcentagem do genoma humano que evoluiu através de uma série de estágios evolutivos. 37% dos genes humanos vêm de bactérias, 28% de eucariotos, 16% de animais, 13% de vertebrados, 6% de primatas. Foto de pnas.org

Origens animais e coevolução

Com base em pesquisas recentes, pode-se até supor que foram as bactérias que causaram o aparecimento de organismos multicelulares na Terra (cerca de 1-2 trilhões de anos atrás) e de animais (cerca de 700 milhões de anos atrás). Contudo, esta abordagem ainda causa intenso debate e não é aceita por todos os cientistas.

Tendo desempenhado o seu papel no surgimento dos animais, as bactérias continuaram a participar no processo de sua evolução, ou, mais corretamente, na coevolução - a evolução conjunta de organismos vivos e bactérias. Isto é claramente ilustrado pelo desenvolvimento da endotermia nos mamíferos – a capacidade de manter uma temperatura constante de aproximadamente 40ºC (100 graus Fahrenheit) através do metabolismo. E esta é precisamente a temperatura na qual as bactérias dos mamíferos produzem energia de forma mais eficiente e reduzem a necessidade de alimento do corpo. Essa descoberta determinou que foram as bactérias que causaram o aparecimento da endotermia nos animais.

As bactérias do microbioma de um animal, como as do trato digestivo, da boca e da pele, comunicam-se entre si e trocam sinais com os sistemas orgânicos do animal. Foto de pnas.org

Sinais bacterianos

A evidência de uma forte aliança animal-bactéria está presente nos genomas de ambas as espécies. Os pesquisadores estimam que cerca de 37% dos genes humanos possuem homólogos de bactérias e arquéias; isso significa que os genes das bactérias e arqueas descendem de um ancestral comum. Muitos desses genes são capazes de trocar informações entre si, o que significa que são capazes de influenciar o desenvolvimento uns dos outros. A equipe de pesquisa de Hadfield descobriu que a sinalização bacteriana mútua desempenha um papel importante na promoção da metamorfose em alguns invertebrados marinhos, as larvas; nesses casos, as bactérias produzem sinais que “informam” sobre fatores ambientais específicos.

Outros estudos mostraram que a sinalização bacteriana influencia o desenvolvimento normal do cérebro em mamíferos e o comportamento reprodutivo em vertebrados e invertebrados.

A interrupção das vias de sinalização bacteriana pode levar a doenças como diabetes, doenças inflamatórias intestinais e doenças infecciosas.

Nos intestinos

Desde tempos imemoriais, as bactérias desempenham um papel importante na nutrição dos animais, ajudando-os a digerir os alimentos. Talvez também tenham influenciado o desenvolvimento de outros órgãos e sistemas próximos, como os sistemas respiratório e geniturinário. Além disso, a evolução dos animais e das bactérias provavelmente ocorreu em paralelo e levou à especialização destas últimas. Por exemplo, 90% das espécies bacterianas encontradas nas vísceras dos cupins não são encontradas em nenhum outro lugar. Isto significa que quando uma espécie animal é extinta, um certo número de espécies bacterianas também morre.

Os cientistas descobriram que as bactérias do intestino humano se adaptam às mudanças na dieta. Por exemplo, a maioria dos americanos tem bactérias intestinais adaptadas para digerir alimentos ricos em gordura, enquanto as bactérias dos venezuelanos rurais são mais propensas a decompor hidratos de carbono complexos, e alguns japoneses têm até bactérias que podem digerir algas.

Um inseto (1 mm) que vive sob a copa de uma floresta (10 m) exibe múltiplas interações bactéria-animal. A bactéria (1 micrômetro) residente no trato digestivo do animal (0,1 mm) é importante para a absorção de nutrientes durante a alimentação dos insetos, que muitas vezes constituem a maior parte da biomassa animal sob a copa da floresta. Foto de pnas.org

A grande imagem

No geral, pesquisas recentes mostraram que as bactérias e a vida selvagem estão intimamente relacionadas e podem influenciar a saúde e o bem-estar uns dos outros. Com base nas descobertas, os pesquisadores concluem que devem existir interações semelhantes entre outras espécies, como arqueas, fungos, plantas e animais. As suposições de Margulis foram agora confirmadas e os cientistas propõem mudar radicalmente a abordagem das ciências biológicas e, talvez, até mesmo a sua apresentação nos livros escolares.

À luz das últimas descobertas, está prevista a realização de uma série de estudos de bactérias no domínio da sua interação com os seres humanos. Os cientistas esperam que os resultados da investigação permitam, em última análise, o desenvolvimento da colaboração interdisciplinar entre cientistas e engenheiros de diferentes áreas, o que nos permitirá estudar microrganismos de ângulos cada vez mais novos.

>>Bactérias, sua estrutura e atividade

1 - fungo mofo; 1 - linha; 3, 4 - líquenes crostosos; $ - parmelia em tronco de bétula; 6 - fungo pavio amarelo-enxofre

§ 92. Bactérias, sua estrutura e atividade

Praticamente não há lugar na Terra onde não sejam encontradas bactérias. Existem especialmente muitas bactérias em solo. 1 g de solo pode conter centenas de milhões de bactérias. O número de bactérias é diferente no ar de ambientes ventilados e não ventilados. Assim, nas salas de aula após a ventilação antes do início da aula, há 13 vezes menos bactérias do que nas mesmas salas após as aulas. Existem poucas bactérias no ar nas montanhas, mas o ar nas ruas das grandes cidades contém muitas bactérias.

Para se familiarizar com as características estruturais das bactérias, considere uma amostra microscópica de Bacillus subtilis. Cada uma dessas bactérias é apenas uma célula em forma de bastonete com uma membrana fina e citoplasma. Não há núcleo típico no citoplasma. A substância nuclear da maioria das bactérias está espalhada no citoplasma. A estrutura de outras bactérias é semelhante à do Bacillus subtilis.

A grande maioria das bactérias é incolor. Apenas alguns são roxos ou verdes. A forma das bactérias é diferente. Existem bactérias em forma de bolas; existem bactérias em forma de bastonete - incluindo Bacillus subtilis; existem bactérias que são curvas e parecem espirais 185.

Algumas bactérias possuem flagelos que as ajudam a se mover. Muitas bactérias estão conectadas em cadeias, ou grupos, formando enormes acúmulos na forma de filmes. Algumas bactérias podem formar esporos. No entanto, o conteúdo células, encolhendo, afasta-se da concha, arredonda-se e forma em sua superfície, estando dentro da concha mãe, uma concha nova e mais densa. Essa célula bacteriana é chamada de esporo. Os esporos persistem por muito tempo nas condições mais desfavoráveis. Eles resistem à secagem, ao calor e à geada, e não morrem imediatamente, mesmo em água fervente. Os esporos são facilmente espalhados pelo vento, pela água e aderem aos objetos. Existem muitos deles no ar e no solo. Sob condições favoráveis, o esporo germina e torna-se uma bactéria viva. Os esporos bacterianos são adaptações para a sobrevivência bacteriana em condições desfavoráveis.

As condições de vida das bactérias são variadas. Alguns deles vivem e se reproduzem apenas com acesso ao ar, outros não precisam. A maioria dos tipos de bactérias se alimenta de substâncias orgânicas prontas, pois não possuem clorofila. Apenas muito poucos são capazes de criar substâncias orgânicas a partir de substâncias inorgânicas. Estas são verde-azuladas ou cianobactérias. Eles desempenharam um papel importante no acúmulo de oxigênio na atmosfera terrestre (ver p. 225).

Encontrando condições favoráveis ​​ao desenvolvimento, a bactéria se divide, formando duas células-filhas; Em algumas bactérias, as divisões se repetem a cada 20 minutos e surgem cada vez mais novas gerações de bactérias. Para destruir as bactérias e seus esporos, eles são expostos ao vapor a uma temperatura de 120°C por 20 minutos.

Para obter uma cultura de Bacillus subtilis, coloque um pouco de feno em um frasco com água, cubra o gargalo do frasco com algodão e ferva o conteúdo por 30 minutos para destruir outras bactérias que possam estar no frasco. O feno de Bacillus não morre quando fervido.

Filtre a infusão de feno resultante e coloque-a em uma sala com temperatura de 20 a 25 graus Celsius por vários dias. O feno de Bacillus se multiplicará e logo a superfície da água ficará coberta por uma película de bactérias.

Korchagina V. A., Biologia: Plantas, bactérias, fungos, líquenes: livro didático. para a 6ª série. média. escola - 24ª edição. - M.: Educação, 2003. - 256 p.: il.

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