А! Да, да я знаю! У нас этот социум биопленкой называется. Вот! радостно и гордо пропищал тоненький.
Рис. 1.1. Микробы куда старше человеческой цивилизации
Угу. А еще мы их постоянно воспитываем, направляем ход развития их цивилизации, на экономику влияем, помогаем делать открытия, убираем за ними, питаем их, наконец.
Кстати, они уже догадываются, что мы можем влиять на их поведение.
Некоторых, между прочим, даже в гении выводим. Имена их увековечиваем, обиженно проворчал еще кто-то и, помолчав, добавил Ну, иногда. Не всех. И не все.
Да, много у нас работы
А не пора ли нам расходиться? Время уже позднее, а завтра учитывать результаты эксперимента предстоит. Надо успеть новые поколения образовать и сформировать приличные колонии.
Ой, у меня же период генерации начинается! Хорошо вам, микобактериям, делитесь только через 1620 часов, а мне приходится каждые 2030 минут начинать новый цикл.
Все вдруг стихло и вновь слышалось только гудение ламп и щелканье реле, да из оконного стекла глядело на меня обескуражено мое собственное отражение.
Вот такой занятный разговор мог состояться в каком-нибудь фантастическом романе, если бы автор прихотью своей воли одарил сознанием и голосом бесчисленных существ невидимого мира. «На то он и автор, чтобы небылицы всякие придумывать» скажет читатель. И все же, давайте попробуем разобраться, что в этом «подслушанном разговоре» выдумка, а что вполне может претендовать на истину. Выясним, наконец, что представляют собой микробы, какую роль они играют в нашей жизни и почему инфекции всегда идут вместе с нами по ветвистой дороге эволюции.
1.1. Что такое инфекции и откуда они взялись?
Знакомьтесь Её Величество Бактерия!
Да, да, именно Величество. Потому что, бактерии правят бал жизни на Земле и во многом определяют наше существование. Это самые многочисленные жители нашей планеты, после вирусов конечно. Но почему мы их не замечаем? Потому что они очень-очень крошечные.
Сейчас вы держите перед собой книжку и вглядываетесь в текст, но посмотрите внимательнее, может быть, вы еще что-то сумеете разглядеть? Нет? Вот и славно, а то бы вы с испугу бросили нашу книжку и ни за что не стали бы продолжать чтение. А знаете почему? Потому что вы бы увидели огромное количество самых разнообразных МИКРОБОВ, они повсюду! К счастью, устройство нашего глаза не позволяет видеть нам такие мелкие объекты, если, конечно, мы предварительно не вооружимся микроскопом. Ведь человеческий глаз способен различить объекты размером 0.10.3 мм. А средний размер бактерий в десять тысяч раз меньше 0.00050.005 мм, не говоря уже о вирусах, которые невозможно увидеть даже с помощью обычного микроскопа. Очень уж они крошечные3 0.000020.00035 мм, для их изучения особый микроскоп используют электронный. Но в нашем повествовании речь пойдет преимущественно о бактериях.
Так кто же они, эти самые бактерии, как выглядят и как устроены?
Сегодня вряд ли найдется человек, не знающий о том, что вся информация о любом живом существе хранится в его ДНК (или РНК, если говорить о вирусах). Принцип строения ДНК универсален для всех существ и представляет собой длинную цепочку, состоящую из четырех типов нуклеотидов. Это святая святых любого организма и должна охраняться, как зеница ока. Все существа, обитающие на Земле, делают это по-разному:
Рис. 1.2. Микробная семейка
Эукариоты (ядерные) хранят свою ДНК, компактно упакованную в хромосомы и спрятанную в ядре специальном отсеке, отделенным от содержимого клетки оболочкой, называемой ядерной мембраной. Кстати, мы с вами относимся к этой группе и у нас 46 хромосом.
Прокариоты хранят свои «инструкции», разместив их в одной единственной хромосоме, чаще всего замкнутой в кольцо. Эта хромосома располагается внутри клетки и ничем не отделена от ее содержимого. Так организован генетический аппарат всех бактерий.Кроме основных, у них имеются дополнительные «инструкции» в виде небольших кольцевых ниточек ДНК плазмид, свободно располагающихся в клетке.
Акариоты особые организмы, не имеющие клеточного строения, хранящие свою генетическую информацию в небольших ниточках ДНК или РНК, защищенных белковой оболочкой. Конечно это вирусы удивительные существа, занимающие промежуточное положение между живой и неживой природой. По сути, они представляют собой генетический материал, защищенный одной или двумя оболочками от внешней среды.
Акариоты особые организмы, не имеющие клеточного строения, хранящие свою генетическую информацию в небольших ниточках ДНК или РНК, защищенных белковой оболочкой. Конечно это вирусы удивительные существа, занимающие промежуточное положение между живой и неживой природой. По сути, они представляют собой генетический материал, защищенный одной или двумя оболочками от внешней среды.
Итак, бактерии относятся к группе «Прокариоты» (доядерные). Теперь давайте посмотрим, как они устроены. Часто бактерии называют просто организованными. Но так ли это на самом деле?
Тело бактериальной клетки представляет собой мешочек, наполненный гелеобразным содержимым цитоплазмой, в ней располагается основной хранитель генетической информации нуклеоид или кольцевая хромосома, содержащая в среднем 4100 генов. Кроме того, там могут находиться от 1 до 200 плазмид, несущих дополнительную генетическую информацию, она не является жизненно необходимой, но дает бактериям преимущества в определенных условиях, такой своеобразный «спасательный круг» в условиях трудной жизненной ситуации. Очень важными структурами являются рибосомы, вырабатывающие белок. Они свободно располагаются в цитоплазме, их число непостоянно и меняется в зависимости от нужд клетки. Также некоторые бактерии могут иметь включения, представляющие собой небольшие гранулы, в которых находятся сера, железо, полифосфаты (полимеры фосфорной кислоты резерв энергии), полимеры продуктов неполного окисления глюкозы (бета-оксимаслянная кислота) и другие вещества.
Тоненькая эластичная оболочка, называемая цитоплазматической мембраной, отделяет внутреннее содержимое бактерии от внешней среды. При этом она обладает избирательной проницаемостью. Через нее внутрь бактерий проникают необходимые вещества, а наружу выводятся вредные. Её принципиальное строение универсально для всех живых клеток двойной слой фосфолипидов, в который встроены различные белковые молекулы. Мембрана не может обеспечить надежную защиту от механических повреждений, поэтому бактерии обзавелись дополнительной оболочкой, которую называют клеточной стенкой. Она не только защищает бактерии, но и определяет их форму (палочковидную, извитую, нитевидную, шарообразную, звездчатую и др.). Важным компонентом клеточной стенки, является пептидогликан. Он есть только у бактерий, причем у одних он представлен многочисленными слоями и составляет 90% клеточной стенки. В клеточной стенке других бактерий встречается всего один-два слоя пептидогликана, которые сверху покрываются внешней мембраной. Тип клеточной стенки очень важный признак, положенный в основу распознавания бактерий, а также играющий большую роль в диагностике инфекционных заболеваний. Поэтому все бактерии принято делить по типу строения клеточной стенки на две группы: грамположительные и грамотрицательные. Названия эти даны по фамилии ученого Христиана Грама, предложившего способ окраски, позволяющий различить бактерии.
К первой группе относят бактерии, клеточная стенка которых представлена многочисленными слоями пептидогликана, а ко второй бактерии у которых один-два слоя пептидогликана покрыты дополнительной мембраной, ее называют наружной или внешней.
Некоторые бактерии приобрели еще одну защитную оболочку капсулу, она представляет собой слизистый слой, покрывающий клеточную стенку. Такие бактерии, как правило, оказываются опасными для здоровья человека. Капсула помогает бактериям прикрепляться к поверхности субстрата и противостоять защитным силам организма.
Существуют так называемые подвижные бактерии, они способны передвигаться в жидкой среде или по поверхности.
Рис. 1.3. Жгутиковые бегуны рекордсмены по скорости передвижения
Для этой цели у них имеются особые структуры жгутики. Их количество и расположение тоже является важным признаком, по которому можно определить вид бактерий. Например, возбудитель холеры имеет только один жгутик, расположенный на одном из полюсов бактериальной клетки, а кишечная палочка обладает большим количеством жгутиков, которые покрывают ее поверхность. Благодаря жгутикам бактерии могут изменять направление движения и выбирать наиболее подходящие условия обитания.
Жгутики представляют собой тоненькие ниточки, в несколько раз превышающие длину самой бактерии и совершают 4060 оборотов в секунду. Благодаря жгутикам бактерии способны за 10 сек преодолевать 1 мм! Это расстояние превышающее длину самого микроба в 200 раз. Скорость, с которой могут двигаться бактерии, превышает мировой рекорд в беге на 100 метров, в три раза! Мировой рекорд в беге на 100 метров, установленный в 2009 году, составляет 9.58 сек.