Категории организмов, формы биологических взаимоотношений, экологические пирамиды.

Иммунная  система очень сложна и существует только у позвоночных. Если в кровь  животного проникает чужеродный белок или высокомолекулярный углевод, то он становится здесь антигеном, т.е. веществом, стимулирующим выработку организмом «противодействующего» вещества – антитела. Антитело – это белок, который связывает, т.е. инактивирует, специфический для него антиген, часто вызывая его преципитацию (осаждение) и удаление из кровотока. Каждому антигену соответствует строго определенное антитело.

Бактерии, как  правило, тоже вызывают образование  антител, которые стимулируют лизис, т.е. разрушение, их клеток и делают их более доступными для фагоцитоза. Часто можно заранее иммунизировать индивида, повысив его естественную сопротивляемость бактериальной инфекции.

Кроме «гуморального  иммунитета», обеспечиваемого циркулирующими в крови антителами, существует иммунитет  «клеточный», связанный со специализированными  белыми кровяными тельцами, т.н. T-клетками, которые убивают бактерии при прямом контакте с ними и с помощью токсичных веществ. T-клетки нужны и для активации макрофагов – белых кровяных телец другого типа, также уничтожающих бактерии.

Химиотерапия  и антибиотики. Поначалу для борьбы с бактериями применялось очень мало лекарств (химиотерапевтических препаратов). Трудность заключалась в том, что, хотя эти препараты легко убивают микробов, зачастую такое лечение вредно для самого больного. К счастью биохимическое сходство человека и микробов, как теперь известно, все же неполное. Например, антибиотики группы пенициллина, синтезируемые определенными грибами и используемые ими для борьбы с бактериями-конкурентами, нарушают образование бактериальной клеточной стенки. Поскольку у клеток человека такой стенки нет, эти вещества губительны только для бактерий, хотя иногда они и вызывают у нас аллергическую реакцию. Кроме того, рибосомы прокариот, несколько отличные от наших (эукариотических), специфически инактивируются антибиотиками типа стрептомицина и хлоромицетина. Далее, некоторые бактерии должны сами обеспечивать себя одним из витаминов – фолиевой кислотой, а ее синтез в их клетках подавляют синтетические сульфамидные препараты. Сами мы получаем этот витамин с пищей, поэтому при таком лечении не страдаем. Сейчас против почти всех бактериальных патогенов существуют природные или синтетические лекарственные средства.

Здравоохранение. Борьба с патогенами на уровне индивидуального больного – только один из аспектов применения медицинской бактериологии. Не менее важно изучение развития бактериальных популяций вне организма больного, их экологии, биологии и эпидемиологии, т.е. распространения и динамики численности. Известно, например, что возбудитель чумы Yersinia pestis живет в теле грызунов, служащих «природным резервуаром» этой инфекции, и переносчиками ее между животными являются блохи. Если в водоем попадают канализационные стоки, там в течение некоторого периода времени, зависящего от различных условий, сохраняют жизнеспособность возбудители ряда кишечных инфекций. Так, щелочные водохранилища Индии, где pH среды меняется в зависимости от времени года, – весьма благоприятная среда для выживания холерного вибриона (Vibrio cholerae) (см. также ХОЛЕРА).

Информация  такого рода крайне важна для работников здравоохранения, занимающихся выявлением очагов распространения болезней, прерыванием путей их передачи, осуществлением программ иммунизации и другими профилактическими мероприятиями.

4.9.ИЗУЧЕНИЕ БАКТЕРИЙ

Многие бактерии нетрудно выращивать в т.н. культуральной среде, в состав которой могут входить мясной бульон, частично переваренный белок, соли, декстроза, цельная кровь, ее сыворотка и другие компоненты. Концентрация бактерий в таких условиях обычно достигает примерно миллиарда на кубический сантиметр, в результате чего среда становится мутной.

Для изучения бактерий необходимо уметь получать их чистые культуры, или клоны, представляющие собой потомство одной-единственной клетки. Это нужно, например, для  определения того, какой вид бактерии инфицировал больного и к какому антибиотику данный вид чувствителен. Микробиологические образцы, например, взятые из горла или ран мазки, пробы крови, воды или других материалов, сильно разводят и наносят на поверхность полутвердой среды: на ней из отдельных клеток развиваются округлые колонии. Отверждающим культуральную среду агентом обычно служит агар – полисахарид, получаемый из некоторых морских водорослей и почти ни одним видом бактерий не перевариваемый. Агаровые среды используют в виде «косячков», т.е. наклонных поверхностей, образующихся в стоящих под большим углом пробирках при застывании расплавленной культуральной среды, или в виде тонких слоев в стеклянных чашках Петри – плоских круглых сосудах, закрываемых такой же по форме, но чуть большей по диаметру крышкой. Обычно через сутки бактериальная клетка успевает размножиться настолько, что образует легко заметную невооруженным глазом колонию. Ее можно перенести на другую среду для дальнейшего изучения. Все культуральные среды должны быть перед началом выращивания бактерий стерильными, а в дальнейшем следует принимать меры против поселения на них нежелательных микроорганизмов.

Чтобы рассмотреть  выращенные таким способом бактерии, прокаливают на пламени тонкую проволочную  петлю, прикасаются ею сначала к  колонии или мазку, а затем – к капле воды, нанесенной на предметное стекло. Равномерно распределив взятый материал в этой воде, стекло высушивают и два-три раза быстро проводят над пламенем горелки (сторона с бактериями должна быть обращена вверх): в результате микроорганизмы, не повреждаясь, прочно прикрепляются к субстрату. На поверхность препарата капают краситель, затем стекло промывают в воде и вновь сушат. Теперь можно рассматривать образец под микроскопом.

Чистые культуры бактерий идентифицируют главным образом по их биохимическим признакам, т.е. определяют, образуют ли они из определенных сахаров газ или кислоты, способны ли переваривать белок (разжижать желатину), нуждаются ли для роста в кислороде и т.д. Проверяют также, окрашиваются ли они специфическими красителями. Чувствительность к тем или иным лекарственным препаратам, например антибиотикам, можно выяснить, поместив на засеянную бактериями поверхность маленькие диски из фильтровальной бумаги, пропитанные данными веществами. Если какое-либо химическое соединение убивает бактерии, вокруг соответствующего диска образуется свободная от них зона.

Alcanivorax borkumensis — грамотрицательная, палочковидная бактерия рода Alcanivorax. Является типовым видом рода Alcanivorax. Впервые выделена в акватории Северного моря и описана Якимовым, Голишиным, Лангом, Муром, Абрахамом, Люсдорфом и Тиммисом в 1998 г. Способна использовать углеводороды в качестве единственного источника углерода. Принимает участие в биоочистке морских экосистем от нефтяных загрязнений.

Лит.: Имшенецкий А. А., Микробиологические процессы при высоких температурах, М.— Л., 1944; Мишустин Е. Н., Емцев В. Т., Микробиология, М., 1970; Генкель П. А., Микробиология с основами вирусологии, М., 1974.

4.10.Биологические свойства

Неподвижные, неспорообразующие грамотрицательные палочковидные бактерии размером 2-3 × 0,4-0,7 мкм. Не образуют капсул и жгутиков, клетки чувствительны к осмотическому шоку. Зёрна, которые можно увидеть в клетках на электронно-микроскопических снимках, являются гранулами полифосфата. Клетки становятся короче (1-1,5 мкм.) в присутствии н-алканов в питательной среде.

Культуральные свойства

Хемоорганогетеротроф, аэроб. Оптимальная температура роста 20-30 °C. Галофил, оптимальная концентрация хлорида натрия в среде 3-10 %, максимальная 12,5 %, рост в осмотически эквивалентной среде в отсутствии ионов натрия невозможен. Оксидазоположителен, образуют каталазу, восстанавливает нитраты до нитритов. Использует углеводороды (например, н-гексадекан) в качестве единственного источника углерода, не способен использовать углеводы (глюкозу, лактозу, фруктозу, сахарозу и т. д.) в качестве источника углерода. Способны утилизировать формиат, ацетат, пропионат, метилпируват и α-кетоглутарат. Продуцируют внеклеточные глюколипиды, обладающие поверностно-активными свойствами.^[1]

Геном

Геном Alcanivorax borkumensis штамма SK2 представлен кольцевой двуцепочечной молекулой ДНК размером 3120143 п.н. и содержит 2806 генов, из которых 2755 кодируют белки, процент % Г+Ц пар составляет 54 %^[2]. Особенностями генома Alcanivorax borkumensis является сильная упрощённость, малочисленность мобильных генетических элементов и генов, ответственных за продукцию энергии, большое количество генов, ответственных за деградацию углеводородов, образование детергентов, облегчающих эмульгирование углеводородов в морской воде, образование биоплёнок на поверхности капель нефти, что связанно к специфическим приспособлениям к биодеградации углеводородов^[3][4]. При росте на пирувате и гексадекане отмечается изменение уровня экспрессии 97 мембранных и цитоплазматических белков, предположительно относящихся к 46 оперонным структурам^[5]. Также для Alcanivorax borkumensis характерен альтернативный путь биосинтеза триацилглицеролов^[6]

Значение

Нефтяное пятно  в заливе Сан-Франциско

Alcanivorax borkumensis является доминирующим микроорганизмом нефтяных загрязнений в присутствии доступных источников фосфора и азота, осуществляя биодеградацию углеводородов. Таким образом, представители рода Alcanivorax принимают важное значение в биоочистке нефтяных загрязнений морских экосистем. Также представляют интерес внеклеточные глюколипиды Alcanivorax borkumensis, имеющие свойства детергента и способные к эмульгации нефти, разрушая нефтяные пятна. Разрабатываются генно-инженерные подходы использования внеклеточных полигидроксиалконатов Alcanivorax borkumensis.

Methylococcus capsulatus — облигатно метанотрофный грамотрицательный кокк рода Methylococcus, использует метан в качестве единственного источника углерода, использование метана ингибируется присутствием ионов аммония^[1].

Бактерии  этого вида способны также использовать метанол, формальдегид^[2][3] и муравьиную кислоту. Принимают участие в процессе круговорота углерода на планете, используя газообразный метан для своей жизнедеятельности. Уникальным ферментом, осуществляющим первую стадию окисления метана является метанмонооксигеназа, присутствующая в клетках Methylococcus capsulatus в двух формах: растворимой^[4] и мембраносвязанной, представляющей собой содержащий медь трёхсубъединичный фермент^[5][6][7][8]. Способны к фиксации атмосферного азота^[9], способны к нитрификации (при помощи растворимой и мембраносвязанной метанмонооксигеназы, не имеющей строгой специфичности к субстрату^[10][11]) и денитрификации. Являются аэробами и синтезируют цитохромы^[12][13]. Способны синтезировать стеролы^[14][15]