Научные исследования бактерий и вирусов

Обновлено: 24.04.2024

Бактериофаги – это вирусы, которые поражают только бактерий. В ходе инфекции они влияют на все процессы жизнедеятельности бактериальной клетки, фактически превращая ее в фабрику по производству вирусного потомства. В конце концов клетка разрушается, а вновь образованные вирусные частицы выходят наружу и могут заражать новые бактерии.

Несмотря на огромное число и разнообразие природных фагов, встречаемся мы с ними редко. Однако бывают ситуации, когда деятельность этих вирусов не остается незамеченной. Например, на предприятиях, где производят сыры, йогурты и другие молочно-кислые продукты, часто приходится сталкиваться с вирусной атакой на бактерии, сбраживающие молоко. В большинстве таких случаев фаговая инфекция распространяется молниеносно, и полезные бактерии гибнут, что приводит к значительным экономическим потерям (Neve et al., 1994).

Именно благодаря прикладным исследованиям в интересах молочной промышленности, направленным на получение устойчивых к бактериофагам штаммов молочно-кислых бактерий, был открыт ряд механизмов, с помощью которых бактерии избегают инфекции. Параллельно были изучены способы, с помощью которых вирусы, в свою очередь, преодолевают бактериальные системы защиты (Moineau et al., 1993).

Кто защищен – тот вооружен

На сегодня известно пять основных, весьма хитроумных механизмов защиты, которые бактерии выработали в непрестанной борьбе с вирусами: изменение рецептора на поверхности клетки; исключение суперинфекции; системы абортивной инфекции; системы рестрикции-модификации и, наконец, системы CRISPR-Cas.

К средствам противовирусной защиты бактерий относятся и системы рестрикции-модификации, в которые входят гены, кодирующие два белка-фермента – рестриктазу и метилазу. Рестриктаза узнает определенные последовательности ДНК длиной 4—6 нуклеотидов и вносит в них двуцепочечные разрывы. Метилаза, напротив, ковалентно модифицирует эти последовательности, добавляя к отдельным нуклеотидным основаниям метильные группы, что предотвращает их узнавание рестриктазой.

Врага нужно знать в лицо

Системы CRISPR-Cas являются уникальным примером адаптивного иммунитета бактерий. При проникновении в клетку ДНК фага специальные белки Cas встраивают фрагменты вирусной ДНК длиной 25—40 нуклеотидов в определенный участок генома бактерии (Barrangou et al., 2007). Такие фрагменты называются спейсерами (от англ. spacer – промежуток), участок, где происходит встраивание, – CRISPR-кассета (от англ. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), а сам процесс приобретения спейсеров – адаптацией.

Чтобы использовать спейсеры в борьбе с фаговой инфекцией, в клетке должен происходить еще один процесс, управляемый белками Cas, названный интерференцией. Суть его в том, что в ходе транскрипции CRISPR-кассеты образуется длинная молекула РНК, которая разрезается белками Cas на короткие фрагменты – защитные криспрРНК (крРНК), каждая из которых содержит один спейсер. Белки Cas вместе с молекулой крРНК образуют эффекторный комплекс, который сканирует всю ДНК клетки на наличие последовательностей, идентичных спейсеру (протоспейсеров). Найденные протоспейсеры расщепляются белками Cas (Westra et al., 2012; Jinek et al., 2012).

Системы CRISPR-Cas обнаружены у большинства прокариот – бактерий и архей. Хотя общий принцип действия всех известных систем CRISPR-Cas одинаков, механизмы их работы могут существенно отличаться в деталях. Наибольшие различия проявляются в строении и функционировании эффекторного комплекса, в связи с чем системы CRISPR-Cas делят на несколько типов. На сегодняшний день описаны шесть типов таких неродственных друг другу систем (Makarova et al., 2015; Shmakov et al., 2015).

Наиболее изученной является система CRISPR-Cas I типа, которой обладает излюбленный объект молекулярно-биологических исследований – бактерия кишечная палочка (Esсherichia coli). Эффекторный комплекс в этой системе состоит из нескольких небольших белков Cas, каждый из которых отвечает за разные функции: разрезание длинной некодирующей CRISPR РНК, связывание коротких крРНК, поиск, а затем разрезание ДНК-мишени.

Гонка вооружений

Бактериофаги, как факторы среды, вызывают направленные изменения в геноме бактерий, которые наследуются и дают бактериям явное преимущество, спасая от повторных инфекций. Поэтому системы CRISPR-Cas можно считать примером ламарковской эволюции, при которой происходит наследование благоприобретенных признаков (Koonin et al., 2009)

Некоторые бактериофаги реагируют на наличие в бактериальной клетке систем CRISPR-Cas выработкой особых анти CRISPR-белков, способных связываться с белками Cas и блокировать их функции (Bondy-Denomy et al., 2015). Еще одно ухищрение — обмен участков генома вируса, на которые нацелена система CRISPR-Cas, на участки геномов родственных вирусов, отличающихся по составу нуклеотидной последовательности (Paez-Espino et al., 2015).

Благодаря постоянному совершенствованию биоинформатических алгоритмов поиска, а также включению в анализ все большего количества прокариотических геномов, открытие новых типов CRISPR-Cas систем является делом недалекого будущего. Предстоит также выяснить и детальные механизмы работы многих недавно открытых систем. Так, в статье, опубликованной в 2016 г. в журнале Science и посвященной анализу системы CRISPR-Cas VI типа, описан белок С2с2, образующий эффекторный комплекс с крРНК, который нацелен на деградацию не ДНК, а РНК (Abudayyeh et al., 2016). В будущем такое необычное свойство может быть использовано в медицине для регулирования активности генов путем изменения количества кодируемых ими РНК.

Изучение стратегий борьбы бактерий с бактериофагами, несмотря на свою кажущуюся фундаментальность и отвлеченность от задач практической медицины, принесло неоценимую пользу человечеству. Примерами этого могут служить методы молекулярного клонирования и редактирования геномов – направленного внесения или удаления мутаций и изменения уровня транскрипции определенных генов.

Благодаря быстрому развитию методов молекулярной биологии всего лишь через несколько лет после открытия механизма действия систем CRISPR-Cas была создана работающая технология геномного редактирования, способная бороться с болезнями, ранее считавшимися неизлечимыми. Доступность и простота этой технологии позволяют рассматривать ее как основу для медицины, ветеринарии, сельского хозяйства и биотехнологий будущего, которые будут базироваться на направленных и безопасных генных модификациях.

Нет никаких сомнений, что дальнейшее изучение взаимодействия бактерий и их вирусов может открыть перед нами такие возможности, о которых мы сейчас даже не подозреваем.

Abudayyeh O. O., Gootenberg J. S., Konermann S. et al. C 2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector // Science. 2016. V. 353: aaf5573.

Barrangou R., Fremaux C., Deveau H. et al. CRISPR provides acquired resistance against viruses in prokaryotes // Science. 2007. V. 315. P. 1709–1712.

Bikard D., Marraffini L. A. Innate and adaptive immunity in bacteria: mechanisms of programmed genetic variation to fight bacteriophages // Curr. Opin. Immunol. 2012. V. 1 P. 15–20.

Bondy-Denomy J., Garcia B., Strum S. et al. Multiple mechanisms for CRISPR-Cas inhibition by anti-CRISPR proteins // Nature. 2015. V. 526. P. 136–139.

Calendar R., Abedon S. T. The Bacteriophages // 2nd Ed., Oxford University Press. 2006.

Datsenko K. A., Pougach K., Tikhonov A. et al. Molecular memory of prior infections activates the CRISPR/Cas adaptive bacterial immunity system // Nat. Commun. 2012. V. 3. P. 945

Jiang W., Marraffini L. A. CRISPR-Cas: New Tools for Genetic Manipulations from Bacterial Immunity Systems // Annu. Rev. Microbiol. 2015. V. 69. P. 209–28.

Jinek M., Chylinski K., Fonfara I., et al. A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity // Science. 2012. V. 337. P. 816–821.

Koonin E. V., Wolf Y. I. Is evolution Darwinian or/and Lamarckian? // Biol. Direct. 2009. V. 4. P. 42.

Lopez-Pascua L., Buckling A. Increasing productivity accelerates host-parasite coevolution // J. Evol. Biol. 2008. V. 3. P. 853–860.

Makarova K. S., Wolf Y. I., et al. An updated evolutionary classification of CRISPR-Cas systems // Nat. Rev. Microbiol. 2015. V. 11. P. 722–736.

Moineau, S., Pandian S., Klaenhammer T. R. Restriction/modification systems and restriction endonucleases are more effective on lactococcal bacteriophages that have emerged recently in the dairy industry // Appl. Envir. Microbiol. 1993. V. 59. P. 197–202.

Neve H., Kemper U., et al. Monitoring and characterization of lactococcal bacteriophage in a dairy plant // Kiel. Milckwirtsch. Forschungsber. 1994. V. 46. P. 167–178.

Nuñez J. K., Harrington L. B., et al. Foreign DNA capture during CRISPR-Cas adaptive immunity // Nature. 2015a. V. 527. P. 535–538.

Nuñez J. K., Kranzusch P. J., et al. Cas1-Cas2 complex formation mediates spacer acquisition during CRISPR-Cas adaptive immunity // Nat. Struct. Mol. Biol. 2014. V. 21. P. 528–534.

Nuñez J. K., Lee A. S., Engelman A., Doudna J. A. Integrase-mediated spacer acquisition during CRISPR-Cas adaptive immunity // Nature. 2015b. V. 519. P. 193–198.

Paez-Espino D., Sharon I., et al. CRISPR Immunity Drives Rapid Phage Genome Evolution in Streptococcus thermophilus // MBio. 2015. V. 6: e00262–15.

Shmakov S., Abudayyeh O. O., Makarova K. S., et al. Discovery and Functional Characterization of Diverse Class 2 CRISPR-Cas Systems. // Mol. Cell. 2015. V. 60. P. 385–397

Tan D., Svenningsen S. L., Middelboe M. Quorum sensing determines the choice of antiphage defense strategy in Vibrio anguillarum. // mBio 2015. V. 6: e00627–15.

Westra E. R., van Erp P. B., Künne T., et al. CRISPR immunity relies on the consecutive binding and degradation of negatively supercoiled invader DNA by Cascade and Cas3 // Mol. Cell. 2012. V. 46. P. 595–605.

Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей

Более 300 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения

Онлайн
формат
Диплом
гособразца
Помощь в трудоустройстве

Муниципальный конкурс научно-исследовательских работ

и творческих проектов учащихся

Исследовательская работа на тему:

Автор: Хмельнюк Ксения,

имени Адмирала Ушакова

город-курорт Геленджик

Руководитель: Яламова Е.В.

учитель МБОУ СОШ №2

имени Адмирала Ушакова

Геленджик 2016 г

Изучение вредных микроорганизмов:

в) сравнительный анализ.

Основные подходы к лечению.

Список использованной литературы.

Цель:

Исследовать главные возбудители инфекционных заболеваний, их сходство, различие и главные подходы к их лечению.

Задачи:

Изучить вирусы и бактерии.

Исследовать различия методов лечения вирусных и бактериальных заболеваний.

Выяснить, в чем опасность для человеческого организма при неправильном лечении.

Определить методы профилактики.

Гипотеза:

Предположим, что человечество можно спасти от вымирания (т.е. от развития устойчивости к антибиотикам) грамотной диагностикой и правильным назначением лечения.

Объект исследования: вирусы и бактерии.

Методы исследования:

Подбор информации в интернете и в литературе.

Изучение собранных данных.

Анализ собранных данных.

Изучение вредных микроорганизмов.

Для того, чтобы мы начали разговор о главных возбудителях инфекционных заболеваний, стоит вначале сказать о том, что представляют из себя сами инфекционные заболевания. Итак, инфекционные болезни – это болезни, вызванные проникновением в организм вредных микроорганизмов, т.е. заражением . Вот об этих микроорганизмах и пойдет речь.

Начнем с вирусов. Вирусы – это неклеточные формы жизни, которые оживают только при контакте с живой клеткой. В переводе с латинского virus означает "яд, ядовитое начало". Вирус представляет собой микроскопическую частицу, состоящую из генетического вещества (молекул ДНК или РНК), которое окружено защитным слоем белка .

Так выглядит вирус под микроскопом.

Вне живого организма, вне клетки вирусы совершенно безобидны. Они не проявляют никаких признаков жизни: не питаются, не размножаются и не двигаются.

Его нельзя увидеть не только простым глазом, но и в очень сильный микроскоп. Некоторые под микроскопом выглядят как пауки, другие – как колючие мячики .

Попадая в здоровую клетку, вирус начинает быстро размножаться внутри нее и разрушает ее, а выброс вирусов из поврежденных клеток вызывает заболевание. Организм превращается в своеобразный завод по производству вирусов.

Вирусы поражают все типы организмов: человека, животных, растения. По предположениям учёных, существуют миллионы их видов. Вирусы являются самой многочисленной биологической формой. Изучением вирусов занимается наука вирусология , раздел микробиологии. Вирусы по своей сути – это паразиты , они могут жить и размножаться только в живых клетках. В чистом виде они существуют в форме кристаллов. По размеру вирусы гораздо меньше клеток и проще их по строению.

Бактерия — это самостоятельный, живой микроорганизм, состоящий из одной клетки. В среднем размер бактерии составляет около 0,001 мм в диаметре. Некоторые из них настолько малы, что их даже невозможно разглядеть в обычный микроскоп. Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или в зелёный цвет.

Так выглядит бактерия под микроскопом.

Бактерии переносят низкие и высокие температуры и могут жить в самых экстремальных условиях. Например, единственные организмы, обнаруженные в Мертвом море, — это именно бактерии. В помещении в каждом кубометре воздуха содержится до 1 млн. бактерий.

Первые бактерии появились, вероятно, более 3,5 млрд лет назад и на протяжении почти миллиарда лет были единственными живыми существами на нашей планете.

Название бактерии

Форма бактерии

Изображение бактерии

Изогнутая в виде запятой

Бактерии отличаются по форме, в таблице мы привели основные

Размножение бактерий совершается путем деления ; каждая клетка получает поперечную перегородку и затем распадается на две новые. При благоприятных условиях это происходит очень быстро. И если ничего этому не мешает, одна бактерия может заполнить своим потомством громаднейшие пространства. Размножение продолжается до тех пор, пока есть питание.

Бактерии обитают везде: в почве, воздухе и даже в нашем организме. Большинство из них не причиняет вреда.

Полезные свойства бактерий:

Бактерии защищают наш организм.

Бактерии, вызывающие гниение мертвых растений и животных, разлагают мертвые ткани на простые соединения, без них земля покрылась бы бесполезным мертвым веществом, и не осталось бы места для живого.

Другие бактерии вызывают ферментацию. Сюда можно отнести скисание молока (кефир, йогурт и т.д.), брожение сладких фруктовых соков (вино), созревание сливок (сливочное масло), изготовление сыров.

Растения не могут жить без бактерий, которые соединяют азот с другими элементами, чтобы получать нитраты, используемые растениями.

Но есть и такие бактерии, которые могут вызывать болезни, их называют патогенами . Патогены проникают в организм с капельками влаги в воздухе, который мы вдыхаем, через порезы и царапины на коже, с пищей и питьевой водой. В теле болезнетворные бактерии питаются, размножаются и выделяют токсины, разрушающие клетки. Именно токсины вызывают у больного болезненные симптомы.

Определим сходства и различия наших микроорганизмов, а также болезней, которые они вызывают.

И вирусы, и бактерии не видны невооруженным глазом, хотя бактерии во много раз больше вирусов.

Бактерии иногда могут быть как полезными, а вирусы всегда вредные.

Бактерии могут размножаться самостоятельно, а вирусы – нет.

Бактерии имеют собственную клеточную структуру, а вирусы – нет.

Распространяются вирусы и бактерии примерно одинаково:
— воздушно-капельным путем: при кашле или чихании,
— с кожи на кожу: при прикосновениях и рукопожатиях,
— с кожи на продукты: при прикосновениях к пище грязными руками вирусы и бактерии могут попасть в кишечник ,
— через жидкости организма: кровь и слюну.

Некоторые болезни, вызываемые вирусами и бактериями, имеют схожие симптомы. А вот лечение бактериальных и вирусных заболеваний разное .

Основные подходы к лечению.

Вирусы и антибиотики? Антибиотики не действуют на вирусные инфекции . Эти лекарственные препараты можно использовать только для борьбы с вредными бактериями. Если болезнь, вызванную вирусом, лечить антибиотиком, т.е. применять его не по делу, то в человеческом организме возникнет привыкание к этому виду лекарств . А когда случится болезнь, требующая лечения этим самым антибиотиком, то он не поможет, потому что бактерии, живущие в организме человека, уже привыкли к этому лекарству и не боятся его. Лекарство не подействует, болезнь станет неизлечимой, и человек может погибнуть. Вот об этом и говорил ученый. Сейчас очень часто люди, схватив обычную простуду, глотают таблетки, не разбираясь в них. Антибиотики – очень сильное лекарство, мощное оружие. Только применять их надо грамотно.

Методы профилактики.

Вывод. В ходе исследований я теоретически подтвердила свою гипотезу, что при грамотной диагностике и правильном лечении риск вымирания людей при развитии устойчивости к антибиотикам можно свести к минимуму.

Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей

Более 300 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения

Онлайн
формат
Диплом
гособразца
Помощь в трудоустройстве

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

городского округа Ступино Московской области

Муниципальный конкурс исследовательских работ обучающихся

Предметная секция : биология

Автор работы: Веребская Дарья Евгеньевна, 7 класс

Руководитель: Прошина Лариса Владимировна

учитель биологии и географии

Ступино 2019

Исследовательская работа направлена на изучение микроорганизмов, которые играют немаловажную роль в нашей жизни. Тема, по изучению микробов, весьма актуальна в наше время в связи с тем, что многие микроорганизмы вызывают различные заболевания, поэтому необходимо находить способы борьбы с ними. Однако есть бактерии, которые используются на производстве и приносят колоссальную пользу.

В работе рассматриваются вопросы истории возникновения микробов, их разнообразный мир, классификация, даются рекомендации: как защитить себя от вредных бактерий, указаны - цель, задачи, методы исследования. Даны конкретные примеры описания полезных и вредных микроорганизмов, их фотографии.

Практическим результатом исследования являются:

1. Получение с помощью бактерий йогурта в домашних условиях.

2. Выращивание плесени на фруктовом пюре.

3. Наблюдение за размножением бактерий в домашних условиях. В конце каждого исследования делаются выводы.

Полученный результат даёт возможность сформулировать правила о сохранении своего здоровья, расширить кругозор о полезных и вредных микробах.

Теоретическая часть. Кто они – наши невидимки. 5

Появление микробов на планете. 5

Разнообразный мир микробов ………………………………………………. 6

2.4.2. Как защитить себя от зловредных бактерий.……………………7

2.5. Практическая часть. Моё исследование …………………………………..9

Список использованных источников …………………………………..12

I . Введение

Актуальность

Микроорганизмы играют очень важную роль на нашей планете. Они являются пионерами Земли и до сих пор активно участвуют во всех биологических процессах.

Микробы - важное звено в цепях питания, они разлагают умершие остатки животных и растений, многие бактерии осуществляют в организме млекопитающих взаимовыгодный процесс и помогают им переварить клетчатку, которая трудно усваивается. Процесс жизнедеятельности бактерий —источник витамина К и витаминов группы В, которые играют важную роль для нормального функционирования организма. Существуют бактерии, приносящие человеку и его хозяйственной деятельности пользу.

В настоящее время быстрыми темпами развивается наука микробиология, которая занимает ведущее место в биологии. Люди научились использовать бактерии на промышленных производствах, изготовляя уксусную кислоту, гормоны, витамины, антибиотики. Без молочнокислых бактерий невозможен процесс приготовления таких молочных продуктов как простокваша, сметана, масло, кефир, йогурт, творог. Молочнокислые бактерии участвуют в процессе квашении капусты, засолки огурцов, силосовании кормов.

Актуальность данной проблемы состоит в том, что микроорганизмы – часть нашей жизни. Они распространены повсюду: в почве, на коже, в кишечнике, в продуктах, в воздухе, во рту. Одни из них приносят пользу, а другие наносят вред .

Сейчас уделяется большое внимание изучению микроорганизмов – бактерий и вирусов, в связи с тем, что во всём мире всё чаще распространяются разные заболевания, которые становятся загадкой для человечества. Учёные всего мира работают над созданием лекарств против многих инфекционных болезней . Для некоторых болезней до сих пор не найдены способы их лечения, например, СПИД.

Поэтому я решила провести исследования и поближе познакомиться с удивительным миром этих загадочных существ. Большую часть информации для исследовательской работы я брала из интернета т.к. в школьной и сельской библиотеке недостаточно литературы по данной теме и сведения более устаревшие. Энциклопедии дают более краткую информацию.

Цель исследования: выявить, какую пользу и вред приносят микробы.

Задачи исследования:

1. Изучить литературу и источники информации о микробах.

2.Выяснить пользу и вред микроорганизмов.

3.Познакомиться с разнообразием микробов.

4 Приготовить йогурт в домашних условиях.

5.Размножить бактерии в домашних условиях

6. Вырастить плесень из фруктов.

Методы исследования:

1.Поиск и анализ полученной информации

II . Основная часть

2.1 Кто они – наши невидимки?

На нашей планете множество разных существ. Но среди них есть такие особенные, которые до сих пор являются загадкой для учёных. Оказывается, микробы. Особенность их в том, что они невидимы. Увидеть их можно только с помощью микроскопа. На уроках биологии мы рассматривали бактерии сенной палочки, налёт, который скапливается на наших зубах. Вот как они выглядят под микроскопом.

Но что же такое микроб? Термин микроб был предложен в 1878 году французским филологом Эмилем.

Сегодня каждый человек знает, что нас окружают миллиарды микроскопически существ. Некоторые их них погибают при очень высоких температурах, некоторые живут даже в кипящих гейзерах, где температура воды может достигать огромных величин. Микробы найдены в мерзлотных отложениях, которым миллиарды лет, в кислотных озерах, где любая рыба или любое другое существо не смогло бы выжить. Ученые предполагают, что некоторые виды микроорганизмов могут существовать даже в космосе! Если они практически живут в любых условиях, значит ли это, что человеку грозит постоянная опасность? К сожалению, многие микробы полезны для других форм жизни.

2.2 Появление микробов на планете

О появлении невидимых живых организмов люди догадывались ещё в далёком прошлом. Но не было существенных тому доказательств.

Кислорода на планете в те времена было мало. Они существовали без него и приспособились к размножению и процветанию в такой среде. Несколько столетий назад недостаточно было знаний о работе организма, процессах, которые в нём происходят. Но после изобретения микроскопа Антони Ван Левенгуком учёные заглянули в новый удивительный мир невидимых существ и разгадали многие тайны человечества.

2.3 Разнообразный мир микробов

Мир микробов очень разнообразен. Они подразделяются на бактерии, вирусы, грибы, дрожжи. Приспособлены к различным условиям существования. Поэтому микроорганизмы есть повсюду. Формы и способы их питания очень разнообразны.

Вирусы удивительны тем, что их можно отнести и к живым существам, и к неживым. Живыми свойствами они обладают, когда оказываются в каком либо организме. Вне организма они мёртвые, то есть не дышат, не питаются.

Грибы то же удивительные создания. Они разнообразны по форме, цвету, своей значимости.

Дрожжи состоят из одной клетки. Рассматривая их под микроскопом на уроке, я увидела их шарообразную форму.

2.4. Классификация микробов

2.4.1 Вредные микробы

Есть множество болезнетворных микробов, которые вызывают смертельно опасные для жизни болезни. Это, например, ботулизм. Попадание такого микроба в организм приводит к летальному исходу. Микроорганизмы, которые вызывают заболевание - чуму, до сих пор уносят жизни людей.

Существуют микробы, вызывающие пищевое отравление, кишечную инфекцию, поражают наружные покровы тела. Огромное количество микробов содержатся в воздухе, через него передаются разнообразные инфекции, вызывая ОРВИ, корь, свинка, ангина и другие заболевания.

Вода так же является источником таких опасных заболеваний как: гепатит, менингит, холера и другие.

Грибы поражают древесину, превращая её в трухлый вид. В результате деятельности гриба разрушаются деревянные постройки.

Существуют грибы, которые окрашивают древесину в разные цвета, тем самым портят интерьер помещения.

Вредные бактерии могут находиться и в пищевых продуктах . Заражённые продукты становятся опасным источником таких заболеваний как: дизентерия, туберкулёз, гельминтозы и другие. В молочных продуктах скапливаются масляные бактерии, вызывая брожение, в результате чего продукты приобретают неприятный запах и цвет. Плесневые грибы так же поражают продукты питания.

Опасные токсины могут таиться внутри закрытых банок, где они быстро размножаются, выделяют углекислый газ и водород, что приводит к вздутию банки. Такая продукция, вызывает сильное отравление, приводящее к смерти. Уксусные бактерии портят овощные и мясные консервы.

Фрукты, ягоды поражают почвенные микроорганизмы, вызывая кишечные инфекции, раковые заболевания, поражают кожу и другие органы ( см. Приложение 1 ) .

2.4.2. Как защитить себя от зловредных бактерий

Каждый человек желает себе и своим близким – здоровья. Задумывается о том, как защитить себя и других от вредоносных микробов! Для этого я предлагаю соблюдать самые простые правила:

Чаще употреблять в пищу кисломолочные продукты,

Контролировать срок годности продуктов и употреблять в пищу только свежие.

Тщательно мыть фрукты и овощи горячей водой.

Хорошо прожаривать и проваривать рыбу и мясо, нельзя употреблять в сыром виде.

Мыть руки перед едой и после посещения общественных мест.

Во время эпидемии желательно не посещать места скопления людей.

Правильно ухаживать за ногтями ног и рук.

Необходимо каждый день проветривать комнаты, чаще делать влажную уборку в помещении.

2.4.3 Полезные микробы

Какие же микроорганизмы являются полезными для человека? Полезные для организма человека бактерии, содержатся в кисломолочных продуктах и йогуртах. Когда человек принимает антибиотики эти продукты необходимо употреблять, они повышают иммунитет ослабленного организма, не дают развиваться инфекционным заболеваниям. В кишечнике у нас живут бактерии, которые помогают переваривать еду. Благодаря таким возможностям микроорганизмов, наверное, и существует жизнь на Земле. Кисломолочная продукция полезна людям, которые работают в условиях повышенной радиации.

Лактобактерии способствуют лучшему всасыванию кишечником кальция, образуют витамины группы В, содержатся в грудном молоке.

Бифидобактерии способствуют усвоению минералов, активизируют иммунные процессы, тормозят рост раковых клеток кишечника.

Кишечная палочка так же живет в кишечнике у каждого человека. Она образует витамина K, который необходим для нормального свертывания крови, чтобы правильно формировались кости. Витамин К обезвреживает некоторые ядовитые вещества, которые могут посетить наш организм.

Молочнокислые бактерии защищают наш кишечник от гнилостных микробов, повышают устойчивость организма к различным заболеваниям.

Дрожжи используют в кулинарии, хлебопечении. Они делают хлеб воздушным и увеличивают срок его сохранения.

Микроорганизмы используют при получении сыров, а так же применяют плесень для его производства (см. Приложения 2).

Мне понравились слова одного ученого о том, что слишком тщательная гигиена приводит к депрессиям и даже раку, так как человек смывает полезные бактерии. Насколько это верно меня берут сомнения.

2.5 Мои исследования

Полезные микробы. Бактерии и йогурт

1.Получение йогурта в домашних условиях.

Для моего эксперимента понадобилось: 1л. молока, 6 стеклянных баночек, кастрюля, йогурт, маленькая ложка, чашка.

1. Я попросила свою маму вскипятить молоко. Затем разлить его по стеклянным баночкам. Оставила их немного остывать.

2.Взяла по ложечке молока из каждой баночки и слила в отдельную чашку, затем добавила туда ложку йогурта. Всё хорошо перемешала. Йогурт - источник бактерий.

Поставила баночки в кастрюлю на 5 часов, чтобы охладились. Молоко свернулось и йогурты готовы.

Вредные микробы

2.Размножение бактерий в домашних условиях.

Мне понадобилось: 0,5 л. воды, в которой варился рис, желатин, ложка говяжьего бульона, пищевая плёнка, 4 тарелки.

2. Налила в каждую тарелку немного получившейся жидкости и накрыла пищевой плёнкой до охлаждения.

3. Убрала плёнки с трёх тарелок, а последнюю оставила под плёнкой. Одну тарелку поставила на кухне с северной стороны, а другую в своей комнате, третью на балкон, где пригревает солнышко. Оставила их на полдня.

4.Затем снова накрыла тарелки плёнкой и поставила в тёплое место, для того, что бы микробы размножались.

5.Через 4 дня я открыла тарелки и увидела маленькие кружочки в каждой тарелке, но количество их в каждой тарелке было разное. Только контрольная тарелка осталась без изменений.

Вывод: в результате исследования я выяснила, что для размножения микробов необходимы благоприятные условия: 1. Тепло 2.Окружающая среда, так как в закрытую тарелку бактерии не проникли 3. Определённая питательная среда для быстрого их размножения.

3.Выращивание плесени из фруктов

Мне понадобился банан, желатин и пищевая плёнка.

1. Я взяла банан и размяла его в пюре. Развела желатин в тёплой воде и добавила в банановое пюре. Накрыла пищевой плёнкой и поставила в тёплое место.

2. Через три дня на фруктовом пюре образовалась плесень, которая имела своеобразный рисунок и необычный цвет.

III . Заключение

На основе выше изложенного материала я выяснила, что существует огромное количество микроорганизмов, которые не только вредят живым организмам, но и приносят колоссальную пользу, что микроорганизмы – неотъемлемая часть нашей жизни.

Их используют в промышленности, сельском хозяйстве, в народной медицине.

Они распространены везде: в воздухе, на коже, во рту, в кишечнике, в продуктах, на одежде, в почве.

Я узнала, что необходимо делать, чтобы защитить себя и своих близких от вреда, наносимого плохими бактериями, а также поддержать естественный баланс полезных существ в организме. Соблюдение этих простых правил – залог здоровой жизни.

Мне не нравилась кисломолочная продукция. Но теперь, когда я выяснила, что существуют лактобактерии и бифидобактерии, населяющие всю нашу пищеварительную систему, в том числе и ротовую полость, они помогают нашему пищеварению работать, предотвращая кишечные расстройства, вырабатывают полезные витамины и вещества, помогающие нашему организму получать пользу от еды, а бифидобактерии препятствуют возникновению у человека аллергии, я с удовольствием буду включать кисломолочную продукцию в свой пищевой рацион. Полезные микробы, которые содержатся в йогуртах, необходимы для приготовления молочных продуктов, а так же хлеба. Их незаметная работа дала людям много вкусных и полезных продуктов. Я убедилась в этом, когда в домашних условиях получала йогурт. Теперь я могу приготовить йогурт сама для большой своей семьи. Мама готовит нам ароматные и пышные булочки на дрожжах.

Ещё для меня было удивительным, что в магазинах продаётся плесневый сыр и стоит он очень дорого. Когда я готовилась к исследовательской работе мне стало интересно узнать о таком сыре и я выяснила, что он, оказывается, не только съедобный, но и полезный продукт.

Мне было интересно так же проводить исследования по выращиванию микробов и вести наблюдения за их размножением. Из данной работы я извлекла много полезной и нужной информации, которая пригодится мне в повседневной жизни. Например, соблюдение гигиенических правил спасает от разных болезней, как правильно хранить продукты от порчи, научилась получать йогурт в домашних условиях.

Изучив различные источники, я убедилась, что все материалы подтверждают гипотезу моей работы о том, что бактерии могут быть как вредными, так и полезными.

Обзор

Автор

Редакторы

Обратите внимание!

Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

Эволюция и происхождение вирусов

В 2007 году сотрудники биологического факультета МГУ Л. Нефедова и А. Ким описали, как мог появиться один из видов вирусов — ретровирусы. Они провели сравнительный анализ геномов дрозофилы D. melanogaster и ее эндосимбионта (микроорганизма, живущего внутри дрозофилы) — бактерии Wolbachia pipientis. Полученные данные показали, что эндогенные ретровирусы группы gypsy могли произойти от мобильных элементов генома — ретротранспозонов. Причиной этому стало появление у ретротранспозонов одного нового гена — env, — который и превратил их в вирусы. Этот ген позволяет вирусам передаваться горизонтально, от клетки к клетке и от носителя к носителю, чего ретротранспозоны делать не могли. Именно так, как показал анализ, ретровирус gypsy передался из генома дрозофилы ее симбионту — вольбахии [7]. Это открытие упомянуто здесь не случайно. Оно нам понадобится для того, чтобы понять, чем вызваны трудности борьбы с вирусами.

Из давних письменных источников, оставленных историком Фукидидом и знахарем Галеном, нам известно о первых вирусных эпидемиях, возникших в Древней Греции в 430 году до н.э. и в Риме в 166 году. Часть вирусологов предполагает, что в Риме могла произойти первая зафиксированная в источниках эпидемия оспы. Тогда от неизвестного смертоносного вируса по всей Римской империи погибло несколько миллионов человек [8]. И с того времени европейский континент уже регулярно подвергался опустошающим нашествиям всевозможных эпидемий — в первую очередь, чумы, холеры и натуральной оспы. Эпидемии внезапно приходили одна за другой вместе с перемещавшимися на дальние расстояния людьми и опустошали целые города. И так же внезапно прекращались, ничем не проявляя себя сотни лет.

Вирус натуральной оспы стал первым инфекционным носителем, который представлял действительную угрозу для человечества и от которого погибало большое количество людей. Свирепствовавшая в средние века оспа буквально выкашивала целые города, оставляя после себя огромные кладбища погибших. В 2007 году в журнале Национальной академии наук США (PNAS) вышла работа группы американских ученых — И. Дэймона и его коллег, — которым на основе геномного анализа удалось установить предположительное время возникновения вируса натуральной оспы: более 16 тысяч лет назад. Интересно, что в этой же статье ученые недоумевают по поводу своего открытия: как так случилось, что, несмотря на древний возраст вируса, эпидемии оспы не упоминаются в Библии, а также в книгах древних римлян и греков [9]?

Строение вирусов и иммунный ответ организма

Рисунок 1. Первооткрыватель вирусов Д.И. Ивановский (1864–1920) (слева) и английский врач Эдвард Дженнер (справа).

Почти все известные науке вирусы имеют свою специфическую мишень в живом организме — определенный рецептор на поверхности клетки, к которому и прикрепляется вирус. Этот вирусный механизм и предопределяет, какие именно клетки пострадают от инфекции. К примеру, вирус полиомиелита может прикрепляться лишь к нейронам и потому поражает именно их, в то время как вирусы гепатита поражают только клетки печени. Некоторые вирусы — например, вирус гриппа А-типа и риновирус — прикрепляются к рецепторам гликофорин А и ICAM-1, которые характерны для нескольких видов клеток. Вирус иммунодефицита избирает в качестве мишеней целый ряд клеток: в первую очередь, клетки иммунной системы (Т-хелперы, макрофаги), а также эозинофилы, тимоциты, дендритные клетки, астроциты и другие, несущие на своей мембране специфический рецептор СD-4 и CXCR4-корецептор [13–15].

Одновременно с этим в организме реализуется еще один, молекулярный, защитный механизм: пораженные вирусом клетки начинают производить специальные белки — интерфероны, — о которых многие слышали в связи с гриппозной инфекцией. Существует три основных вида интерферонов. Синтез интерферона-альфа (ИФ-α) стимулируют лейкоциты. Он участвует в борьбе с вирусами и обладает противоопухолевым действием. Интерферон-бета (ИФ-β) производят клетки соединительной ткани, фибробласты. Он обладает таким же действием, как и ИФ-α, только с уклоном в противоопухолевый эффект. Интерферон-гамма (ИФ-γ) синтезируют Т-клетки (Т-хелперы и (СD8+) Т-лимфоциты), что придает ему свойства иммуномодулятора, усиливающего или ослабляющего иммунитет. Как именно интерфероны борются с вирусами? Они могут, в частности, блокировать работу чужеродных нуклеиновых кислот, не давая вирусу возможности реплицироваться (размножаться).

Причины поражений в борьбе с ВИЧ

Тем не менее нельзя сказать, что ничего не делается в борьбе с ВИЧ и нет никаких подвижек в этом вопросе. Сегодня уже определены перспективные направления в исследованиях, главные из которых: использование антисмысловых молекул (антисмысловых РНК), РНК-интерференция, аптамерная и химерная технологии [12]. Но пока эти антивирусные методы — дело научных институтов, а не широкой клинической практики*. И потому более миллиона человек, по официальным данным ВОЗ, погибают ежегодно от причин, связанных с ВИЧ и СПИДом.

Подобный вирусный механизм характерен не только для ВИЧ. Он описан и при инфицировании некоторыми другими опасными вирусами: такими, как вирусы Денге и Эбола. Но при ВИЧ антителозависимое усиление инфекции сопровождается еще несколькими факторами, делая его опасным и почти неуязвимым. Так, в 1991 году американские клеточные биологи из Мэриленда (Дж. Гудсмит с коллегами), изучая иммунный ответ на ВИЧ-вакцину, обнаружили так называемый феномен антигенного импринтинга [23]. Он был описан еще в далеком 1953 году при изучении вируса гриппа. Оказалось, что иммунная система запоминает самый первый вариант вируса ВИЧ и вырабатывает к нему специфические антитела. Когда вирус видоизменяется в результате точечных мутаций, а это происходит часто и быстро, иммунная система почему-то не реагирует на эти изменения, продолжая производить антитела к самому первому варианту вируса. Именно этот феномен, как считает ряд ученых, стоит препятствием перед созданием эффективной вакцины против ВИЧ.

Открытие биологов из МГУ — Нефёдовой и Кима, — о котором упоминалось в самом начале, также говорит в пользу этой, эволюционной, версии.

Сегодня не только ВИЧ представляет опасность для человечества, хотя он, конечно, самый главный наш вирусный враг. Так сложилось, что СМИ уделяют внимание, в основном, молниеносным инфекциям, вроде атипичной пневмонии или МЕRS, которыми быстро заражается сравнительно большое количество людей (и немало гибнет). Из-за этого в тени остаются медленно текущие инфекции, которые сегодня гораздо опаснее и коварнее коронавирусов* и даже вируса Эбола. К примеру, мало кто знает о мировой эпидемии гепатита С, вирус которого был открыт в 1989 году**. А ведь по всему миру сейчас насчитывается 150 млн человек — носителей вируса гепатита С! И, по данным ВОЗ, каждый год от этой инфекции умирает 350-500 тысяч человек [33]. Для сравнения — от лихорадки Эбола в 2014-2015 гг. (на состояние по июнь 2015 г.) погибли 11 184 человека [34].

* — Коронавирусы — РНК-содержащие вирусы, поверхность которых покрыта булавовидными отростками, придающими им форму короны. Коронавирусы поражают альвеолярный эпителий (выстилку легочных альвеол), повышая проницаемость клеток, что приводит к нарушению водно-электролитного баланса и развитию пневмонии.

Рисунок 8. Электронная микрофотография воссозданного вируса H1N1, вызвавшего эпидемию в 1918 г. Рисунок с сайта phil.cdc.gov.

Почему же вдруг сложилась такая ситуация, что буквально каждый год появляются новые, всё более опасные формы вирусов? По мнению ученых, главные причины — это сомкнутость популяции, когда происходит тесный контакт людей при их большом количестве, и снижение иммунитета вследствие загрязнения среды обитания и стрессов. Научный и технический прогресс создал такие возможности и средства передвижения, что носитель опасной инфекции уже через несколько суток может добраться с одного континента на другой, преодолев тысячи километров.

Вирусы и бактерии. (Геометрическая форма, расположение в пространстве, рост численности.)

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Вирусы и бактерии играют важную роль в жизни людей, являясь в основном возбудителями различных заболеваний. Для осенне-весеннего периода характерен рост инфекционных заболеваний, вызванных данными мельчайшими формами жизнь.

Изучить видовое многообразие форм вирусов и бактерий, сравнить их формы и пространственное расположение с геометрическими фигурами, исследовать процесс размножения вирусов и бактерий с математической точки зрения.

Изучить геометрические формы и пространственное расположение отдельных представителей вирусов и бактерий.

Изучить рост численности и размеры выбранных микроорганизмов.

Доказать, что рост численности вирусов и бактерий подчиняется законам математике.

Вирусы и бактерии.

Геометрические формы и пространственное расположение вирусов и бактерий, скорость их размножения.

Вирусы можно представить в виде идеальных геометрических тел, а бактерии – в виде поверхностей вращения. Скорость размножения вирусов и бактерий в идеальных условиях можно описать, используя математические законы.

Актуальность исследования обусловлена тем, что людей окружает множество различных микроорганизмов, большую часть из которых составляют вирусы и бактерии. Многие из них опасны для человека. Эти микроскопические организмы могут вызывать заболевания, как у людей, так и у животных, растений, грибов, причём каждый из них имеет своего собственного специфического хозяина. Лишь часть микроорганизмов полезны для организма человека, например, молочнокислые бактерии, азотофиксирующие бактерии, бактериофаги (вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки).

Скорость размножения этих примитивных форм жизни чрезвычайно велика и зависит не только от условий, в который попали эти микроорганизмы, но и от их строения и пространственного расположения.

Поэтому, для борьбы с опасными вирусами и бактериями необходимо иметь представления об их строении, форме, пространственном расположении, особенностях и скорости размножения.

Первыми организмами, появившимися на Земле несколько миллиардов лет назад и создавшими предпосылки для дальнейшего развития жизни, были бактерии. Сейчас они составляют отдельное царство живых организмов. Вирусы – самые мелкие из известных живых существ. Бактерии являются самостоятельными живыми организмами, вирусы же, не имеющие собственного обмена веществ, заимствуют свою жизнь у клеток растений, животных и бактерий. Они являются внутриклеточными паразитами живых организмов и не способны размножаться вне клетки. Вне клетки вирусные частицы ведут себя как химические вещества.

Вирусы – простейшая форма жизни

Вирус (от латинского virus – яд) – простейшая форма жизни, микроскопическая частица, представляющая собой молекулы нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключенные в белковую оболочку (капсид) и способные инфицировать живые организмы. Некоторые вирусы, такие как мимивирусы, имеют оба типа молекул. В среднем, вирусы в 5 раз меньше бактерий. Размеры и формы вирусов разнообразны. Большинство изученных вирусов имеют диаметр в пределах от 20 до 300 нм. Некоторые филовирусы имеют длину до 1400 нм, но их диаметр составляет лишь 80 нм. В 2013 году самым крупным из известных вирусов считался Pandoravirus размерами 1 × 0,5 мкм, однако в 2014 году из многолетней мерзлоты из Сибири был описан Pithovirus, достигающий 1,5 мкм в длину и 0,5 мкм в диаметре. В настоящий момент он считается крупнейшим из известных вирусов. Большинство вирионов невозможно увидеть в световой микроскоп, поэтому используют электронные – как сканирующие, так и просвечивающие.

Зрелая вирусная частица, состоит из нуклеиновой кислоты, покрытой защитной белковой оболочкой – капсидом. Капсомер – структурная белковая субъединица капсида. Капсид состоит из белков, а его форма лежит в основе классификации вирусов по морфологическому признаку.

Типы капсидов вирусов

Классифицируют четыре морфологических типа капсидов вирусов: икосаэдрический, спиральный, продолговатый и комплексный.

Икосаэдр

Икоса́эдр – правильный выпуклый многогранник, двадцатигранник , одно из Платоновых тел. Каждая из 20 граней представляет собой равносторонний треугольник. Число ребер равно 30, число вершин – 12. Икосаэдр имеет 59 звёздчатых форм (рис. 1).

Рисунок 1. Геометрическая модель икосаэдра.

Большинство вирусов животных имеют икосаэдрическую или почти шарообразную форму с икосаэдрической симметрией. Правильный икосаэдр является оптимальной формой для закрытого капсида, сложенного из одинаковых субъединиц. Минимальное необходимое число одинаковых капсомеров – 12, каждый капсомер состоит из пяти идентичных субъединиц. Многие вирусы, такие как ротавирус (вирус кишечного гриппа), имеют более двенадцати капсомеров и выглядят круглыми, но сохраняют икосаэдрическую симметрию.

Вирион аденовирусов имеет форму правильного икосаэдра (диаметр 80-100 нм) со скругленными рёбрами. В каждой вершине имеется выступающая белковая структура, необходимая для связывания с клеточными рецепторами заражаемых клеток. Внутри частицы упакован геном вируса, представленный линейной двуцепочечной ДНК, длина которой варьируется, но в среднем составляет 35000 пар нуклеотидов. Капсид состоит из двух видов капсомеров – гексонов (240 гексонов) с шестью рядом располагающимися частицами и 12 пентонов на вершине икосаэдра, соединяющиеся с пятью соседними частицами (рис. 3)

Рисунок 2. Схема строения аденовируса.

Вирус папилломы человека представляет собой кольцевую двухцепочечную молекулу ДНК протяженностью около 8000 пар нуклеотидов, покрытую белковым капсидом. Капсид имеет форму икосаэдра и сформирован 72 пентамерами протеина L1, с которыми ассоциирован протеин L 2 (рис. 3)

Рисунок 3. Вирус папилломы человека.

Вирус краснухи имеет сферическую форму, диаметром 50-70 нм. Это сложный РНК-геномный вирус. РНК заключена в капсид икосаэдрической симметрии, состоящей из С белка. Нуклеокапсид окружен оболочкой – липидным бислоем – суперкапсидом (рис. 4).

Рисунок 4. Строение вируса краснухи.

Вирус кори – сложно организованный вирус, его диаметр составляет от 150 до 350 нм (рис. 5), это наиболее крупный РНК-содержащий вирус человека и животных. Белковый капсид вируса устроен по икосаэдрическому типу симметрии и содержит геном, представленный одной линейной отрицательной нитью рибонуклеиновой кислоты (РНК) – 1Н(–)РНК.

Рисунок 5. Схема строения вируса кори.

Рисунок 6. Вирус полиомиелита.

Спиральный капсид

Спиральные капсиды устроены несколько проще. Капсомеры, составляющие капсид, покрывают спиральную нуклеиновую кислоту и формируют тоже достаточно стабильную белковую оболочку этих вирусов. И при использовании высокоразрешающих электронных микроскопов и соответствующих методов приготовления препарата можно видеть спирализованные структуры на вирусах. При спиральной симметрии капсида вирусная нуклеиновая кислота образует спиральную (или винтообразную) фигуру, полую внутри, и субъединицы белка (капсомеры) укладываются вокруг нее тоже по спирали (трубчатый капсид) (рис. 7). Примером вируса со спиральной симметрией капсида является вирус табачной мозаики, который имеет палочковидную форму, а его длина составляет 300 нм с диаметром 15 нм. В состав вирусной частицы входит одна молекула РНК размером около 6000 нуклеотидов. Капсид состоит из 2000 идентичных субъединиц белка, уложенных по спирали.

Рисунок 7. Строение вируса табачной мозаики.

Продолговатый тип капсида.

Рисунок 8. Бактериофаг.

Продолговатыми назыают икосаэдрические капсиды, вытянутые вдоль оси симметрии пятого порядка. Такая форма характерна для головок бактериофагов (рис. 8).

Рисунок 9. Строение бактериофага Т4.

К омплексный капсид, организованный по принципу двойной симметрии. Некоторые бактериофаги имеют двойную симметрию: головка организована по принципу кубической симметрии, отросток - по принципу спиральной симметрии. Форма этих капсидов ни чисто спиральная, ни чисто икосаэдрическая. Они могут нести дополнительные наружные структуры, такие как белковые хвосты или сложные наружные стенки. Некоторые бактериофаги, такие как фаг Т4, имеют комплексный капсид, состоящий из икосаэдрической головки, соединённой со спиральным хвостом, который может иметь шестигранное основание с отходящими от него хвостовыми белковыми нитями. Этот хвост действует наподобие молекулярного шприца, прикрепляясь к клетке-хозяину и после впрыскивая в неё генетический материал вируса (рис. 9).

Вирусы по своей форме напоминают идеальные геометрические тела – многогранники, сферу.

Рисунок 10. Бактериальная клетка.

Б актерии – обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра. Генетический материал бактерии (дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК) занимает в клетке вполне определенное место - зону, называемую нуклеоидом (рис. 10).

По форме клеток бактерии можно разделить на несколько групп: палочковидные бациллы, сферические кокки, спиральные спириллы, вибрионы(короткие палочки, всегда изогнутые в виде запятой) (рис. 11).

Рисунок 11. Форма бактерий.

Кокковидные бактерии

Кокковидные бактерии обычно имеют форму правильного шара, диаметром 1,0-1,5 мкм; некоторые бобовидную, ланцетовидную, эллипсовидную форму. По характеру взаиморасположения образующихся после деления клеток кокки подразделяют на следующие группы:

Микрококки (от лат. мicros – малый). Клетки делятся в одной плоскости и чаще всего сразу же отделяются от материнской. Располагаются по одиночке, беспорядочно. Сапрофиты, патогенных для человека нет (рис. 12).

Рисунок 12. Микрококки.

Рисунок 13. Диплококки.

Д иплококки (от лат. diplos – двойной). Деление происходит в одной плоскости с образованием пар клеток, имеющих либо бобовидную, либо ланцетовидную форму. Например, возбудитель гонореи Neisseria gonorrhoeae, возбудитель пневмонии Streptococcus pneumoniae (рис. 13).

Рисунок 14. Стрептококки.

С трептококки (от лат. streptos – цепочка). Деление клеток происходит в одной плоскости, но размножающиеся клетки сохраняют между собой связь и образуют различной длины цепочки, напоминающие нити бус. Многие стрептококки являются патогенными для человека и вызывают различные заболевания: скарлатину, ангину, гнойные воспаления и другие. Например, Streptococcus pyogenes (рис. 14).

Стафилококки (от лат. staphyle – гроздь винограда). Клетки делятся в нескольких плоскостях, а образующиеся клетки располагаются скоплениями, напоминающими гроздья винограда. Стафилококки вызывают более 100 различных заболеваний человека. Они наиболее частые возбудители гнойных воспалений. Например, Staphylococcus aureus (рис. 15).

Рисунок 15. Золотистый стафилококк.

Рисунок 16. Тетракокки.

Т етракокки (от лат. tetra – четыре). Деление происходит в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с образованием тетрад. Патогенные для человека виды встречаются очень редко (рис. 16).

Рисунок 17. Сарцины.

С арцины (от лат. sarcina – связка, тюк). Деление происходит в трех взаимно перпендикулярных плоскостях с образованием пакетов (тюков) из 8, 16, 32 и большего числа особей. Особенно часто встречаются в воздухе (рис. 17).

Цилиндрические бактерии.

Рисунок 18. Палочковидные бактерии.

Цилиндрическая, или палочковидная форма характерна для большинства бактерий (греч. bacteria – палочка; лат. bacillum – палочка). Палочковидные бактерии подразделяются на образующие эндоспоры и не образующие эндоспоры. Палочковидные бактерии различаются по длине, поперечному диаметру, форме концов клеток, расположению (рис. 18).

Спиральные бактерии.

Эти формы различаются количеством и характером завитков, длиной и толщиной клеток. Они подразделяются на вибрионы (лат. vibrare – колебание, дрожание), которые имеют вид изогнутой палочки или запятой (рис. 19); спириллы(лат. spiro – изгиб) – это спирально изогнутые клетки, имеющие большой поперечный диаметр и малое число высоких завитков (рис. 20); спирохеты (лат. spiro – изгиб, греч. сhaite – хохол, грива) (рис. 21) – это изгибающиеся тонкие спирально изогнутые клетки, напоминающие по форме синусоиду (рис. 22).

Рисунок 19. Вибрионы

Рисунок 20. Спириллы.

Рисунок 21. Бледная трепонема.

Рисунок 22. Синусоида.

Рост численности вирусов и бактерий

Репликация вирусов

Рисунок 23. Репродукция вируса.

Размножение вирусов протекает с исключительно высокой скоростью: так при попадании в верхние дыхательные пути одной вирусной частицы вируса гриппа уже через 8 часов количество инфекционного потомства достигает 10³, а концу первых суток – 10²³. Высочайшая скорость размножения вируса гриппа объясняет столь короткий инкубационный период 1-2 суток. Быстроте репродукции вируса благоприятствует распространение многих сотен вирионов, подготовленных лишь одной зараженной клеткой.

Цикл репродукции аденовируса продолжается 14 и более часов. В одной клетке образуется до 1000 вирусных частиц, при этом клетка разрушается. В свою очередь новые вирусные частицы, попав в новые клетки, становятся способными к созданию других вирионов и т.д. Таким образом только один вирион через двое суток после попадания в клетку человека способен дать потомство около 1 млрд. вирионов. То есть размножение вируса подчиняется формуле n-ого члена геометрической прогрессии, где, где q = 1000.

Геометрическая прогрессия – последовательность чисел ( членов прогрессии ) b ₁, b _2, b ₃,…, в которой каждое последующее число, начиная со второго, получается из предыдущего умножением его на определённое число q ( знаменатель прогрессии ), где b ₁ ≠ 0, q ≠ 0, b ₂= b ₁ q , b ₃= b ₂ q ,…, b _n = b _n _-1 q

Размножение бактерий

Бактерии в благоприятных условиях растут очень быстро. Как простейшие одноклеточные организмы, бактерии размножаются делением. Достигая своих максимальных габаритов, клетка начинает процесс деления. Спустя определённое время, одна бактерия разделившись по середине, оставляет одну свою полноценную и самостоятельную копию. В благоприятной среде процесс деления протекает особенно динамично. Попадая в благоприятные для развития условия, бактерия делится, образуя две дочерние клетки; у некоторых бактерий деления повторяются через каждые 20 минут и возникают все новые и новые поколения бактерий. Произведём некоторые расчёты, составим числовую последовательность из получившегося числа бактерий: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64… . Заметим, что данная последовательность образует геометрическую прогрессию со знаменателем, равным 2. Отметим, что через час четвёртый член последовательности будет равен 8, через 2 часа – седьмой член последовательности будет равен 64 и т.д. Через 6 часов 19-ый член такой прогрессии будет равен 262144 и т.д. (рис. 24).

Рисунок 24. Размножение бактерий делением надвое.

Бактерии и вирусы представляют собой геометрические тела, поверхности которых используются с наибольшей выгодой для проникновения в клетки человека: бактерии- сферические, спиралевидные, палочковидные клетки, снабжённые несколькими жгутиками, что позволяет быстро передвигаться; вирусы – принимают форму додекаэдра и икосаэдра, которые представляют собой лучшее приближение к сфере.

Размножение вирусов и бактерий подчиняется законам геометрической прогрессии, что тобусловливает высокую скорость распространения инфекционных заболеваний.

Голубев Д.Б. Размышления и споры о вирусах [Текст] / Д.Б. Голубев, В.З. Солоухин – М.: Молодая гвардия, 1989. – 226с.

Лысак В.В. Микробиология [Текст] / В.В. Лысак. – Минск.: БГУ, 2007. – 426 с.; ISBN 985-485-709-3.

Читайте также: