Бактериялар

Бактериялар – табиғатта ең көп тараған, негізінен бір клеткадан тұратын, оқшауланған ядросы жоқ, ең қарапайым организмдер тобы. Алғаш рет бактерияларды (грекше bakterіon – таяқша) 17 ғасырда голланд ғалымы, микроскопты жасаушы – Антони ван Левенгук байқаған. 19 ғасырда бактериялардың құрылысы мен табиғаттағы рөлін француз ғалымы Луи Пастер, неміс ғалымы Роберт Кох және ағылшын ғалымы Джозеф Листер зерттеді. Бактериялардың клетка құрамында тұрақты клетка қабаты, цитоплазмалық мембрана, цитоплазма, нуклеоид, рибосома болады. Ядроның қызметін дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) атқарады. Бактериялар ядросы мембрана қабығымен оқшауланбаған және онда хромотин жіптері түзілмейді. Бактериялар қарапайым бөліну арқылы көбейеді. Мысалы, 1 г қара топырақта 2 – 3 млрд. бактериялар, 1 г құмды топырақта 150 мың бактериялар, адам көп жиналған бөлме ауасының 1 м3-інде он мыңдай бактериялар тіршілік етеді. Олардың пішіндері әр түрлі: шар тәрізділерін – кокк, қосарланғандарын – диплококк, таяқша тәрізділерін – бациллалар, үтір тәрізділерін – вибриондар, таға тәрізділерін терроидтар, жүзім тәрізді шоғырланғандарын – стафилококтар деп атайды. Бактериялардың ұзындығы 1 – 20 мкм, ені 0,1 – 10 мкм, ал жіп тәрізділерінің ұзындығы 50 – 100 мкм-ге жетеді. Қолайсыз жағдай туғанда сырты қалың қабықпен қапталып спора түзеді. Бактериялар өте төменгі температурада (–190ӘС-та, ал споралары –253ӘС-та) тіршілік ете береді. Оларды өте жоғары температурада (+100ӘС-та) кептіргенде, кейбір түрлері (мысалы, гонококтар) тіршілігін тез жойса, дизентерия таяқшалары жеті тәулік, дифтериянікі отыз тәулік, туберкулездікі тоқсан тәулік, ал түйнеменің бациллалары он жылға дейін тіршілігін жоймайды. Бактерияларды ультракүлгін сәулелері ерітіп жібереді. Қышқылды, қантты, тұзды ортада тіршілік ете алмайды. Бактериялардың көпшілігі зиянсыз, ал зиянды түрлері көптеген жұқпалы аурулар (туберкулез, тырысқақ, көкжөтел, т.б.) тудырады. Бактериялар клеткасында өсімдіктер мен жануарлардың клеткасында болатын элементтердің барлығы кездеседі. Бактериялардың тіршілігінде ферменттердің атқаратын рөлі зор. Олардың бір бөлігі (эндоферменттер) бактерияларда синтез, тыныс алу процесін реттесе, ал екіншілері (экзоферменттер) бактериялар арқылы қоршаған ортаға бөлініп шығады. Сондай-ақ олардың тіршілік етуі үшін көміртек пен азот өте қажет. Бактериялар азотты белоктан, амин қышқылдарынан, аммоний тұздарынан, нитраттардан алады, кейбіреулері атмосфера азотын сіңіреді. Бактериялар көміртекті көптеген көмірсулардан, спирттерден, органикалық қышқылдардан, т.б. алады. Органикалық қосылыстардағы көміртекті сіңіретін бактерияларды гетеротрофты, ал атмосферадағы көміртекті сіңіретіндерді автотрофты бактериялар деп атайды. Бактериялар ауа бар жерде де (аэробты бактериялар), жоқ жерде де (анаэробты бактериялар) өсіп-өнуге бейімделген. Өсімдіктер мен жануарлар қалдықтарын минералдандыру арқылы бактериялар табиғаттағы зат айналымына қатысады. Мысалы, бактериялар өсімдік қалдығына әсер еткенде, оның құрамындағы крахмал, пентозандар, целлюлоза, пектин заттары су мен көмір қышқылына ыдырайды. Тірі организмдерге шіріту бактериялары әсер етсе, ондағы азот қосылыстары аммиакқа айналады. Ал топырақтағы нитрификациялаушы бактериялар аммиакты азот қышқылы тұздарына дейін тотықтырады. Бактериялар топырақ құнарлылығын қалыптастыруға, химиялық элементтердің геохимиялық жолмен алмасуына қатысады, антибиотиктерді, амин қышқылдарын, витаминдер мен ферменттерді, т.б. қосылыстарды түзеді. Бактериялар тамақ және жеңіл өнеркәсіптерінде (сүт тағамдарын әзірлеу, зығырды жібіту, т.б.) кеңінен пайдаланылады.

БАКТЕРИЯЛАР КЛАССИФИКАЦИЯСЫ

 Тiрi дүние жүйесiнде бактериялар клеткалылар империясына, Прокариоттар дүние тармағына немесе Бытыраңқылылар (Монера) дүниесiне жатады. Молекулалы-биологиялық зерттеулерге байланысты бактерияларда екi дүние тармағын: Архебактериялар және Эубактериялар (Серавин, 1991) немесе үш дүние тармағын: Архебактериялар, Эубактериялар және Оксифотобактериялар (Мамонов және т.б., 1992)  қарастырады.

 Бактерияларды микроскопиялық ядросы жоқ организмдердiң тобы ретiнде және ескi оқулықтардағы бактерияны бiр бактериялар дүние деңгейiнде қарастыру, қазiргi кезде ескiрген. Л.Н. Серавиннiң (1991) пiкiрiнше, бактериялар — бұл ерекше клеткаға дейiнгi (прокариотты) бактериоидты  деңгейлi құрылысы бар организмдер, оның құрылысы: процитке, процит отарына, полипроциттерге бөлiнедi.   

 Бактериялар бiздiң планетаның қарапайым организмдерi болып табылады, олар құрылысы және тiршiлiк ету процестерi бойынша әртүрлi болып келедi:

ЦИАНОБАКТЕРИЯЛАР (КӨК-ЖАСЫЛ БАЛДЫРЛАР)

2 мың түрге  жуық 54 бактериялар тiршiлiк етедi Бұл үш млрд жыл бұрын пайда болған  өте көне организмдер.  клеткалардың пiшiнi  доғалы, цилиндрлi   таяқша тәрiздi.  Ционобактериялар бiржасушалы болуы мүмкiн немесе көпжасушалы жiпше құрайды клетканың жарғақшасы целлюлоза, нуклеин және пектин заттарынан  тұрады. Сыртынан    клеткалар тығыз қапшық тәрiздi  сiлемеймен  қапталған. Барлық прокариоттар сияқты оларда ядро болмайды.  Цианобактериялар клеткаларының түсi әр түрлi – көкжасылдан күлгiн   қызыл және қараға дейiн Мұндай спектр ерекше  пигменттер жинағымен анықталады  олар – хлорофилдер,  ксантофилдер  және фикобилиндер   Цианобактериялар жасушаның екiге бөлiну арқылы көбейедi.

 Тiршiлiк ету ерекшелiгi  фотосинтезбен  атмосфералық азотты азотфиксациялау  қабiлетi болып табылады. Көне дәуiрде  Архей заманында атмосферасы оттегiмен цианобактериялардың фотосинтезi қызметiнiң арасында байыған

 Цианобактериялардың  негiзгi бөлiгi тұщы суларда,  ал кейбiр аздау түрлерi теңiздерде мекен етедi  Шалшық сулардың қарқынды гүлдеуi  цианобактериалардың көбеюiмен байланысты.  Азотфиксациялайтын  цианобактериялар ауа азотын меңгерiп оны басқа организмдер пайдалана алатын қолайлы қосылыстарға айналдырады.

 Цинобактериялардың  маңызы: зат және энергия айналымында үлкен рөл атқарады.

АРХЕБАКТЕРИЯЛАР

 Архебактериялар (грекше Archaios — көне және бактерия) физиологиялы-биохимиялық қасиеттерi бойынша нағыз бактериялар-эубактериядан ерекше, клетканың құрылысы прокариотты болып келетiн микроорганизмдер тобы. Архебактерияның мембрана липидiнiң құрамы, эубактерияда да, эукариоттарда да кездеспейтiн глицерин мен изопреноидты спирттiң эфирi кiредi. Архебактерия клетка қабықшасы эубактериядағы муреиннен емес, қышқыл полисахаридтен, ақуыз немесе псевдомуреиннен тұрады. РНК-полимеразасы 9-12 субьбiрлiктен тұрады (эубактерияларда 4-8).

 Рибосомаларға оған кiретiн ақуыздың күштi қышқылды болуы тән. Эукариот хромосомына тән, архебактериялардың генетикалық материалында жүздеп қайталанатын нуклеотидтi тiзбектермен интрондар қатысады. Архебактериялар рибосомды және тасымалдаушы РНК-дағы нуклеотидтер тiзбегiнiң құрамы бойынша, басқа микроорганизмдерден ерекшеленедi. Архебактериялар зат алмасу типi бойынша, физиологиялық және экологиялық ерекшелiгi бойынша әртүрлi болады, оның iшiне: аэробтар мен анаэробтар, хемогетеротрофтар мен хемоавтотрофтар, нейтрофилдер мен ацидофилдер кездеседi. Кейбiр архебактериялар (галлобактериялар) фотосинтездiң, жарықты хлорофил емес, бактериородоксин сiңiретiн ерекше типiне ие.

 Архебактериялардың  бес топқа жататын (25 тұқым) 40 тан астам түрi бар. Кейбiр зерттеушiлер Архебактерияларды жеке дүниеге, ал басқалары (Mendosicutes) және (Archaebacteria) прокариттар дүние үстi мен бөлiмiне жатқызады.

 Архебактерияларды 1977 жылы Л.Маргун мен Д.Ненни (АҚШ) солай атап дүние деңгейiне бөлiп шығарды. Бұл микроплазмаға тән, метантүзушi, аэробты күкiрт қышқылдаушы, анаэробты күкiрттi қайта түзушi, термоацидофильдi күкiрттi аэробтар мен галафилдер. Архебактериялардың клетка пiшiнi шар, цилиндр, спираль, сәуле, төртбұрыш, қорап тәрiздi және т.б. болып келедi. Олар, прокариоттар сияқты нуклеидтен, эукариоттарға тән мембранды органелла: митохондрия, лизосома, Гольджи аппараты, эндоплазмалық тордан тұрады. Барлығында клеткалы қабықша, кейтүрлерiнде талшық пен фибриллдер болады. Кейбiр түрлерi моноқабатты липидтi мембрана түзедi. Көбiсiнде гликоген кездеседi.

 Клеткалы қабықша құрамында муреин орнын басқа биополимерлер қышқыл МПС, ақуыз немесе псевдонуклеин құрайды. Оның нуклеиннен айырмашылығы, оның құрамында мурамды қышқыл болмайды. 100 градустан жоғарғы температурада дамуы мүмкiн.

БАКТЕРИЯЛАРДЫҢ  ҚҰРЫЛЫСЫ ЖӘНЕ ТIРШIЛIК ПРОЦЕСТЕРI

 Бактериялар – ядросыз, микроскопиялық бiр клеткалы организмдер (құрылымның прокариоттық типi).Бактериялардың тұқым қуалау материялы (нуклеоид) цитоплазмада орналасқан сақина тәрiздi нуклеин қышқылымен (ДНК) берiлген. Бактериялардың нуклеин қышқылындағы гендердiң саны адам клеткасындағыдан 500 есе аз.

 Бактерия клеткасы жарғақшамен қоршалған. Оның iшiнде сiлемейлi капсуланы, клеткалық қабықшаны, және цитоплазмалық жарғақшаны керуге болады. Клеткалық қабықша муреиннен тұрады. Клеткалық қабықшалардың бояғыштармен бояу қабiлетiне қарай грамм – оң және грамм терiс деп ажыратады (бұл әдiс зат ғалымы Грамм ұсынған). Грамм оң бактериялардың муреин қабақшасына басқа заттардың – полисахароид және ақуыздардың молекулалары ендiрiлген, ал грамм терiс бактерияларда клеткаларының қабықшаларына ерекше қасиет беретiн муреин үстiнде липидтер қабаты (майтәрiздес заттар) орналасқан. Кейбiр бактериялардың плазмалық жарғақшасы клетканың iшiне майысып, фотосинтезбен тыныс алуда қатысатын ферменттердiң негiздерiн құрайды. Бактериялардың цитоплазмасында клетка органоидтарынан тек рибосомалар ғана бар. Эукариот клеткаларына тән органоидтар (ядро, митохондриялар, пластидтер, Гольджи аппараты) бактерияларда болмайды.

 Клеткалар бiрiгу ерекшелiктерiнiң түрлерi жағынан бiрнеше топқа бөлiнедi: шартәрiздес – кокктар, жұп байланысқан кокктар – диплококктар, жiп тәрiздес стрептококктар, жүзiм шоғы тәрiздес – стафиллококктар, жiп тәрiздi – таяқшалар мен бациллалар, спиральдi иiрiлген – спириллалар, ұзын, қатты иреленген-спирохеттер.

 Кейбiр бактерияларда қозғалыс органоидтары талшықтары болады.

 Спораның түзiлуi тек кейбiр бактерияларға ғана тән, мысалы клостридиуль бациллалары.

 Қоректену  типi жағынан бактериялар екi топқа бөлiнедi: автотрофты және гетеротрофтылар. Автотрофты бактериялар беиорганикалық заттардан органикалық зарттар түзедi.

 Автотрофтар пайдаланатын қуат көзiне қарай фототрофты (жасыл және қызғылт) және хемосинтездеушi (нитрификсациялайтын, темiрбактериялар, күкiртбактериялар) болып бөлiнедi. Гетеротрофты бактериялар дайын органикалық заттармен қоректенедi: сапротрофтар — өсiмдiктер мен жануарлардың өлiк қалдықтарымен, паразиттер мен симбионттар – тiрi организмдер.

 Азотты пайдаланудың көзiнен олар аминоавтотрофты және аминогетеротрофты болып бөлiнедi: бiрiншiлерi азоттың минералды қосындыларынан және ауадан (азотфиксациялайтын бактериялар),   белокты синтездеу, екiншiлерi дайын аминқышқылдарды пайдаланады.

БАКТЕРИЯЛАРДЫҢ  КӨБЕЮI

 Бактериялардың  көбеюi клетканың екiге бөлiнуi арқылы жүредi (жыныссыз көбею). Бөлiну жылдамдығыжоғары әр 20 мин. бiр бөлiнедi. Мұндай жылдамдықпен 6 сағат iшiнде бiр клеткадан 250 мың клетка түзiледi. Кейбiр кезде бактерияларда жынысты көбеюге ұқсас процесс (генетикалық ақпарат алмасу) байқалады.

 Қолайсыз жағдайда  бактериялар спора түзедi. Спора күйiнде бактериялар жоғарғы және төменгi температураға төзiмдi және ұзақ уақыт бойы сақталуы мүмкiн. Осылай сiбiр жарасының таяқшасы спора түрiнде 30 жыл бойы өз тiршiлiк ету мүмкiндiгiн сақтайды.

 Бактерияның  вегетативтi формасы 60 градус температурада 30-60 мин. iшiнде, 80-100 градуста 1-2 минуттан кейiн өледi. Споралар төзiмдi болады. Сiбiр жарасының бацилласының спорасы қайнауға 10-20 мин., ал ботулизм клостридийдiң спорасы 6 сағатқа шыдайды.

 Қоректi заттағы   бактерияның вегетативтi формасын 60 градус температурамен ұзақ уақыт бойы (30 мин) жоюды француз ғалымы Л.Пастер ойлап тапты. Бұл процестi “пастерлеу “деп атады.

 Микроорганизмдер мен олардың спораларын жоғарғы температура арқылы толық жою стерилизация деп аталады.

 Бұл бактериялар (сапрофиттер)  өлi өсiмдiктер мен жануарлардан қоректi заттарды өндiредi,  оларды редуценттерге жатқызады.  Олар табиғатта зат айналымын қамтамасыз  етедi.  Бұл бактериялардың топырақты түзуде рөлi зор. Гумустың мөлшерiн көбейте отырып олар топырақтың құнарлығын арттыруды болады.

 Гетеротрофты бактериялар азық-түлiктерге түсiп, оларды   бұза алады, мысалы  ақуызды заттардың шiруiн тудыратын бактериялар. Көмiртегi субстратын ыдыратып сүтқышқылды өнiмдердi  ашу  процесiнiң биологиялық рөлiн француз  ғалымы  Луи Пастер анықтады.  Сүтқышқылды бактериялар сүттi ашытып қаймақ,  iрiмшiк, сары май,  айран,  кiлегей сүт сияқты сүттi-қышқыл  өнiмдердi жасауда қолданылады. Сүтқышқылды бактерияларға- сүтқышқылды стрептококк, кiлегейлi стрептотаяқша жатады. Сүтқышқылды ашыту пiшен (силос) дайындағанда,  орамжапырақты ашытқанда, көкөнiстердi  консервациялағанда пайдаланылады.

 Бұл бактериялар жануарлардың ас қорыту жолының түрлi бөлiмшелерiнде мекендейдi. Әсiресе бұл бактериялардың өте көп мөлшерi күйiс қайыратын малдардың қарнында орналасады. 1 мл қарын құраушыда 1-ден 10 млрд бактерия табуға болады (Насенов Б.) Бұл бактериялардың қызметi целлюлозаны   құраушы дөрекi  қоректi (корм)  ыдырату. Целлюлозаның 90% дейiнiн  микробтармен ыдыратылады. Ыдыраудың өнiмдерi  организммен игерiлетiн органикалық қышқылдарды түзейдi. Адамның iшегiнде көптеген симбионттар-лактобактериялар, бифидобактериялар орналасқан. Олардың тiршiлiк ету өнiмдерi  кейбiр патогендi микробтардың дамуын тежейдi.Тоқ iшек бактерияларға аса бай болады. Бұл бөлiктiң тұрақты тұрғындары — эмерихиялар, энтерококктер, сүтқышқылды таяқшалар.

 Осыдан басқа, бактериялар өсiмдiктермен симбиозға түседi — бұршаққап өсiмдiктерiнiң түбiр түйнектерiнде тiршiлiк ететiн ризобиум бактериясы   азоттан  ауаны  фиксациялау қабiлетiнне ие.

АДАМҒА ПАЙДАЛЫ  БАКТЕРИЯЛАР

 Микроорганизмдердiң  адам үшiн маңызы зор: бiрiншiден, олар биосферада үлкен рөл атқарады және екiншiден, оларды әртүрлi әдiстер арқылы қажеттi мақсатта қолдануға болады.

 Адам барған  сайын бактерияларды кеңiнен қолдануда. Бұл қазiргi өндiрiстiң қайта қурылуы және биотехнологияның  пайда болуының алғы шарттары. Осыған қарамастан, бiз күнделiктi қолданыс заттарының, соның iшiнде қоректi заттар мен энергия көзiнiң алыну әдiсiнiң түбiрiмен өзгертетiнiне сенiмдiмiз. Биотехнологияның өркендеуi көп жағынан генетикамен байланысты.  Генетикалық бiлiмнiң жиналуынан, кез-келген  организм генiмен, соның нәтижесiнде, айналымға қатысуға еркiн  мүмкiндiк алдық. Осылай гендiк инженерия пайда болды.

 Биогеохимиялық  циклдар (биогендi элементтер айналымы).  Азот айналымына  келесi бактериялар қатысады:

 а) азоттүзушi бактериялар, еркiн тiршiлiк ететiн сапрофиттер, мысалы Azotobacter, немесе симбионттар, мысалы Rhizobium;

 б) нитраттаушы бактериялар, органикалық қосылыстарда  байланысқан азотты (мысалы, ақуызда) нитратқа, мысалы Mitmsomonos  Nitobactor: айналдырады;

 в) нитраттайтын бактериялар, мысалы Thiobacillus, яғни нитратты  бос азотқа айналдырады.

Ағын суларды тазарту

 Тазартушы құрылыстардағы бактериялардың рөлi, топырақтағымен бiрдей-ақ. Екеуiнде де, олар органикалық заттарды ыдыратып, оларды еритiн зиянсыз бейорганикалық қосылыстарға айналдырады. Күнделiктi ағын суларды  алдын ала арнайы қоймаларда  сұйық бөлшек пен құмды тұнбаға бөледi, және содан кейiн оны, аэробты және анаэробты бактерияларды қолдана отырып бiрнеше кезеңмен  қайта өңдейдi. Анаэробты бактериялар түзетiн метан, кейде тазартушы құрылыстардың жұмыс iстеушi механизмдерiнде  жанармай ретiнде қолданылады.

 Тазартудан кейiн, өзенге ағызатын тазартылған сұйықтық алады, және зиянсыз органикалық және бейорганикалық  заттар  мен микроорганизмдерден  тұратын құмды (көбiне бактериялар мен қарапайымдылар),  кептiрiп егер арасында ауыр  металмен  ластанбаса, тыңайтқыш ретiнде қодануға болады.