Туберкулезная палочка прокариот: Царство Бактерии — Умскул Учебник

Царство Бактерии — Умскул Учебник

На этой странице вы узнаете

• Что общего у прокариот и прабабушки?
• Почему Шелдон Планктон из мультфильма про Спанч Боба ест только голографические продукты?
• Почему споры с бактерией так сложно «выиграть»?
• Какие кулинарные блюда невозможно приготовить без бактерий?

Бактерии знакомы нам как вредоносные организмы, возбудители заболеваний. Но есть и много полезных бактерий. Одни могут вырабатывать для нас кислород, другие помогают растениям усваивать азот, третьи образуют залежи полезных ископаемых, четвертые даже встречаются внутри нашего организма. О том, кто такие бактерии и на что они способны, можно прочитать в этой статье.

Положение бактерий в системе органического мира

Все существующие на земле живые организмы в зависимости от их сходств и различий можно распределить по группам, которые образуют четкую систему органического мира. Все клеточные организмы можно разделить на два надцарства — прокариоты (безъядерные) и эукариоты (имеющие ядро, о значении которого мы поговорим позднее).  

Бактерии относятся к надцарству Прокариоты. Подробнее об основах систематики — науки о распределении организмов по группам — можно прочитать здесь. 

Прокариоты — доядерные организмы, в клетках которых отсутствуют мембранные органоиды, в том числе ядро.

Что общего у прокариот и прабабушки? Приставка «пра-» означает «до-», приставка «про-» – «перед, раньше». В принципе, и то и другое подразумевает что-то «предшествующее». Можно запомнить этот термин с помощью ассоциации: — прабабушка — «предок» бабушки; — прокариоты — предки эукариотических организмов.

Кто занимается изучением бактерий? При просмотре какой-нибудь телевизионной программы про бактерий мы можем услышать, что ученых-бактериологов представляют как «микробиологов». 

Микробиология — это наука, изучающая строение и свойства микроскопических живых организмов.  

Таким образом, одним из предметов изучения микробиологии являются бактерии.

Разнообразие бактерий

Бактерии обитают повсеместно: в почве, воздухе, воде. Бактерии живут даже в нашем организме. Они составляют микрофлору слизистых, поселяются в аппендиксе. Однако больше всего бактерий можно найти в почвенной среде — там много детрита (мертвого органического вещества), которым они питаются. Подробнее о детрите и детритофагах — организмах, которые питаются мертвой органикой — мы рассказываем в статье «Экосистема (биогеоценоз). Часть 1».

Какими бывают бактерии?

Выделяют три основные группы бактерий: 

1. Архебактерии или Археи — древнейшие бактерии. Первый корень «архе-» в дословном переводе означает «древний». Вы уже встречали его в слове «археолог» — это ученый, который занимается раскопками древних отложений. К архебактериям относятся, например, метанообразующие бактерии. Они вырабатывают газ — метан. Обитая в пищеварительном тракте человека и жвачных, помогают им переваривать пищу. 

2. Эубактерии — истинные бактерии, они имеют самое типичное строение клетки из всех представителей царства. Вероятно, вы слышали о стрептококках или стафилококках, которые вызывают заболевания слизистых. Так вот, они являются представителями данной группы.

3. Цианобактерии, или сине-зеленые водоросли — фототрофные бактерии. Это значит, что они способны питаться за счет фотосинтеза. Такие бактерии еще миллионы лет назад начали создавать озоновый слой, который до сих пор защищает нас от солнечного (ультрафиолетового) излучения. В процессе фотосинтеза они выделяют в атмосферу кислород, который и является основой озонового слоя. 

Почему Шелдон Планктон из мультфильма про Спанч Боба ест только голографические продукты? Помните серию Спанч Боба, где Планктон ел голографическое мясо? В детстве при первом просмотре мультфильма мало кто понимал, зачем он это делает. На самом деле Шелдон — это условный пример цианобактерии, осуществляющей фотосинтез: под действием света он образует органические вещества.

Внешний вид бактерий

В рекламе разных моющих средств мы можем увидеть бактерии как злобные маленькие шарики, которые быстро двигаются и размножаются. Но на самом деле формы бактерий очень разнообразны:

Кокки способны соединяться, образуя целые скопления клеток:

Строение бактериальной клетки 

Прокариотические клетки имеют плотную клеточную стенку, основу которой составляет муреин (по-другому — пептидогликан) — смесь белков и полисахаридов, придающая особую прочность бактериальной клетке. Исключение составляют Археи, у которых вместо муреина в клеточной стенке присутствуют другие вещества. Функции клеточной стенки — это защита и опора, поддержание формы.

Еще одной оболочечной структурой некоторых бактерий является наружная (внешняя) мембрана. Она находится поверх клеточной стенки, в эту структуру в основном включены различные белки. 

Сверху всего этого бактерия может быть покрыта слизистой оболочкой — капсулой. Капсула — это палочка-выручалочка бактерий, она защищает их от негативных условий среды. А еще она способствует прикреплению к различным клеткам организма-хозяина. 

Данные структуры играют еще одну важную роль, они нужны для идентификации (определения) бактерий. В частности, ее можно осуществить с помощью окраски по Граму. Ниже поговорим о ней подробнее.

Что такое окраска по Граму?

Ученый-бактериолог Ганс Кристиан Грам в 1884 предложил способ классификации бактерий по типу окрашивания специальным реактивом, названным в его честь. Этот реактив окрашивает муреиновый слой клеточной стенки в фиолетовый цвет. Этим способом определяется внешнее строение бактерий.

Бактерии, имеющие капсулу и/или наружную мембрану по Граму не окрашиваются, потому что они перекрывают доступ к муреиновой оболочке и реакция не протекает как надо. Поэтому такие бактерии называются грамотрицательными, то есть не реагирующими / отрицательно реагирующими на окраску реактивом. Немногочисленные грамположительные бактерии, наоборот, окрашиваются реактивом Грама, так как муреин в составе их клеточной стенки открыт и сразу взаимодействует с ним.

Возвращаемся к теме строения клетки. Внутреннее пространство клетки заполнено цитоплазмой – вязким полужидким содержимым. Она содержит в себе органоиды (органеллы), гиалоплазму и включения. 

• Гиалоплазма — это основное вещество цитоплазмы, она неподвижная и густая, содержит множество питательных веществ. 

• Включения представляют собой запасные питательные вещества, например, гликоген или серу. 

Также у некоторых бактерий (преимущественно водных) в цитоплазме существуют такие образования, как газовые пузырьки (аэросомы). Это газовые полости, которые придают бактериям плавучесть, а также позволяют им менять глубину погружения. Их роль можно сравнить с функцией нарукавников для плавания.

Отметим важный факт: бактериальная клетка не имеет ядра. Ядро — это органелла клетки, которая отвечает за хранение, реализацию и передачу генетического материала (ДНК или РНК), а также контролирует все процессы, происходящие в клетке. 

Если у бактерий ядра нет, то где же располагается генетический материал? Он в виде кольцевой молекулы ДНК располагается в специфической зоне цитоплазмы — нуклеоиде. Иногда его называют бактериальной хромосомой. 

Также у бактерий есть плазмиды — это такие участки ДНК, которые отвечают за обмен генетическим материалом в процессе деления. Они, как правило, лежат в цитоплазме отдельно от нуклеоида. 

Кстати, бактерии могут передавать «по наследству» резистентность (устойчивость) к антибиотикам. Антибиотики — это химические вещества, которые направлены на уничтожение бактерий или на торможение их размножения. Они используются для лечения заболеваний, вызванных бактериями. Например, туберкулёз врачи лечат именно ими. 

Цитоплазматическая мембрана — это такая структура клетки, которая окружает ее и отграничивает содержимое от внешней среды. Располагается под клеточной стенкой. Основные ее функции — это защита, обеспечение контакта и взаимодействия клетки с различными структурами, транспорт (перемещение) веществ из внешней среды внутрь и в обратном направлении. В учебниках и заданиях экзамена могут встретиться следующие синонимы цитоплазматической мембраны: клеточная мембрана, плазмалемма.

Чтобы не возникло путаницы, давайте уточним возможные варианты названий оболочек бактерий (движемся изнутри кнаружи):

В цитоплазме бактериальной клетки отсутствуют мембранные органеллы: митохондрии, аппарат Гольджи и другие, о которых вы можете прочитать в статье «Строение клетки. Часть 2». Однако бактериям по-прежнему необходимо синтезировать (производить) жиры, углеводы, обмениваться веществами с окружающей средой для поддержания их нормальной жизнедеятельности. Эти функции выполняют впячивания цитоплазматической мембраны (мезосомы).

На изображении ниже представлено подробное строение бактериальной клетки.

Модель строения прокариотической клетки 

Бактерия, как и любой другой организм, нуждается в собственных белках. Органоид, в котором происходит синтез (образование) белка называется рибосома. Они значительно меньше в размерах, чем рибосомы эукариотических клеток. Рибосомы прокариот имеют размер 70S, рибосомы эукариот — 80S (буква S тут — это единица измерения Сведберг). Поэтому рибосомы эукариот больше — стоит запомнить, так как вопрос об этом регулярно попадается в тестовой части ЕГЭ.

Могут ли бактерии двигаться?

Определенно, да! На поверхности клеток бактерий часто можно встретить жгутики — органоиды движения, с помощью которых они перемещаются в жидкой среде. Жгутики состоят из белка флагеллина.  

Некоторые бактерии могут передвигаться «реактивным» способом, выбрасывая слизь. Это примерно так же, как если отпустить не завязанный воздушный шарик в свободный полет — он будет двигаться за счет струи воздуха, выходящего из него. По этому же принципу происходит запуск космических кораблей. 

Помимо жгутиков для движения, у бактерий есть еще пили (ворсинки или фимбрии). Они имеют немаловажную функцию — обеспечивают контакт между бактериями для обмена плазмидами.

Почему споры с бактерией так сложно «выиграть»? В неблагоприятных условиях многие бактерии способны образовывать споры — плотные округлые или овальные структуры. Они нужны для того, чтобы переживать неблагоприятные условия. Споры образуются внутри бактерии вокруг молекулы ДНК с участком цитоплазмы. Они крайне устойчивы, могут сохранять жизнеспособность длительное время, дожидаясь благоприятных условий окружающей среды для продолжения жизни. Бактериальная клетка почти полностью высыхает — в ней останавливается обмен веществ, а спора выходит в окружающую среду.

В №11 варианта ЕГЭ может встретитьсязадание подобного плана:

Из приведенного списка выберите характеристики представителей царства Бактерии:

1) имеют клеточную стенку из хитина
2) не имеют клеточной стенки
3) для них характерен автотрофный тип питания
4) имеют нуклеоид
5) могут двигаться реактивно
6) имеют фимбрии

Исходя из полученных ранее знаний, мы с легкостью можем сказать, что бактерии имеют нуклеоид, могут двигаться реактивно, а также имеют фимбрии.

Ответ: 456

Особенности жизнедеятельности

Чем питаются бактерии?

Бактериям, как и любым другим живым существам, нужна энергия. Они, как и мы, получают ее при питании. Для получения энергии бактерии используют различные органические и неорганические соединения. Добывают они эти соединения по-разному.

По типу питания живые организмы, в том числе бактерии, могут быть автотрофами и гетеротрофами. Подробнее про различные типы питания можно прочитать в статье «Типы питания».

Большинство бактерий являются гетеротрофами. Они используют в качестве пищи уже готовые органические вещества. Иначе говоря, они не могут сами себе приготовить обед, потому ищут уже готовую еду. К таким бактериям мы можем отнести: 

• Сапротрофы — это бактерии, которые питаются мертвой органикой. Например, это бактерии гниения. 
• Паразиты — это бактерии, которые питаются органическими веществами организма-хозяина. Они чаще всего являются возбудителями заболеваний, например, туберкулезная палочка, которая является возбудителем туберкулёза. Часто их называют болезнетворными. 
• Симбионты — это такие бактерии, которые поселяются в другом организме и не наносят ему вред, в отличие от паразитов. Наоборот, они помогают ему. Так, у нас в толстом кишечнике живет кишечная палочка, которая помогает расщеплять нам клетчатку, а еще синтезирует для нашего организма некоторые витамины, например, витамин К, витамины группы В, никотиновую кислоту. Также кишечная палочка не позволяет болезнетворным бактериям размножаться. 

Бактерии, которые готовят себе еду самостоятельно из добытых «продуктов», то есть создают органику из неорганики, называются автотрофными. Автотрофных бактерий значительно меньше. Их разделяют на две группы: 

• Хемотрофы — организмы, получающие энергию за счет разрушения связей неорганических химических веществ. Они способны питаться практически чем угодно! Например, серой, молекулярным водородом и многими другими соединениями. Именно благодаря своей всеядности они могут жить в любой среде обитания: в разных водоемах, в почвах, в организме животных и человека. Примером таких бактерий могут быть серобактерии, железобактерии, нитрифицирующие бактерии.  

• Фототрофы — организмы, получающие энергию за счет преобразования энергии солнечного света. Они образуют органические соединения из углекислого газа и воды под действием светового излучения. К ним относятся уже известные нам цианобактерии.

Значение бактерий в природе и жизни человека

Хотя мы привыкли «сваливать» на бактерии все наши беды, на самом деле они участвуют во многих жизненно важных процессах. Давайте посмотрим, какую роль могут играть разные бактерии в жизни других организмов и процессах окружающей среды.

1. Сапрофитные бактерии: бактерии-санитары.

Сапрофиты — организмы, питающиеся мертвыми органическими останками.

Одной из главных функций сапрофитных бактерий является способность разрушать органические вещества — остатки погибших растений и животных. Опавшие листья, мертвые травянистые растения, кустарники, деревья, останки животных — все это превращается в перегной (перегнившие останки животных и растений), удобряющий почву. Так что сапрофиты можно назвать своеобразными санитарами нашей планеты. 

2. Азотфиксирующие бактерии: бактерии-горничные.

Чтобы понять значимость азотфиксирующих бактерий, надо разобраться в ее социальных связях. Они вступают в симбиоз с растениями, поселяясь в их корнях. Симбиоз — это сосуществование двух разных организмов, которое приносит пользу им обоим. Бактерии усваивают атмосферный азот и снабжают им растения в виде доступных для них нитратов и нитритов. Взамен они получают от растений часть их органических веществ. Такие отношения можно сравнить с сотрудничеством, а данные бактерии точно знают в этом толк.  

Азотфиксирующая бактерия — это «горничная» бобового растения. Без нее у растения не получится поесть: в холодильнике только замороженные полуфабрикаты — атмосферный азот (N₂), который растения не умеют усваивать. Азотфиксирующая бактерия решает эту проблему: готовит из азота вкусный и питательный обед — нитраты и нитриты, которые легко поглощаются хозяином. Взамен бобовое растение предоставляет своей «горничной» место жительства — клубеньки на корнях. Взаимовыгодное сотрудничество, которому стоит поучиться и людям.

3. Цианобактерии: бактерии-строители.

Цианобактерии сформировали нынешнюю атмосферу Земли, вырабатывая кислород в процессе фотосинтеза. Именно наличие кислорода в атмосфере нашей планеты делает возможным жизнь аэробов. К ним относится большая часть живых существ: все растения, животные и грибы, некоторые бактерии. Получается, если бы не бактерии, люди никогда не появились бы на свет!

Какие кулинарные блюда невозможно приготовить без бактерий? Бактерии помогают нам готовить пищу. Например, молочнокислые бактерии образуют молочную кислоту. Именно эта кислота используется в приготовлении простокваши, кефира и других кисломолочных продуктов. Эти же бактерии участвуют в процессе квашения овощей. С их помощью получают также спирты, ферменты, лимонную кислоту и винный уксус.

4. Бактерии-симбионты: помощники нашего организма.

Бактерии-симбионты — это те самые полезные для нас организмы, которые живут на слизистых, коже и в аппендиксе. Так, бактерии кишечника способствуют нормальному пищеварению и усвоению ряда витаминов. Симбиотические бактерии образуют нормальную микрофлору нашего организма.

5. Патогенные бактерии: бактерии-разрушители.

Все же не стоит забывать, что бактерии могут приносить человеку вред. Некоторые виды бактерий проникают в организм человека и поселяются там, вызывая заболевания. Такие бактерии называют болезнетворными или патогенными. В теле человека они питаются, размножаются и выделяют токсины, отравляя организм. 

К бактериальным инфекциям относятся: дифтерия, коклюш, сальмонеллез, тонзиллит, скарлатина.

Сферы жизни, в которых человек использует бактерии:

• на очистных сооружениях;
• в пищевой промышленности;
• в тяжелой промышленности;
• для получения ряда лекарств и вакцин.  

Методы борьбы с патогенными бактериями

С патогенными бактериями совсем не хочется встречаться, а вот они стремятся поселиться в нас. Поэтому для уничтожения вредоносных бактерий проводятся различные мероприятия: 

1. Вакцинация населения. Вакцинация — это создание иммунитета с помощью вакцин, которые представляют собой медицинские препараты с ослабленными или убитыми микроорганизмами, или их частями. Например, в роддоме практически всем детям делают вакцину БЦЖ, которая защищает от туберкулёза. Подробнее об этом можно прочитать в данной статье. 
2. Дезинфекция помещений – комплекс мероприятий, направленных на уничтожение бактерий, способных вызвать инфекционные заболевания.
3. Лечение больных антибактериальными препаратами.

И это не единственные способы борьбы с патогенными бактериями. На водопроводных станциях воду очищают в специальных отстойниках, пропускают ее через фильтр, хлорируют. Продукты питания обрабатывают различными способами. Используются в основном методы пастеризации, замораживания, стерилизации, высушивания, а также метод внесения естественных консервантов (соль, сахар, специи).

Также уничтожать бактерии можно с помощью стерилизации. Однако часто ее путают с пастеризацией. Разберемся, в чем разница между ними. 

Пастеризация vs стерилизация Если замораживание, высушивание и внесение консервантов особых вопросов не вызывают, то к пастеризации и стерилизации есть ряд вопросов. В чем заключается суть этих методов и как их отличать? — При пастеризации продукт обрабатывают непродолжительное время температурой около 60—70 ℃. Эта температура не позволяет избавиться от всех бактерий. — При стерилизации продукты достаточно длительно кипятят. Например, молоко стерилизуют при температуре 100 ℃. Важно уточнить, что при стерилизации уничтожаются не только все виды возбудителей, но и их споры. Запомнить отличие этих терминов достаточно просто: стерилизация ведет к «стерильности», из-за чего не остается никаких бактерий и их спор. Это значит, что процесс происходит при гораздо большей температуре.

В номере 26 КИМ ЕГЭ нередко можно встретить такие варианты заданий, в которых нам понадобится знание информации о бактериях. Разберем пример такого задания.
 
Врач длительное время лечил особым лекарством пациента, после чего он выздоровел. Вскоре пациент повторно заразился этим заболеванием, и врач снова назначил ему это же лекарство, но улучшений на этот раз не было. Объясните, с чем это связано и что это было за лекарство? Как в этом случае вылечить пациента вновь? 

Существуют особые вещества — антибиотики, именно они активны против бактерий. Поэтому врач назначил пациенту антибиотик. Но при длительном приеме бактерии могут вырабатывать против определенного антибиотика устойчивость (резистентность) — он больше не будет эффективен. Зная эту информацию, запишем ответ. 

Ответ:
1) Врач назначил больному антибиотик.
2) Антибиотики — это препараты, которые направлены на уничтожение бактерий.
3) При длительном приеме антибиотика бактерии могут выработать к нему устойчивость, вследствие чего антибиотик потеряет свою активность против них, что и произошло в этом случае.
4) Для того чтобы вновь вылечить пациента, врачу нужно назначить ему другой антибиотик, против которого у бактерий устойчивости пока нет. 

Вот мы с вами и рассмотрели бактерий, и, кто бы мог подумать, что они представляют собой настолько необычные и интересно устроенные организмы. Как и люди, все бактерии очень разные — сильно отличаются друг от друга по образу жизни и внешнему виду.

Невероятно, но факт! Бактерии, как и люди, тоже могут «болеть» вирусными заболеваниями. То есть существуют особые вирусы — бактериофаги, которые заражают бактерий. Подробнее об этом можно прочитать в одноименной статье.   

Термины

Аэробы — организмы, которым для жизнедеятельности необходим кислород.  

Белки и полисахариды (углеводы) — это одни из основных органических веществ, которые входят в состав клеток. Подробнее про них можно прочитать в статьях «Химический состав клетки. Углеводы и липиды» и «Химический состав клетки. Белки».

ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота — нуклеиновая кислота, которая отвечает за хранение и передачу генетической информации. 

Жиры — это органические вещества, которые входят в состав клеток. Про них также можно узнать подробнее в этой статье. 

Органоиды (органеллы) — постоянные компоненты клетки. Подробнее о них рассказано в статье «Строение клетки. Часть 1».

Мембранные органоиды — это органоиды, имеющие мембрану (или даже две), то есть тончайшую плёнку, которая отграничивает содержимое органоидов от цитоплазмы.

Реактив — это химическое вещество, которое предназначено для лабораторных исследований и экспериментов.

Рибосома — немембранный органоид, осуществляющий синтез белка.  

РНК — рибонуклеиновая кислота — нуклеиновая кислота, которая кодирует аминокислоты и является посредником между ДНК и рибосомами для синтеза белков.

Фотосинтез — тип питания организмов, в ходе которого они могут преобразовывать энергию света и создавать органические вещества для своих нужд.

Фактчек

• Бактерии относятся к прокариотам.
• Бактерии не имеют ядра и мембранных органоидов, в их клетке есть нуклеоид.
• Функции органоидов выполняют впячивания мембраны.
• Бактерии, не имеющие капсулы, окрашиваются по Граму. Поэтому они называются грамположительными. 
• Выделяют 3 основных группы бактерий: архебактерии, эубактерии и цианобактерии.
• Симбиотические бактерии приносят пользу организму, патогенные — вред.

Проверь себя

Задание 1.
Из перечисленных ниже характеристик выберите признак бактериальной клетки:

1. рибосомы 70S
2. ядро
3. пластиды
4. митохондрии

Задание 2.
Цианобактерии по типу питания являются…

1. гетеротрофами
2. фототрофами
3. осмотрофами
4. миксотрофами

Задание 3.
Какие бактерии являются нормальной составляющей микрофлоры кишечника?

1. кишечная палочка
2. риккетсия
3. сальмонелла
4. гонококк

Задание 4.
Что относится к бактериальным инфекциям?

1. дифтерия
2. СПИД
3. грипп
4. ОРВИ

Задание 5.
Какую форму клетки имеет стрептококк?

1. палочковидную
2. спиралевидную
3. монадную
4. шарообразную

Ответы:1. — 1; 2. — 2; 3. — 1; 4. — 1; 5. — 4.

Часть в

Задания на выбор 3-х верных ответов из 6-и

1. К прокариотам относятся

А) кишечная палочка

Б) амеба обыкновенная

В) эвглена зеленая

Г) гриб трутовик

Д) холерный вибрион

Е) клубеньковая бактерия

2. Клетки бактерий отличаются от клеток растений

А) отсутствием оформленного ядра

Б) наличием плазматической мембраны

В) наличием плотной оболочки

Г) отсутствием митохондрий

Д) наличием рибосом

Е) отсутствием комплекса Гольджи

3. К эукариотам относятся

А) гриб мукор

Б) мох сфагнум

В) кукушкин лен

Г) кишечная палочка

Д) холерный вибрион

Е) туберкулезная палочка

4. Клетки эукариот, в отличие от прокариот, имеют

А) цитоплазму

Б) ядро

В) молекулы ДНК

Г) митохондрии

Д) плотную оболочку

Е) ЭПС

5. Автотрофными организмами являются

А) железобактерии

Б) хлорелла

В) серобактерии

Г) дрожжи

Д) пеницилл

Е) мукор

6. К гетеротрофам относятся

А) белая планария

Б) дизентерийная амеба

В) пастушья сумка

Г) кукушкин лен

Д) большой прудовик

Е) паслен черный

Задания на установление соответствия.

7. Установите соответствие между особенностью питания и группой организмов.

ОСОБЕННОСТИ ПИТАНИЯ ГРУППЫ

1) используют готовые органические вещества ОРГАНИЗМОВ

2) используют энергию окисления неорганических веществ А) автотрофы

3) получают пищу путем фильтрации воды Б) гетеротрофы

4) синтезируют органические вещества из неорганических

на свету

5) используют энергию солнечного света

6) используют энергию, заключенную в пище

8. Установите соответствие между организмом и трофической группой, к которой он относится.

ОРГАНИЗМЫ ТРОФИЧЕСКИЕ ГРУППЫ

1) холерный вибрион А) сапротрофы

2) бактерия брожения Б) паразиты

3) туберкулезная палочка В) симбионты

4) столбнячная палочка

5) сенная палочка

6) клубеньковая бактерия

9.

Установите соответствие между признаком объекта и формой жизни, для которой он характерен.

ПРИЗНАКИ ФОРМА ЖИЗНИ

1. наличие рибосом А) вирусы

2. отсутствие плазматической мембраны Б) бактерии

3. отсутствие собственного обмена веществ

4. большинство – гетеротрофы

5. размножение только в клетках хозяина

6. размножение делением клетки

10. Установите последовательность жизненного цикла вируса в клетке хозяина.

А) прикрепление вируса к оболочке клетки

Б) проникновение ДНК вируса в клетку

В) синтез вирусных белков

Г) встраивание ДНК вируса в ДНК клетки-хозяина

Д) формирование новых вирусов

11. Установите последовательность этапов жизненного цикла бактериофага

1. ДНК бактериофага проникает в бактериальную клетку и встраивается в её ДНК

2. Бактериофаг прикрепляется к оболочке бактериальной клетки

3. Происходит сборка новых бактериофагов

4. Клетка синтезирует ДНК и белки бактериофага

5) Оболочка бактериальной клетки разрывается, и новые фаги внедряются в клетки других бактерий

Платформы оттока металлов в мембране бактерий

Ученые открыли новый механизм устойчивости макрофагов к интоксикации металлами с участием мобильных платформ в плазматической мембране бактерии возбудителя Mycobacterium tuberculosis , возбудителя туберкулеза. Эти платформы состоят из насосов оттока металлов из семейства АТФаз P-типа, а также из совершенно нового класса белков, белков PacL. Гомологи белков PacL присутствуют во многих бактериях, а наличие платформ оттока токсичных металлов, вероятно, широко распространено у прокариот. Эти результаты, проливающие свет на металлобиологию бактерий, опубликованы в журнале Nature Communications.

 

Бактерии, будь то экологические, комменсальные, симбиотические, условно-патогенные или патогенные, должны адаптироваться к постоянно меняющейся среде. Когда патогенные бактерии заражают своих хозяев, они фагоцитируются макрофагами, сигнальными иммунными клетками, которые патрулируют все ткани и обеспечивают их очистку и, таким образом, баланс.

Ученые ранее определили механизм, с помощью которого макрофаги могут устранять или контролировать поглощаемые ими патогены посредством фагоцитоза путем накопления металлов, особенно цинка, в вакуолях фагоцитоза в концентрациях, потенциально токсичных для бактерий. Они также продемонстрировали роль помпы оттока металлов CtpC, помпы семейства АТФаз Р-типа, в резистентности бациллы туберкулеза, Mycobacterium tuberculosis , к стрессу металлов в макрофагах. Белок CtpC производится вместе с небольшим белком с доменом неизвестной функции (DUF1489), называемым Rv3269. Как и CtpC, белок Rv3269 находится в плазматической мембране бактерий. Он также несет в себе мотив металлического переплета.

В настоящем исследовании ученые показали, что CtpC и Rv3269 расположены в мобильных микродоменах бактериальной мембраны, где Rv3269 может связывать цинк и действовать как молекулярный шаперон, стабилизируя белок CtpC. Таким образом, Rv3269переименован в PacL1 для ассоциированного с P-АТФазой шапероноподобного белка 1. Точно так же белки CtpG и CtpV переименованы в PacL2 и PacL3. В отсутствие PacL1 белок CtpC дестабилизируется и деградирует, и M. tuberculosis становятся высокочувствительными к цинку.

Пары Ctp/PacL присутствуют у большого числа филогенетически различных бактерий. Это открытие позволяет предложить совершенно новую модель устойчивости к металлическому стрессу у бактерий через посредство мембранных платформ, где накапливаются как эффлюксные насосы Ctp-типа, так и небольшие молекулярные шапероны PacL. Эти результаты открывают многочисленные перспективы не только для борьбы с патогенными бактериями за счет ослабления их способности противостоять металлическим стрессам внутри их хозяев, но и, в более общем плане, для лучшего понимания металлобиологии прокариот.

Источник

«Для устойчивости микобактерий к отравлению цинком требуется сборка мембранных платформ для оттока металлов, содержащих Р-АТФазу»

Rombouts, Olivier Sénèque, Maximilian Wallat, Pascal Demange, Jean-Yves Bouet, Olivier Saurel, Patrice Catty, Claude Gutierrez, Olivier Neyrolles

Nat Commun 2022 12 августа doi: 10.1038/s41467-025-73

7

Контактное лицо исследователя

Оливье Нейроль | [email protected] | +33 (0)5 61 17 54 75

Контакты для прессы

IPBS: Франсуаза Виала | связь@ipbs.fr | +33 (0)6 01 26 52 59

2.3C: кислотостойкая клеточная стенка

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

3113

• Гэри Кайзер
• Community College of Baltimore Country (Cantonsville)

Основные утверждения для этого объекта обучения:

В этом разделе, посвященном анатомии прокариотических клеток, мы рассмотрим различные анатомические части, из которых состоит бактерия. Как упоминалось во введении к этому разделу, типичная бактерия обычно состоит из:

• цитоплазматическая мембрана, окруженная пептидогликановой клеточной стенкой и, возможно, наружной мембраной;
• жидкая цитоплазма, содержащая ядерный участок (нуклеоид) и многочисленные рибосомы; и
• часто различные внешние структуры, такие как гликокаликс, жгутики и пили.

Существует три основных типа клеточной стенки бактерий: грамположительные, грамотрицательные и кислотоустойчивые. Теперь мы рассмотрим кислотоустойчивую клеточную стенку.

Кислотоустойчивые бактерии плохо окрашиваются по Граму, оказываясь слабо грамположительными или грамвариабельными. Обычно их характеризуют с помощью процедуры кислотоустойчивого окрашивания. Как упоминалось в предыдущем разделе о пептидогликанах, бактерии с кислотоустойчивой клеточной стенкой сопротивляются обесцвечиванию кислотно-спиртовой смесью во время процедуры кислотоустойчивого окрашивания, сохраняют исходный краситель карбол-фуксин и кажутся красными (рис.

\(\PageIndex{1). ; левый}\)). Общие кислотоустойчивые бактерии, имеющие медицинское значение, включают Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae, комплекс Mycobacterium avium-intracellulare и виды Nocardia .

Рисунок \(\PageIndex{1}\) : (слева) Сканирующая электронная микрофотография Mycobacterium tuberculosis. Изображение предоставлено доктором Рэем Батлером и Дженис Карр. Предоставлено Центрами по контролю и профилактике заболеваний. (справа) Кислотоустойчивая окраска микобактерий туберкулеза в мокроте. Обратите внимание на красноватые кислотоустойчивые бациллы среди синей нормальной флоры и лейкоциты в мокроте, которые не являются кислотоустойчивыми.

Структура и состав кислотоустойчивой клеточной стенки

Кислотоустойчивые бактерии грамположительны, но помимо пептидогликана внешняя мембрана или оболочка кислотоустойчивой клеточной стенки содержит большое количество гликолипидов, особенно миколовых кислот которые в роде Mycobacterium составляют примерно 60% кислотоустойчивой клеточной стенки (Рисунок \(\PageIndex{2}\)).

• Слой 1: Кислотоустойчивая клеточная стенка Mycobacterium имеет тонкий внутренний слой пептидогликана.
• Слой 2: Слой пептидогликана, в свою очередь, связан с арабиногалактаном (D-арабинозой и D-галактозой).
• Слой 3: Затем арабиногалактан соединяется с внешней мембраной, содержащей высокомолекулярные миколовые кислоты. Слой арабиногалактана/миколовой кислоты покрыт слоем полипептидов и миколовых кислот, состоящим из свободных липидов, гликолипидов и пептидогликолипидов. Другие гликолипиды включают липоарабиноманнан и фосфатидиинозитолманнозиды (PIM). Подобно внешней мембране стенки грамотрицательной клетки, порины необходимы для транспорта небольших гидрофильных молекул через наружную мембрану кислотоустойчивой клеточной стенки.
• Слой 4: Внешняя поверхность кислотоустойчивой клеточной стенки усеяна поверхностными белками, которые различаются в зависимости от штамма и вида бактерии.
• Слой 5: Периплазма представляет собой желеобразный материал между пептидогликаном и цитоплазматической мембраной.

Рисунок \(\PageIndex{2}\) : Структура кислотоустойчивой клеточной стенки. Помимо пептидогликана, кислотоустойчивая клеточная стенка микобактерий содержит большое количество гликолипидов, особенно миколовых кислот. Слой пептидогликана связан с арабиногалактаном (D-арабиноза и D-галактоза), который затем связан с высокомолекулярными миколовыми кислотами. Слой арабиногалактана/миколовой кислоты покрыт слоем полипептидов и миколовых кислот, состоящим из свободных липидов, гликолипидов и пептидогликолипидов. Другие гликолипиды включают липоарабиноманнан и фосфатидиинозитолманнозиды (PIM). Подобно внешней мембране стенки грамотрицательной клетки, порины необходимы для транспорта небольших гидрофильных молекул через наружную мембрану кислотоустойчивой клеточной стенки. Из-за своей уникальной клеточной стенки, когда он окрашивается с помощью кислотостойкой процедуры, он будет сопротивляться обесцвечиванию кислотно-спиртовым раствором и окрашиваться в красный цвет, цвет исходного красителя, карболфуксин. За исключением очень немногих других кислотоустойчивых бактерий, таких как Nocardia, все другие бактерии будут обесцвечиваться и окрашиваться в синий цвет, в цвет контрастного окрашивания метиленовым синим.

Функции кислотоустойчивых компонентов клеточной стенки

• Слой 1: Пептидогликан предотвращает осмотический лизис.
• Слой 2: Слой арабиногалактана связан как с пептидогликаном, так и с наружной мембраной миколовой кислоты и, вероятно, придает дополнительную прочность клеточной стенке.
• Слой 3: Миколиновые кислоты и другие гликолипиды также препятствуют проникновению химических веществ, заставляя организмы расти медленнее и быть более устойчивыми к химическим агентам и лизосомным компонентам фагоцитов, чем большинство бактерий (Рисунок \(\PageIndex{2}\) ). В кислотоустойчивой клеточной стенке поринов гораздо меньше, чем в грамотрицательной клеточной стенке, а поры намного длиннее. Считается, что это в значительной степени способствует более низкой проницаемости кислотоустойчивых бактерий.
• Слой 4: Поверхностные белки кислотоустойчивой клеточной стенки, в зависимости от штамма и вида, выполняют различные функции, в том числе функционируют как ферменты и служат адгезинами , которые позволяют бактериям тесно прикрепляться к клетки-хозяева и другие поверхности, чтобы заселить их и сопротивляться вымыванию.
• Слой 15 Периплазма содержит ферменты для расщепления питательных веществ.

Упражнение: Вопросы «Подумайте, поделитесь парой»

Mycobacterium tuberculosis — очень медленно растущая бактерия, время генерации которой часто измеряется днями или неделями. Он также устойчив к подавляющему большинству антибиотиков, которые обычно эффективны против других бактерий, и лечение обычно проводится комбинацией лекарств на срок до 9 месяцев.

Основываясь на том, что мы только что узнали, объясните, что может объяснить эти две характеристики.

Значение кислотоустойчивых компонентов клеточной стенки для инициации защитных сил организма

В организме есть две иммунные системы: врожденная иммунная система и адаптивная иммунная система.

1. Врожденный иммунитет представляет собой антиген-неспецифические защитные механизмы, которые хозяин использует сразу или в течение нескольких часов после воздействия практически любого микроба. Это иммунитет, с которым человек рождается, и это первоначальная реакция организма на уничтожение микробов и предотвращение инфекции.
2. Адаптивный (приобретенный) иммунитет относится к антиген-специфическим защитным механизмам, которым требуется несколько дней, чтобы стать защитными, и которые предназначены для реакции с конкретным антигеном и его удаления. Это иммунитет, который вырабатывается на протяжении всей жизни.

Инициация врожденного иммунитета

Чтобы защититься от инфекции, одна из вещей, которую организм должен сделать на начальном этапе, это обнаружить присутствие микроорганизмов. Организм делает это, распознавая молекулы, уникальные для микроорганизмов, которые не связаны с клетками человека. Эти уникальные молекулы называются патоген-ассоциированными молекулярными паттернами или PAMP. Патогенные виды Mycobacterium , такие как Mycobacterium tuberculosis и Mycobacterium leprae высвобождают фрагменты миколовой кислоты, арабиногалактана и пептидогликана из своей кислотоустойчивой клеточной стенки. (Поскольку все микробы, а не только патогенные микробы, обладают PAMP, ассоциированные с патогенами молекулярные паттерны иногда называют микробно-ассоциированными молекулярными паттернами или MAMP.)

Эти PAMPS связываются с рецепторами распознавания паттернов или PRR на различных защитных клетках. организма, заставляя их синтезировать и выделять различные белки, называемые цитокинами. Эти цитокины, в свою очередь, могут стимулировать врожденную иммунную защиту, такую ​​как воспаление, фагоцитоз, активацию путей комплемента и активацию пути свертывания крови.

Воспаление является первой реакцией на инфекцию и травму и имеет решающее значение для защиты организма. По сути, воспалительная реакция представляет собой попытку организма восстановить и поддерживать гомеостаз после травмы. Большинство элементов защиты организма находится в крови, а воспаление — это средство, с помощью которого клетки защиты организма и химические вещества защиты организма покидают кровь и попадают в ткани вокруг поврежденного или инфицированного участка.

Защитные клетки организма, называемые макрофагами, и дендритные клетки имеют на своей поверхности рецепторы распознавания образов, такие как толл-подобные рецепторы, которые специфичны для фрагментов пептидогликана и миколовых кислот в кислотоустойчивой клеточной стенке и/или для NOD в их цитоплазме, которые специфичны для фрагментов пептидогликана. Связывание этих компонентов клеточной стенки с соответствующими им рецепторами распознавания образов побуждает макрофаги высвобождать различные химические вещества, регулирующие защиту, называемые цитокинами, включая IL-1 и TNF-альфа. Затем цитокины связываются с рецепторами цитокинов на клетках-мишенях и инициируют воспаление и активируют как пути комплемента, так и пути коагуляции.

Врожденный иммунитет будет более подробно обсуждаться в Разделе 5.

Инициация адаптивного иммунитета

Белки и полисахариды, связанные с кислотоустойчивой клеточной стенкой, функционируют как антигены и инициируют адаптивный иммунитет. Антиген определяется как молекулярная форма, которая реагирует с молекулами антител и с антигенными рецепторами на лимфоцитах. Мы распознаем эти молекулярные формы как чужеродные или отличные от молекулярных форм нашего тела, потому что они соответствуют специфическим антигенным рецепторам на наших В-лимфоцитах и ​​Т-лимфоцитах, клетках, которые осуществляют адаптивный иммунитет.

Фактические части или фрагменты антигена, которые реагируют с антителами и рецепторами на В-лимфоцитах и ​​Т-лимфоцитах, называются эпитопами. Эпитоп обычно представляет собой группу из 5-15 аминокислот уникальной формы, которая составляет часть белкового антигена, или 3-4 сахарных остатка, ответвляющихся от полисахаридного антигена. У одного микроорганизма есть много сотен эпитопов различной формы, которые наши лимфоциты могут распознавать как чужеродные и против которых вырабатывается адаптивный иммунный ответ.

Организм распознает антиген как чужеродный, когда эпитопы этого антигена связываются с В-лимфоцитами и Т-лимфоцитами посредством эпитоп-специфических рецепторных молекул, имеющих форму, комплементарную форме эпитопа. Рецептор эпитопа на поверхности В-лимфоцита называется рецептором В-клетки и на самом деле представляет собой молекулу антитела. Рецептор на Т-лимфоците называется рецептором Т-клетки (TCR).

Существуют две основные ветви адаптивного иммунного ответа: гуморальный иммунитет и клеточно-опосредованный иммунитет.

1. Гуморальный иммунитет: Гуморальный иммунитет включает выработку молекул антител в ответ на антиген и опосредуется В-лимфоцитами. Благодаря множеству механизмов эти антитела способны удалять или нейтрализовать микроорганизмы и их токсины после связывания с их эпитопами.
2. Клеточный иммунитет: Клеточный иммунитет включает выработку цитотоксических Т-лимфоцитов, активированных макрофагов, активированных NK-клеток и цитокинов в ответ на антиген и опосредуется Т-лимфоцитами. Эти защитные клетки помогают удалять инфицированные клетки и раковые клетки, содержащие чужеродные эпитопы.

Адаптивный иммунитет будет обсуждаться более подробно в Разделе 6.

Значение кислотоустойчивых компонентов клеточной стенки для бактериальной патогенности производство -альфа, наряду с высвобождением токсичных лизосомальных компонентов макрофагов, пытающихся убить

Mycobacterium tuberculosis .

Нажмите на эту ссылку, прочитайте описание Mycobacterium tuberculosis и уметь сопоставить бактерию с ее описанием на экзамене.

Противомикробные препараты, ингибирующие синтез кислотоустойчивых клеточных стенок для контроля

Mycobacterium Виды

INH (изониазид) блокирует включение миколовой кислоты в кислотоустойчивые клеточные стенки, в то время как этамбутол препятствует включению арабинолактана (Рисунок \(\PageIndex {2}\)). Оба ингибируют синтез кислотоустойчивой клеточной стенки. Пиразинамид ингибирует синтез жирных кислот в Микобактерии туберкулеза.

Вопросы для обсуждения

Посмотрите на следующую электронную микрофотографию и окраску по Граму той же бактерии.

(слева) Трансмиссионная электронная микрофотография: (справа) Окраска по Граму

1. Является ли этот микроорганизм грамположительным, грамотрицательным или кислотоустойчивым?
2. Откуда ты знаешь? Назовите все причины.

Резюме

1. Из-за особенностей клеточной стенки кислотоустойчивые бактерии окрашиваются в красный цвет после кислотоустойчивого окрашивания.
2. Род Mycobacterium и род Nocardia относятся к числу немногих бактерий, обладающих кислотоустойчивой клеточной стенкой.
3. Кислотоустойчивая клеточная стенка состоит из тонкого внутреннего слоя пептидогликана, связанного со слоем арабиногалактина, который, в свою очередь, связан с внешней мембраной, содержащей миколовые кислоты и покрытой различными полипептидами и гликолипидами.
4. Порины необходимы для транспорта небольших гидрофильных молекул через наружную мембрану кислотоустойчивой клеточной стенки.
5. Кислотоустойчивая клеточная стенка активирует как врожденную, так и адаптивную иммунную защиту организма.
6. Организм активирует врожденный иммунитет, распознавая молекулы, уникальные для микроорганизмов, которые не связаны с клетками человека, называемые патоген-ассоциированными молекулярными паттернами или PAMP. PAMPs связываются с рецепторами распознавания образов (PRR) на защитных клетках, вызывая выработку воспалительных цитокинов.
7. Воспаление — это средство, с помощью которого организм доставляет защитные клетки и защитные молекулы к очагу инфекции, однако чрезмерное воспаление может быть вредным и даже смертельным для организма.
8. PAMP, связанные с кислотоустойчивой клеточной стенкой, включают мономеры пептидогликана, арабиногалактин и миколовые кислоты.
9. Антиген представляет собой молекулярную форму, которая реагирует с антигенными рецепторами на лимфоцитах, чтобы инициировать адаптивный иммунный ответ.
10. Молекулы клеточной стенки также могут запускать адаптивный иммунитет, например, выработку молекул антител против антигенов клеточной стенки бактерий.
11. Некоторые противомикробные химиотерапевтические агенты ингибируют синтез кислотоустойчивой клеточной стенки

Вопросы

Изучите материал этого раздела и запишите ответы на эти вопросы. Не просто нажимайте на ответы и записывайте их. Это не будет проверять ваше понимание этого руководства.

1. Укажите, какого цвета появляются кислотоустойчивые бактерии после процедуры кислотоустойчивого окрашивания. (ответ)
2. Опишите структуру и внешний вид кислотоустойчивой клеточной стенки. (ответ)
3. Укажите полезную функцию для бактерии следующих компонентов кислотоустойчивой клеточной стенки:
   1. пептидогликан (анс)
   2. миколовая кислота и другие гликолипиды (анс)
   3. порины (анс)
4. Mycobacterium tuberculosis гораздо более устойчива к антибиотикам и дезинфицирующим средствам, чем большинство других бактерий.

   No related posts.