Наука бактерии: Бактерии — Телеканал «Наука»

Как наука борется с бактериями, устойчивыми к антибиотикам

Зимой 2003 года у Рики Ланнетти, успешного 21-летнего футболиста, начался кашель, а затем тошнота. Через несколько дней мама Рики заставила сына обратиться к врачу. Все симптомы указывали на вирус гриппа, поэтому тот не прописал Рики антибиотики, ведь они убивают бактерии, а не вирусы. Но болезнь не проходила, и мать отвезла Рики в местную больницу — к этому моменту у юноши уже отказывали почки. Ему назначили два сильнодействующих антибиотика: цефепим и ванкомицин. Но меньше чем через сутки Рики умер. Анализы показали, что убийцу звали метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA) — токсичная бактерия, устойчивая ко множеству антибиотиков.

Такие штаммы, как MRSA, сегодня называют супермикробами. Подобно героям ужастикам, они мутируют и приобретают сверхспособности, позволяющие противостоять врагам — антибиотикам.

Конец эры антибиотиков

В 1928 году, вернувшись из отпуска, британский биолог Александр Флеминг обнаружил, что оставленные им по невнимательности чашки Петри с бактериальными культурами заросли плесенью. Нормальный человек взял бы да и выбросил её, но Флеминг принялся изучать, что же случилось с микроорганизмами. И выяснил, что в тех местах, где есть плесень, нет бактерий-стафилококков. Так был открыт пенициллин.

Флеминг писал: «Когда я проснулся 28 сентября 1928 года, то, конечно, не планировал совершить революцию в медицине, открыв первый в мире антибиотик, но, полагаю, именно это я и сделал». Британский биолог за открытие пенициллина в 1945-м году получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине (вместе с Говардом Флори и Эрнстом Чейном, которые разработали технологию очистки вещества).

Современный человек привык к тому, что антибиотики — доступные и надёжные помощники в борьбе с инфекционными болезнями. Ни у кого не вызывает паники ангина или царапина на руке. Хотя лет двести назад это могло привести к серьёзным проблемам со здоровьем и даже к гибели. XX век стал эпохой антибиотиков. Вместе с вакцинацией они спасли миллионы, а может, и миллиарды человек, которые непременно погибли бы от инфекций. Вакцины, слава богу, исправно работают (общественное движение борцов с прививками медики всерьёз не рассматривают). А вот эпоха антибиотиков, похоже, подходит к концу. Враг наступает.

Как рождаются супермикробы

Одноклеточные существа начали осваивать планету первыми (3, 5 миллиарда лет назад) — и непрерывно воевали друг с другом. Потом появились многоклеточные организмы: растения, членистоногие, рыбы… Те, кто сохранил одноклеточный статус, задумались: а что, если покончить с междоусобицей и начать захват новых территорий? Внутри многоклеточных безопасно и много еды. В атаку! Микробы перебирались из одних существ в другие, пока не добрались до человека. Правда, если одни бактерии были «хорошими» и помогали хозяину, то другие только причиняли вред.

Люди противостояли этим «плохим» микробам вслепую: вводили карантин и занимались кровопусканием (долгое время это был единственный способ борьбы со всеми болезнями). И только в XIX веке стало ясно, что у врага есть лицо. Руки стали мыть, больницы и хирургические инструменты — обрабатывать дезинфицирующими средствами. После открытия антибиотиков казалось, что человечество получило надёжное средство борьбы с инфекциями. Но бактерии и другие одноклеточные не захотели покидать тёплое местечко и стали приобретать устойчивость к лекарствам.

Супермикроб может по-разному противостоять антибиотику. Например, он способен вырабатывать ферменты, которые разлагают препарат. Иногда ему просто везёт: в результате мутаций становится неуязвимой его мембрана — оболочка, по которой раньше лекарства наносили сокрушительный удар. Устойчивые бактерии рождаются по-разному. Иногда в результате горизонтального переноса генов вредные для человека бактерии заимствуют у полезных средства защиты от лекарств.

Порой человек сам превращает организм в центр по тренировке бактерий-убийц. Допустим, мы лечим пневмонию с помощью антибиотиков. Врач предписал: принимать лекарство нужно десять дней. Но на пятый всё проходит и мы решаем, что хватит травить организм всякой гадостью и прекращаем приём. К этому моменту мы уже перебили часть бактерий, наименее устойчивых к препарату. Но самые крепкие остались живы и получили возможность размножаться. Так, под нашим чутким руководством заработал естественный отбор.

«Лекарственная устойчивость является естественным явлением эволюции. Под воздействием противомикробных препаратов наиболее чувствительные микроорганизмы погибают, а резистентные остаются. И начинают размножаться, передавая устойчивость своему потомству, а в ряде случаев и другим микроорганизмам», — поясняет Всемирная организация здравоохранения.

— Возникновению лекарственной устойчивости способствует то, что многие антибиотики можно купить в аптеке без рецепта врача. Да и сами врачи часто перестраховываются и необоснованно выписывают эти препараты. Допустим, поднялась у человека температура  — ему тут же антибиотики дают, не сделав анализы и не разобравшись, что её вызвало, — рассказывает профессор ММСУ Юрий Венгеров (врач-инфекционист, доктор медицинских наук, соавтор книг «Инфекционные и паразитарные болезни», «Заразные болезни», «Тропические болезни. Руководство для врачей», «Лекции по инфекционным болезням»). — Особенно активно селекция микробов происходит в больницах. Там контактируют люди с разными инфекциями, там принимают много антибиотиков. В итоге сейчас стала широко распространятся больничная пневмония и другие внутрибольничные инфекции. Речь идёт не только о бактериальных заболеваниях, но и, например, о грибковых. Среди грибов уже 30% приобрели устойчивость к лекарствам.

Одноклеточные атакуют

Осенью 2016 года в Нью-Йорке идёт заседание Генеральной Ассамблеи ООН, в котором участвуют представители 193 стран, то есть фактически вся планета. Обычно здесь обсуждают вопросы войны и мира. Но сейчас речь не о Сирии, а о микробах, выработавших устойчивость к лекарствам.

«Мировые лидеры продемонстрировали беспрецедентное внимание к проблеме сдерживания инфекций, устойчивых к противомикробным препаратам. Имеется в виду формирование у бактерий, вирусов, паразитов и грибков способности сопротивляться действию препаратов, которые раньше использовались для их уничтожения и лечения вызванных ими болезней. Впервые главы государств приняли на себя обязательство предпринять масштабные и координированные действия по борьбе с первопричинами развития устойчивости к противомикробным препаратам сразу в целом ряде сфер, прежде всего в сферах здравоохранения, охраны здоровья животных и сельском хозяйстве. Это лишь четвёртый в истории случай, когда вопрос здравоохранения был поднят Генеральной Ассамблеей ООН», — сообщает сайт ВОЗ.

Прогноз мрачный. «Пациентам становится всё сложнее излечиваться от инфекций, поскольку уровень устойчивости патогенных микроорганизмов к действию антибиотиков и, что ещё хуже, антибиотиков резервного ряда стабильно растёт. В сочетании с чрезвычайно медленной разработкой новых антибиотиков это повышает вероятность того, что респираторные и кожные инфекции, инфекции мочевых путей, кровотока могут стать неизлечимыми, а значит, смертельными», — поясняет доктор Недрет Эмироглу из Европейского бюро ВОЗ.

— К этому списку заболеваний я бы обязательно добавил малярию и туберкулёз. В последние годы бороться с ними становится всё труднее, поскольку возбудители приобрели устойчивость к лекарствам, — уточняет Юрий Венгеров.

Примерно о том же говорит помощник генерального директора ВОЗ по безопасности здравоохранения Кейджи Фукуда: «Антибиотики теряют эффективность, так что обычные инфекции и небольшие травмы, которые излечивались в течение многих десятилетий, сейчас снова могут убивать».

— Бактерии начали сопротивляться особенно рьяно, когда антибиотики стали в огромных количествах применяться в больницах и в сельском хозяйстве, — уверяет биохимик Константин Мирошников (доктор химических наук, руководитель лаборатории молекулярной биоинженерии Института биоорганической химии им. Академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН). — Например, чтобы остановить болезни у цыплят, фермеры используют десятки тысяч тонн антибиотиков. Зачастую для профилактики, что позволяет бактериям узнать врага поближе, привыкнуть к нему и выработать устойчивость. Сейчас применение антибиотиков стали ограничивать законодательно. Считаю, что общественное обсуждение таких вопросов и дальнейшее ужесточение закона позволят замедлить рост устойчивых бактерий. Но не остановят их.

— Возможности создания новых антибиотиков почти исчерпаны, а старые выходят из строя. В какой-то момент мы окажемся бессильны перед инфекциями, — признаёт Юрий Венгеров. — Тут ещё важно понимать, что антибиотики превращаются в лекарство только тогда, когда существует доза, способная убить микробов, но при этом не навредить человеку. Вероятность найти такие вещества всё меньше и меньше.

Враг победил?

Всемирная организация здравоохранения периодически публикует панические заявления: мол, антибиотики первого ряда перестают действовать, более современные тоже близки к капитуляции, а принципиально новые препараты пока не появились. Война проиграна?

— Бороться с микробами можно двумя способами, — говорит биолог Денис Кузьмин (кандидат биологических наук, сотрудник учебно-научного центра ИБХ РАН). — Во-первых, искать новые антибиотики, воздействующие на конкретные организмы и мишени, ведь именно антибиотики «большого калибра», поражающие разом целый букет бактерий, вызывают ускоренный рост резистентности. Например, можно конструировать лекарства, которые начинают действовать только при попадании внутрь бактерии с определённым обменом веществ. Причём производителей антибиотиков — микробов-продуцентов — нужно искать в новых местах, активнее задействовать природные источники, уникальные географические и экологические зоны их обитания. Во-вторых, следует разрабатывать новые технологии получения, культивирования продуцентов антибиотиков.

Эти два способа уже реализуются. Разрабатываются новые методы поиска и проверки антибиотиков. Микроорганизмы, которые могут стать оружием нового поколения, ищут повсюду: в гниющих растительных и животных остатках, иле, озёрах и реках, воздухе… Например, учёным удалось выделить антимикробное вещество из слизи, которая образуется на коже лягушки. Помните древнюю традицию класть лягушку в крынку с молоком, чтобы оно не скисало? Сейчас этот механизм изучили и пытаются довести до медицинской технологии.

Ещё пример. Совсем недавно российские учёные из НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе исследовали жителей съедобных грибов и нашли несколько потенциальных поставщиков новых лекарств.

Другим путём пошли учёные из Новосибирска, работающие в российско-американской лаборатории биомедицинской химии ИХБФМ СО РАН. Им удалось разработать новый класс веществ — фосфорилгуанидины (выговорить сложно, да и записать нелегко). Это искусственные аналоги нуклеиновых кислот (точнее, их фрагментов), которые легко проникают в клетку и вступают во взаимодействие с её ДНК и РНК. Такие фрагменты можно создавать под каждый конкретный патоген на основе анализа его генома. Возглавляет проект американец Сидней Альтман (лауреат Нобелевской премии по химии 1989 года (вместе с Томасом Чеком). Профессор Йельского университета. В 2013-м получил российский мегагрант и стал работать в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН).

Но самые популярные направления поиска средств против инфекций — это бактериофаги и антимикробные пептиды.

Союзники из лужи

С высоты птичьего полёта здание ИБХ РАН выглядит как двойная спираль ДНК. А сразу за воротами стоит непонятная скульптура. Табличка поясняет, что это комплекс антибиотика валиномицина с ионом калия посередине. Пятьдесят лет назад сотрудники института поняли, как связываются друг с другом ионы металлов и как проходят потом сквозь оболочку клетки благодаря ионофорам.

Сейчас в ИБХ занимаются и другой темой — бактериофагами. Это особые вирусы, которые избирательно атакуют бактерии. Руководитель лаборатории молекулярной биоинженерии Константин Мирошников ласково называет своих подопечных-бактериофагов зверюшками.

— Фаги хороши и одновременно плохи тем, что действуют на конкретный патоген. С одной стороны, мы целимся только в те микробы, которые мешают жить, и не беспокоим остальных, а с другой — на поиски нужного фага требуется время, которого обычно не хватает, — улыбается завлаб.

И бактерии, и бактериофаги есть в каждой луже. Они постоянно сражаются друг с другом, но уже миллионы лет ни одна сторона не может победить другую. Если человек хочет одолеть бактерий, которые атакуют его организм или картошку на складе, нужно в место размножения бактерий доставить больше соответствующих бактериофагов. Вот метафора, к примеру: когда осваивали побережье Золотых песков в Болгарии, там было много змей, тогда привезли много ежиков и те быстро сместили равновесие фауны.

— Два года назад мы начали сотрудничать с агропарком «Рогачёво» под Дмитровом. Генеральный директор организации Александр Чуенко — бывший электронщик и просвещённый капиталист, не чуждый научному подходу, — рассказывает Константин. — Урожай картошки подъедали пектолитические бактерии — мягкая гниль, которая живёт на складах. Если проблему не решать, картофель быстро превращается в тонны вонючей жижи. Обработка картошки фагами как минимум резко замедляет развитие инфекции — продукт дольше сохраняет вкус и товарный вид как в хранилище, так и на полках магазина. При этом фаги атаковали гнилостных микробов и биодеградировали — распались на частицы ДНК, белки и пошли на корм другим микроорганизмам. После успешных испытаний руководство нескольких крупных агрокомплексов заинтересовалось такой биозащитой урожая.

— Как вам удалось найти нужные бактериофаги и превратить их в противоядие? — спрашиваю я, поглядывая на игрушечного фага, стоящего на стопке книг.

— Для поиска есть классический метод двойного агара. Вначале на первый слой агара в чашке Петри стелите эдакий газон из бактерий, сверху льете воду из лужи и закрываете вторым слоем агара. Через какое-то время на этом мутном газоне появляется чистое пятно, значит, фаг сожрал бактерию. Мы выделяем фаг и изучаем его.

Лаборатория Мирошникова вместе с российскими и зарубежными коллегами получила грант РНФ на исследования и диагностику патогенов картофеля. Тут есть над чем работать: растительные бактерии изучены гораздо хуже человеческих. Впрочем, с нашим организмом тоже много неясного. По словам учёных, врачи не так обследуют человека: все анализы и осмотры заточены под антибиотики, а для фаговой терапии нужны другие методы.

— Фаготерапия — это не лекарство в нынешнем понимании, а скорее комплексная услуга, которая включает быструю диагностику и подбор нужного средства против конкретного патогена. В России препараты фагов входят в список лекарственных средств, но не упомянуты в методических рекомендациях для терапевтов. Так что врачи, которые в теме, вынуждены применять фаги на свой страх и риск. А в Польше, например, законодательство гласит, что, если пациента нельзя вылечить методами традиционной доказательной медицины, можно применять хоть танцы с бубном, хоть гомеопатию, хоть фаговую терапию. И во вроцлавском институте имени Гиршфельда фаги применяют в качестве персонализированной медицинской помощи. Причём с большим успехом, даже в случае запущенных гнойных инфекций. Применение фагов — научно обоснованный и биологически понятный, хотя и не банальный метод, — подытоживает Мирошников.

А вот новость из наукограда Пущино. Учёные из филиала ИБХ РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Института биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН исследовали, как фермент бактериофага Т5 действует на кишечную палочку. То есть работали не с самими бактериофагами, а с их белками-ферментами. Эти ферменты разрушают клеточные стенки бактерий — они начинают растворяться и гибнуть. Но у некоторых микробов есть надёжная наружная мембрана, и этот метод на них не действует. В Пущине решили в помощь ферменту привлечь вещества, которые увеличивают проницаемость мембраны. В результате экспериментов на культурах клеток кишечной палочки учёные выяснили, что вместе фермент и агент уничтожают бактерии намного эффективнее, чем по отдельности. Количество выживших клеток удалось уменьшить чуть ли не в миллионы раз относительно контрольного опыта. В качестве вещества-помощника использовали дешёвые распространённые антисептики, такие как хлоргексидин, причём в очень низких концентрациях.

Фаги можно использовать не только в качестве лекарства, но и как средство, повышающее эффективность прививок.

— В рамках проекта, получившего поддержку Министерства образования и науки России, мы собираемся применить белки бактериофагов для усиления иммуногенных свойств искусственного антигена, — рассказывает микробиолог Андрей Летаров (доктор биологических наук, заведующий лабораторией вирусов микроорганизмов Института микробиологии им. С.Н. Виноградского ФИЦ Биотехнологии РАН). — Для этого фрагменты антигена методами генной инженерии сшивают с некоторыми белками бактериофагов, которые способны собираться в упорядоченные структуры, например в трубочки или сферы.

Как объясняет учёный, такие структуры своими свойствами напоминают частицы патогенных вирусов, хотя на самом деле никакой опасности для человека и животных не представляют. Иммунная система гораздо охотнее распознаёт такие вирусоподобные частицы и быстро развивает антительный ответ. Это путь к созданию улучшенной вакцины, которая в дополнение к традиционной долговременной защите будет обеспечивать быстрый защитный эффект для предотвращения распространения заболевания в очаге инфекции.

Иммунитет червя и свиньи

Младший научный сотрудник учебно-научного центра ИБХ РАН Павел Пантелеев (кандидат химических наук) любит кататься на велосипеде по горам. Ещё он любит изучать морских беспозвоночных, точнее, их антимикробные пептиды, которые ежедневно сражаются с бактериями в организмах живых существ. Пептиды — это младшие братья белков: они тоже состоят из аминокислот, только их там не больше пятидесяти, а в белках сотни и тысячи.

— В начале каждой статьи о пептидах пишется примерно такая фраза: «Существует острая необходимость создания новых антибиотиков, потому что старые уже не работают из-за резистентности. А антимикробные пептиды обладают чудесным свойством — резистентность со стороны бактерий вырабатывается к ним с большим трудом «. Учебно-научный центр, в котором я работаю, занимается поиском пептидов, которые позволили бы нам противостоять патогенным микроорганизмам, — говорит Павел.

Сегодня известно более 800 таких пептидов, но все они не работают на людях. Лекарства на основе пептидов раз за разом проваливают клинические испытания: не удаётся найти стабильные структуры, которые бы в нужном количестве поступали в нужное место и не вызывали побочных эффектов. Они имеют свойство накапливаться в организме: например, могут убить инфекцию, но не выйти с мочой, а остаться в почках.

— Мы изучаем морских кольчатых червей, — рассказывает Павел. — Вместе с коллегами из Института экспериментальной медицины мы выделили из червей Arenicola marina (морской пескожил) два пептида и изучили их. Когда я был аспирантом, мы ещё ездили на Белое море за червями, но в них новых пептидов так и не нашли. Конечно, это может быть связано с несовершенством методики поиска, но, скорее всего, у этого червя действительно только два пептида, и этого достаточно, чтобы защищаться от патогенов.

— Почему именно черви, их проще изучать?

Дело в том, что существует концепция, согласно которой у древних беспозвоночных система врожденного иммунитета должна быть очень сильной, потому что многие из них живут в не самых благоприятных условиях среды обитания и до сих пор существуют. Сейчас одними из объектов моих исследований являются пептиды мечехвостов.

Павел достаёт телефон и показывает нечто с черепашьим панцирем и кучей отвратительных крабьих лапок. Такое можно увидеть только в фильме ужасов или в плохом сне.

— Однако не важно, что ты изучаешь, червей, мечехвостов или свиней, — продолжает Павел. — У всех организмов ты будешь исследовать одни и те же ткани и клетки, где находятся пептиды. Например, клетки крови — нейтрофилы у млекопитающих или гемоциты у беспозвоночных. Пока неизвестно почему, можно лишь выдвигать гипотезы, в том числе шутливые. Свинья — не особо чистоплотное животное, поэтому ей нужно больше защитников, которые не дадут бактериям из её грязевой ванны заразить организм чем-нибудь. Но есть и универсальный ответ: в каждом конкретном случае пептидов столько, сколько необходимо для защиты организма.

— Почему пептиды лучше антибиотиков?

— Пептиды хитро устроены. В отличие от антибиотиков, которые, как правило, действуют на определённую молекулярную мишень, пептиды встраиваются в клеточную оболочку бактерии и формируют в ней особые структуры. В конце концов оболочка клетки разрушается под весом пептидов, захватчики проникают внутрь, а сама клетка взрывается и погибает. Кроме того, пептиды действуют быстро, а эволюция структуры мембраны — очень невыгодный и сложный для бактерии процесс. В таких условиях вероятность развития устойчивости к пептидам сводится к минимуму. Кстати, в нашей лаборатории изучают пептиды не только животных, но и растений, например защитные соединения белково-пептидной природы из чечевицы, укропа. На базе отобранных природных образцов мы создаём что-то интересное. Получившееся вещество вполне может быть гибридом — чем-то средним между пептидом червяка и мечехвоста, — уверяет Павел.

P. S.

Хочется надеяться, что лет через пять, десять или двадцать наступит новая эра борьбы с микробами. Бактерии — существа хитрые и, возможно, создадут в ответ ещё более мощные средства обороны и нападения. Но и наука не будет стоять на месте, так что в этой гонке вооружений победа всё-таки останется за человеком.

Человек и бактерии. Метафоры

Друзья

Штатные сотрудники — бактерии, обитающие в нашем организме. По некоторым оценкам, их общая масса составляет от одного до трёх килограммов, а по количеству их больше, чем клеток человека. Они могут быть заняты на производстве (выработка витаминов), в перерабатывающей промышленности (переваривание пищи) и в армии (в нашем кишечнике эти бактерии подавляют рост своих патогенных собратьев).

Приглашённые специалисты по пищевому производству — молочнокислые и другие бактерии используются для производства сыра, кефира, йогурта, хлеба, квашеной капусты и других продуктов.

Двойные агенты — вообще-то, они враги. Но их удалось завербовать и заставить работать на нужды нашей обороны. Речь идёт о прививках, то есть введении в организм ослабленных вариантов бактерий.

Приёмные дети — это уже не бактерии, а части наших клеток — митохондрии. Когда-то они были самостоятельными организмами, но, проникнув сквозь клеточную мембрану, лишились независимости и с тех пор исправно обеспечивают нас энергией.

Рабочие-военнопленные — генетически модифицированные бактерии используются для производства лекарств (в том числе — антибиотиков) и многих других полезных веществ.

Враги

Оккупанты — все те, кто внедряется в наш организм, паразитирует на нём и приводит к ангине, туберкулёзу, чуме, холере и многим другим заболеваниям.

Пятая колона — некоторые бактерии, обитающие в нашем теле или на коже, в обычной ситуации могут быть вполне безвредными. Но когда организм ослаблен, они коварно поднимают восстание и переходят в наступление. Их ещё называют условно-патогенными штаммами.

Защитные крепости — колонии бактерий, которые покрывают себя слизью и плёнками, предохраняющими от действия препаратов.

Бронированная пехота — среди бактерий, устойчивых к антибиотикам, есть такие, которые умеют делать свои внешние оболочки непроницаемыми для молекул лекарств. Мощь пехоты скрыта в липополисахаридном слое. После гибели бактерий этот слой из жиров и сахара попадает в кровь и может вызвать воспаление или даже септический шок.

Тренировочные базы — ситуации, в которых выживают самые устойчивые и опасные штаммы. Такой тренировочной базой для бактериального спецназа может служить организм человека, который нарушает курс приёма антибиотиков.

Химическое оружие — некоторые бактерии научились вырабатывать вещества, которые разлагают лекарства, лишая их целебных свойств. Например, ферменты из группы бета-лактамаз блокируют действие антибиотиков из группы пенициллинов и цефалоспоринов.

Маскировка — микробы, меняющие внешнюю оболочку и белковый состав так, что лекарства их «не замечают».

Троянский конь — некоторые бактерии используют особые приёмчики для поражения врага. Например, возбудитель туберкулёза (Mycobacterium tuberculosis) способен забираться внутрь макрофагов — иммунных клеток, которые отлавливают и переваривают блуждающих болезнетворных бактерий.

Суперсолдаты — этим всесильным бактериям не страшны почти никакие лекарства.

Рекомендации ВОЗ

Десять заповедей антибактериального поведения

1. Своевременно проходите вакцинацию.

2. Применяйте противомикробные препараты только в случае их назначения дипломированным врачом.

3. Ещё раз: не занимайтесь самолечением с помощью антибиотиков!

4. Помните, что антибиотики не помогают от вирусов. Лечить ими грипп и многие виды «простуды» не только бесполезно, но и вредно. Вроде бы это проходят в школе, однако во время исследования ВЦИОМ на вопрос «Согласны ли вы с утверждением, что антибиотики убивают вирусы так же хорошо, как и бактерии?» 46% респондентов ответили «да».

5. Принимайте лекарство ровно в тех дозах и столько дней, сколько назначил врач. Не прекращайте приём, даже когда почувствуете себя здоровым. «В случае если вы не доведёте лечение до конца, есть риск, что антибиотики не убьют все бактерии, вызвавшие вашу болезнь, что эти бактерии мутируют и станут устойчивыми. Это происходит не в каждом случае — проблема в том, что мы не знаем, кто может закончить лечение преждевременно и без последствий», — признаются эксперты ВОЗ.

6. Никогда не делитесь антибиотиками.

7. Не используйте назначенные ранее и оставшиеся после приёма антибиотики.

8. Мойте руки. Пейте только чистую воду.

9. Используйте средства защиты при половых актах.

10. Избегайте тесных контактов с больными. Если сами заболели, проявите благородство — не пытайтесь заразить своих одноклассников, сокурсников или коллег. В смысле — сидите дома.

Архивы бактерии — Троицкий вариант — Наука

14.06.2022 /
№ 355 /
с. 2–3 /
 Михаил Никитин; Борис Штерн /  Космос /

 16 комментариев

Борис Штерн продолжает беседу с Михаилом Никитиным, науч. сотр. отдела эволюционной биохимии НИИ физико-химической биологии имени Белозерского при МГУ, автором научно-популярной книги «Происхождение жизни». На сей раз речь пойдет о поиске и заселении планет, пригодных для жизни. Видеозапись интервью: https://youtu.be/watch?v=7u0TRCmMbRI

Главное Исследования

17.05.2022 /
№ 353 /
с.  1–3 /
 Михаил Никитин; Борис Штерн /  На переднем крае /

 4 комментария

Как и обещали, мы продолжаем серию интервью о происхождении жизни. Первое было с Михаилом Гельфандом, второе — с Александром Марковым. Теперь главный редактор Борис Штерн беседует с Михаилом Никитиным, написавшим знаменитую книгу как раз на данную тему.

Исследования Новости науки

08.02.2022 /
№ 347 /
с. 9 /
 Максим Борисов /  Новости науки /

 Один комментарий

Вопрос о том, в какой именно момент земной истории уровень атмосферного кислорода стал достаточным для поддержания сложных форм жизни, относится к числу ключевых проблем земной эволюции. В ходе нового исследования удалось выяснить, что повышение уровня кислорода происходило параллельно с эволюцией и расширением сложных эукариотических экосистем. Новые результаты представляют собой самое убедительное доказательство того, что чрезвычайно низкие уровни кислорода долгое время накладывали критически важное ограничение на земную эволюцию…

Бытие науки Интервью

21. 12.2021 /
№ 344 /
с. 4–5 /
 Александр Апт; Михаил Гельфанд /  Разговоры за жизнь /

 6 комментариев

Почему аллели генов, позволяющие развиться туберкулезной инфекции, не вычистились из ДНК человека? Какой сценарий кампании вакцинации от коронавируса был бы наилучшим и почему в России важно вести фундаментальные, а не только прикладные исследования? Об этом и многом другом Михаил Гельфанд поговорил с Александром Аптом, докт. биол. наук, зав. лабораторией иммуногенетики ЦНИИ туберкулеза.

Главное Просвещение

20.04.2021 /
№ 327 /
с. 2–3 /
 Максим Борисов /  Космос /

 6 комментариев

Человек, конечно, смертен (или даже «внезапно смертен»). Однако и человечество в целом не бессмертно. И это факт: в далеком прошлом жизнь на нашей планете неоднократно либо висела на волоске, либо прерывалась вовсе. В будущем ей тоже грозят вполне реальные катастрофы. И если природные катаклизмы на самой Земле в основном локальны и всеобщей гибелью не грозят, да и само себя человечество без остатка вряд ли уничтожит ядерным оружием (разве что сильно деградирует после термоядерной войны), то из космоса может прийти такое, что действительно принесет всеобщую погибель.

11.08.2020 /
№ 310 /
с. 1–3 /
 Алексей Ткаченко, Сергей Маслов; Наталия Демина; Михаил Тамм /  Коронавирус /

 25 комментариев

О том, что нового физики могут привнести в математические модели пандемии коронавируса, почему стоит говорить не только о коллективном иммунитете, но и о неоднородной подверженности людей вирусу, мы поговорили с физиками Сергеем Масловым и Алексеем Ткаченко. Поводом для беседы стала их с соавторами статья «Перманентная неоднородность, а не кратковременная супердисперсия определяет коллективный иммунитет к COVID-19». Беседовала Наталия Демина.

Страницы истории

13.08.2019 /
№ 285 /
с. 12–13, 15 /
 Андрей Летаров; Ольга Орлова /  Страницы истории /

 4 комментария

В научно-популярном проекте Laba.media выходят подкасты по истории науки «Научно-спиритический сеанс „Не верьте лорду Кельвину“». Это цикл, в котором научный журналист Ольга Орлова предлагает действующим ученым «поговорить» с умершими предшественниками: сообщить им важные новости, задать интересующие вопросы. В этом выпуске научно-спиритического сеанса докт. биол. наук, профессор кафедры вирусологии биологического факультета МГУ Андрей Летаров «оживляет» микробиолога Феликса д’Эреля.

Исследования

07.05.2019 /
№ 278 /
с. 13 /
 Аркадий Курамшин /  Исследования /

 Комментариев нет

Международная группа исследователей разработала относительно недорогой и не представляющий опасности для окружающей среды метод получения искусственного перламутра с участием бактерий [1]. Этот искусственный перламутр сравним по прочности с природным, обладает высокой жесткостью и при этом парадоксальным образом устойчив к деформациям. Предполагается, что новый метод будет полезен в решении практических задач в медицине и инженерии, а в перспективе даже внесет свой вклад в освоение Луны.

Исследования

26.02.2019 /
№ 273 /
с. 4 /
 Олег Петров /  На переднем крае /

 Комментариев нет

Осенью 2018 года в МФТИ была открыта Лаборатория активных сред и систем. Активные системы — это сравнительно новая научная область, которая сегодня объединяет физиков, химиков и биологов. Исследования в этой сфере, находящейся на стыке нескольких наук, проводятся интенсивно по всему миру. О том, как работает новая междисциплинарная лаборатория, рассказывает директор ОИВТ РАН академик Олег Петров.

Наука и общество

19.12.2017 /
№ 244 /
с. 8 /
 Наталия Демина /  Премии /

 Комментариев нет

12 декабря 2017 года в московском кинотеатре «Октябрь» на закрытии кинофестиваля документального кино «Артдокфест» были названы лауреаты премии «Лавровая ветвь». Девизом «Артдокфеста» этого года было «Верхи не могут. Низы не хотят», эта известная ленинская цитата (1913 года) показалась президенту фестиваля, кинорежиссеру Виталию Манскому, очень актуальной.

Просвещение

19.12.2017 /
№ 244 /
с. 8 /
 Марина Аствацатурян /  Мнение /

 Один комментарий

Фильм «Жизнь с бактериями» умный, красивый и с интригой, сохраняющейся до последних минут. Признаюсь, в какой-то момент я даже забеспокоилась, что загадочное поведение бактерии в образце № 33 при разведении ее лиофилизированной культуры так и останется необъясненным до конца просмотра…

Наука и общество

10.10.2017 /
№ 239 /
с. 4–5 /
 Юлия Черная /  Конференции /

 Один комментарий

В августе в Новосибирске прошел XV съезд Русского энтомологического общества, одного из старейших научных обществ России (основано в 1859 году). Съезды Русского энтомологического общества организуются раз в пять лет. И впервые съезд проходит к востоку от Уральских гор. На заседаниях съезда в этом году были представлены доклады ведущих ученых из Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска, Екатеринбурга, Томска, Владивостока, Магадана, а также специалистов из 14 зарубежных стран (в том числе США, Великобритании, Дании, Израиля, Китая, Ирана, Монголии, Мексики). Ученые делали доклады на темы, интересующие не только узких специалистов-энтомологов.

Исследования

10.10.2017 /
№ 239 /
с. 13 /
 Наталья Резник /  Всё живое /

 Комментариев нет

Материальные блага в этом мире распределены неравномерно, и животные, чтобы себя ими обеспечить, выкручиваются как могут. Крошечная почвенная нематода Caenorhabditis elegans, один из любимых лабораторных объектов, расширяет свою кормовую базу, рассевая бактерии, которыми потом и питается. C. elegans населяет преимущественно гниющую органику, где много бактерий. Такие ресурсы быстро истощаются, поэтому популяции нематод подвержены резкому колебанию численности. В поисках пищи черви вынуждены постоянно перемещаться, отыскивая богатые охотничьи угодья. Однако, как показали специалисты Принстонского университета, C. elegans умеют делать свою среду обитания более однородной. В центре чашки Петри с плотной питательной средой для роста бактерий исследователи вырастили небольшой круглый газончик кишечной палочки…

Исследования

26. 09.2017 /
№ 238 /
с. 15 /
 Наталья Резник /  Всё живое /

 Комментариев нет

Подавляющее большинство эукариот размножаются половым путем, однако не у всех этот процесс легко наблюдать. У многих одноклеточных организмов он окутан ореолом таинственности и зависит от внешних условий, таких как влажность, температура или наличие питательных веществ, концентрация углекислого газа или освещенность. Теперь к этому списку добавились микробные «афродизиаки» — белки, выделяемые бактериями во внешнюю среду. Обнаружили их случайно. Профессор Калифорнийского университета в Беркли Николь Кинг (Nicole King) интересуется происхождением животных, особенно возникновением многоклеточности. В качестве объекта исследования она выбрала хоанофлагеллят (Choanoflagellata). Это одноклеточные эукариоты, ближайшие родственники животных. У клетки есть жгутик, окруженный воротничком из актиновых микроворсинок, благодаря которому эти простейшие получили…

Страницы истории

09. 05.2017 /
№ 228 /
с. 6–7 /
 М. Г. /  Про деньги /

 3 комментария

Бабушка всегда заставляла меня мыть руки после того, как я трогал деньги. Она была права: первые опасения, что бумажные деньги могут служить переносчиками патогенов, появились более ста лет назад [Schaarschmidt 1884], а первое систематическое исследование — чуть менее пятидесяти [Abrams 1972], когда мне было девять лет. (Не думаю, впрочем, что бабушка была знакома с этими публикациями, — скорее, ею двигал простой здравый смысл и, возможно, влияние дедушки-хирурга.) Ранние работы опирались на классические микробиологические подходы и могли оценить распространенность только культивируемых бактерий. Сразу стало ясно, — впрочем, как и ожидалось, — что на монетах бактерий меньше (13%), чем на бумажных деньгах…

Информация от партнеров

25.04.2017 /
№ 227 /
с. 6 /
 Анонсы /

 Комментариев нет

29 апреля 2017 года в Кемерово выступят Ася Казанцева с лекцией «Еда полезная и вредная: как понять?» и Максим Казарновский с докладом «Иммунология. Старые друзья — паразит не всегда враг». 20 мая 2017 года в Нижнем Новгороде состоятся выступления Алексея Водовозова «Псевдодиагностика» и Олега Феи «„Физика, бессердечная ты наука“ — как знаменитые ученые терпели неудачи»…

ТрВ-онлайн

24.04.2017 /

 Комментариев нет

8 апреля 2017 года в Сахаровском центре (Москва) состоялось празднование 9-летия газеты «Троицкий вариант — Наука». Представляем стенограммы выступлений и видеозаписи.

Наука и общество

04.10.2016 /
№ 214 /
с. 10–11 /
 Егор Задереев; Ольга Орлова /  Гамбургский счет /

 Комментариев нет

В 1986 году в Камеруне, в районе озера Ниос, произошла лимнологическая катастрофа. На поверхность озера вышло большое количество углекислого газа; около 1,7 тыс. жителей умерли от отравления, потери среди домашнего скота составили 3,5 тыс. Это была не первая и не единственная трагедия, связанная со сложными биофизическими процессами в водоемах. Похожие озера есть и в России. О том, насколько далеко лимнологи продвинулись в понимании загадки пресных и соленых озер, Ольга Орлова в передаче «Гамбургский счет» на Общественном телевидении России узнала у канд. биол. наук, вед. науч. сотр. Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук Егора Задереева.

Просвещение

20.09.2016 /
№ 213 /
с. 13 /
 Джон Тёрни /  Книжная полка /

 Один комментарий

В каждом из нас живет множество бактерий и вирусов — во рту, на коже, в кишечнике. Они помогают переваривать пищу и усваивать лекарства, влияют на нашу гормональную и иммунную системы и более того — даже на мозг! Всё это сообщество микроорганизмов ученые назвали микробиомом. Джон Тёрни рассказывает о самых последних исследованиях микробиома, о его возникновении, росте и роли в развитии самых разных болезней (аллергии, диабета, желудочно-кишечных расстройств, рака и шизофрении).

Исследования

23. 08.2016 /
№ 211 /
с. 15 /
 Наталья Резник /  Всё живое /

 3 комментария

Взгляните в окно на дом напротив. Наверняка его стены покрыты прыщами кондиционеров. Без них многие не представляют современное жилище, особенно летом. Наличие системы кондиционирования воздуха в офисах привело к тому, что частота респираторных заболеваний выросла вдвое по сравнению с помещениями с естественной вентиляцией. Респираторные заболевания — самые распространенные в мире. Американские дети болеют ими по 6–8 раз в год.

Информация от партнеров

09.08.2016 /

 Лиля Сабирова /

 Комментариев нет

Фонд «Эволюция» начал реализацию программы по переводу качественного зарубежного научно-популярного медиаконтента на русский язык. Первый проект программы — русские субтитры к семи курсам о современной биологии известного американского сайта ibiology.org.

Исследования

06. 10.2015 /
№ 189 /
с. 15 /
 Наталья Резник /  Всё живое /

 Комментариев нет

Значительную часть жизни горожане проводят в помещениях, где с ними соседствует огромное количество бактерий и грибов. Не всегда такое соседство приятно, некоторые микроорганизмы патогенны, другие вызывают аллергию, но и без них тоже нельзя. … недостаточный контакт с микробами, грибами и паразитами чреват высокой вероятностью возникновения аллергических заболеваний…

Просвещение

02.06.2015 /
№ 180 /
с. 8-9 /
 Юлия Черная /  Популяризация науки /

 Один комментарий

15 мая 2015 года в новосибирском Академгородке прошел очередной сайнс-слэм, уже третий по счету. Молодые ученые подтверждали утверждение основателя Сибирского отделения РАН Михаила Лаврентьева, что настоящий специалист может рассказать о своей работе даже ребенку буквально за десять минут…

Просвещение

17. 02.2009 /

 Алексей Куприянов /

 Комментариев нет

Документально-игровой фильм «Плесень», который с изрядной помпой анонсировал «Первый канал», потративший на его создание немало средств, был показан в вечерний воскресный прайм-тайм 1 февраля и привлек небывало большую зрительскую аудиторию. Научных журналистов и ученых-биологов, конечно, изрядно настораживал тот факт, что новый фильм делала та же команда, что и скандальную «Великую тайну воды», получившую премию ТЭФИ и при этом ставшую синонимом псевдонаучного кино. Мы попросили дать оценку новому фильму Алексея Куприянова, кандидата биологических наук, работающего в Санкт-Петербургском филиале ГУ ВШЭ. Его статья печатается в авторском сокращении, а развернутая версия публикуется на «Полит.ру».

Фундаментальное открытие ученых поможет в борьбе с бактериями-паразитами сельскохозяйственных культур

Набор микрофотографий, иллюстрирующих эффект влияния малого белка теплового шока и белка деления FtsZ в пучки при разных температурных условиях

Российские исследователи впервые показали, что один из белков теплового шока (IbpA) напрямую взаимодействует с белком, отвечающим за размножение паразитарных бактерий Acholeplasma laidlawii. Эти микоплазмы, а также родственные им фитоплазмы представляют значительную угрозу для растениеводства, поскольку средой обитания для них служат сельскохозяйственно значимые растения. В перспективе данный белок может использоваться в качестве мишени для лекарственных препаратов, защищающих растения. Работа выполнена сотрудниками подведомственного Минобрнауки России Института цитологии (ИНЦ) РАН. 

Ахолеплазму относят к классу бактерий Mollicutes. Это одни из самых маленьких микроорганизмов в мире, способных к самостоятельному воспроизведению (без участия систем организма-хозяина). Бактерии вида Acholeplasma laidlawii — единственные из микоплазм, которые могут жить свободно в почве или воде, однако в основном они паразитируют на растениях и животных. В частности, ахолеплазма поражает значимые для сельского хозяйства растения, такие как рис и горох посевной. Жизнедеятельность данных бактерий может приводить к значительным потерям урожая.

При этом ахолеплазма, как и другие микоплазмы и фитоплазмы, демонстрирует устойчивость к ряду антибактериальных препаратов, которые широко применяются в сельском хозяйстве для защиты растений. Поэтому сегодня ученые ведут всесторонние исследования микоплазм для поиска новых эффективных способов борьбы с этими опасными микроорганизмами.

«В ахолеплазме мы изучаем так называемый малый белок теплового шока IbpA, который характеризуется большим количеством функций. В частности, он защищает клетки бактерий от стресса. Нам удалось установить, что IbpA напрямую воздействует на белок, отвечающий за клеточное деление микроорганизма, причем не только при стрессе, но и в оптимальных условиях для роста данной бактерии», — рассказал руководитель группы молекулярной цитологии прокариот и бактериальной инвазии ИНЦ РАН Иннокентий Вишняков.

Согласно существующей классификации, все клеточные организмы делятся на два надцарства, или домена: прокариоты (археи и бактерии, в число которых входит ахолеплазма) и эукариоты (растения, грибы, насекомые, водоросли и животные, включая человека). Разница между доменами в строении клетки в том, что у эукариотов есть оформленное клеточное ядро, в котором расположен развитый аппарат для деления клеток, у прокариотов же он менее развит, а клеточное ядро отсутствует.

Ранее взаимодействие между белками теплового шока и белками, отвечающими за клеточное деление у прокариот, в научной литературе не встречалась.

Для проверки гипотезы о том, что в ахолеплазме белок теплового шока IbpA оказывает влияние на белок, отвечающий за клеточное деление FtsZ, ученые ИНЦ РАН использовали несколько молекулярно-генетических методов. Клетки ахолеплазмы изучались с помощью просвечивающей электронной микроскопии, кроме того, применялся так называемый плазмонный поверхностный резонанс. Этот метод позволяет точно фиксировать взаимодействие различных биомолекул в клетке в режиме реального времени.

FtsZ — белок, который обнаружен почти у всех известных бактерий. Он запускает или активирует клеточное деление у бактерий, в том числе и у ахолеплазмы. Можно сказать, он регулирует размножение бактерий.

IbpA — один из белков теплового шока, которые функционируют в клетках практически всех живых организмов. Особенность этих биополимеров в том, что организм начинает активно синтезировать их в клетке в ответ на различные стрессовые факторы. Затем белки теплового шока начинают воздействовать на белки с другими функциями с целью нормализовать их работу или утилизировать те белки, которые перестали корректно работать в результате стресса.

На основании полученных результатов исследователи пришли к выводу, что белок теплового шока IbpA в ахеоплазме может стать потенциальной мишенью для лекарственных средств.

«Данная работа добавляет к нашим предыдущим результатам факт того, что этот белок способен влиять на клеточное деление ахолеплазмы. Соответственно, нарушение его работы может привести к печальным для микоплазмы последствиям и даже гибели микроорганизма. В дальнейшем этот эффект может использоваться при создании препаратов, защищающих сельскохозяйственно значимые растения», — добавил Иннокентий Вишняков.

Результаты работы опубликованы в одном из международных изданий.

В исследовании также приняли участие специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» и Казанского (Приволжского) федерального университета. Проект поддержан грантами РФФИ.

ТОР новостей науки » Медвестник

Мировые исследовательские центры сообщили о революционных открытиях: описан новый механизм защиты бактерий от вирусов, который аналогичен принципам работы врожденной иммунной системы человека, открыт регулятор веса в гипоталамусе.

Как работает защита бактерий от вирусов

Прокариоты, к которым относятся бактерии и археи, тоже защищаются от вирусов. Известная до этого стратегия — это CRISPR-Cas. Принципы ее заимствованы в широко применяемой технологии редактирования генома.

Ученые Гарварда и Массачусетского технологического института обнаружили другую систему выявления вирусов у бактерий и архей. Она совпадает с принципами работы врожденного иммунитета человека.

Бактерии и археи распознают консервативные части белков вирусов, которые неизменны. Это происходит посредством рецепторов, исследователи описали четыре типа NLR-рецепторов бактерий, которые выступают специфическими «сенсорами» для консервативных, не изменяемых белков вирусов.

Аналогичные рецепторы NLR, а также TLR, RLR есть у человека. Они распознают консервативные «структуры» возбудителей (не только вирусов) и запускают первую систему иммунной защиты. Это общий механизм иммунной защиты во всех областях жизни, делают выводы авторы.

За открытие и описание принципов работы врожденного иммунитета в 2011 году присуждена Нобелевская премия. Неизменяемые консервативные структуры возбудителей ученые называют патоген-ассоциированными молекулярными паттернами, или PAMP, на них нацелена врожденная иммунная система.

Найден регулятор веса

Фермент O-GlcNAc в нейронах гипоталамуса регулирует массу тела. Его снижение приводит к набору веса и меньшему сжиганию жира. Исследователи Йельского университета считают, что фермент может стать новой «мишенью» при лечении метаболических заболеваний.

Голодание в течение суток значительно повышало уровень фермента. Колебания GlcNAc зависели от уровня питательных веществ и потребности в энергии, что указывает на его участие в регуляции метаболического гомеостаза.

Нокаутные мыши, у которых «выключили» кодирующий фермент O-GlcNAc ген, быстро набирали вес при обычном питании, несмотря на одинаковый объем пищи с обычными животными и аналогичную физическую активность. Животные без фермента тратили меньше энергии в покое.

Мыши с выключенным геном по-другому реагировали на кратковременное голодание, не «сжигая» жир так интенсивно. Это связано с невозможностью правильно «оценить» уровень глюкозы для внесения метаболических корректив и приказа начать сжигать жир.

Почему размышления вызывают усталость

Исследование Парижского института мозга определило вещество, которое накапливается в лобных долях при напряженной умственной работе. Это глутамат — важная сигнальная молекула, большое количество вещества может нарушать работу мозга. Период отдыха позволяет восстановить «химизм» и правильную регуляцию процессов.

Префронтальная кора, задействованная в процессе при напряженной умственной работе, отвечает за когнитивный контроль, когда люди сознательно подавляют свои импульсы. Например, почесать место укуса насекомым или выбрать заманчивую краткосрочную «награду» — нездоровый перекус вместо долгосрочной пользы здоровой пищи.

Теперь исследователи будут изучать наилучшие способы восстановления после умственного истощения.

Тату из графена для мониторинга давления

Исследовательский центр микроэлектроники Техасского университета разработал устройство для непрерывного мониторинга артериального давления в виде ультратонкой самоклеящейся татуировки из графена. Тату не инвазивно проводит непрерывный мониторинг артериального давления, максимальная продолжительность измерения — до пяти часов.

Ультратонкий электронный девайс на запястье проводит измерения с точностью до 0,2 ± 4,5 мм рт. ст. для диастолического давления и 0,2 ± 5,8 мм рт. ст. для систолического давления.

Ученые определили, какие опухоли делятся активнее

Ученые Каролинского института провели геномный анализ более 13 тыс. образцов нормальных тканей и опухолей. Потеря контроля над клеточным циклом, в ходе которого дублируется генетический материал и образуется две идентичные клетки, — отличительная черта новообразований.

Гинекологические опухоли — плоскоклеточный рак шейки матки, эндоцервикальная аденокарцинома, серозная цистаденокарцинома яичников и карциносаркома матки — имели самую высокую активность клеточного цикла. Частично это связано с гормональной регуляцией, передачей сигналов и экспрессией генов, поскольку половые гормоны известные митогены.

Самую низкую активность клеточного цикла выявили у плоскоклеточного рака головы и шеи и папиллярно-клеточная карциномы почки.

Однако в нормальных тканях самую высокую пролиферацию имели как раз клетки головы и шеи, уточняют ученые. Это может означать, что активность клеточного цикла не может быть выше, потому что достигла своего «предела». Наоборот, гинекологические опухоли начинаются с более низкого исходного уровня, но имеют более высокий «потолок» для пролиферации после того, как развилась опухоль.

Когда появился вирус простого герпеса

Ученые из Кембриджа, Института эволюционной антропологии Макса Планка и Тартуского университета выделили четыре генома вируса простого герпеса 1-го типа из зубов давно умерших людей. Возраст полученных геномов — III—XVII века.

Секвенировав геномы и применив филогенетические методы оценки возраста, исследователи определили, что вирус простого герпеса «появился» всего 5 тыс. лет назад. Ранее считалось, что это произошло значительно раньше — 50 тыс. лет назад.

Определена причина недостаточности костного мозга

Генетики из Лондонского университета королевы Марии выявили молекулярную причину редкого наследственного заболевания — врожденного дискератоза, когда костный мозг неспособен выработать достаточное количество клеток крови.

Генетический анализ восьми неродственных семей из пяти стран определил, что причина заболевания — дефицит белка тимидилатсинтазы. Однако его недостаток возникает из-за дефекта двух соседних генов — TYMS и ENOSF1. Первый кодирует фермент тимидилатсинтазу, второй частично сцеплен с TYMS и является обратной тимидилатсинтазой. Два гена частично перекрываются на 18 хромосоме и транскрибируются в противоположных направлениях, действуют как функциональная единица для контроля уровня белка TYMS.

Дефекты генов влияют на уровень тимидилатсинтазы, приводя к снижению фермента с последующим нарушением метаболизма нуклеотидов.

Как сообщают исследователи в The American Journal of Human Genetics, наследование заболевания происходит по аутосомно-рецессивному типу. Помимо недостаточности костного мозга и склонности к развитию злокачественных новообразований, врожденный дискератоз проявляется аномальной пигментацией кожи, дистрофией ногтей и лейкоплакией полости рта. Другое название — синдром Цинссера-Энгмана-Коула встречается с частотой один случай на 1 млн.

В Китае снова найден новый вирус

Выявлен новый респираторный вирус животных, способный заражать людей. Вирус Langya обнаружен в Восточном Китае, по заверению ученых, тяжело распространяется среди людей.

Вирус переносится землеройками, которые могут заражать людей напрямую или через промежуточных животных. Доказательств распространения от человека к человеку пока не найдено.

Описаны 35 не связанных друг с другом случаев в китайских провинциях Шаньдун и Хэнань, которые выявлены с апреля 2018-го по август 2021 года. Симптомы инфекции варьируются от тяжелой пневмонии до симптомов банальной респираторной инфекции: повышения температуры, кашля и утомляемости.

Langya — РНК-вирус, ближайший родственник вирусу Нипах и Хендра. Относится к роду Henipavirus семейства парамиксовирусов, к которому принадлежат возбудители парагриппа, кори и эпидемического паротита.

Геном нового вируса «тесно» связан с вирусом Mojiang, который выделен у крыс в заброшенной шахте в китайской провинции Юньнань в 2012 году.

Наука и инновации

Контактный центр

RU

EN

Версия для слабовидящих

Название разработки

Биоразнообразие и биотехнологический потенциал морских бактерий и грибов

Новизна

Полученные данные являются новыми. Валидно описаны новые для науки виды морских бактерий. Из экстрактов грибов впервые выделены — семь новых 6,6-спирокеталей, саргассопениллины A–G, семь новых дитерпеновых гликозидов, виресценозиды R1, R2, R3, Z, Z1-Z3 и 3(S)-(2′(R)-гидроксибутил)-7-гидроксифталид.

Назначение

Морские микроорганизмы существенно отличаются от наземных и синтезируют различные биологически активные вещества, которые не были найдены среди почвенных микроорганизмов. Микроорганизмы относятся к легко возобновляемому биологическому сырью, при этом нет необходимости нарушать функционирование экосистем (например, излишним выловом и т.д.), так как их достаточно легко культивировать в лабораторных и промышленных условиях. Здесь можно прогнозировать быстрые и важные достижения для социально-экономического прогресса общества. 

Описание, характеристики

Валидно описаны новые для науки виды морских бактерий. Из экстрактов грибов-микромицетов Penicillium claviforme, Curvularia inaequlis, Penicillium thomii KMM 4645, Penicillium lividum KMM 4663 и Acremonium striatisporum KMM 4401 было выделено и охарактеризовано (ЯМР спектроскопия, масс-спектрометрия и др.) семь новых 6,6-спирокеталей, саргассопениллины A–G, семь новых дитерпеновых гликозидов, виресценозиды R1, R2, R3, Z, Z1-Z3 и 3(S)-(2′(R)-гидроксибутил)-7-гидроксифталид. Исследована биологическая активность некоторых из этих соединений.

Научная и практическая значимость

Получены новые фундаментальные знания, касающиеся морской систематики морских микроорганизмов и вторичных метаболитов морских микроорганизмов. Химическая структура и биологическая активность этих веществ создают теоретическую основу для разработки лекарственных препаратов.

Преимущества перед известными аналогами

Одной из быстро развивающихся отраслей биотехнологии является микробный синтез ценных для человека веществ. Все развитые страны, владеющие выходом к морю, имеют учреждения, где занимаются морской микробиологией и основанной на ней биотехнологии. В России же такие исследования почти не ведутся. Нами впервые описаны новые для науки виды морских бактерий и выделены и охарактеризованы биологически активные вторичные метаболиты морских микроорганизмов.

Область(и) применения

Обнаружение новых вторичных метаболитов, обладающих биологической активностью, открывает перспективы их дальнейшего использования в самых различных областях, от биомедицины до сельского хозяйства. Не менее важной задачей современной микробиологии является изучение микроорганизмов с целью решения проблемы охраны окружающей среды от бытового, сельскохозяйственного и техногенного загрязнения. Биотехнологии, основанные на достижениях микробиологии, наиболее экономически эффективны и при создании безотходных производств, не нарушающих экологического равновесия.

Правовая защита

Сметанина О.Ф., Юрченко А.Н., Калиновский А.И., Худякова Ю.В., Киричук Н.Н., Пивкин М.В., Афиятуллов Ш.Ш., Михайлов В.В. (–)-Асперпентин из факультативного морского гриба Curvularia inaequalis//Химия природных соединений. 2014. № 6. С. 974–975.

Соболевская М.П., Журавлёва О.И., Лещенко Е.В., Афиятуллов Ш.Ш., Худякова Ю.В., Ким Н.Ю., Киричук Н.Н., Дышловой С.А. Спирокетальные соединения из морских изолятов грибов Penicillium thomii KMM 4645 и Penicillium lividum KMM 4663//Химия природных соединений. 2014. № 6. С. 976-977.

Zhuravleva O.I., Sobolevskaya M.P., Afiyatullov Sh.Sh., Kirichuk N.N., Denisenko V.A., Dmitrenok P.S., Yurchenko E.A., Dyshlovoy S.A. Sargassopenillines A–G, 6,6-spiroketals from the alga-derived fungi Penicillium thomii and Penicillium lividum//Marine Drugs. 2014. V.12. Issue 12. P. 5930-5943.

Zhuravleva O.I, Sobolevskaya M.P., Afiyatullov Sh.Sh., Kirichuk N.N., Denisenko V.A., Dmitrenok P.S., Yurchenko E.A., Dyshlovoy S.A. Sargassopenillines A–G, 6,6-Spiroketals from the Alga-Derived Fungi Penicillium thomii and Penicillium lividum//Marine Drugs. 2014. V. 12 (12). P. 5930-5943.

Стадия готовности к практическому использованию

Полученные результаты являются основой для дальнейшего использованию для дальнейшего использования в биомедицине и сельском хозяйстве.

Авторы

Михайлов В.В., Журавлёва О.И., Лещенко Е.В.

• Новости
• Достижения

Что такое микробиология

Что такое микробиология, введение

Рассмотрим достаточно обшиное понятие микробиология — Microbiology. Области исследования науки, что изучает микробиология (структура и функционирование микрорганизмов). Основы микробиологии, сферы применения.

Н  Огромное количество различных подразделов и дочерних наук.  включает в себя наука биология (изучающие все разнообразие живых существах, взаимодействик со средой обитания. Структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой.)

Однако одной из самых молодых и перспективных, полезных для человека и его деятельности является микробиология. Молодая наука, имеющия активное развитие, стала родоначальницей разделов, как биотехнология и генная инженерия.

Что такое наука микробиология и как проходили этапы ее становления и развития?

Стоит отметить что микробиология превратилась в настоящую науку с  широким спектром областей применения.

Этимология микробиологии

Объемная, интересная, молодая, но динамично развивающаяся наука. Этимология слова ведет свое происхождение от греческого языка.

«mikros» означает «малый», вторая часть слова происходит от «bios», что значит «жизнь», и заключительная часть от греч. «logos», что переводится как учение.

Микробиология (Microbiology) —  учение о микро-жизни, изучение самых мелких живых существ, которые не видимы невооруженным глазом ( — the study of micro-life, the study of the smallest living beings that are not visible to the naked eye.).

одноклеточные организмы микробиология

Парафилетическая группа живых организмов, тело которых состоит из одной клетки (в противоположность многоклеточным). Среди одноклеточных есть и прокариоты, и эукариоты. К ним относятся все археи, бактерии и большая часть протист, а также некоторые растения и грибы. К одноклеточным организмам относятся:

Прокариоты (безъядерные организмы, или не имеющие оформленного ядра): бактерии; археи.

Подробнее

Эукариоты (организмы, имеющие оформленное ядро): одноклеточные водоросли; простейшие.

Подробнее

Вирусы. Однако приоритетное значение в микробиологии отводится изучению именно бактерий самых разных видов, форм и способов получения энергии. Именно в этом состоят основы микробиологии.

Подробнее

Иногда термин «одноклеточные» ошибочно используется как синоним протист (лат. Protista).

Предмет, задачи изучения науки микробиология, медицинская микробиология

На вопрос, что изучает микробиология, можно ответить так:

она изучает внешнее многообразие бактерий по форме и размерам, их влияние на окружающую среду и на живые организмы, способы питания, развития и размножения микроорганизмов, а также их влияние на хозяйственную и практическую деятельность человека. 

Микроорганизмы — это существа, способные обитать в самых разнообразных условиях. Для них практически нет пределов по температуре, по кислотности и щелочности среды, давлению и влажности. При любых условиях существует хотя бы одна (а чаще всего множество) группа бактерий, способная выживать.

Известны сообщества микроорганизмов, которые заселяют совершенно анаэробные условия внутри вулканов, на дне термоисточников, в темных глубинах океанов, суровых условиях гор и скал и так далее. Науке известны сотни видов микроорганизмов, которые со временем складываются в тысячи.

Установлено, что это только малая толика того разнообразия, что есть в природе. Поэтому работы у микробиологов очень много.

Одним из самых знаменитых центров, в котором происходило подробное изучение микроорганизмов и всех процессов, с ними связанных, являлся Пастеровский институт во Франции. Названный в честь знаменитого основателя микробиологии как науки Луи Пастера, этот институт микробиологии выпустил из своих стен массу замечательных специалистов, которыми были совершены не менее замечательные и значительные открытия.

Институт микробиологии им.

С. Н. Виноградского РАН

Существет институт микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН (научное учреждение в области общей микробиологии и вирусологии — систематики, экологии, генетики и биотехнологии микроорганизмов и вирусов. В 2015 году в результате реорганизации вошёл в состав ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН.), который является самым крупным исследовательским центром в области микробиологии в нашей стране. 

История микробиологии, микробиологическая наука

морфологический или описательный; физиологический или накопительный; современный. В целом, история микробиологии насчитывает в своем развитии около 400 лет. То есть начало возникновения приходится примерно на XVII век. Поэтому и считается, что она достаточно молодая наука в сравнении с другими разделами биологии.

Морфологический или описательный этап микробиологии

Морфологический или описательный этап Само название говорит о том, что на данном этапе проходило, строго говоря, просто накопление знаний о морфологии бактериальных клеток. Началось все с открытия прокариот. Данная заслуга принадлежит родоначальнику микробиологической науки итальянцу Антонио ван Левенгуку, который обладал острым умом, цепким взглядом и хорошим умением логически мыслить и обобщать.

Смог изготовить линзы, дающие увеличение в 300 раз. Причем повторить его достижение смогли только в середине XX века русские ученые. И то не вытачиванием, а выплавкой линз из оптического стекловолокна. Вот эти линзы и послужили материалом, через который Левенгук обнаружил микроорганизмы. Причем изначально он ставил перед собой задачу весьма прозаичного характера:

ученого интересовало, почему хрен такой горький. Растерев части растения и рассмотрев их под микроскопом собственного производства, он и увидел целый живой мир крошечных созданий. Было это в 1695 году. С этих пор Антонио начинает активно изучать и описывать различные виды бактериальных клеток. Он различает их только по форме, однако и это уже немало. 

Левенгуку принадлежит около 20 рукописных томов, которые описывают подробно шаровидные, палочковидные, спиральные и другие виды бактерий. Им написан первый труд по микробиологии, который называется «Тайны природы, открытые Антони ван Левенгуком». Первая попытка систематизировать и обобщить накопленные знания по морфологии бактерий принадлежит ученому О. Мюллеру, который предпринял ее в 1785 году. С этого момента история развития микробиологии начинает набирать свои обороты. 

Физиологический или накопительный этап микробиологии

Физиологический или накопительный этап На данном этапе развития науки были изучены механизмы, лежащие в основе жизнедеятельности бактерий. Рассмотрены процессы, в которых они принимают участие и которые без них невозможны в природе. Была доказана невозможность самозарождения жизни без участия живых организмов. Все эти открытия были совершены в результате экспериментов великого ученого-химика, но после этих открытий еще и микробиолога, Луи Пастера.

Сложно переоценить его значение в развитии этой науки. История микробиологии вряд ли сумела бы развиться так быстро и полно, если бы не этот гениальный человек.  

доказал, что знакомый людям издревле процесс брожения сахаристых веществ обусловлен наличием определенного вида микроорганизмов. Причем для каждого вида брожения (молочно-кислое, спиртовое, масляное и так далее) характерно наличие специфической группы бактерий, которые его и осуществляют; ввел в пищевую отрасль процесс пастеризации для избавления продуктов от микрофлоры, вызывающей их гниение и порчу; ему принадлежит заслуга повышения иммунитета к болезням путем введения вакцины в организм. То есть Пастер — родоначальник прививок, именно он доказал, что болезни вызываются наличием болезнетворных бактерий; разрушил представления об аэробности всего живого и доказал, что для жизни многих бактерий (маслянокислых, например) кислород вообще не нужен, и даже вреден. Главной неоспоримой заслугой Луи Пастера стало то, что все свои открытия он доказывал экспериментально. 

Нет сомнений в справедливости полученных результатов. Но на этом история микробиологии, конечно, не заканчивается.

Значимыс ученым, работавшим в XIX веке и внесшим неоценимый вклад в изучение микроорганизмов, стал Роберт Кох — немецкий ученый, которому принадлежит заслуга выведения чистых линий бактериальных клеток.

Микроорганизмы тесно взаимосвязаны между собой в природе, одни группы в процессе жизнедеятельности создают питательную среду для другой, другая делает тоже самое для третьей и так далее.

То есть это те же цепи питания, что и у высших организмов, только внутри бактериальных сообществ. Вследствие этого очень сложно изучить какое-то отдельное сообщество, группу микроорганизмов, ведь их размеры чрезвычайно малы (1-6 м или 1 мкм) и, находясь в постоянном тесном взаимодействии между собой, они не поддаются тщательному изучению поодиночке. Идеальной представлялась возможность вырастить множество идентичных клеток бактерий одного сообщества в искусственных условиях. То есть получить массу одинаковых клеток, которые будут видны невооруженным глазом и изучить процессы у которых станет значительно легче.

Выведение чистых культур бактерий на питательной среде

Данное открытие сделал Кох —  ввел в обиход выведение чистых культур бактерий на питательной среде, которая для каждого сообщества своя. Также ему принадлежат заслуги в окрашивании колоний микроорганизмов и отдельных ее участников. Роберт Кох первым открыл туберкулезную палочку (палочку Коха), паразитирующую в животных и человеке. 

Использовал метод заражения подопытных животных болезнетворными (патогенными) бактериями с целью выведения чистых культур таких микроорганизмов и разработал методы дезинфекции и борьбы с ними. Таким образом было накоплено множество ценных сведений о жизнедеятельности бактерий, их пользе и вреде для человека. Развитие микробиологии пошло еще более интенсивным путем.

Современный этап микробиологии

Современный этап Современная микробиология — это целый комплекс подразделов и мини-наук, которые занимаются изучением не только самих бактерий, но и вирусов, грибков, архей и всех известных и вновь открываемых микроорганизмов. На вопрос, что такое микробиология, сегодня можно дать очень полный и развернутый ответ. Это комплекс наук, занимающихся изучением жизнедеятельности микроорганизмов, их применения в практической жизни человека в разных областях и сферах, а также влияния микроорганизмов друг на друга, на окружающую среду и живые организмы.

Обширным понятием микробиологии следует привести современную градацию данной науки на разделы. Общая. Почвенная. Водная. Сельскохозяйственная. Медицинская. Ветеринарная. Космическая. Геологическая. Вирусология. Пищевая. Промышленная (техническая).

Разделы микробиологии

Разделы микробиологии занимается подробным изучением микроорганизмов, их влияния на жизнь и здоровье людей и животных, а также возможности использования бактерий в практических целях для улучшения качества жизни человечества. Все это в комплексе и есть то, что изучает микробиология. 

Наибольший вклад в развитие современных методов микробиологии, способов выведения и возделывания штаммов микроорганизмов внесли такие ученые, как Вольфрам Циллиг и Карл Штеттер, Карл Везе, Норман Пейс, Уотсон Крик, Полинг, Цукеркандль.

Отечественные ученые микробиологи, изучение микробиологии

Из отечественных ученых это такие имена, как

И. И. Мечников; Л. С. Ценковский; Д. И. Ивановский; С. Н. Виноградский; В. Л. Омелянский; С. П. Костычев; Я. Я. Никитинский; Ф. М. Чистяков; А. И. Лебедев; В. Н. Шапошников;

Благодаря работам перечисленных ученых, были созданы способы борьбы с серьезными болезнями животных и людей (сибирская язва, сахарный клещ, ящур, оспа и так далее).

Созданы способы повышения иммунитета к бактериологическим и вирусным заболеваниям, получены штаммы микроорганизмов, способных перерабатывать нефть, создавать в процессе жизнедеятельности массу различных органических веществ, очищать и улучшать экологическую обстановку, разлагать нераспадающиеся химические соединения и многое другое.

Вклад специалистов и настоящих исследователей неоценим, поэтому некоторые из них (Мечников И. И.) получили Нобелевскую премию за свои работы.

Существуют дочерние науки, образовавшиеся на основе микробиологии, которые являются самыми передовыми в биологии — это биотехнология, биоинженерия и генная инженерия.

Работа каждой из них направлена на получение организмов или группы организмов с заранее заданными свойствами, удобными человеку. На выведение новых методов работы с микроорганизмами, на получение максимальной выгоды от использования бактерий. Таким образом, этапы развития микробиологии хотя и немногочисленны, однако очень содержательны и полны событиями. 

микробиология, методы изучения микроорганизмов

Многие используемые методы микробиологии основаны на работе с чистыми культурами, а также использовании новейших достижений техники (оптической, электронной, лазерной и так далее). Вот основные из них. Использование микроскопических технических средств. Как правило, только световые микроскопы полного результата не дают, поэтому применяются также люминесцентные, лазерные и электронные. Посевы бактерий на специальных питательных средах для выведения и культивирования абсолютно чистых колоний культур. Физиолого-биохимические методы анализа культуры микроорганизмов.

Молекулярно-биологические методы анализа. Генетические методы анализа.

Возможно проследить генеалогическое древо практически каждой открытой группы микроорганизмов. Это стало возможным благодаря работам Карла Везе, который сумел расшифровать участок генома колонии бактерий. С этим открытием стало возможным построение филогенетической системы прокариот. 

Использование изложенных методов позволяет получать полную и подробную информацию о любом из вновь открывающихся или уже открытых микроорганизмов и находить им правильное применение.

Этапы микробиологии, которые она прошла в своем становлении как наука, не всегда включали такой щедрый и точный набор методов.

Самым действенным в любые времена является метод экспериментальный, именно он послужил основой для накопления знаний и умений в работе с микромиром.  

Микробиология в медицине, медицинская микробиология

Один из наиболее важных и значимых именно для человеческого здоровья разделов микробиологии является медицинская микробиология. Предметом ее изучения стали вирусы и патогенные бактерии, которые вызывают тяжелые заболевания. Поэтому перед медиками-микробиологами стоит задача:

выявить патогенный организм, культивировать его чистую линию, изучить особенности жизнедеятельности и причины, по которым наносится вред организму человека, и найти средство для устранения данного действия. После того как чистая культура патогенного организма будет получена, необходимо провести тщательный молекулярно-биологический анализ.

На основе результатов провести испытание устойчивости организмов к антибиотикам, выявить пути распространения заболевания и выбрать наиболее эффективный метод лечения против данного микроорганизма. Именно медицинская микробиология, в том числе ветеринарная, помогла решить ряд злободневных проблем человечества:

созданы вакцины против сибирской язвы, бешенства, рожи непарнокопытных, оспы овец, анаэробных инфекций, туляремии и паратифа, стало возможным избавление от чумы и парапневмонии и так далее.  

Пищевая микробиология, санитария и гигиена

Основы микробиологии, санитарии и гигиены тесно взаимосвязаны между собой и вообще едины. Ведь патогенные организмы способны распространяться гораздо быстрее и в большем объеме, когда условия санитарии и гигиены оставляют желать лучшего.

Используется в пищевой промышленности, при массовых производствах различных продуктов питания для человека.

Морфология и физиология микроорганизмов, биохимические процессы микроорганизмов

Данные о морфологии и физиологии микроорганизмов, биохимических процессах, вызываемых ими, а также влияние экологических факторов на микрофлору, развивающуюся в продуктах питания при транспортировании, хранении, реализации и переработке сырья, позволяют избежать многих проблем.

Роль микроорганизмов в процессе формирования и изменения качества пищевых продуктов и возникновения ряда заболеваний, вызываемых патогенными и условно-патогенными видами, весьма значительна, и поэтому задачей пищевой микробиологии, санитарии и гигиены является эту роль выявить и повернуть на благо человеку.

Пищевая микробиология культивирует бактерии, способные преобразовывать из нефти белки, использует микроорганизмы для разложения пищевых продуктов, для обработки многих товаров питания. Процессы брожения на основе молочно-кислых и масляно-кислых бактерий дают человечеству множество необходимых продуктов. Вирусология Совершенно отдельная и очень большая группа микроорганизмов, которая на сегодняшний день является самой малоизученной — это вирусы.

Микробиология и вирусология

Стоит отметить, что микробиология и вирусология взаимосвязанные категории микробиологической науки, которые изучают патогенные бактерии и вирусы, способные нанести тяжкий вред здоровью живых организмов.

Вирусология раздел очень обширный и сложный, поэтому заслуживает отдельного изучения. 

бактерий | Клетка, эволюция и классификация

Mycobacterium tuberculosis

См. все СМИ

Ключевые лица:

Джошуа Ледерберг
Джордж П. Смит
Роберт Кох
Антони ван Левенгук
Фердинанд Кон

Похожие темы:

риккетсия
кампилобактер
азотфиксирующие бактерии
серная бактерия
эубактерии

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

бактерии , единственное число бактерия , любой из группы микроскопических одноклеточных организмов, которые живут в огромных количествах почти во всех средах на Земле, от глубоководных жерл и глубоко под поверхностью Земли до пищеварительного тракта человека.

Бактерии не имеют связанного с мембраной ядра и других внутренних структур, поэтому их относят к одноклеточным формам жизни, называемым прокариотами. Прокариоты являются доминирующими живыми существами на Земле, они существовали примерно три четверти истории Земли и адаптировались почти ко всем доступным экологическим средам обитания. Как группа, они демонстрируют чрезвычайно разнообразные метаболические способности и могут использовать почти любое органическое соединение и некоторые неорганические соединения в качестве источника пищи. Некоторые бактерии могут вызывать заболевания у людей, животных или растений, но большинство из них безвредны и являются полезными экологическими агентами, метаболическая активность которых поддерживает высшие формы жизни. Другие бактерии являются симбионтами растений и беспозвоночных, где они выполняют важные для хозяина функции, такие как фиксация азота и расщепление целлюлозы. Без прокариот почва не была бы плодородной, а мертвый органический материал разлагался бы намного медленнее. Некоторые бактерии широко используются при приготовлении пищевых продуктов, химикатов и антибиотиков. Исследования взаимоотношений между различными группами бактерий продолжают давать новое понимание происхождения жизни на Земле и механизмов эволюции.

Все живые организмы на Земле состоят из одного из двух основных типов клеток: эукариотических клеток, в которых генетический материал заключен в ядерную мембрану, или прокариотических клеток, в которых генетический материал не отделен от остальной части клетка. Традиционно все прокариотические клетки называли бактериями и относили к прокариотическому царству Monera. Однако их классификация как Monera, эквивалентная по таксономии другим царствам — Plantae, Animalia, Fungi и Protista — недооценивает замечательное генетическое и метаболическое разнообразие, проявляемое прокариотическими клетками по сравнению с эукариотическими клетками. В конце 19Американский микробиолог 70-х годов Карл Вёзе впервые внес серьезные изменения в классификацию, поместив все организмы в три домена — эукариоты, бактерии (первоначально называвшиеся эубактериями) и археи (первоначально называвшиеся архебактериями) — чтобы отразить три древние линии эволюции. Прокариотические организмы, которые ранее были известны как бактерии, затем были разделены на две из этих областей: бактерии и археи. Бактерии и археи внешне похожи; например, у них нет внутриклеточных органелл, и у них есть кольцевая ДНК. Однако они принципиально различны, и их разделение основано на генетических свидетельствах их древних и отдельных эволюционных линий, а также на фундаментальных различиях в их химии и физиологии. Члены этих двух прокариотических доменов так же отличаются друг от друга, как и от эукариотических клеток.

Прокариотические клетки (т. е. бактерии и археи) принципиально отличаются от эукариотических клеток, составляющих другие формы жизни. Прокариотические клетки имеют гораздо более простую структуру, чем эукариотические клетки. Наиболее очевидным упрощением является отсутствие внутриклеточных органелл, характерных для эукариотических клеток. Органеллы представляют собой дискретные, окруженные мембраной структуры, содержащиеся в цитоплазме и включающие ядро, где сохраняется, копируется и экспрессируется генетическая информация; митохондрии и хлоропласты, где химическая или световая энергия преобразуется в метаболическую энергию; лизосома, где перевариваются поглощенные белки и становятся доступными другие питательные вещества; и эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, где белки, которые синтезируются и высвобождаются клеткой, собираются, модифицируются и экспортируются. Все виды деятельности, выполняемые органеллами, имеют место и у бактерий, но они не осуществляются специализированными структурами. Кроме того, прокариотические клетки обычно значительно меньше эукариотических. Небольшой размер, простая конструкция и широкие метаболические возможности бактерий позволяют им очень быстро расти и делиться, а также обитать и процветать практически в любой среде.

Викторина «Британника»

Бактерии, плесень и лишайники: правда или вымысел?

Пенициллин сделан из плесени? Могут ли грибы фотосинтезировать? Отделите факты от вымысла в этой научной викторине.

Прокариотические и эукариотические клетки различаются по многим другим параметрам, включая состав липидов, структуру ключевых метаболических ферментов, реакцию на антибиотики и токсины и механизм экспрессии генетической информации. Эукариотические организмы содержат несколько линейных хромосом с генами, которые намного больше, чем они должны быть для кодирования синтеза белков. Значительные части рибонуклеиновой кислоты (РНК) копии генетической информации (дезоксирибонуклеиновой кислоты или ДНК) отбрасываются, а оставшаяся матричная РНК (мРНК) существенно модифицируется перед трансляцией в белок. Напротив, бактерии имеют одну кольцевую хромосому, которая содержит всю их генетическую информацию, а их мРНК являются точными копиями их генов и не модифицируются.

Что такое бактерии? | Живая наука

Живая наука поддерживается своей аудиторией. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот почему вы можете доверять нам.

На этом цветном изображении (электронная микрофотография) показаны четыре сферических метициллин-резистентных бактерии Staphylococcus aureus (MRSA) (фиолетовые) в процессе «поглощения» нейтрофильными лейкоцитами человека (синие). (Изображение предоставлено: Callista Images через Getty Images)

Бактерии — это одноклеточные организмы, которые есть практически везде: в земле, в океане, на ваших руках и в кишечнике. Хотя некоторые из них вредны, большинство нет, а некоторые даже полезны для здоровья человека. Во многих случаях люди живут в симбиозе с бактериями, поддерживая взаимовыгодные отношения, даже не подозревая об этом.

Итак, давайте демистифицируем эту разнообразную группу одноклеточных организмов. Вот обзор того, что такое бактерии, что они делают и каких из них следует остерегаться.

Что такое бактерии?

(Изображение предоставлено Shutterstock)

(открывается в новой вкладке)

Бактерии — это одноклеточные организмы с уникальной внутренней структурой. Люди и другие многоклеточные организмы являются эукариотами, что означает, что наши клетки имеют отдельные ядра, связанные мембраной. Бактерии являются прокариотами, то есть у них нет организованных ядер или каких-либо других мембраносвязанных органелл.

Бактериальная ДНК свободно плавает внутри бактериальных клеток в виде скрученной нитевидной массы, называемой нуклеоидом. У некоторых также есть отдельные кольцевые фрагменты ДНК, называемые плазмидами. Согласно Microbiology Society , плазмиды часто содержат гены, которые дают бактериям преимущество в выживании, например, гены, обеспечивающие устойчивость к антибиотикам.

Бактерии не следует путать с другой крупной группой прокариот, называемой археями. Археи также являются одноклеточными организмами, но эти две группы различаются типами молекул, которые они используют для построения своих клеточных стенок, и используемыми ими метаболическими процессами.

Структура бактерий

Молочнокислые Lactobacillus acidophilus являются бациллами, то есть имеют цилиндрическую форму. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Бактерии бывают пяти основных форм: сферическая, цилиндрическая, запятая, штопор и спираль. Научные названия этих форм: кокки (круглые), бациллы (цилиндрические), вибрионы (в форме запятой), спирохеты (штопор) и спириллы (спираль). Формы и конфигурации бактерий часто отражаются в их названиях. Например, молочнокислые Lactobacillus acidophilus являются бациллами, а пневмонией вызывающими Streptococcus pneumoniae представляют собой цепочку кокков.

Бактериальные клетки обычно окружены внешней клеточной стенкой и внутренней клеточной мембраной. Некоторые бактерии, такие как микоплазмы, вообще не имеют клеточной стенки. Некоторые бактерии могут даже иметь третий, самый внешний защитный слой, называемый капсулой. Хлыстообразные отростки часто покрывают поверхность бактерий — длинные, называемые жгутиками, или короткие, называемые пили, — и помогают бактериям перемещаться и прикрепляться к хозяину.

Бактерии могут быть классифицированы по составу их клеточных стенок с помощью теста, называемого окрашиванием по Граму, по данным Научно-образовательного ресурсного центра Карлтонского колледжа. Тест окрашивает грамположительные бактерии или бактерии, не имеющие наружной мембраны. Грамотрицательные бактерии, у которых есть внешняя мембрана, не окрашиваются. Например, S. pneumoniae является грамположительной бактерией, но Escherichia coli , которая может вызывать пищевое отравление, и Vibrio cholerae , вызывающий холеру, являются грамотрицательными бактериями.

Углубляясь под клеточную стенку и мембрану, бактерии содержат цитоплазму, состоящую в основном из воды и солей. В цитоплазме плавают нуклеоиды, плазмиды и крошечные белковые фабрики, называемые рибосомами, которые являются местами, где генетические инструкции клетки транслируются в клеточные продукты. Некоторые антибиотики, такие как тетрациклин, нацелены на бактериальные рибосомы, чтобы помешать им синтезировать белки, тем самым обрекая клетку.

Цитоплазма некоторых бактерий также может иметь маленькие карманы, называемые включениями, в которых запасаются питательные вещества для неурожайных периодов. Фотосинтезирующие бактерии, которые генерируют энергию солнечного света, могут иметь структуры, называемые хроматофорами, распространенными по всей их цитоплазме. Эти хроматофоры содержат пигменты, используемые в фотосинтезе .

Как бактерии питаются и размножаются?

Как одна из старейших форм жизни на Земле , бактерии выработали ошеломляющее количество способов выживания. Некоторые бактерии являются фотосинтезирующими, в то время как другие являются мастерами разложения, расщепляя гниющий и разлагающийся органический материал на питательные вещества. Некоторые вступают в симбиотические или взаимовыгодные отношения с хозяином (подробнее об этом позже).

Большинство бактерий размножаются в процессе, называемом бинарным делением , по данным Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни Корнельского университета. В этом процессе одна бактериальная клетка, называемая «родительской», делает копию своей ДНК и увеличивается в размерах, удваивая свой клеточный состав. Затем клетка разделяется, выталкивая дублированный материал и создавая две идентичные «дочерние» клетки.

Некоторые виды бактерий, такие как цианобактерии и фирмикуты, размножаются почкованием. В этом случае дочерняя клетка растет как ответвление родительской. Он начинается как небольшой выступ, растет, пока не станет того же размера, что и его родитель, а затем отщепляется.

После бинарного деления или почкования ДНК, обнаруженная у родителей и потомства, абсолютно одинакова. Следовательно, бактериальные клетки вносят вариации в свой генетический материал, интегрируя в свой геном дополнительную ДНК, часто из своего окружения. По данным Колледжа наук Государственного университета Сан-Диего, это называется горизонтальным переносом генов. Полученная в результате генетическая изменчивость гарантирует, что бактерии могут адаптироваться и выживать при изменении окружающей среды, ранее сообщал Live Science 9.0066 .

Существует три способа горизонтального переноса генов: трансформация, трансдукция и конъюгация.

На этой диаграмме показаны стадии бактериальной конъюгации. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Трансформация является наиболее распространенным процессом горизонтального переноса генов и происходит, когда бактерия поглощает короткие фрагменты ДНК из окружающей среды через свою клеточную мембрану. (Фрагменты ДНК выбрасываются в окружающую среду другими бактериями.) Чтобы пройти трансформацию, бактерия должна находиться в состоянии, известном как дееспособность. Обычно это происходит при нехватке питательных веществ или при высокой плотности бактериальной колонии. В этих обстоятельствах может быть эволюционно выгодно опробовать какую-то новую ДНК.

Трансдукция происходит, когда вирус захватывает ДНК одной бактерии и заражает другую бактерию, вставляя новую последовательность гена. Соединение происходит, когда бактерии вступают в прямой контакт. Донорская клетка отрастает в виде трубчатого придатка, называемого пилусом, и напрямую передает ДНК реципиентной клетке. Это происходит с E. coli , в которых некоторые отдельные клетки несут особый тип плазмиды, известный как фактор фертильности, или фактор F, согласно « Modern Genetic Analysis 9».0066» (W. H. Freeman and Company, 1999). Эти клетки с F-фактором могут передавать ДНК клеткам, отрицательным по F-фактору. Третий тип переноса, называемый конъюгацией, способствует распространению генов устойчивости к антибиотикам.

Как бактерии полезны для здоровья?

Многие бактерии полезны для человека. Мы используем их силу, чтобы сворачивать молоко в йогурт и ферментировать капусту в кимчи. Некоторые виды даже выполняют свою работу внутри нас. По данным Общества микробиологии, их примерно в 10 раз больше. Многие бактериальные клетки, как и клетки человека, находятся внутри тела человека, и многие из них живут в пищеварительном тракте. Эти бактерии получают постоянный поток питательных веществ из кишечника человека. Взамен они помогают расщеплять продукты, которые не могут расщеплять пищеварительные ферменты человека. Bacteroides thetaiotaomicron , например, помогает расщеплять сложные углеводы. L. acidophilus расщепляет сахар в молоке и создает побочные продукты, такие как молочная кислота и перекись водорода, согласно Медицинской библиотеке Mount Sinai ; эти побочные продукты делают кишечник менее гостеприимным для вредных бактерий.

Бактерии на коже также могут производить побочные продукты, которые защищают от вредных бактерий, согласно статье 2018 года в журнале Nature Reviews Microbiology (откроется в новой вкладке). Доброкачественная бактерия Corynebacterium accolens , например, ингибирует рост вызывающего пневмонию S. pneumoniae .

Некоторые кожные бактерии могут быть как полезными, так и вредными. Staphylococcus epidermidis — это сферическая бактерия, которая обычно колонизирует кожу, но может вызвать инфекцию при попадании внутрь организма человека. Однако S. epidermidis также продуцирует белки, которые ингибируют рост его более вирулентного родственника, Золотистый стафилококк . S. aureus также вызывает инфекции, когда проникает через кожный барьер, но они, как правило, намного серьезнее, чем инфекции S. epidermidis .

Чем бактерии опасны для здоровья?

Специалисты бактериологической лаборатории в Сан-Франциско выделяют бактерию Yersinia pestis во время исследования чумы в 1965 году. (Изображение предоставлено CDC/Margaret A. Parsons. (Фото: Smith Collection/Gado/Getty Images)

Некоторые бактерии, такие как S. aureus , большую часть времени живут в относительном мире с людьми; По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), около 30% людей носят S. aureus в носу. Но когда эти бактерии попадают в организм, особенно у людей с ослабленным иммунитетом , они могут вызывать смертельные инфекции. Стафилококковые инфекции могут вызывать сепсис (воспаление всего тела в ответ на инфекцию), пневмония , эндокардит (воспаление сердца и сердечных клапанов) и остеомиелит (воспаление костей), по данным CDC.

Другие бактерии почти всегда опасны для человека. Холера, диарейное заболевание, от которого ежегодно умирает около 95 000 человек во всем мире, вызывается V. cholerae . Бактерия Yersinia pestis , распространяемая блохами, которые кусают грызунов, была ответственна за Черную смерть . А Bacillus anthracis может образовывать почти неразрушимые споры сибирской язвы, которые скрываются в почве и могут вызвать смертельную болезнь при вдыхании или употреблении.

Некоторые из наиболее распространенных проблемных бактерий заражают людей через испорченные продукты. Salmonella Бактерии вызывают заболевание, называемое сальмонеллезом, которое характеризуется диареей, спазмами желудка и лихорадкой. По данным CDC, хотя большинство людей выздоравливают через четыре-семь дней, сальмонеллез может быть серьезным и даже смертельным как для маленьких детей, так и для пожилых людей.

E. coli , еще одна бактерия, вызывающая пищевое отравление, часто распространяется через зараженную пищу и воду. В то время как многие штаммы безвредно живут в кишечнике человека, другие вызывают диарею. Как сальмонеллез, Диарея, вызванная E. coli , обычно очень неприятна, но непродолжительна, хотя у 5–10% людей развивается почечное осложнение, называемое гемолитико-уремическим синдромом, которое, по данным CDC, может быть опасным для жизни.

Другой распространенной бактерией, которая может быть опасной для человека, является Helicobacter pylori . По данным Mayo Clinic , около половины людей переносят эти бактерии в желудке. Большинство людей никогда не проявляют каких-либо побочных эффектов от этой инфекции, но в некоторых случаях бактерии вызывают пептические язвы или болезненные язвы на слизистой оболочке желудка. Не совсем ясно, как распространяются бактерии, но к факторам риска относятся теснота

Что такое бактериальный вагиноз?

Бактериальный вагиноз — это состояние, при котором анаэробные бактерии (бактерии, не использующие кислород в своем метаболизме) вытесняют Lactobacillus , тип полезных бактерий, во влагалище. Симптомы включают вагинальный зуд, серые или зеленые выделения, рыбный запах и боль во время мочеиспускания.0065 Клиника Мэйо .

Бактериальный вагиноз является распространенным явлением: национальное исследование , проведенное в период с 2001 по 2004 год , показало, что 29 % женщин, случайно протестированных на наличие бактерий, вызывающих заболевание, имели его, что соответствует примерно 21 миллиону женщин в США, страдающих в любой момент времени. (Только у 15% женщин с положительным тестом были симптомы.)

По данным клиники Майо, неясно, что вызывает бактериальный вагиноз. Некоторые люди, вероятно, восприимчивы, потому что их вагинальная среда не так удобна для 9.0079 Lactobacillus бактерии, составляющие здоровую микрофлору влагалища. Спринцевание или секс с новым партнером или с несколькими половыми партнерами могут быть фактором риска, возможно, потому, что эти действия разрушают обычные бактериальные сообщества во влагалище. Бактерии, обычно связанные с бактериальным вагинозом, включают видов Gardnerella vaginalis , видов Prevotella , видов Mobiluncus и Atopobium vaginae , в соответствии с CDC .

При отсутствии лечения бактериальный вагиноз является фактором риска преждевременных родов и может сделать женщину более восприимчивой к инфекциям, передающимся половым путем. Бактериальный вагиноз можно лечить антибиотиками.

Устойчивость к антибиотикам

На этом изображении художника изображены сферические бактерии. И стафилококки, и стрептококки имеют сферическую форму. (Изображение предоставлено Катериной Кон/Shutterstock)

Антибиотики обычно используются для лечения бактериальных инфекций. Однако в последние годы неправильное и ненужное использование антибиотиков имеет способствовал распространению нескольких штаммов устойчивых к антибиотикам бактерий.

В случае устойчивости к антибиотикам инфекционные бактерии больше не чувствительны к ранее эффективным антибиотикам. По данным CDC , не менее 2 миллионов человек в США ежегодно заражаются устойчивыми к антибиотикам бактериями, что ежегодно приводит к t23 000 смертей.

«Практически любая инфекция, о которой вы можете думать сейчас, была идентифицирована как связанная с определенным уровнем устойчивости», — сказал доктор Кристофер Крнич, врач-инфекционист и больничный эпидемиолог в больницах Университета Висконсина, и Уильям С. Миддлтон. Мемориальный госпиталь ветеранов. «В настоящее время мы лечим очень мало инфекций, вызванных резистентными бактериями, которые не представляют клинической проблемы».

MRSA , например, является одним из наиболее печально известных штаммов бактерий, устойчивых к антибиотикам; он устойчив к метициллину и другим антибиотикам, используемым для лечения инфекций Staphylococcus , которые передаются в основном при контакте с кожей. Заражение MRSA происходит в медицинских учреждениях , таких как больницы и дома престарелых, где это может привести к пневмонии или инфекциям кровотока. По данным CDC . Внебольничный MRSA чаще всего вызывает серьезные инфекции кожи.

Важным аспектом борьбы с устойчивостью к антибиотикам является осторожность при их использовании. «Для нас очень важно разумно использовать антибиотики», — сказал Крнич в интервью Live Science. «Вы хотите использовать антибиотик только тогда, когда у вас есть четкая бактериальная инфекция».

Дополнительные ресурсы:

• Узнайте больше об истории жизни и экологии бактерий из Калифорнийского университета в Беркли.
• Часы: Бактерии: производители энергии будущего? От Национального научного фонда.
• Узнайте, как пекари и их хлеб соответствуют микробам, от NPR.

Эта статья была обновлена ​​14 октября 2021 г. участником Live Science Стефани Паппас.

Апарна Видьясагар — независимый научный журналист, специализирующийся на здравоохранении и науках о жизни. Апарна написал для ряда изданий, в том числе New Scientist, Science, PBS SoCal, Mental Floss и некоторых других. Апарна имеет докторскую степень в области клеточной и молекулярной патологии Университета Висконсин-Мэдисон, а также степень магистра и бакалавра в том же университете.

Что такое бактерии? | Живая наука

Живая наука поддерживается своей аудиторией. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот почему вы можете доверять нам.

На этом цветном изображении (электронная микрофотография) показаны четыре сферических метициллин-резистентных бактерии Staphylococcus aureus (MRSA) (фиолетовые) в процессе «поглощения» нейтрофильными лейкоцитами человека (синие). (Изображение предоставлено: Callista Images через Getty Images)

Бактерии — это одноклеточные организмы, которые есть практически везде: в земле, в океане, на ваших руках и в кишечнике. Хотя некоторые из них вредны, большинство нет, а некоторые даже полезны для здоровья человека. Во многих случаях люди живут в симбиозе с бактериями, поддерживая взаимовыгодные отношения, даже не подозревая об этом.

Итак, давайте демистифицируем эту разнообразную группу одноклеточных организмов. Вот обзор того, что такое бактерии, что они делают и каких из них следует остерегаться.

Что такое бактерии?

(Изображение предоставлено Shutterstock)

(открывается в новой вкладке)

Бактерии — это одноклеточные организмы с уникальной внутренней структурой. Люди и другие многоклеточные организмы являются эукариотами, что означает, что наши клетки имеют отдельные ядра, связанные мембраной. Бактерии являются прокариотами, то есть у них нет организованных ядер или каких-либо других мембраносвязанных органелл.

Бактериальная ДНК свободно плавает внутри бактериальных клеток в виде скрученной нитевидной массы, называемой нуклеоидом. У некоторых также есть отдельные кольцевые фрагменты ДНК, называемые плазмидами. Согласно Microbiology Society , плазмиды часто содержат гены, которые дают бактериям преимущество в выживании, например, гены, обеспечивающие устойчивость к антибиотикам.

Бактерии не следует путать с другой крупной группой прокариот, называемой археями. Археи также являются одноклеточными организмами, но эти две группы различаются типами молекул, которые они используют для построения своих клеточных стенок, и используемыми ими метаболическими процессами.

Структура бактерий

Молочнокислые Lactobacillus acidophilus являются бациллами, то есть имеют цилиндрическую форму. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Бактерии бывают пяти основных форм: сферическая, цилиндрическая, запятая, штопор и спираль. Научные названия этих форм: кокки (круглые), бациллы (цилиндрические), вибрионы (в форме запятой), спирохеты (штопор) и спириллы (спираль). Формы и конфигурации бактерий часто отражаются в их названиях. Например, молочнокислые Lactobacillus acidophilus являются бациллами, а пневмонией вызывающими Streptococcus pneumoniae представляют собой цепочку кокков.

Бактериальные клетки обычно окружены внешней клеточной стенкой и внутренней клеточной мембраной. Некоторые бактерии, такие как микоплазмы, вообще не имеют клеточной стенки. Некоторые бактерии могут даже иметь третий, самый внешний защитный слой, называемый капсулой. Хлыстообразные отростки часто покрывают поверхность бактерий — длинные, называемые жгутиками, или короткие, называемые пили, — и помогают бактериям перемещаться и прикрепляться к хозяину.

Бактерии могут быть классифицированы по составу их клеточных стенок с помощью теста, называемого окрашиванием по Граму, по данным Научно-образовательного ресурсного центра Карлтонского колледжа. Тест окрашивает грамположительные бактерии или бактерии, не имеющие наружной мембраны. Грамотрицательные бактерии, у которых есть внешняя мембрана, не окрашиваются. Например, S. pneumoniae является грамположительной бактерией, но Escherichia coli , которая может вызывать пищевое отравление, и Vibrio cholerae , вызывающий холеру, являются грамотрицательными бактериями.

Углубляясь под клеточную стенку и мембрану, бактерии содержат цитоплазму, состоящую в основном из воды и солей. В цитоплазме плавают нуклеоиды, плазмиды и крошечные белковые фабрики, называемые рибосомами, которые являются местами, где генетические инструкции клетки транслируются в клеточные продукты. Некоторые антибиотики, такие как тетрациклин, нацелены на бактериальные рибосомы, чтобы помешать им синтезировать белки, тем самым обрекая клетку.

Цитоплазма некоторых бактерий также может иметь маленькие карманы, называемые включениями, в которых запасаются питательные вещества для неурожайных периодов. Фотосинтезирующие бактерии, которые генерируют энергию солнечного света, могут иметь структуры, называемые хроматофорами, распространенными по всей их цитоплазме. Эти хроматофоры содержат пигменты, используемые в фотосинтезе .

Как бактерии питаются и размножаются?

Как одна из старейших форм жизни на Земле , бактерии выработали ошеломляющее количество способов выживания. Некоторые бактерии являются фотосинтезирующими, в то время как другие являются мастерами разложения, расщепляя гниющий и разлагающийся органический материал на питательные вещества. Некоторые вступают в симбиотические или взаимовыгодные отношения с хозяином (подробнее об этом позже).

Большинство бактерий размножаются в процессе, называемом бинарным делением , по данным Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни Корнельского университета. В этом процессе одна бактериальная клетка, называемая «родительской», делает копию своей ДНК и увеличивается в размерах, удваивая свой клеточный состав. Затем клетка разделяется, выталкивая дублированный материал и создавая две идентичные «дочерние» клетки.

Некоторые виды бактерий, такие как цианобактерии и фирмикуты, размножаются почкованием. В этом случае дочерняя клетка растет как ответвление родительской. Он начинается как небольшой выступ, растет, пока не станет того же размера, что и его родитель, а затем отщепляется.

После бинарного деления или почкования ДНК, обнаруженная у родителей и потомства, абсолютно одинакова. Следовательно, бактериальные клетки вносят вариации в свой генетический материал, интегрируя в свой геном дополнительную ДНК, часто из своего окружения. По данным Колледжа наук Государственного университета Сан-Диего, это называется горизонтальным переносом генов. Полученная в результате генетическая изменчивость гарантирует, что бактерии могут адаптироваться и выживать при изменении окружающей среды, ранее сообщал Live Science 9.0066 .

Существует три способа горизонтального переноса генов: трансформация, трансдукция и конъюгация.

На этой диаграмме показаны стадии бактериальной конъюгации. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Трансформация является наиболее распространенным процессом горизонтального переноса генов и происходит, когда бактерия поглощает короткие фрагменты ДНК из окружающей среды через свою клеточную мембрану. (Фрагменты ДНК выбрасываются в окружающую среду другими бактериями.) Чтобы пройти трансформацию, бактерия должна находиться в состоянии, известном как дееспособность. Обычно это происходит при нехватке питательных веществ или при высокой плотности бактериальной колонии. В этих обстоятельствах может быть эволюционно выгодно опробовать какую-то новую ДНК.

Трансдукция происходит, когда вирус захватывает ДНК одной бактерии и заражает другую бактерию, вставляя новую последовательность гена. Соединение происходит, когда бактерии вступают в прямой контакт. Донорская клетка отрастает в виде трубчатого придатка, называемого пилусом, и напрямую передает ДНК реципиентной клетке. Это происходит с E. coli , в которых некоторые отдельные клетки несут особый тип плазмиды, известный как фактор фертильности, или фактор F, согласно « Modern Genetic Analysis 9».0066» (W. H. Freeman and Company, 1999). Эти клетки с F-фактором могут передавать ДНК клеткам, отрицательным по F-фактору. Третий тип переноса, называемый конъюгацией, способствует распространению генов устойчивости к антибиотикам.

Как бактерии полезны для здоровья?

Многие бактерии полезны для человека. Мы используем их силу, чтобы сворачивать молоко в йогурт и ферментировать капусту в кимчи. Некоторые виды даже выполняют свою работу внутри нас. По данным Общества микробиологии, их примерно в 10 раз больше. Многие бактериальные клетки, как и клетки человека, находятся внутри тела человека, и многие из них живут в пищеварительном тракте. Эти бактерии получают постоянный поток питательных веществ из кишечника человека. Взамен они помогают расщеплять продукты, которые не могут расщеплять пищеварительные ферменты человека. Bacteroides thetaiotaomicron , например, помогает расщеплять сложные углеводы. L. acidophilus расщепляет сахар в молоке и создает побочные продукты, такие как молочная кислота и перекись водорода, согласно Медицинской библиотеке Mount Sinai ; эти побочные продукты делают кишечник менее гостеприимным для вредных бактерий.

Бактерии на коже также могут производить побочные продукты, которые защищают от вредных бактерий, согласно статье 2018 года в журнале Nature Reviews Microbiology (откроется в новой вкладке). Доброкачественная бактерия Corynebacterium accolens , например, ингибирует рост вызывающего пневмонию S. pneumoniae .

Некоторые кожные бактерии могут быть как полезными, так и вредными. Staphylococcus epidermidis — это сферическая бактерия, которая обычно колонизирует кожу, но может вызвать инфекцию при попадании внутрь организма человека. Однако S. epidermidis также продуцирует белки, которые ингибируют рост его более вирулентного родственника, Золотистый стафилококк . S. aureus также вызывает инфекции, когда проникает через кожный барьер, но они, как правило, намного серьезнее, чем инфекции S. epidermidis .

Чем бактерии опасны для здоровья?

Специалисты бактериологической лаборатории в Сан-Франциско выделяют бактерию Yersinia pestis во время исследования чумы в 1965 году. (Изображение предоставлено CDC/Margaret A. Parsons. (Фото: Smith Collection/Gado/Getty Images)

Некоторые бактерии, такие как S. aureus , большую часть времени живут в относительном мире с людьми; По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), около 30% людей носят S. aureus в носу. Но когда эти бактерии попадают в организм, особенно у людей с ослабленным иммунитетом , они могут вызывать смертельные инфекции. Стафилококковые инфекции могут вызывать сепсис (воспаление всего тела в ответ на инфекцию), пневмония , эндокардит (воспаление сердца и сердечных клапанов) и остеомиелит (воспаление костей), по данным CDC.

Другие бактерии почти всегда опасны для человека. Холера, диарейное заболевание, от которого ежегодно умирает около 95 000 человек во всем мире, вызывается V. cholerae . Бактерия Yersinia pestis , распространяемая блохами, которые кусают грызунов, была ответственна за Черную смерть . А Bacillus anthracis может образовывать почти неразрушимые споры сибирской язвы, которые скрываются в почве и могут вызвать смертельную болезнь при вдыхании или употреблении.

Некоторые из наиболее распространенных проблемных бактерий заражают людей через испорченные продукты. Salmonella Бактерии вызывают заболевание, называемое сальмонеллезом, которое характеризуется диареей, спазмами желудка и лихорадкой. По данным CDC, хотя большинство людей выздоравливают через четыре-семь дней, сальмонеллез может быть серьезным и даже смертельным как для маленьких детей, так и для пожилых людей.

E. coli , еще одна бактерия, вызывающая пищевое отравление, часто распространяется через зараженную пищу и воду. В то время как многие штаммы безвредно живут в кишечнике человека, другие вызывают диарею. Как сальмонеллез, Диарея, вызванная E. coli , обычно очень неприятна, но непродолжительна, хотя у 5–10% людей развивается почечное осложнение, называемое гемолитико-уремическим синдромом, которое, по данным CDC, может быть опасным для жизни.

Другой распространенной бактерией, которая может быть опасной для человека, является Helicobacter pylori . По данным Mayo Clinic , около половины людей переносят эти бактерии в желудке. Большинство людей никогда не проявляют каких-либо побочных эффектов от этой инфекции, но в некоторых случаях бактерии вызывают пептические язвы или болезненные язвы на слизистой оболочке желудка. Не совсем ясно, как распространяются бактерии, но к факторам риска относятся теснота

Что такое бактериальный вагиноз?

Бактериальный вагиноз — это состояние, при котором анаэробные бактерии (бактерии, не использующие кислород в своем метаболизме) вытесняют Lactobacillus , тип полезных бактерий, во влагалище. Симптомы включают вагинальный зуд, серые или зеленые выделения, рыбный запах и боль во время мочеиспускания.0065 Клиника Мэйо .

Бактериальный вагиноз является распространенным явлением: национальное исследование , проведенное в период с 2001 по 2004 год , показало, что 29 % женщин, случайно протестированных на наличие бактерий, вызывающих заболевание, имели его, что соответствует примерно 21 миллиону женщин в США, страдающих в любой момент времени. (Только у 15% женщин с положительным тестом были симптомы.)

По данным клиники Майо, неясно, что вызывает бактериальный вагиноз. Некоторые люди, вероятно, восприимчивы, потому что их вагинальная среда не так удобна для 9.0079 Lactobacillus бактерии, составляющие здоровую микрофлору влагалища. Спринцевание или секс с новым партнером или с несколькими половыми партнерами могут быть фактором риска, возможно, потому, что эти действия разрушают обычные бактериальные сообщества во влагалище. Бактерии, обычно связанные с бактериальным вагинозом, включают видов Gardnerella vaginalis , видов Prevotella , видов Mobiluncus и Atopobium vaginae , в соответствии с CDC .

При отсутствии лечения бактериальный вагиноз является фактором риска преждевременных родов и может сделать женщину более восприимчивой к инфекциям, передающимся половым путем. Бактериальный вагиноз можно лечить антибиотиками.

Устойчивость к антибиотикам

На этом изображении художника изображены сферические бактерии. И стафилококки, и стрептококки имеют сферическую форму. (Изображение предоставлено Катериной Кон/Shutterstock)

Антибиотики обычно используются для лечения бактериальных инфекций. Однако в последние годы неправильное и ненужное использование антибиотиков имеет способствовал распространению нескольких штаммов устойчивых к антибиотикам бактерий.

В случае устойчивости к антибиотикам инфекционные бактерии больше не чувствительны к ранее эффективным антибиотикам. По данным CDC , не менее 2 миллионов человек в США ежегодно заражаются устойчивыми к антибиотикам бактериями, что ежегодно приводит к t23 000 смертей.

«Практически любая инфекция, о которой вы можете думать сейчас, была идентифицирована как связанная с определенным уровнем устойчивости», — сказал доктор Кристофер Крнич, врач-инфекционист и больничный эпидемиолог в больницах Университета Висконсина, и Уильям С. Миддлтон. Мемориальный госпиталь ветеранов. «В настоящее время мы лечим очень мало инфекций, вызванных резистентными бактериями, которые не представляют клинической проблемы».

MRSA , например, является одним из наиболее печально известных штаммов бактерий, устойчивых к антибиотикам; он устойчив к метициллину и другим антибиотикам, используемым для лечения инфекций Staphylococcus , которые передаются в основном при контакте с кожей. Заражение MRSA происходит в медицинских учреждениях , таких как больницы и дома престарелых, где это может привести к пневмонии или инфекциям кровотока. По данным CDC . Внебольничный MRSA чаще всего вызывает серьезные инфекции кожи.

Важным аспектом борьбы с устойчивостью к антибиотикам является осторожность при их использовании. «Для нас очень важно разумно использовать антибиотики», — сказал Крнич в интервью Live Science. «Вы хотите использовать антибиотик только тогда, когда у вас есть четкая бактериальная инфекция».

Дополнительные ресурсы:

• Узнайте больше об истории жизни и экологии бактерий из Калифорнийского университета в Беркли.
• Часы: Бактерии: производители энергии будущего? От Национального научного фонда.
• Узнайте, как пекари и их хлеб соответствуют микробам, от NPR.

Эта статья была обновлена ​​14 октября 2021 г. участником Live Science Стефани Паппас.

Апарна Видьясагар — независимый научный журналист, специализирующийся на здравоохранении и науках о жизни. Апарна написал для ряда изданий, в том числе New Scientist, Science, PBS SoCal, Mental Floss и некоторых других. Апарна имеет докторскую степень в области клеточной и молекулярной патологии Университета Висконсин-Мэдисон, а также степень магистра и бакалавра в том же университете.

Что такое бактерии? | Живая наука

Живая наука поддерживается своей аудиторией. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот почему вы можете доверять нам.

На этом цветном изображении (электронная микрофотография) показаны четыре сферических метициллин-резистентных бактерии Staphylococcus aureus (MRSA) (фиолетовые) в процессе «поглощения» нейтрофильными лейкоцитами человека (синие). (Изображение предоставлено: Callista Images через Getty Images)

Бактерии — это одноклеточные организмы, которые есть практически везде: в земле, в океане, на ваших руках и в кишечнике. Хотя некоторые из них вредны, большинство нет, а некоторые даже полезны для здоровья человека. Во многих случаях люди живут в симбиозе с бактериями, поддерживая взаимовыгодные отношения, даже не подозревая об этом.

Итак, давайте демистифицируем эту разнообразную группу одноклеточных организмов. Вот обзор того, что такое бактерии, что они делают и каких из них следует остерегаться.

Что такое бактерии?

(Изображение предоставлено Shutterstock)

(открывается в новой вкладке)

Бактерии — это одноклеточные организмы с уникальной внутренней структурой. Люди и другие многоклеточные организмы являются эукариотами, что означает, что наши клетки имеют отдельные ядра, связанные мембраной. Бактерии являются прокариотами, то есть у них нет организованных ядер или каких-либо других мембраносвязанных органелл.

Бактериальная ДНК свободно плавает внутри бактериальных клеток в виде скрученной нитевидной массы, называемой нуклеоидом. У некоторых также есть отдельные кольцевые фрагменты ДНК, называемые плазмидами. Согласно Microbiology Society , плазмиды часто содержат гены, которые дают бактериям преимущество в выживании, например, гены, обеспечивающие устойчивость к антибиотикам.

Бактерии не следует путать с другой крупной группой прокариот, называемой археями. Археи также являются одноклеточными организмами, но эти две группы различаются типами молекул, которые они используют для построения своих клеточных стенок, и используемыми ими метаболическими процессами.

Структура бактерий

Молочнокислые Lactobacillus acidophilus являются бациллами, то есть имеют цилиндрическую форму. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Бактерии бывают пяти основных форм: сферическая, цилиндрическая, запятая, штопор и спираль. Научные названия этих форм: кокки (круглые), бациллы (цилиндрические), вибрионы (в форме запятой), спирохеты (штопор) и спириллы (спираль). Формы и конфигурации бактерий часто отражаются в их названиях. Например, молочнокислые Lactobacillus acidophilus являются бациллами, а пневмонией вызывающими Streptococcus pneumoniae представляют собой цепочку кокков.

Бактериальные клетки обычно окружены внешней клеточной стенкой и внутренней клеточной мембраной. Некоторые бактерии, такие как микоплазмы, вообще не имеют клеточной стенки. Некоторые бактерии могут даже иметь третий, самый внешний защитный слой, называемый капсулой. Хлыстообразные отростки часто покрывают поверхность бактерий — длинные, называемые жгутиками, или короткие, называемые пили, — и помогают бактериям перемещаться и прикрепляться к хозяину.

Бактерии могут быть классифицированы по составу их клеточных стенок с помощью теста, называемого окрашиванием по Граму, по данным Научно-образовательного ресурсного центра Карлтонского колледжа. Тест окрашивает грамположительные бактерии или бактерии, не имеющие наружной мембраны. Грамотрицательные бактерии, у которых есть внешняя мембрана, не окрашиваются. Например, S. pneumoniae является грамположительной бактерией, но Escherichia coli , которая может вызывать пищевое отравление, и Vibrio cholerae , вызывающий холеру, являются грамотрицательными бактериями.

Углубляясь под клеточную стенку и мембрану, бактерии содержат цитоплазму, состоящую в основном из воды и солей. В цитоплазме плавают нуклеоиды, плазмиды и крошечные белковые фабрики, называемые рибосомами, которые являются местами, где генетические инструкции клетки транслируются в клеточные продукты. Некоторые антибиотики, такие как тетрациклин, нацелены на бактериальные рибосомы, чтобы помешать им синтезировать белки, тем самым обрекая клетку.

Цитоплазма некоторых бактерий также может иметь маленькие карманы, называемые включениями, в которых запасаются питательные вещества для неурожайных периодов. Фотосинтезирующие бактерии, которые генерируют энергию солнечного света, могут иметь структуры, называемые хроматофорами, распространенными по всей их цитоплазме. Эти хроматофоры содержат пигменты, используемые в фотосинтезе .

Как бактерии питаются и размножаются?

Как одна из старейших форм жизни на Земле , бактерии выработали ошеломляющее количество способов выживания. Некоторые бактерии являются фотосинтезирующими, в то время как другие являются мастерами разложения, расщепляя гниющий и разлагающийся органический материал на питательные вещества. Некоторые вступают в симбиотические или взаимовыгодные отношения с хозяином (подробнее об этом позже).

Большинство бактерий размножаются в процессе, называемом бинарным делением , по данным Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни Корнельского университета. В этом процессе одна бактериальная клетка, называемая «родительской», делает копию своей ДНК и увеличивается в размерах, удваивая свой клеточный состав. Затем клетка разделяется, выталкивая дублированный материал и создавая две идентичные «дочерние» клетки.

Некоторые виды бактерий, такие как цианобактерии и фирмикуты, размножаются почкованием. В этом случае дочерняя клетка растет как ответвление родительской. Он начинается как небольшой выступ, растет, пока не станет того же размера, что и его родитель, а затем отщепляется.

После бинарного деления или почкования ДНК, обнаруженная у родителей и потомства, абсолютно одинакова. Следовательно, бактериальные клетки вносят вариации в свой генетический материал, интегрируя в свой геном дополнительную ДНК, часто из своего окружения. По данным Колледжа наук Государственного университета Сан-Диего, это называется горизонтальным переносом генов. Полученная в результате генетическая изменчивость гарантирует, что бактерии могут адаптироваться и выживать при изменении окружающей среды, ранее сообщал Live Science 9. 0066 .

Существует три способа горизонтального переноса генов: трансформация, трансдукция и конъюгация.

На этой диаграмме показаны стадии бактериальной конъюгации. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Трансформация является наиболее распространенным процессом горизонтального переноса генов и происходит, когда бактерия поглощает короткие фрагменты ДНК из окружающей среды через свою клеточную мембрану. (Фрагменты ДНК выбрасываются в окружающую среду другими бактериями.) Чтобы пройти трансформацию, бактерия должна находиться в состоянии, известном как дееспособность. Обычно это происходит при нехватке питательных веществ или при высокой плотности бактериальной колонии. В этих обстоятельствах может быть эволюционно выгодно опробовать какую-то новую ДНК.

Трансдукция происходит, когда вирус захватывает ДНК одной бактерии и заражает другую бактерию, вставляя новую последовательность гена. Соединение происходит, когда бактерии вступают в прямой контакт. Донорская клетка отрастает в виде трубчатого придатка, называемого пилусом, и напрямую передает ДНК реципиентной клетке. Это происходит с E. coli , в которых некоторые отдельные клетки несут особый тип плазмиды, известный как фактор фертильности, или фактор F, согласно « Modern Genetic Analysis 9».0066» (W. H. Freeman and Company, 1999). Эти клетки с F-фактором могут передавать ДНК клеткам, отрицательным по F-фактору. Третий тип переноса, называемый конъюгацией, способствует распространению генов устойчивости к антибиотикам.

Как бактерии полезны для здоровья?

Многие бактерии полезны для человека. Мы используем их силу, чтобы сворачивать молоко в йогурт и ферментировать капусту в кимчи. Некоторые виды даже выполняют свою работу внутри нас. По данным Общества микробиологии, их примерно в 10 раз больше. Многие бактериальные клетки, как и клетки человека, находятся внутри тела человека, и многие из них живут в пищеварительном тракте. Эти бактерии получают постоянный поток питательных веществ из кишечника человека. Взамен они помогают расщеплять продукты, которые не могут расщеплять пищеварительные ферменты человека. Bacteroides thetaiotaomicron , например, помогает расщеплять сложные углеводы. L. acidophilus расщепляет сахар в молоке и создает побочные продукты, такие как молочная кислота и перекись водорода, согласно Медицинской библиотеке Mount Sinai ; эти побочные продукты делают кишечник менее гостеприимным для вредных бактерий.

Бактерии на коже также могут производить побочные продукты, которые защищают от вредных бактерий, согласно статье 2018 года в журнале Nature Reviews Microbiology (откроется в новой вкладке). Доброкачественная бактерия Corynebacterium accolens , например, ингибирует рост вызывающего пневмонию S. pneumoniae .

Некоторые кожные бактерии могут быть как полезными, так и вредными. Staphylococcus epidermidis — это сферическая бактерия, которая обычно колонизирует кожу, но может вызвать инфекцию при попадании внутрь организма человека. Однако S. epidermidis также продуцирует белки, которые ингибируют рост его более вирулентного родственника, Золотистый стафилококк . S. aureus также вызывает инфекции, когда проникает через кожный барьер, но они, как правило, намного серьезнее, чем инфекции S. epidermidis .

Чем бактерии опасны для здоровья?

Специалисты бактериологической лаборатории в Сан-Франциско выделяют бактерию Yersinia pestis во время исследования чумы в 1965 году. (Изображение предоставлено CDC/Margaret A. Parsons. (Фото: Smith Collection/Gado/Getty Images)

Некоторые бактерии, такие как S. aureus , большую часть времени живут в относительном мире с людьми; По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), около 30% людей носят S. aureus в носу. Но когда эти бактерии попадают в организм, особенно у людей с ослабленным иммунитетом , они могут вызывать смертельные инфекции. Стафилококковые инфекции могут вызывать сепсис (воспаление всего тела в ответ на инфекцию), пневмония , эндокардит (воспаление сердца и сердечных клапанов) и остеомиелит (воспаление костей), по данным CDC.

Другие бактерии почти всегда опасны для человека. Холера, диарейное заболевание, от которого ежегодно умирает около 95 000 человек во всем мире, вызывается V. cholerae . Бактерия Yersinia pestis , распространяемая блохами, которые кусают грызунов, была ответственна за Черную смерть . А Bacillus anthracis может образовывать почти неразрушимые споры сибирской язвы, которые скрываются в почве и могут вызвать смертельную болезнь при вдыхании или употреблении.

Некоторые из наиболее распространенных проблемных бактерий заражают людей через испорченные продукты. Salmonella Бактерии вызывают заболевание, называемое сальмонеллезом, которое характеризуется диареей, спазмами желудка и лихорадкой. По данным CDC, хотя большинство людей выздоравливают через четыре-семь дней, сальмонеллез может быть серьезным и даже смертельным как для маленьких детей, так и для пожилых людей.

E. coli , еще одна бактерия, вызывающая пищевое отравление, часто распространяется через зараженную пищу и воду. В то время как многие штаммы безвредно живут в кишечнике человека, другие вызывают диарею. Как сальмонеллез, Диарея, вызванная E. coli , обычно очень неприятна, но непродолжительна, хотя у 5–10% людей развивается почечное осложнение, называемое гемолитико-уремическим синдромом, которое, по данным CDC, может быть опасным для жизни.

Другой распространенной бактерией, которая может быть опасной для человека, является Helicobacter pylori . По данным Mayo Clinic , около половины людей переносят эти бактерии в желудке. Большинство людей никогда не проявляют каких-либо побочных эффектов от этой инфекции, но в некоторых случаях бактерии вызывают пептические язвы или болезненные язвы на слизистой оболочке желудка. Не совсем ясно, как распространяются бактерии, но к факторам риска относятся теснота

Что такое бактериальный вагиноз?

Бактериальный вагиноз — это состояние, при котором анаэробные бактерии (бактерии, не использующие кислород в своем метаболизме) вытесняют Lactobacillus , тип полезных бактерий, во влагалище. Симптомы включают вагинальный зуд, серые или зеленые выделения, рыбный запах и боль во время мочеиспускания.0065 Клиника Мэйо .

Бактериальный вагиноз является распространенным явлением: национальное исследование , проведенное в период с 2001 по 2004 год , показало, что 29 % женщин, случайно протестированных на наличие бактерий, вызывающих заболевание, имели его, что соответствует примерно 21 миллиону женщин в США, страдающих в любой момент времени. (Только у 15% женщин с положительным тестом были симптомы.)

По данным клиники Майо, неясно, что вызывает бактериальный вагиноз. Некоторые люди, вероятно, восприимчивы, потому что их вагинальная среда не так удобна для 9.0079 Lactobacillus бактерии, составляющие здоровую микрофлору влагалища. Спринцевание или секс с новым партнером или с несколькими половыми партнерами могут быть фактором риска, возможно, потому, что эти действия разрушают обычные бактериальные сообщества во влагалище. Бактерии, обычно связанные с бактериальным вагинозом, включают видов Gardnerella vaginalis , видов Prevotella , видов Mobiluncus и Atopobium vaginae , в соответствии с CDC .

При отсутствии лечения бактериальный вагиноз является фактором риска преждевременных родов и может сделать женщину более восприимчивой к инфекциям, передающимся половым путем. Бактериальный вагиноз можно лечить антибиотиками.

Устойчивость к антибиотикам

На этом изображении художника изображены сферические бактерии. И стафилококки, и стрептококки имеют сферическую форму. (Изображение предоставлено Катериной Кон/Shutterstock)

Антибиотики обычно используются для лечения бактериальных инфекций. Однако в последние годы неправильное и ненужное использование антибиотиков имеет способствовал распространению нескольких штаммов устойчивых к антибиотикам бактерий.

В случае устойчивости к антибиотикам инфекционные бактерии больше не чувствительны к ранее эффективным антибиотикам. По данным CDC , не менее 2 миллионов человек в США ежегодно заражаются устойчивыми к антибиотикам бактериями, что ежегодно приводит к t23 000 смертей.

«Практически любая инфекция, о которой вы можете думать сейчас, была идентифицирована как связанная с определенным уровнем устойчивости», — сказал доктор Кристофер Крнич, врач-инфекционист и больничный эпидемиолог в больницах Университета Висконсина, и Уильям С. Миддлтон. Мемориальный госпиталь ветеранов. «В настоящее время мы лечим очень мало инфекций, вызванных резистентными бактериями, которые не представляют клинической проблемы».

MRSA , например, является одним из наиболее печально известных штаммов бактерий, устойчивых к антибиотикам; он устойчив к метициллину и другим антибиотикам, используемым для лечения инфекций Staphylococcus , которые передаются в основном при контакте с кожей. Заражение MRSA происходит в медицинских учреждениях , таких как больницы и дома престарелых, где это может привести к пневмонии или инфекциям кровотока. По данным CDC . Внебольничный MRSA чаще всего вызывает серьезные инфекции кожи.

Важным аспектом борьбы с устойчивостью к антибиотикам является осторожность при их использовании. «Для нас очень важно разумно использовать антибиотики», — сказал Крнич в интервью Live Science. «Вы хотите использовать антибиотик только тогда, когда у вас есть четкая бактериальная инфекция».

Дополнительные ресурсы:

• Узнайте больше об истории жизни и экологии бактерий из Калифорнийского университета в Беркли.
• Часы: Бактерии: производители энергии будущего? От Национального научного фонда.
• Узнайте, как пекари и их хлеб соответствуют микробам, от NPR.

Эта статья была обновлена ​​14 октября 2021 г. участником Live Science Стефани Паппас.

Апарна Видьясагар — независимый научный журналист, специализирующийся на здравоохранении и науках о жизни. Апарна написал для ряда изданий, в том числе New Scientist, Science, PBS SoCal, Mental Floss и некоторых других. Апарна имеет докторскую степень в области клеточной и молекулярной патологии Университета Висконсин-Мэдисон, а также степень магистра и бакалавра в том же университете.

Что такое бактерии? | Живая наука

Живая наука поддерживается своей аудиторией. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот почему вы можете доверять нам.

На этом цветном изображении (электронная микрофотография) показаны четыре сферических метициллин-резистентных бактерии Staphylococcus aureus (MRSA) (фиолетовые) в процессе «поглощения» нейтрофильными лейкоцитами человека (синие). (Изображение предоставлено: Callista Images через Getty Images)

Бактерии — это одноклеточные организмы, которые есть практически везде: в земле, в океане, на ваших руках и в кишечнике. Хотя некоторые из них вредны, большинство нет, а некоторые даже полезны для здоровья человека. Во многих случаях люди живут в симбиозе с бактериями, поддерживая взаимовыгодные отношения, даже не подозревая об этом.

Итак, давайте демистифицируем эту разнообразную группу одноклеточных организмов. Вот обзор того, что такое бактерии, что они делают и каких из них следует остерегаться.

Что такое бактерии?

(Изображение предоставлено Shutterstock)

(открывается в новой вкладке)

Бактерии — это одноклеточные организмы с уникальной внутренней структурой. Люди и другие многоклеточные организмы являются эукариотами, что означает, что наши клетки имеют отдельные ядра, связанные мембраной. Бактерии являются прокариотами, то есть у них нет организованных ядер или каких-либо других мембраносвязанных органелл.

Бактериальная ДНК свободно плавает внутри бактериальных клеток в виде скрученной нитевидной массы, называемой нуклеоидом. У некоторых также есть отдельные кольцевые фрагменты ДНК, называемые плазмидами. Согласно Microbiology Society , плазмиды часто содержат гены, которые дают бактериям преимущество в выживании, например, гены, обеспечивающие устойчивость к антибиотикам.

Бактерии не следует путать с другой крупной группой прокариот, называемой археями. Археи также являются одноклеточными организмами, но эти две группы различаются типами молекул, которые они используют для построения своих клеточных стенок, и используемыми ими метаболическими процессами.

Структура бактерий

Молочнокислые Lactobacillus acidophilus являются бациллами, то есть имеют цилиндрическую форму. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Бактерии бывают пяти основных форм: сферическая, цилиндрическая, запятая, штопор и спираль. Научные названия этих форм: кокки (круглые), бациллы (цилиндрические), вибрионы (в форме запятой), спирохеты (штопор) и спириллы (спираль). Формы и конфигурации бактерий часто отражаются в их названиях. Например, молочнокислые Lactobacillus acidophilus являются бациллами, а пневмонией вызывающими Streptococcus pneumoniae представляют собой цепочку кокков.

Бактериальные клетки обычно окружены внешней клеточной стенкой и внутренней клеточной мембраной. Некоторые бактерии, такие как микоплазмы, вообще не имеют клеточной стенки. Некоторые бактерии могут даже иметь третий, самый внешний защитный слой, называемый капсулой. Хлыстообразные отростки часто покрывают поверхность бактерий — длинные, называемые жгутиками, или короткие, называемые пили, — и помогают бактериям перемещаться и прикрепляться к хозяину.

Бактерии могут быть классифицированы по составу их клеточных стенок с помощью теста, называемого окрашиванием по Граму, по данным Научно-образовательного ресурсного центра Карлтонского колледжа. Тест окрашивает грамположительные бактерии или бактерии, не имеющие наружной мембраны. Грамотрицательные бактерии, у которых есть внешняя мембрана, не окрашиваются. Например, S. pneumoniae является грамположительной бактерией, но Escherichia coli , которая может вызывать пищевое отравление, и Vibrio cholerae , вызывающий холеру, являются грамотрицательными бактериями.

Углубляясь под клеточную стенку и мембрану, бактерии содержат цитоплазму, состоящую в основном из воды и солей. В цитоплазме плавают нуклеоиды, плазмиды и крошечные белковые фабрики, называемые рибосомами, которые являются местами, где генетические инструкции клетки транслируются в клеточные продукты. Некоторые антибиотики, такие как тетрациклин, нацелены на бактериальные рибосомы, чтобы помешать им синтезировать белки, тем самым обрекая клетку.

Цитоплазма некоторых бактерий также может иметь маленькие карманы, называемые включениями, в которых запасаются питательные вещества для неурожайных периодов. Фотосинтезирующие бактерии, которые генерируют энергию солнечного света, могут иметь структуры, называемые хроматофорами, распространенными по всей их цитоплазме. Эти хроматофоры содержат пигменты, используемые в фотосинтезе .

Как бактерии питаются и размножаются?

Как одна из старейших форм жизни на Земле , бактерии выработали ошеломляющее количество способов выживания. Некоторые бактерии являются фотосинтезирующими, в то время как другие являются мастерами разложения, расщепляя гниющий и разлагающийся органический материал на питательные вещества. Некоторые вступают в симбиотические или взаимовыгодные отношения с хозяином (подробнее об этом позже).

Большинство бактерий размножаются в процессе, называемом бинарным делением , по данным Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни Корнельского университета. В этом процессе одна бактериальная клетка, называемая «родительской», делает копию своей ДНК и увеличивается в размерах, удваивая свой клеточный состав. Затем клетка разделяется, выталкивая дублированный материал и создавая две идентичные «дочерние» клетки.

Некоторые виды бактерий, такие как цианобактерии и фирмикуты, размножаются почкованием. В этом случае дочерняя клетка растет как ответвление родительской. Он начинается как небольшой выступ, растет, пока не станет того же размера, что и его родитель, а затем отщепляется.

После бинарного деления или почкования ДНК, обнаруженная у родителей и потомства, абсолютно одинакова. Следовательно, бактериальные клетки вносят вариации в свой генетический материал, интегрируя в свой геном дополнительную ДНК, часто из своего окружения. По данным Колледжа наук Государственного университета Сан-Диего, это называется горизонтальным переносом генов. Полученная в результате генетическая изменчивость гарантирует, что бактерии могут адаптироваться и выживать при изменении окружающей среды, ранее сообщал Live Science 9. 0066 .

Существует три способа горизонтального переноса генов: трансформация, трансдукция и конъюгация.

На этой диаграмме показаны стадии бактериальной конъюгации. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Трансформация является наиболее распространенным процессом горизонтального переноса генов и происходит, когда бактерия поглощает короткие фрагменты ДНК из окружающей среды через свою клеточную мембрану. (Фрагменты ДНК выбрасываются в окружающую среду другими бактериями.) Чтобы пройти трансформацию, бактерия должна находиться в состоянии, известном как дееспособность. Обычно это происходит при нехватке питательных веществ или при высокой плотности бактериальной колонии. В этих обстоятельствах может быть эволюционно выгодно опробовать какую-то новую ДНК.

Трансдукция происходит, когда вирус захватывает ДНК одной бактерии и заражает другую бактерию, вставляя новую последовательность гена. Соединение происходит, когда бактерии вступают в прямой контакт. Донорская клетка отрастает в виде трубчатого придатка, называемого пилусом, и напрямую передает ДНК реципиентной клетке. Это происходит с E. coli , в которых некоторые отдельные клетки несут особый тип плазмиды, известный как фактор фертильности, или фактор F, согласно « Modern Genetic Analysis 9».0066» (W. H. Freeman and Company, 1999). Эти клетки с F-фактором могут передавать ДНК клеткам, отрицательным по F-фактору. Третий тип переноса, называемый конъюгацией, способствует распространению генов устойчивости к антибиотикам.

Как бактерии полезны для здоровья?

Многие бактерии полезны для человека. Мы используем их силу, чтобы сворачивать молоко в йогурт и ферментировать капусту в кимчи. Некоторые виды даже выполняют свою работу внутри нас. По данным Общества микробиологии, их примерно в 10 раз больше. Многие бактериальные клетки, как и клетки человека, находятся внутри тела человека, и многие из них живут в пищеварительном тракте. Эти бактерии получают постоянный поток питательных веществ из кишечника человека. Взамен они помогают расщеплять продукты, которые не могут расщеплять пищеварительные ферменты человека. Bacteroides thetaiotaomicron , например, помогает расщеплять сложные углеводы. L. acidophilus расщепляет сахар в молоке и создает побочные продукты, такие как молочная кислота и перекись водорода, согласно Медицинской библиотеке Mount Sinai ; эти побочные продукты делают кишечник менее гостеприимным для вредных бактерий.

Бактерии на коже также могут производить побочные продукты, которые защищают от вредных бактерий, согласно статье 2018 года в журнале Nature Reviews Microbiology (откроется в новой вкладке). Доброкачественная бактерия Corynebacterium accolens , например, ингибирует рост вызывающего пневмонию S. pneumoniae .

Некоторые кожные бактерии могут быть как полезными, так и вредными. Staphylococcus epidermidis — это сферическая бактерия, которая обычно колонизирует кожу, но может вызвать инфекцию при попадании внутрь организма человека. Однако S. epidermidis также продуцирует белки, которые ингибируют рост его более вирулентного родственника, Золотистый стафилококк . S. aureus также вызывает инфекции, когда проникает через кожный барьер, но они, как правило, намного серьезнее, чем инфекции S. epidermidis .

Чем бактерии опасны для здоровья?

Специалисты бактериологической лаборатории в Сан-Франциско выделяют бактерию Yersinia pestis во время исследования чумы в 1965 году. (Изображение предоставлено CDC/Margaret A. Parsons. (Фото: Smith Collection/Gado/Getty Images)

Некоторые бактерии, такие как S. aureus , большую часть времени живут в относительном мире с людьми; По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), около 30% людей носят S. aureus в носу. Но когда эти бактерии попадают в организм, особенно у людей с ослабленным иммунитетом , они могут вызывать смертельные инфекции. Стафилококковые инфекции могут вызывать сепсис (воспаление всего тела в ответ на инфекцию), пневмония , эндокардит (воспаление сердца и сердечных клапанов) и остеомиелит (воспаление костей), по данным CDC.

Другие бактерии почти всегда опасны для человека. Холера, диарейное заболевание, от которого ежегодно умирает около 95 000 человек во всем мире, вызывается V. cholerae . Бактерия Yersinia pestis , распространяемая блохами, которые кусают грызунов, была ответственна за Черную смерть . А Bacillus anthracis может образовывать почти неразрушимые споры сибирской язвы, которые скрываются в почве и могут вызвать смертельную болезнь при вдыхании или употреблении.

Некоторые из наиболее распространенных проблемных бактерий заражают людей через испорченные продукты. Salmonella Бактерии вызывают заболевание, называемое сальмонеллезом, которое характеризуется диареей, спазмами желудка и лихорадкой. По данным CDC, хотя большинство людей выздоравливают через четыре-семь дней, сальмонеллез может быть серьезным и даже смертельным как для маленьких детей, так и для пожилых людей.

E. coli , еще одна бактерия, вызывающая пищевое отравление, часто распространяется через зараженную пищу и воду. В то время как многие штаммы безвредно живут в кишечнике человека, другие вызывают диарею. Как сальмонеллез, Диарея, вызванная E. coli , обычно очень неприятна, но непродолжительна, хотя у 5–10% людей развивается почечное осложнение, называемое гемолитико-уремическим синдромом, которое, по данным CDC, может быть опасным для жизни.

Другой распространенной бактерией, которая может быть опасной для человека, является Helicobacter pylori . По данным Mayo Clinic , около половины людей переносят эти бактерии в желудке. Большинство людей никогда не проявляют каких-либо побочных эффектов от этой инфекции, но в некоторых случаях бактерии вызывают пептические язвы или болезненные язвы на слизистой оболочке желудка. Не совсем ясно, как распространяются бактерии, но к факторам риска относятся теснота

Что такое бактериальный вагиноз?

Бактериальный вагиноз — это состояние, при котором анаэробные бактерии (бактерии, не использующие кислород в своем метаболизме) вытесняют Lactobacillus , тип полезных бактерий, во влагалище. Симптомы включают вагинальный зуд, серые или зеленые выделения, рыбный запах и боль во время мочеиспускания.0065 Клиника Мэйо .

Бактериальный вагиноз является распространенным явлением: национальное исследование , проведенное в период с 2001 по 2004 год , показало, что 29 % женщин, случайно протестированных на наличие бактерий, вызывающих заболевание, имели его, что соответствует примерно 21 миллиону женщин в США, страдающих в любой момент времени. (Только у 15% женщин с положительным тестом были симптомы.)

По данным клиники Майо, неясно, что вызывает бактериальный вагиноз. Некоторые люди, вероятно, восприимчивы, потому что их вагинальная среда не так удобна для 9.0079 Lactobacillus бактерии, составляющие здоровую микрофлору влагалища. Спринцевание или секс с новым партнером или с несколькими половыми партнерами могут быть фактором риска, возможно, потому, что эти действия разрушают обычные бактериальные сообщества во влагалище. Бактерии, обычно связанные с бактериальным вагинозом, включают видов Gardnerella vaginalis , видов Prevotella , видов Mobiluncus и Atopobium vaginae , в соответствии с CDC .

При отсутствии лечения бактериальный вагиноз является фактором риска преждевременных родов и может сделать женщину более восприимчивой к инфекциям, передающимся половым путем. Бактериальный вагиноз можно лечить антибиотиками.

Устойчивость к антибиотикам

На этом изображении художника изображены сферические бактерии. И стафилококки, и стрептококки имеют сферическую форму. (Изображение предоставлено Катериной Кон/Shutterstock)

Антибиотики обычно используются для лечения бактериальных инфекций. Однако в последние годы неправильное и ненужное использование антибиотиков имеет способствовал распространению нескольких штаммов устойчивых к антибиотикам бактерий.

В случае устойчивости к антибиотикам инфекционные бактерии больше не чувствительны к ранее эффективным антибиотикам. По данным CDC , не менее 2 миллионов человек в США ежегодно заражаются устойчивыми к антибиотикам бактериями, что ежегодно приводит к t23 000 смертей.

«Практически любая инфекция, о которой вы можете думать сейчас, была идентифицирована как связанная с определенным уровнем устойчивости», — сказал доктор Кристофер Крнич, врач-инфекционист и больничный эпидемиолог в больницах Университета Висконсина, и Уильям С. Миддлтон. Мемориальный госпиталь ветеранов. «В настоящее время мы лечим очень мало инфекций, вызванных резистентными бактериями, которые не представляют клинической проблемы».

MRSA , например, является одним из наиболее печально известных штаммов бактерий, устойчивых к антибиотикам; он устойчив к метициллину и другим антибиотикам, используемым для лечения инфекций Staphylococcus , которые передаются в основном при контакте с кожей. Заражение MRSA происходит в медицинских учреждениях , таких как больницы и дома престарелых, где это может привести к пневмонии или инфекциям кровотока. По данным CDC . Внебольничный MRSA чаще всего вызывает серьезные инфекции кожи.

Важным аспектом борьбы с устойчивостью к антибиотикам является осторожность при их использовании. «Для нас очень важно разумно использовать антибиотики», — сказал Крнич в интервью Live Science. «Вы хотите использовать антибиотик только тогда, когда у вас есть четкая бактериальная инфекция».

Дополнительные ресурсы:

• Узнайте больше об истории жизни и экологии бактерий из Калифорнийского университета в Беркли.
• Часы: Бактерии: производители энергии будущего? От Национального научного фонда.
• Узнайте, как пекари и их хлеб соответствуют микробам, от NPR.

Эта статья была обновлена ​​14 октября 2021 г. участником Live Science Стефани Паппас.

Апарна Видьясагар — независимый научный журналист, специализирующийся на здравоохранении и науках о жизни. Апарна написал для ряда изданий, в том числе New Scientist, Science, PBS SoCal, Mental Floss и некоторых других. Апарна имеет докторскую степень в области клеточной и молекулярной патологии Университета Висконсин-Мэдисон, а также степень магистра и бакалавра в том же университете.

Бактерии | Что такое микробиология?

Бактерии — это микробы с более простой структурой клеток, чем у многих других организмов. Их центр управления, содержащий генетическую информацию, содержится в единственной петле ДНК. У некоторых бактерий есть дополнительный круг генетического материала, называемый плазмидой, а не ядром. Плазмида часто содержит гены, дающие бактерии некоторое преимущество перед другими бактериями. Например, он может содержать ген, делающий бактерию устойчивой к определенному антибиотику.

Бактерии подразделяются на пять групп в соответствии с их основной формой: сферические (кокки), палочки (бациллы), спиральные (спириллы), запятые (вибрионы) или штопоры (спирохеты). Они могут существовать в виде одиночных клеток, парами, цепочками или скоплениями.

© ttsz / iStock

Различные формы бактерий.

Бактерии встречаются во всех средах обитания на Земле: в почве, камнях, океанах и даже в арктических снегах. Некоторые живут внутри или на других организмах, включая растения и животных, включая людей. Бактериальных клеток примерно в 10 раз больше, чем человеческих клеток. Многие из этих бактериальных клеток выстилают пищеварительную систему. Некоторые бактерии живут в почве или на мертвых растениях, где они играют важную роль в круговороте питательных веществ. Некоторые виды вызывают порчу продуктов и повреждение урожая, но другие невероятно полезны при производстве ферментированных продуктов, таких как йогурт и соевый соус. Относительно немногие бактерии являются паразитами или патогенами, вызывающими заболевания у животных и растений.

© Гаэтан Стоффель / iStock

3D-иллюстрация Escherichia coli

Как размножаются бактерии?

Большинство бактерий размножаются бинарным делением. В этом процессе бактерия, представляющая собой одну клетку, делится на две идентичные дочерние клетки. Бинарное деление начинается, когда ДНК бактерии делится на две части (реплицируется). Затем бактериальная клетка удлиняется и разделяется на две дочерние клетки, каждая из которых имеет идентичную ДНК родительской клетки. Каждая дочерняя клетка является клоном родительской клетки.

При благоприятных условиях, таких как правильная температура и доступность питательных веществ, некоторые бактерии, такие как Escherichia coli , могут делиться каждые 20 минут. Это означает, что всего за семь часов одна бактерия может произвести 2 097 152 бактерии. Еще через час количество бактерий возрастет до колоссальных 16 777 216. Вот почему мы можем быстро заболеть, когда болезнетворные микробы вторгаются в наш организм.

Механизм выживания

Некоторые бактерии могут образовывать эндоспоры. Это бездействующие структуры, чрезвычайно устойчивые к враждебным физическим и химическим условиям, таким как тепло, УФ-излучение и дезинфицирующие средства. Это очень затрудняет их уничтожение. Многие бактерии, продуцирующие эндоспоры, являются неприятными патогенами, например Bacillus anthracis , возбудитель сибирской язвы.

• Наблюдение за бактериями в чашке Петри

  Образовательный материал для учащихся: Наблюдение за культурами бактерий в чашке Петри и изучение морфологии колоний.

• Микробиология сегодня: микобактерии
  

  Организмы, вызывающие туберкулез у людей и животных, Mycobacterium tuberculosis и Mycobacterium bovis представлены в этом выпуске журнала Microbiology Today наряду с Mycobacterium leprae , вызывающей проказу, и Mycobacteriumulfans , вызывающей язву Бурули.

• Создание бактериальных мостов
  

  Часто первое, что приходит на ум, когда мы думаем о микробах в антропогенной среде, — это повреждение, гниение, обесцвечивание и окрашивание строительных материалов и их поверхностей. Что мы не часто принимаем во внимание, так это их способность действовать как «биоинженеры».

• Объяснитель туберкулеза
  

  Туберкулез (ТБ) представляет собой инвалидизирующее полиорганное заболевание, вызываемое бактерией Mycobacterium tuberculosis. Важнейшей формой заболевания является туберкулез легких, инфекция легких и дыхательных путей.

• Устойчивость к противомикробным препаратам (AMR)
  

  Угроза устойчивости к противомикробным препаратам (УПП) в настоящее время признана во всем мире, и, согласно оценкам, к 2050 году 10 миллионов человек в год будут умирать из-за устойчивости к противомикробным препаратам, если не будут приняты срочные меры.

• Псевдомонас — друг и враг
  

  Виды рода Pseudomonas являются одними из наиболее изученных в научном сообществе бактерий. Бактерии этого рода широко используются в качестве модельных организмов в микробиологических исследованиях и включают ряд важных видов в таких областях, как патогенность растений, биоремедиация и микробиология окружающей среды.

• Streptomyces – природное решение УПП
  

  Помимо того, что Streptomyces играют огромную роль в медицинской и фармацевтической промышленности, они также играют важную роль в окружающей среде; способствует разложению органического вещества и повышению плодородия почвы.

Изображения

Микробиология сегодня : Микобактерии. Научная фотобиблиотека.