Микрофлора снежного покрова г. Кирова

Различают обязательных, облигатных анаэробов, для которых свободный кислород является ядом смертельным; и необязательных, факультативных, которые легко переходят от брожения к кислородному дыханию.

Бактерии молочнокислого брожения, получают энергию, превращая углеводы в молочную кислоту. Эта реакция идет и в мышцах, при очень напряженной работе, когда кровь не успевает доставлять кислород. Но в наших организмах она не может идти долго – образующаяся при этом молочная кислота, которую физиологи выразительно называют «токсином усталости»  утомляют мышцу. Молочнокислые бактерии превращают молоко в простоквашу, кефир и кумыс. Они же образуют кислое тесто, разные сорта сыра, квашение капусты и огурцов, силос.

Другие бактерии при брожении выделяют иные органические кислоты: пропионовую, муравьиную, уксусную, янтарную, а также другие соединения. Некоторые из них используют в химической промышленности.

Перейдем к прокариотам, которые приспособились к жизни на покровах и в кишечниках животных. Среди них есть полезные для своих хозяев. Коровы, овцы и все жвачные животные содержат в своих сложных желудках огромное количество бактерий, расщепляющих клетчатку (целлюлозу). Другие кишечные бактерии поставляют хозяевам витамины. Есть среди них и просто «нахлебники», не приносящие прямой пользы, но для хозяев не безразличны.

Человек не исключение, на нашей коже обретает не мало бактерий, потребляющих органические вещества пота. Мы периодически смываем их, но если эти бактерии исчезнут все,  например, при злоупотреблении антибиотиками освободившееся место займут дрожжеподобные грибки, которые могут вызвать кожные болезни.

Но несравненно больше бактерий в содержимом наших кишечников. Кал человека на 30% по массе состоит из бактерий. В основном, это строгие облигатные анаэробы из рода Bactericides. Гораздо меньше факультативных  анаэробов, которые могут размножаться в кислородной атмосфере. Из них наиболее известна кишечная палочка. Кишечную палочку легко выращивать и в лаборатории. Это самая изученная бактерия, потому что многие десятки лет служит любимыми объектом молекулярных биологов и генных инженеров. 

2.1.4. Бактерии – паразиты

Это бактерии, вызывающие болезни. Широко распространена опасная болезнь дизентерия. Дизентерийная палочка, размножаясь в кишечнике, вызывает его опасное расстройство («кровяной понос»). Близкими возбудителями вызывается сальмонеллез и брюшной тиф. Все они называются «болезнями грязных рук», но заразиться ими можно и через мух, загрязненную пищу и воду. Еще боле опасна холера, ее вызывает один из видов вибрионов – факультативный анаэроб, распространяющийся со сточными водами. Клетки ее выделяют опасный яд- токсин, от которого разрушаются клетки слизистой оболочки кишечника, организм теряет много воды, и от обезвоживания может наступить смерть.

Многие бактерии поражают дыхательные пути,  вследствие чего человек заболевает ангиной. Похожа на нее по симптомам, но несравненно более опасна дифтерия, вызываемая палочкой булавовидной своеобразной формы. Она поражает полость зева и миндалины. Опасна дифтерийная палочка не сама по себе, а лишь те ее разновидности, которые содержат  «прирученный»  вирус – «нахлебник». Этот вирус вырабатывает токсин, блокирующий синтез белка в клетках эукариот, в том числе  в сердечной мышце,  нервах и почках. Особенно опасна дифтерия для детей. Широко  распространены разные формы пневмонии (воспаление легких), вызываемой пневмококками.

Еще в начале века слово «туберкулез» вселяло ужас, как сейчас СПИД. В то время эта болезнь поражающая обычно легкие, была неизлечима. Но она может поражать и другие органы (костный туберкулез). Вызывается она так называемой «палочкой Коха»,  по имени описавшего ее Р. Коха, великого немецкого микробиолога. Относится палочка Коха к микробактериям. К ней близок возбудитель проказы – тяжелейшей и  трудноизлечимой  болезни.

Другие микробактерии обитают в почве, некоторые из них могут усваивать такие вещества, как нефть, парафин, нафталин. Сейчас туберкулез излечим, но по-прежнему считается серьезной болезнью.

С незапамятных времен  бичом человечества  была чума,  от которой  в средние века вымирали целые города. Эта болезнь вызывается чумной палочкой. Собственно чума – болезнь грызунов. От них к человеку она переносится блохами. Даже сейчас, несмотря на прививки  и лекарства, чума лечится трудно. Легче предупреждать ее вспышки.

Штопоровидно закрученные микроорганизмы – спирохеты – также могут быть возбудителями опасных болезней;  возвратного тифа, инфекционной желтухи, сифилиса.

Особняком стоят микроорганизмы облигатные, строгие анаэробы. К ним относятся возбудители опаснейших болезней: газовой гангрены, столбняка, ботулизма. Первыми двумя люди заболевают, когда в раны попадает земля. В таких случаях срочно нужно делать прививку. Бактерия ботулизма развивается в мясных и рыбных продуктах и бобовых консервах, богатых белком. Она выделяет смертельный токсин – ботулин, вызывающий паралич дыхания. Раньше его называли колбасным ядом. 

2.2. Экологические ниши бактерий

Бактерии имеют относительно простую клеточную организацию, и именно они стали одними из первых существ, заселившими нашу планету. За миллионы лет бактерии смогли освоить практически все экологические ниши. Чтобы приспособиться к необычным местам обитания, им пришлось развить необычные функции. Они научились питаться светом, нефтью, жить в арктическом холоде и в кипящей воде, собирать свой геном из кусков и синтезировать сотни тысяч геномов.

Бактерий много в почве, на дне озер и океанов – повсюду, где накапливается органическое вещество. Они живут в холоде, когда столбик термометра чуть превышает нулевую отметку, и в горячих кислотных источниках с температурой выше 90° С. Некоторые бактерии переносят очень высокую соленость среды; в частности, это единственные организмы, обнаруженные в Мертвом море. В атмосфере они присутствуют в каплях воды, и их обилие там обычно коррелирует с запыленностью воздуха. Так, в городах дождевая вода содержит гораздо больше бактерий, чем в сельской местности. В холодном воздухе высокогорий и полярных областей их мало, тем не менее они встречаются даже в нижнем слое стратосферы на высоте 8 км.

Археобактерии Pyrodictium abyssi обитают возле "черных курильщиков" - геотермальных источниках, нагретых до 300-400 градусов и насыщенных сероводородом и сульфидами металлов.

Herminiimonas glaciei были обнаружены подо льдом Гренландии на глубине трех километров. Это одни из самых маленьких известных ученым микроорганизмов. При помощи жгутика они могут перемещаться по тонким каналам в толще льда.

Deinococcus peraridilitoris обитают в почве в чилийской пустыне Атакама. Атакакма настолько непригодна для жизни, что NASA использует ее в качестве полигона для моделирования условий на Марсе. На картинке изображен близкий родственник D. peraridilitoris - D. Radiodurans.

Плоские квадратные клетки археобактерий Haloquadratum walsbyi обладают наибольшим среди всех живых существо соотношением поверхности к объему. Такая геометрия позволяет H. Walsbyi выживать в условиях солончаков возле Красного моря.

Археи Ferroplasma acidophilum прекрасно чувствуют себя в отвалах золотых шахт в Калифорнии при рН 0. Для сравнения, рН концентрированной соляной кислоты в желудке человека равен 1,5. pH чистой воды - 7.

Desulforudis audaxviator являются самыми независимыми обитателями планеты Земля. Эти бактерии, обитающие в урановых шахтах Южной Африки на глубине трех километров получают все необходимые для жизни вещества абсолютно самостоятельно. В качестве энергии для строительства своих клеток D. audaxviator используют радиоактивное излучение.

Густо заселен бактериями (обычно безвредными) пищеварительный тракт животных. Для жизнедеятельности большинства видов они не обязательны, хотя и могут синтезировать некоторые витамины. Однако у жвачных и многих термитов они участвуют в переваривании растительной пищи. Кроме того, иммунная система животного, выращенного в стерильных условиях, не развивается нормально из-за отсутствия стимуляции бактериями. Нормальная бактериальная «флора» кишечника важна также для подавления попадающих туда вредных микроорганизмов.

2.2.1. Почвенные бактерии.

Количество бактерий в почве огромно: сотни миллионов и миллиардов особей в 1 г почвы. Почва гораздо богаче бактериями, чем вода и воздух. Почва - главный резервуар, откуда бактерии поступают в воду и воздух.

Микрофлора почв чрезвычайно разнообразна, в ней встречаются бактерии, актиномицеты, плесени, дрожжи, водоросли, протозоа. Больше всего в почве бактерий.

Бактериями наиболее населены возделываемые и удобряемые почвы, их здесь по нескольку миллиардов в 1 г. Поверхностный слой почвы относительно беден микробами, так как в нем микробы не защищены от действия прямых солнечных лучей и высушивания. Главная масса микробного населения находится на глубине 15-20 см. Но с увеличением глубины количество их уменьшается, однако и на глубине нескольких метров встречается некоторое число бактерий. Почва адсорбирует микробные клетки и не пропускает их в глубину. Слои грунта, как естественный фильтр, защищают от микробного загрязнения подземные воды.

В почве имеются самые разнообразные физиологические группы микробов: аэробы, анаэробы, гнилостные, нитрифицирующие, азотфиксирующие, клетчаткоразлагающие, серобактерии, споровые и неспоровые и др. Микробы являются одним из основных факторов образования почвы.

2.2.2. Бактерии – обитатели водоемов.

Водные бактерии – обитающие в водоемах микроскопические одноклеточные организмы, не имеющие ограниченного мембраной ядра (прокариоты). По современной классификации к бактериям относятся и сине-зеленые водоросли, или цианобактерии; традиционно сине-зеленые водоросли включаются в состав фитопланктона. В круговороте веществ в водоемах водные бактерии выполняют роль редуцентов. В озерах бактериальная деструкция обычно составляет более половины суммарной деструкции органических веществ. Водные бактерии осуществляют многие ключевые реакции в циклах биогенных веществ: нитрификация, денитрификация, азотфиксация, аммонификация, окисление и восстановление соединений серы, железа, марганца. Важную роль в некоторых экосистемах (например, макрофитных озер, лесных ручьев) играют водные бактерии — разрушители клетчатки, повышающие пищевую ценность для животных детрита из макрофитов и листового опада. Водные бактерии населяют толщу воды (бактериопланктон) и поверхностные слои донных отложений (бактериобентос). Основную массу бактериопланктона озер составляют гетеротрофные водные бактерии, способные развиваться при минимальном содержании растворенных органических веществ. Численность бактерий в воде колеблется от десятков и сотен тысяч в 1 мл в олиготрофных водоемах до нескольких миллионов в 1 мл в эвтрофных. В поверхностных слоях ила численность водных бактерий составляет миллионы в 1 г сырого ила, глубже их численность быстро падает.

2.2.3. Бактерии в городской среде.

Городская среда имеет свои особые микробиологические свойства. Урбаэкосистемы характеризуются интенсивной производственной, хозяйственной и бытовой деятельностью человека, что сопровождается изменением качества окружающей среды. В ходе урбанизации формируется особый состав бактерий, резко отличающийся от состава бактерий естественных экосистем. Кроме того происходит его постоянное изменение под действием как природных характеристик среды так и антропогенных нагрузок города. Особенность состава бактерий в городских условиях определяется такими специфическими экологическими условиями как: повышение температуры, изменение кислотности, изменение давления и т.д. Так же на формирование бактериального состава влияют специфические компоненты городской среды: развитая сеть транспортного сообщения, большое количество промышленных предприятий, бытовых котельных, здания, коммуникации, высокая плотность населения и др.

2.3. Патогенные и условно-патогенные бактерии.

Патогенными называются бактерии, паразитирующие на других организмах. Бактерии вызывают большое количество заболеваний человека, таких как чума (Yersinia pestis), сибирская язва (Bacillus anthracis), лепра (проказа, возбудитель: Mycobacterium leprae), дифтерия (Corynebacterium diphtheriae), сифилис (Treponema pallidum), холера (Vibrio cholerae), туберкулёз (Mycobacterium tuberculosis), листериоз (Listeria monocytogenes) и др. Открытие патогенных свойств у бактерий продолжается: в 1976 обнаружена болезнь легионеров, вызываемая Legionella pneumophila, в 1980-е—1990-е было показано, что Helicobacter pylori вызывает язвенную болезнь и даже рак желудка, а также хронический гастрит. Бактериальным инфекциям подвержены также растения и животные. Многие бактерии, являющиеся в норме безопасными для человека или даже обычными обитателями его кожи или кишечника, в случае нарушения иммунитета или общего ослабления организма могут выступать в качестве патогенов. Многие патогенные бактерии образуют скопление в организме в виде биоплёнок, скреплённых и защищённых слизью, что делает их недоступными для проникновения антибиотиков.

Опасность бактериальных заболеваний была сильно снижена в конце XIX века с изобретением метода вакцинации, а в середине XX века с открытием антибиотиков.

Условно-патогенные бактерии (оппортунистические, потенциально-патогенные) - большая группа разнородных по систематическому положению бактерий, которые вступают с организмом человека в одних случаях в отношения симбиоза, комменсализма и/или нейтрализма, в других - в конкурентные отношения, нередко приводящие к развитию заболевания. Большинство видов условно-патогенных бактерий являются нормальными обитателями кожи и слизистых оболочек тела человека, причем отмечаются у всех или многих людей и в больших количествах, не оказывая на здоровый организм патогенного влияния. Они часто обнаруживаются в воде, почве, пищевых продуктах, на предметах и др. объектах внешней среды, что связано с их массовым выделением из организма хозяина, способностью переживать относительно долгое время во внешней среде, а при определенных условиях и размножаться в ней. Вместе с тем среди условно-патогенных бактерий есть виды - постоянные обитатели объектов внешней среды, в которой они ведут сапрофитный образ жизни. Занос этой группы микробов в организм здорового человека может привести к развитию болезни. Патогенное действие на организм человека условно-патогенных бактерий оказывают в условиях пассивного проникновения во внутреннюю среду в больших количествах и/или резкого снижения общего и местного иммунитета человека (нарушение целости покровов, бактерицидной активности секретов, подавление фагоцитарной реакции, снижение числа микробов-антагонистов и др.). Это связано с тем, что условно-патогенные бактерии в отличие от облигатно-патогенных не обладают факторами активного проникновения во внутреннюю среду, подавления защитных сил организма, не выделяют экзотоксины. Патогенное влияние на организм они оказывают с помощью эндотоксина и ферментов-токсинов. Способность условно-патогенных бактерий вызывать заболевания увеличивает численность и область распространения (ареал) микроба, но в отличие от облигатно-патогенных микробов не выступает необходимым для существования вида явлением. Заболевания, обусловленные условно-патогенными бактериями (оппортунистические инфекции), по многим признакам отличаются от таковых, вызванных облигатно-патогенными микробами. 
3. Материалы и методы исследования.