Все бактерии являются одноклеточными многоклеточными вредными полезными
Рассказываем, в чем разница между бактериями и вирусами, как они ведут себя внутри человеческого организма и почему для лечения вирусных заболеваний антибиотики не подходят.
Что такое микробы?
Микробы — общее название для живых микроорганизмов, которые, без преувеличения, присутствуют повсюду. Микробы обитают в воде, земной коре, внутри организмов растений и животных — по распространенной теории считается, что именно они были первыми живыми организмами на планете. Согласно «Справочнику по бактериологической систематике» бактериолога Дэвида Хендрикса Берджи, все микробы делятся на два класса — прокариоты и эукариоты .
Прокариоты — одноклеточные микроорганизмы, которые не обладают оформленным клеточным ядром. К классу прокариотов относятся археи и бактерии .
Эукариоты в противовес прокариотам обладают клеточными ядрами. Традиционно к эукариотам относят животных и растения, а из микроорганизмов — микроскопические водоросли и грибы . Эукариоты могут быть как многоклеточные, так и одноклеточные, главное, что они имеют одинаковое строение клеток.
Вирусы не относят ни к первому, ни ко второму классу.
Что такое бактерии?
Как мы уже поняли, бактерии являются прокариотами — одноклеточными организмами, которые не обладают клеточными ядрами. Они — самый распространенный вид живых организмов, обитающих на Земле. Так, человеческий организм населяют 39 триллионов бактерий, которые образуют микрофлору (мы уже рассказывали про бактерии, живущие на коже). Среди бактерий различают три вида: симбионтные , условно-патогенные и патогенные бактерии.
Симбионтные бактерии являются безвредными для человека (их сдерживает иммунная система) и живут с нами в симбиозе. Условно-патогенные бактерии, как понятно из названия, не несут опасности для здоровья по умолчанию — они могут стать причиной заболеваний при определенных условиях. Например, из-за общего снижения иммунитета или злоупотребления антибактериальными средствами личной гигиены, из-за который страдает микрофлора слизистых и кожи. Наиболее опасными для человеческого организма являются патогенные бактерии , которые вызывают инфекционные заболевания при попадании в организм: туберкулез, сифилис, бактериальную ангину (в прошлом патогенные бактерии провоцировали эпидемии холеры и бубонной чумы).
Что такое вирусы?
По мере расширения познаний в области инфекционных заболеваний ученым становилось понятно, что не все они вызваны патогенными бактериями и грибками. Сейчас нам также известно о существовании вирусов — неклеточной формы жизни, провоцирующей развитие заболевания при попадании в организм.
Строение вирусов очень примитивно — это генетический материал, представленный в виде ДНК или РНК (нуклеиновых кислот), и защитная белковая оболочка (капсид). Вирусы не обладают клеточной структурой и не могут существовать вне живых клеток, которые «захватывают». Такие клетки нужны вирусам для размножения и синтеза молекул, так как у них полностью отсутствует обмен веществ.
В то же время вирусы имеют собственный набор генов и эволюционируют путем естественного отбора (выживают сильнейшие особи) — то есть проявляют признаки живых организмов. Ученые до сих пор не знают, к чему относятся вирусы — к живой или неживой природе — поэтому их принято называть «организмами на границе живого».
Загадкой до сих пор остается и история происхождения вирусов. На эту тему существует несколько разных теорий, самая популярная из которых гласит, что вирусы когда-то были частью геномов более крупных организмов, но «сбежали» и начали существовать за счет клеток-хозяев.
Существует огромное количество вирусов, многие из которых хорошо (или относительно хорошо) изучены — это вирусы гриппа, иммунодефицита человека, гепатитов А и С.
Отдельно стоит сказать, про коронавирусы — семейство вирусов, известное науке с 1965 года. К ним относится и виновник нынешней пандемии — штамм SARS-CoV-2, провоцирующий возникновение инфекции COVID-19.
Фото: Kay Lau / Unsplash
На данный момент коронавирусы изучены недостаточно глубоко, и лечение COVID-19 (как и предшествующих ему заболеваний, вызванных штаммами коронавирусов) не разработано.
Развитие бактерий и вирусов в человеческом организме
Болезнетворные бактерии и вирусы попадают в человеческий организм одинаковыми путями — воздушно-капельным, через физические повреждения (порезы и укусы) или с едой. Отличается именно их жизненный цикл внутри организма.
У бактерий существует внеклеточный и внутриклеточный циклы размножения. При внеклеточном цикле бактерии не попадают в клетки, но отравляют организм путем выработки токсинов. Такие бактерии обитают на коже и слизистых оболочках. При внутриклеточном цикле они проникают внутрь клеток и питаются их содержимым, из-за чего истощенные клетки умирают. Например, бактерии поглощают аденозинтрифосфат (АТФ), который нужен клетке для синтеза новых молекул полезных веществ, передвижения с помощью жгутиков и ресничек и избавления от отходов, а также цитоплазму клетки-хозяина с питательными веществами. Когда ресурсы клетки-хозяина исчерпаны, она подвергается лизису (растворению), а патогенные бактерии выходят во внешнюю среду организма.
Вирус, как известно, не может существовать вне клетки-хозяина. Попадая внутрь, он берет клетку под контроль и использует ее ресурсы для репликации — создания вирусного генетического материала. Существует два сценария развития дальнейших событий. В первом случае вирус со своими копиями могут покинуть клетку, но она продолжит создавать вирусные копии. Во втором — клетка погибает, а вирусы вырываются наружу и далее заражают здоровые клетки.
Вирус также обладает способностью прятаться в клетке. Это происходит, если он по каким-то причинам не заинтересован в репликации или хочет уклониться от защитных реакций иммунной системы организма, в который попал.
Тогда вирус остается неактивен и не создает свои копии, пока его не активирует какой-либо внешний фактор — например, стресс, усталость, солнечный свет, снижение иммунитета.
Фото: Max Anderson / Unsplash
Лечение и профилактика
Многие ошибочно считают, что вирусы легко поддаются лечению антибиотиками. На самом деле антибиотики (сейчас в официальных документах чаще используется название « противомикробные препараты ») были разработаны специально для лечения бактериальных инфекций.
Антибиотики нарушают клеточную стенку, синтез нуклеиновых кислот и метаболизм клеток бактерий, из-за чего они погибают. Напомним, что бактерии — это одноклеточные микроорганизмы, в то время как вирусы являются неклеточными организмами. Поэтому действие антибиотиков никак не может повлиять на вирусы, они убивают именно бактерии или оказывают подавляющее действие на их размножение.
Для борьбы с вирусами были специально разработаны вакцины и противовирусные препараты . Вакцины создают искусственный иммунитет, их формулы часто включают ослабленные, мертвые штаммы или вирусы, которые могут заставить организм вызвать иммунный ответ. Противовирусные препараты действуют двумя способами — они либо стимулируют иммунную систему на атаку вирусов, либо сами атакуют вирусы напрямую. Противовирусные препараты могут встраиваться в генетический материал вируса в ходе его репликации, из-за чего жизненный цикл вируса останавливается, так как полученная ДНК является нерабочей.
Для защиты от заражения бактериальными и вирусными инфекциями действительно подходят спиртосодержащие антисептики для рук. Спирт в концентрации выше 60% уничтожает болезнетворные бактерии и вирусы и предотвращает их попадание в организм. Подойдут также салфетки и спреи, но перед применением нужно ознакомиться с составом — важно, чтобы в их формуле присутствовал спирт в нужной концентрации.
Фото: Kelly Sikkema / Unsplash
О важности антисептиков для рук (и других не менее нужных правилах на время пандемии коронавируса) уже рассказывал ВОЗ: здесь можно найти рекомендации, а здесь — развенчивание мифов о коронавирусе. Обязательно ознакомьтесь с этой информацией, если еще не успели. По этой ссылке вы можете найти список антисептической продукции от Американской химической академии — они собрали средства, которые можно использовать для удаления коронавируса с рук и других поверхностей. Например, санитайзеры и чистящие средства от брендов Clorox и Lysol, спреи Sani-Spray и дезинфицирующие таблетки Neutron.
Понравилась статья? Ставьте лайк и поделитесь с друзьями 🙂 Не согласны с чем-то? Расскажите свое мнение в комментариях!
Самое интересное, необычное и актуальное – на нашем канале: подписывайтесь!
По мотивам известной, хотя и непереведённой книги Шапиро с соавт. “Бактерии как многоклеточные организмы”.
Когда-то, обучаясь ещё в университете, я никак не мог понять, почему люди не замечают противоречия.
С одной стороны в учебниках, особенно школьных, заявляется, что бактерии обязательно одноклеточны.
С другой – тут же мы знакомимся не просто с многоклеточными сине-зелёными водорослями, но с организмами, у которых клетки явно дифференцированы.
Рис. 1. Многоклеточная нитчатая сине-зеленая водоросль Анабена с двумя типами клеток.
Вспомнив про многоклеточную анабену, который изучает каждый студент на биологическом отделении в курсе низших растений, остаётся добавить, что эти самые гетероцисты, которые видны и на рис.1, – не просто специализированные для азотфиксации клетки, а клетки, которые возникли в результате контролируемого генно-инженерного процесса. В этих клетках ДНК так перестраивается, что оказывается способной экспрессировать кодируемую ей нитрогеназу (фермент ну совершенно необходимый для азотфиксации).
Для начала две цитаты из Википедии:
“Многоклеточный организм должен отвечать следующим условиям:
- его клетки должны быть агрегированы,
- между клетками должно осуществляться разделение функций,
- между агрегированными клетками должны устанавливаться устойчивые специфические контакты.”
Прекрасно, прекрасно. Ну так всё это есть у бактерий.
Далее, оттуда же:
“Многоклеточность у прокариот известна, наиболее высокоорганизованные многоклеточные организмы принадлежат к группам цианобактерий и актиномицетов. У нитчатых цианобактерий описаны структуры в клеточной стенке, обеспечивающие контакт двух соседних клеток — микроплазмодесмы. Показана возможность обмена между клетками веществом (красителем) и энергией (электрической составляющей трансмембранного потенциала). Некоторые из нитчатых цианобактерий содержат помимо обычных вегетативных клеток функционально дифференцированные: акинеты и гетероцисты. Последние осуществляют фиксацию азота и интенсивно обмениваются метаболитами с вегетативными клетками“.
Остаётся добавить, что крайне неуместным кажется считать мезозой, имеющих какую-то пару десятков клеток, многоклеточными животными, тогда как миксобактерий, образующих сложные тела – одноклеточными.
Ну вот те на. А как же набивший уже оскомину вопрос из ЕГЭ?
“C3 Почему бактерий относят в отдельное царство?
Ответ:
1) Бактерии одноклеточные прокариотические организмы.
2) В клетках отсутствуют мембранные органоиды (митохондрии, комплекс Гольджи, ЭПС).
3) Генетический аппарат содержится в кольцевой хромосоме-нуклеоиде”.
Насчёт мифа о кольцевой ДНК писал.
Да и ЭТИ мембранные органеллы действительно отсутствуют. Хотя бывают и другие.
Неприятно, что ЕГЭодяи считают, что у бактерий нет мембранных органелл. А фотосинтезирующие ламеллы? А прочие ламеллы и везикулы у самых разных форм, например, у метанобразующих архей?
Ну эндоспоры, в конце концов. Да и внутриклеточное почкование возможно.
Иногда ещё правда добавляют, что “очень маленькие”. Хотя есть бактерии с размером только клеток чуть меньше миллиметра, равно как и с размером генома побольше, чем у иных эвкариот.
То есть такие ответы не должны быть категоричны, а нужно ну хотя бы прибавлять “как правило”.
Ну вернёмся к многоклеточности бактерий. Ведь первые мудрёные плодовые тела у бактерий были обнаружены уже в 1892 году.
Прежде всего обращу внимание на доступную статью, правда на английском Бактерии как многоклеточные организмы. (не путать с книгой, указанной в начале моей заметки).
В рамках небольшой заметки в блоге немыслимо охватить разные группы многоклеточных бактерий.
Поэтому напишу только об одной группе – так называемых слизистых бактериях, или миксобактериях. Как сильно они напоминают другие организмы – слизевики, которые по сути амёбы, ибо относятся к царству амёбозой. Но которые канонически в учебниках ботаники всегда относились к “грибам”, разумеется многоклеточным организмам.
Твари сии – пожалуй самые сложные в морфологическом плане среди прокариот. Да и размер генома у них тоже самый большой – около 10 млн. п.н., что будет поболее, чем у некоторых эвкариот.
Посмотрим, что за фрукты, эти самые миксобактерии.
Подобно слизевикам сии прокариотические “звери” способны передвигаться целыми колониями – так же скользят. Двигаются сии многоклеточные твари и “выплёвывают” экзоферменты, растворяя разную сложную органику – прозвали поэтому такой эффект нападения – “эффектом волчей стаи”.
Однако стОит начать голодать колонии бактерий, как тут же возникает многоклеточное чудо – формируется плодовое тело. Самое настоящее, как у многоклеотных грибов и амёбозой слизевиков. Чудны дела в мире прокариот!
Рис. 2. Плодовое тело Myxococcus xantus.
Вот прекрасная статья, правда опять же на английском Загадки миксобактерий
Рис. 3. Плодовое тело Chondromyces crocatus, состоящее из центрального ствола и ветвей, заканчивающихся одноклеточными спорами.
МНОГИЕ МИКСОБАКТЕРИИ НИКОГДА НЕ СУЩЕСТВУЮТ КАК ОДИНОЧНЫЕ КЛЕТКИ. Как же их назвать одноклеточными? Даже цисты у них многоклеточные!
Сия колониальная тварь может целенаправленно двигаться и даже окружать отдельные организмы-жервты, атакуя её пищеварительными веществами. Образуется “хищная сфера”.
Рис. 4. “Хищная сфера”, образованная миллионами клеток Myxococcus xantus.
А жертвами этих хищных тварей являются, например, цианобактерии.
Бактерии – понятие, с которым знаком каждый человек. Встречаются они повсеместно, каждая среда обитания буквально населена миллиардами разновидностей: в соленой, пресной воде, на поверхности горячих источников, ледников и организмах живых существ. Бактерии – это представители категории одноклеточные, используемые для химической, медицинской, пищевой промышленности. Кроме данных организмов, представителями царства простейших одноклеточных являются:
- растения (множество видов зеленых водорослей);
- животные;
- большинство грибов.
Микроскопические клетки не относятся к эукариотам, так как не имеют оформленного ядра. Другие категории одноклеточных растений, грибов, а также животных сходны между собой наличием этого главного клеточного компонента.
В одноклеточных структурах бактерий (прокариот) также отсутствуют дополнительные мембранные органоиды. Есть отличия, к примеру, у цианобактерий, выполняющих фотосинтезирующую функцию, – плоские цистерны.
Ошибочно полагать, что представители царства одноклеточных имеют одинаковую структуру. Различия не глобальные, но они существуют. Все нюансы строения организмов, относящихся к прокариотам или эукариотам, видно на фото, сделанном под микроскопом. Можно рассмотреть колонии одноклеточных бактерий, а также специфику устройства их клеток.
Различия между водорослями и бактериями
Представители царства растений – водоросли – в качестве среды обитания выбирают водные объекты с различным составом жидкой среды. Основное отличие между ними и бактериями состоит в отсутствии у последних оформленного ядра. У водорослей там хранится наследственная информация, синтезируется рибонуклеиновая кислота (РНК).
Одноклеточные организмы некоторых бактерий имеют защитную капсулу, позволяющую предохранить клетку от механического повреждения во время движения, высыхания (в зависимости от специфических условий ее жизнедеятельности). Это также источник резервных веществ, позволяющий им не погибнуть (у растений он отсутствует). Отличие от водорослей состоит также в наличии у бактерий плазмидов. Это хранители геномной информации, позволяющей активно бороться с антибиотиками, разрушающими структуру клетки.
Если сравнивать бактерии с одноклеточными водорослями, можно отметить следующие общие компоненты:
- цитоплазма (в ней находятся органеллы, питательные вещества равномерно распределяются по клетке),
- рибосомы (органоиды для синтеза белка у одноклеточных),
- цитоскелет (опорно-двигательное образование внутри клетки; не все бактерии его содержат),
- жгутики (служат для перемещения в пространстве).
Обычно органеллы водоросли детально просматриваются под микроскопом. Организмы водорослей имеют митохондрии, основная функция которых – синтез АТФ, соединения, играющего первостепенную роль в обмене энергии и веществ у растений (данные органеллы показаны на фото).
Чем от бактерий отличаются грибы
Все типы грибов имеют оформленное ядро, клеточная стенка образована хитином (у бактерий это муреин или пектин). В клетке имеются ДНК, гистон, белки. На фото видны результаты исследования бактериальной клетки, в которой вместо ядра есть нуклеоид – ядерная область неправильной формы, содержащая генетический материал.
Бактерии – это простейшие одноклеточные, которые относятся к категории сапротрофы, как представители царства грибов. Все организмы обычно имеют клеточную мембрану, выполняющую ряд важнейших функций (энергетическую, транспортную, барьерную, защитную). Еще они отличаются по строению.
Отличаются грибы и наличием контактов между клетками. Грибы имеют септы, предназначенные для транспортировки питательных веществ между клетками, а бактериальные организмы подобными возможностями не отличаются.
По способу питания грибы подразделяются на три категории:
- паразиты,
- сапротрофы,
- мутуалисты.
В этом заключается их основное сходство с бактериями.
Сапротрофы (сюда относят клетки грибов, царство зеленых водорослей к данному виду не относится) – микроскопические организмы, способные активно извлекать питательные вещества из органического материала, в котором преобладают омертвевшие элементы. На фото можно рассмотреть примеры грибов при многократном увеличении.
Организмы одноклеточных животных: специфика
Это огромный класс, имеющий множество подвидов, какие могут размножаться половым или бесполым способом. Одноклеточные представлены более, чем 30 тысячами организмов животных, между которыми есть сходные и различные черты. Тело простейших состоит из ядра и цитоплазмы, у них нет защитной капсулы, плазмидов, клеточной стенки.
Как представители зеленых водорослей, они имеют хромосомы и оформленную ДНК. Категория зеленых водорослей преимущественно склонна к фотосинтезу, животные организмы, к примеру, эвглена зеленая (изображена на фото) имеют хлоропласты, в темноте могут всасывать органические вещества, даже поглощать бактерии.
Разновидности одноклеточных бактерий
Все микроскопические организмы (кроме грибов) могут иметь жгутики, позволяющие им свободно перемещаться в пространстве. На фото можно увидеть органеллы, которые используются растениями для активного «образа жизни». Ниже представлена таблица, позволяющая понять основные различия между царствами одноклеточных и то, какие компоненты присутствуют в их строении.
Существует множество видов микроорганизмов, каждый из которых отличается формой и строением. Оно, в свою очередь зависит, от питания организма и способа его жизнедеятельности. Различают: кокки (круглые), вибрионы и спирохеты (извилистого типа), бациллы и клостридии (палочки). На фото можно увидеть все эти разновидности, но при этом организмы сходны по строению.
Водоросли, категория растений и животных имеют вакуоли для накапливания клеточного сока. Он поддерживает в упругом состоянии оболочку клетки. Бактерии в этих целях используют аэросомы.
Каждое отличие обусловлено множеством факторов, в том числе эволюцией категорий микроорганизмов. К примеру, животные более приспособлены к выживанию, бактерии могут вырабатывать стойкость к агрессивным компонентам по типу антибиотиков, водоросли содержат практически весь необходимый для выживания комплекс органелл.
Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.