Каких еще полезных дел можно ожидать  в будущем от вирусов? Учеными  открыт вирион, который способен избирательно разрушать некоторые опухоли  мышей. Получены также вирусы, убивающие опухолевые клетки человека. Если удастся лишить эти вирусы болезнетворных свойств и сохранить при этом их свойство избирательно разрушать злокачественные опухоли, то в будущем, возможно, будет получено мощное средство для борьбы с этими тяжелыми заболеваниями. Поиски таких вирусов ведутся, и сейчас эта работа уже не кажется фантастической и безнадежной.

    Изучением болезней вызываемые вирусными частицами  вы займетесь самостоятельно, а на одном из семинарских занятий  я проверю насколько вы хорошо познакомились с материалом, кроме этого мы обсудим причины генетического разнообразия вирусов и связанные с этим различия в механизме инфицирования прокариотических и эукариотических клеток.

     2. Характеристика  и классификация  бактерий. Особенности  организации прокариотических организмов.  Практическое значение бактерий.

    Бактерии (от слова bacterion — палочка) — это  наиболее широко распространенная в  природе группа микроорганизмов, представляющих собой большой и чрезвычайно  разнообразный мир микроскопических существ. Клетки наиболее мелких шаровидных бактерий имеют в поперечнике менее 0,1 мкм (т. е. 0,0001 мм). Подавляющее большинство бактерий — это палочки, толщина которых в среднем составляет 0,5 — 1 мкм, а длина 2-3 мкм. Очень редко встречаются бактерии-«гиганты», клетки которых имеют в диаметре 5-10 мкм, а в длину достигают 30-100 мкм.

    Рис. 2. Сравнительная величина волоса и бактерий: 1 — увеличенное изображение волоса (X 500);2 — бактерии в поле зрения светового микроскопа (X 2000); 3 — бактерии под электронным микроскопом (X 20 000).

    Крайне  малые размеры клеток являются характерной, но не главной особенностью бактерий. Все бактерии представлены особым типом  клеток, лишенных истинного ядра, окруженного ядерной мембраной. Аналогом ядра у бактерий является нуклеоид — ДНК-содержащая плазма, не отграниченная от цитоплазмы мембраной. Кроме того, для бактериальных клеток характерны отсутствие митохондрий, хлоропластов, а также особое строение и состав мембранных структур и клеточных стенок. Организмы, в клетках которых отсутствует истинное ядро, называются прокариотами (доядерными) илипротоцитами (т. е. организмами с примитивной организацией клеток).

    Бактерии, в широком смысле слова, — это прокариотные организмы. К прокариотам относятся такие группы микроорганизмов, как эубактерии, спирохеты, микоплазмы, миксобактерии, лучистые грибки (актиномицеты) и сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Форма клеток у бактерий может быть не только палочковидной (цилиндрической), но и шаровидной (кокки), спиральной (вибрионы, спириллы, спирохеты). Актиномицеты же и родственные им организмы образуют длинные ветвящиеся клетки — гифы, формирующие мицелий (сплетение гиф). Клетки микоплазм, лишенные плотной оболочки, способны принимать самые причудливые, постоянно изменяющиеся формы.

    Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук — голландский естествоиспытатель XVII в., впервые создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивавший предметы в 160-270 раз. Со времен Левенгука техника исследования микробиологических объектов шагнула далеко вперед. Созданы световые микроскопы, увеличивающие объекты в 2000 и более раз. С помощью современного электронного микроскопа, увеличивающего предметы в 200 000 — 500 000 раз, можно различать и изучать самые мелкие микроорганизмы.

    Для сравнения на рисунке  2 показаны размеры волоса в микрометрах, изображение  бактерии, полученное в световом микроскопе, и часть той же бактерии в поле зрения электронного микроскопа.

    Вооруженная усовершенствованными приборами, микробиология все глубже и полнее познает свойства и особенности мира невидимых. Ученые-микробиологи разрабатывают новые методы наилучшего использования полезных микробов и пресечения деятельности вредных.

    Разработанный русским микробиологом С. Н. Виноградским метод выращивания микробов в лабораториях на элективных (избирательных) питательных средах дал возможность более подробно изучить различные микроорганизмы и их распространение в природе. Используя этот метод, ученые установили, что бактерии обнаруживаются всюду: в каждой капле даже самой чистой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах Земли Франца-Иосифа и в снегах полярных областей, в океане на Северном полюсе. Разнообразные виды бактерий найдены также в почвах пустыни Сахара, в грунте, взятом со дна океана на глубине 4 км, и в нефти, добытой из глубоко залегающих нефтяных пластов. Бактерии способны жить даже в воде горячих источников с температурой около 80° С.

    Благодаря ничтожным размерам бактерии легко  проникают в трещины, щели, поры. Они очень выносливы и приспособлены к неблагоприятным условиям существования: переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 80-90° С, не теряя при этом жизнеспособности. А споры бактерий выдерживают даже кипячение.

    Бактерии играют важную роль в народном хозяйстве и в быту человека. Велика их роль в почвообразовательных процессах. Бактерии нашли широкое применение в растениеводстве и животноводстве, в различных отраслях пищевой промышленности. Микробиология все шире внедряется в текстильную и кожевенную отрасли промышленности. Такие производства, как мочка льна, обработка кожи, не могут обойтись без использования продуктов жизнедеятельности бактерий.

    Необычайно  велико значение бактерий в патогенезе заболеваний человека, животных и растений.

    Почвенные бактерии оказывают большое влияние  на рост и развитие растений. Вокруг корней и на корнях растений развивается  большое количество различных видов  бактерий, причем не всех видов, а только определенных, специфичных для каждого  вида растений. Эта микрофлора может быть полезной или вредной для растения в зависимости от окружающей среды и состояния самого растения.

    В процессе жизнедеятельности бактерии образуют ряд соединений, которые  широко используются человеком: антибиотики, аминокислоты, витамины, ферменты и другие соединения. Много ценнейших биологически активных веществ, продуцируемых микроорганизмами, нам пока неизвестно. С каждым годом список этих соединений пополняется; мир микробов — неисчерпаемый источник различных важных веществ.

    Громадное значение имеет геологическая деятельность бактерий. Бактерии принимают самое  активное участие в круговороте  веществ в природе.

    Все органические соединения и значительная часть неорганических подвергаются при этом существенным изменениям. И этот круговорот веществ является основой существования жизни на Земле.

    Настоящий том посвящен прокариотным организмам (за исключением сине-зеленых водорослей, которые будут описаны в 3-м  томе). Хотя раньше бактерии относили к  растительным организмам, в настоящее  время показано, что бактерии как  прокариоты составляют особое царство живых существ, отличное от царств растений и животных. Следуя традиции, редакция начинает издание «Жизнь растений» с описания бактерий как низших организмов — протоцитов. В первой части раздела по бактериям (введении) кратко излагаются основные принципы классификации, строение клеток и обмен веществ у бактерий. Во второй части приводятся сведения об основных систематических группах бактерий. Заключают раздел главы, описывающие экологию, физиологические группы и биохимические особенности бактерий.

    Классификация бактерий

    У большинства организмов видом принято  считать репродуктивно изолированную  группу особей. В широком смысле это означает, что представители  данного вида могут давать плодовитое потомство, спариваясь только с себе подобными, но не с особями других видов. Таким образом, гены конкретного вида, как правило, не выходят за его пределы. Однако у бактерий может происходить обмен генами между особями не только разных видов, но и разных родов, поэтому правомерно ли применять здесь привычные концепции эволюционного происхождения и родства, не вполне ясно. В связи с этой и другими трудностями общепринятой классификации бактерий пока не существует. Ниже приведен один из широко используемых ее вариантов.

    ЦАРСТВО MONERA

    Тип I. Gracilicutes (тонкостенные грамотрицательные бактерии)

    Класс 1. Scotobacteria (нефотосинтезирующие формы, например миксобактерии)

    Класс 2. Anoxyphotobacteria (не выделяющие кислорода фотосинтезирующие формы, например пурпурные серные бактерии)

    Класс 3. Oxyphotobacteria (выделяющие кислород фотосинтезирующие формы, например цианобактерии)

    Тип II. Firmicutes (толстостенные грамположительные бактерии)

    Класс 1. Firmibacteria (формы с жесткой клеткой, например клостридии)

    Класс 2. Thallobacteria (разветвленные формы, например актиномицеты)

    Тип III. Tenericutes (грамотрицательные бактерии без клеточной стенки)

    Класс 1. Mollicutes (формы с мягкой клеткой, например микоплазмы)

    Тип IV. Mendosicutes (бактерии с неполноценной клеточной стенкой)

    Класс 1. Archaebacteria (древние формы, например метанобразующие)

    Домены. Недавние биохимические исследования показали, что все прокариоты четко разделяются на две категории: маленькую группу архебактерий (Archaebacteria – «древние бактерии») и всех остальных, называемых эубактериями (Eubacteria – «истинные бактерии»). Считается, что архебактерии по сравнению с эубактериями примитивнее и ближе к общему предку прокариот и эукариот.

    От  прочих бактерий они отличаются несколькими  существенными признаками, включая  состав молекул рибосомной РНК (pРНК), участвующей в синтезе белка, химическую структуру липидов (жироподобных веществ) и присутствие в клеточной стенке вместо белково-углеводного полимера муреина некоторых других веществ.

    В приведенной выше системе классификации  архебактерии считаются лишь одним  из типов того же царства, которое объединяет и всех эубактерий. Однако, по мнению некоторых биологов, различия между архебактериями и эубактериями настолько глубоки, что правильнее рассматривать архебактерии в составе Monera как особое подцарство. В последнее время появилось еще более радикальное предложение. Молекулярный анализ выявил между двумя этими группами прокариот столь существенные различия в структуре генов, что присутствие их в рамках одного царства организмов некоторые считают нелогичным. В связи с этим предложено создать таксономическую категорию (таксон) еще более высокого ранга, назвав ее доменом, и разделить все живое на три домена – Eucarya(эукариоты), Archaea (архебактерии) и Bacteria (нынешние эубактерии).

    Прокариотическая  клетка.

    Помимо  организмов с типичной клеточной  организацией {эукариотические клетки) существуют относительно простые, доядерные, или прокариотические, клетки —  бактерии и синезеленые, у которых  отсутствуют оформленное ядро, окруженное ядерной мембраной, и высокоспециализированные внутриклеточные органоиды. Особую форму организации живого представляют вирусы и бактериофаги (фаги). Их строение крайне упрощено: они состоят из ДНК (либо РНК) и белкового футляра. Свои функции обмена веществ и размножения вирусы и фаги осуществляют только внутри клеток другого организма: вирусы — внутри клеток растений и животных, фаги - в бактериальных клетках как паразиты на, генетическом уровне.

    К прокариотам относят бактерии и  сине-зелёные водоросли (цианеи). Наследственный аппарат прокариот представлен одной кольцевой молекулой ДНК, не образующей связей с белками и содержащей по одной копии каждого гена — гаплоидные организмы. В цитоплазме имеется большое количество мелких рибосом; отсутствуют или слабо выражены внутренние мембраны.

    Ферменты  пластического обмена расположены  диффузно. Аппарат Гольджи представлен  отдельными пузырьками. Ферментные системы  энергетического обмена упорядоченно расположены на внутренней поверхности  наружной цитоплазматической мембраны. Снаружи клетка окружена толстой клеточной стенкой. Многие прокариоты способны к спорообразованию в неблагоприятных условиях существования; при этом выделяется небольшой участок цитоплазмы содержащий ДНК, и окружается толстой многослойной капсулой.

    Процессы  метаболизма внутри споры практически  прекращаются. Попадая в благоприятные  условия, спора преобразуется в  активную клеточную форму. Размножение  прокариот происходит простым делением надвое.