יישום של מיקרואורגניזמים ברפואה, בחקלאות; היתרונות של פרוביוטיקה. תפקידם של חיידקים בחיי האדם ובטבע

הביוטכנולוגיה המודרנית מבוססת על מדעים רבים: גנטיקה, מיקרוביולוגיה, ביוכימיה, מדעי הטבע. האובייקטים העיקריים של המחקר שלהם הם חיידקים ומיקרואורגניזמים. בעיות רבות בביוטכנולוגיה נפתרות על ידי שימוש בחיידקים. כיום, תחום השימוש בהם בחיי אדם הוא כה רחב ומגוון עד שהוא תורם תרומה שלא תסולא בפז לפיתוח תעשיות כגון:

רפואה ושירותי בריאות;
גידול בעלי חיים;
ייצור יבולים;
תעשיית הדייג;
תעשיית המזון;
כרייה ואנרגיה;
תעשייה כבדה וקלה;
בור ספיגה;
אֵקוֹלוֹגִיָה.

בריאות ופרמקולוגיה

היקף היישום של חיידקים בפרמקולוגיה וברפואה הוא כה רחב ומשמעותי, עד שתפקידם בטיפול במחלות אנושיות רבות הוא פשוט לא יסולא בפז. בחיינו הם נחוצים ביצירת תחליפי דם, אנטיביוטיקה, חומצות אמינו, אנזימים, תרופות אנטי-ויראליות ואנטי-סרטניות, דגימות DNA לאבחון ותרופות הורמונליות.

מדענים תרמו תרומה לא יסולא בפז לרפואה על ידי זיהוי הגן האחראי להורמון האינסולין. על ידי השתלתו בחיידקי קולי, הם ייצרו אינסולין, והצילו את חייהם של חולים רבים. מדענים יפנים גילו חיידקים שמפרישים חומר המשמיד את הפלאק, ובכך מונע התרחשות של עששת בבני אדם.

מחיידקים תרמופיליים, גן המקודד לאנזימים בעלי ערך רב מחקר מדעי, מכיוון שהם לא רגישים לטמפרטורות גבוהות. בייצור ויטמינים ברפואה נעשה שימוש במיקרואורגניזם קלוסטרידיום, ובכך משיג ריבופלבין, הממלא תפקיד חשוב בבריאות האדם.

התכונה של חיידקים לייצר חומרים אנטיבקטריאליים שימשה ביצירת אנטיביוטיקה, פתרה את בעיית הטיפול במחלות זיהומיות רבות, ובכך הציל את חייהם של יותר מאדם אחד.

כרייה ועיבוד של מינרלים

השימוש בביוטכנולוגיה בתעשיית הכרייה יכול להוזיל משמעותית עלויות ועלויות אנרגיה. לפיכך, השימוש בחיידקים ליתוטרופיים (Thiobacillus ferrooxidous), עם יכולתם לחמצן ברזל, משמש בהידרומטלורגיה. מתכות יקרות מופקות מסלעים בדרגה נמוכה באמצעות שטיפת חיידקים. חיידקים המכילים מתאן משמשים להגברת ייצור הנפט. בהפקת נפט בשיטה הרגילה, לא יותר ממחצית מאתודות הטבע מופקות מתת הקרקע, ובעזרת מיקרואורגניזמים משחררים רזרבות בצורה יעילה יותר.

תעשייה קלה וכבדה

שטיפה מיקרוביולוגית משמשת במכרות ישנים להשגת אבץ, ניקל, נחושת וקובלט. בתעשיית הכרייה, סולפטים חיידקיים משמשים לתגובות הפחתה במכרות ישנים, שכן לשאריות חומצה גופרתית יש השפעות הרסניות על תומכים, חומרים וסביבה. מיקרואורגניזמים אנאירוביים תורמים לפירוק יסודי של חומר אורגני. נכס זה משמש לטיהור מים בתעשיית המתכות.

בני אדם משתמשים בחיידקים בייצור צמר, עור מלאכותי, חומרי גלם טקסטיל, ולמטרות בישום וקוסמטיקה.

ניקוי נקזים ומקווי מים

חיידקים המעורבים בפירוק משמשים לניקוי בורות ספיגה. הבסיס של שיטה זו הוא שמיקרואורגניזמים ניזונים מי שפכים. שיטה זו מבטיחה הסרת ריחות וחיטוי שפכים. מיקרואורגניזמים המשמשים בבורות ספיגה גדלים במעבדות. התוצאה של פעולתם נקבעת לפי פירוק החומר האורגני לחומרים פשוטים שאינם מזיקים לסביבה. בהתאם לסוג בור הספיגה, נבחרים מיקרואורגניזמים אנאירוביים או אירוביים. מיקרואורגניזמים אירוביים, בנוסף לבורות ספיגה, משמשים במסננים ביולוגיים.

מיקרואורגניזמים נחוצים גם כדי לשמור על איכות המים במאגרים ובנקזים, ולנקות את המשטחים המזוהמים של הים והאוקיינוסים ממוצרי נפט.

עם התפתחות הביוטכנולוגיה בחיינו, האנושות צעדה קדימה כמעט בכל מגזרי פעילותה.

מאמר לתחרות "ביו/מול/טקסט":האם ישנן תרופות שאינן גורמות לתופעות לוואי וסיבוכים, הן יעילות ובטוחות ביותר? הכי קרוב למאפיינים האידיאליים האלה הגיע תכשירים פרוביוטיים(ממיקרואורגניזמים חיים - סימביונים אנושיים) ו בקטריופאג'ים(וירוסים חיידקיים). כשהם מוכנסים לגוף האדם, הם נכנסים למאבק קיום עם פתוגנים של מחלות זיהומיות או, במקרה של בקטריופאג'ים, הם מפרקים אותם מבפנים כמו גרילה. פרוביוטיקה ופאג'ים בעלי סגולות שונות משפיעים על חיידקים פתוגניים; כל התהליכים מתפתחים בתוך המיקרוביוצנוזה של אזור מסוים בגוף האדם ומכוונים לשמר את בית הגידול, במילים אחרות, שמירה על הומאוסטזיס. פרוביוטיקה ופאג'ים משמשים בדרך כלל בנפרד, אך השימוש המשולב שלהם עשוי להיות מבטיח.

הערה!

נותנת החסות למועמדות "המאמר הטוב ביותר על מנגנוני ההזדקנות ואריכות החיים" היא קרן מדע לחיים להארכת חיים. פרס הקהל נערך בחסות הליקון.

נותני החסות לתחרות: מעבדת מחקר ביוטכנולוגיה 3D Bioprinting Solutions וגרפיקה מדעית, אנימציה ומידול סטודיו Visual Science.

טריז נדפק עם טריז.

חוכמה עממית

ביוטכנולוגיה - רפואה

בפרקטיקה הרפואית המודרנית, נעשה שימוש במספר רב של תרופות המתקבלות באמצעות פעילות חיונית של מיקרואורגניזמים. זה כולל ויטמינים, אנזימים, הורמונים ואינטרפרונים מהונדסים גנטית, תחליפי דם וכמובן אנטיביוטיקה. למעשה, אפילו אלכוהול רפואי - חומר חיטוי אוניברסלי זה, משכך כאבים עממי ונוגד דיכאון - הוא תוצר של חילוף החומרים התסיסה של פטריות שמרים. תרופות מסורתיות וחדשות, יעילות ביותר, טבעיות ומשונות כימית, שונות במבנה ובמנגנון הפעולה, שביצירתן השתתפו מיקרואורגניזמים, משמשות לטיפול במחלות שונות.

כאשר התרופה מסוכנת יותר מהמחלה

בתרגול של שימוש בתרופות, הרופא צריך להיתקל במה שנקרא תופעות לוואי, שיכול להתפתח יחד עם ההשפעה העיקרית של התרופה ולהגביל את אפשרויות השימוש בה. תגובות שליליות מתרחשות לעתים קרובות במיוחד בעת שימוש בתרופות בעלות השפעה פרמקולוגית רב-גונית (זכור את אותו הדבר אתנול), בעוד שמטרת הטיפול מושגת באמצעות שימוש רק בחלק מהיבטים של הפרמקודינמיקה של תרופה נתונה.

אנטיביוטיקה ראויה לתשומת לב מיוחדת במובן זה, שכן הן התרופות המועדפות בטיפול ברוב המחלות הזיהומיות, ולא תמיד קודמים למרשם האנטיביוטיקה הדרוש מחקר מיקרוביולוגי. מקרים של שימוש לא הגיוני באנטיביוטיקה שכיחים טווח רחבפעולות, הפרות של משטרי תרופות על ידי מטופלים, או אפילו תרופות עצמיות בלתי מבוקרות לחלוטין. ואפילו עם שימוש נכון, ההשפעה האנטיבקטריאלית של אנטיביוטיקה משתרעת לא רק לפתוגני, אלא גם לנורמלי. פלורה מיקרוביאליתגוּף. Bifidobacteria, lactobacilli וזנים סימביוטיים מתים בהשפעת אנטיביוטיקה coliוחיידקים מועילים אחרים. הנישות האקולוגיות שהתפנו מאוכלסות מיד בחיידקים ופטריות אופורטוניסטים (עמידים בדרך כלל לאנטיביוטיקה), שהיו בעבר על העור ובחללי גוף לא סטריליים בכמות קטנה - רבייתם נבלמת על ידי מיקרופלורה רגילה. טיפול אנטיביוטי, למשל, יכול לקדם את השינוי של פטריות דמויות שמרים ספרופיטיים שלווים קנדידה אלביקנס(איור 1), החיים על הריריות של חלל הפה, קנה הנשימה והמעיים, לתוך מיקרואורגניזמים מתרבים במהירות הגורמים למספר נגעים מקומיים וכלליים.

איור 1. פטריות דמויות שמרים קנדידה אלביקנס וההשלכות של רבייה פעילה שלהם. א - תאים קנדידה אלביקנסתחת מיקרוסקופ אלקטרונים. ב - ביטויים של קנדידה. רישומים מהאתרים velvet.by ו-www.medical-enc.ru.

תופעות לוואי אחרות עשויות להתבסס על מאפיינים אינדיבידואליים של האינטראקציה של הגוף עם האנטיביוטיקה: אי סבילות לתרופה עשויה להיות בעלת אופי אלרגי או פסאודו-אלרגי, להיות תוצאה של אנזימופתיה, או ליפול לקטגוריה המסתורית של אידיוסינקרטיות (עד המנגנון). של חוסר סובלנות מובהר).

פרוביוטיקה במקום אנטיביוטיקה?

כרגע לפני מדע רפואיולרשויות הבריאות ברחבי העולם מוטלת משימה אחראית - יצירת תרופות אנטיבקטריאליות יעילות הגורמות לתופעות הלוואי הפחות בולטות.

אחד הפתרונות האפשריים לבעיה הוא פיתוח ושימוש תרופתי נרחב בתרופות המבוססות על תרבויות חיות של נציגי מיקרופלורה רגילה ( פרוביוטיקה) לתיקון מיקרוביוקנוזות אנושיות ולטיפול מצבים פתולוגיים. השימוש בתכשירים חיידקיים מבוסס על הבנת תפקידה של המיקרופלורה התקינה של הגוף בתהליכים המספקים עמידות לא ספציפית לזיהומים, ביצירת התגובה החיסונית, וכן על ביסוס התפקיד האנטגוניסטי של הפלורה התקינה והשתתפותה ב. ויסות תהליכים מטבוליים.

I.I נחשב למייסד תורת הפרוביוטיקה. מכניקוב. הוא האמין ששמירה על בריאות האדם והארכת הנעורים תלויה במידה רבה בחיידקי חומצת חלב החיים במעיים, המסוגלים לדכא את תהליכי הריקבון והיווצרות מוצרים רעילים. עוד בשנת 1903, מכניקוב הציע נישואין שימוש מעשיתרביות אנטגוניסטים מיקרוביאליים למאבק בחיידקים פתוגניים.

על פי כמה מקורות, המונח "פרוביוטיקה" נטבע על ידי ורנר קולת' ב-1953 והוא פורש שוב ושוב על ידי מדענים וארגונים רגולטוריים כאחד. קולאט כינה חומרים פרוביוטיים הנחוצים לפיתוח אורגניזם בריא, סוג של "מקדמי חיים" - בניגוד לאנטיביוטיקה. לילי וסטילוול, שלעתים קרובות מיוחסים לטביעת המונח, הסכימו גם הם עם סופה של הצהרה זו, אך הם הבהירו כי פרוביוטיקה היא חומרים המיוצרים על ידי מיקרואורגניזמים מסוימים וממריצים את הצמיחה של אחרים. הרוב המכריע של ההגדרות נסב סביב אימוץ של חיידקים ברי קיימא לצורך מווסת מיקרופלורה של המעיים. על פי פרשנות הקונצנזוס של ארגון הבריאות העולמי ומועצת המומחים של FAO, פרוביוטיקה היא מיקרואורגניזמים חיים שכאשר נלקחים בכמות מספקת, מספקים יתרונות בריאותיים. תרומה משמעותית לפיתוח התפיסה המודרנית של פרוביוטיקה נתנה על ידי הביוכימאי המפורסם והמומחה לתזונת בעלי חיים מרסל ונבל. ת.פ. ליונס ור.ג'יי. פאלון ב-1992 כינה את זמננו "העידן הקרוב של הפרוביוטיקה" (והם צדקו, אם לשפוט לפי הצמיחה המדהימה במכירות שלהם - אד.) .

בהשוואה לתרופות אנטיבקטריאליות מסורתיות, לפרוביוטיקה יש מספר יתרונות: חוסר מזיק (עם זאת, לא לכל האבחונים ולא לכל החולים - אד.), היעדרות תגובות שליליות, אלרגיות והשפעות שליליות על מיקרופלורה רגילה. במקביל, מחברי מספר מחקרים מקשרים את השימוש במוצרים ביולוגיים אלו עם השפעה קלינית מובהקת בטיפול (טיפול המשך) בדלקות מעיים חריפות. תכונה חשובה של פרוביוטיקה, על פי נתונים מסוימים, היא יכולתה לווסת תגובות חיסוניות, במקרים מסוימים השפעה אנטי-אלרגית, ולווסת את העיכול.

כיום, מספר תכשירים חיידקיים דומים נמצאים בשימוש נרחב ברפואה. חלקם מכילים חיידקים שחיים כל הזמן בגוף האדם ("לקטובקטרין", "ביפידומבטרין", "קוליבטרין", "ביפיקול"), אחרים מורכבים ממיקרואורגניזמים שאינם "תושבים" של גוף האדם, אך מסוגלים להתיישב. הממברנות הריריות לזמן מסוים או משטחי הפצע, יוצרים עליהן ביופילם מגן (איור 2) ומייצרים חומרים הרסניים לחיידקים פתוגניים. תרופות כאלה כוללות, במיוחד, "Biosporin" המבוסס על חיידקים ספרופיטים Bacillus subtilisו"A-bacterin", המורכב מתאי חיים של viridans aerococcus - אירוקוקוס וירידנס .

חיידק מועיל - אירוקוקוס

כמה אירוקוקים (איור 3) נחשבים לחיידקים אופורטוניסטיים מכיוון שהם עלולים לגרום למחלות בבעלי חיים (למשל, גפקמיה בלובסטרים) ואנשים עם ליקויים חיסוניים. אירוקוקים נמצאים לעתים קרובות באוויר של מחלקות בתי חולים ועל חפצים למטרות רפואיות, מבודדים מחולים עם סטרפטוקוקוס ו זיהומים סטפילוקוקלייםוחוץ מזה, יש להם דמיון מורפולוגי מסוים עם החיידקים המסוכנים האלה.

איור 3. תאים ומושבות של אירוקוקים. א - חיידקים תחת מיקרוסקופ אור רגיל. ב - חיידקים תחת מיקרוסקופ אלקטרונים. תאים עגולים המסודרים בזוגות וטטראדים נראים. V - מושבות של אירוקוקים על מצע תזונתי בתוספת דם. הצבע הירוק סביב המושבות הוא תוצאה של הרס חלקי של המוגלובין. תמונה (א) מהאתר codeofconduc.com, (ב) ו-(ג) - צולמה על ידי כותבי המאמר.

איור 4. דיכוי צמיחת חיידקים פתוגניים על ידי אירוקוקים.אזורים של עיכוב משמעותי בגדילה תועדו במהלך טיפוח של ויבריוס, סטפילוקוקוס, חיידק דיפתריה והשגחה. Pseudomonas aeruginosa ( Pseudomonas aeruginosa) עמיד בפני הפעולה האנטגוניסטית של אירוקוקים. תמונה של כותבי המאמר.

אבל הצוות של המחלקה למיקרוביולוגיה של האקדמיה הרפואית של דנייפרופטרובסק הצליח לזהות זן בקרב אירוקוקים שלא רק לא מזיק לבני אדם, אלא גם מפגין פעילות אנטגוניסטית בולטת נגד מגוון רחב של פתוגנים של מחלות זיהומיות. כך פותחה והוצגה תרופה שאין לה אנלוגים בפרקטיקה העולמית - הפרוביוטיקה "A-bacterin" לשימוש חיצוני ובעל פה, שאינה נחותה בהשפעתה על המיקרופלורה האנושית מתרופות אנטיביוטיות יקרות (איור 4).

התכונות האנטגוניסטיות של אירוקוקים קשורות לייצור מי חמצן (חומר בשימוש נרחב ברפואה כחומר חיטוי) - תכונה יציבה של זן הייצור א.וירידן, שממנו מכינים "A-bacterin". חומר קוטל חיידקים נוסף, תוצר של חילוף החומרים של אירוקוקים, הוא רדיקל הסופראוקסיד (איור 5), הנוצר על ידי חיידקים אלו במהלך חמצון חומצת החלב. יתרה מכך, יכולתם של אירוקוקים לחמצן חומצת חלב חשובה מאוד בעת השימוש בתרופה ברפואת שיניים, שכן אחד הגורמים לעששת הוא חומצת חלב שנוצרת על ידי סטרפטוקוק.

איור 5. חומרים קוטלי חיידקים המיוצרים על ידי אירוקוקים:מי חמצן (א) וסופראוקסיד רדיקל (ב) . ציור מהאתר tofeelwell.ru.

בנוזל התרבות של אירוקוקים זוהה פפטיד עמיד לחומצה ויציב חום נמוך מולקולרי ורידוצין, בעל מגוון רחב של פעילות אנטגוניסטית כנגד אותם מיקרואורגניזמים הגורמים לרוב לזיהומים בבתי חולים ומעורבים ביצירת מיקרוביוקנוזה פיזיולוגית ופתולוגית של המעי האנושי. חוץ מזה, א.וירידןמייצר פפטיד לסביבה החיצונית אירוצין*, מסוגל להרוג פטריות דמויות שמרים. השימוש ב- "A-bacterin" עם אשלגן יודיד ואתוניום יעיל לקנדידה אורוגניטלי, שכן הוא מספק נזק ממוקד לממברנות הקנדידה. אותה השפעה מושגת כאשר התרופה משמשת כאמצעי למניעת קנדידה, המתרחשת, למשל, עקב דיכוי חיסוני במהלך זיהום HIV.

* - במקביל לייצור מי חמצן (עקב דהידרוגנז לקטאט בלתי תלוי ב-NAD), ובנוכחות אשלגן יודיד ויצירת היפויודיד (עקב גלוטתיון פרוקסידאז) בעל השפעה חיידקית בולטת יותר ממי חמצן, יש לאירוקוקים גם רכיבים שאינם תחמוצתיים של פעילות אנטגוניסטית. הם יוצרים Aerocin פפטיד תרמו יציב במשקל מולקולרי נמוך, השייך לקבוצת המיקרוצינים, הפעיל נגד פרוטאוס, סטפילוקוקוס, Escherichia וסלמונלה. אירוצין בודד מנוזל התרבית על ידי שיטות המלחה, אלקטרודיאליזה וכרומטוגרפיה נייר, לאחר מכן נקבע הרכב חומצות האמינו שלו והוכחה יעילות טיפולית בזיהום ניסיוני בסלמונלה בעכברים. Aerococci מאופיינים גם על ידי הידבקות לאפיתל וכמה תאים אחרים, כלומר, מתרחשת עמידות לחיידקים פתוגניים, כולל ברמה של biofilms ועמידות קולוניזציה.

בנוסף ליכולת לדכא את התפשטותם של חיידקים פתוגניים, "A-bacterin" מקדם התחדשות רקמה פגומה, מפגין אפקט אדג'ובנטי, ממריץ פגוציטוזיס וניתן להמליץ עליו לחולים הרגישים לאנטיביוטיקה ולתרופות כימותרפיות. כיום "A-bacterin" משמש בהצלחה לטיפול בכוויות ו פצעי ניתוח, למניעה וטיפול בשלשולים, וכן בטיפול שיניים, אורולוגי ו תרגול גינקולוגי. דרך הפה, "A-bacterin" משמש לתיקון מיקרופלורה במעי, מניעה וטיפול בדלקות מעיים, תיקון פרמטרים ביוכימיים מסוימים (פרופיל כולסטרול ורמת חומצת חלב) והפעלת מערכת החיסון. פרוביוטיקה אחרת נמצאת בשימוש נרחב גם לטיפול ומניעה של דלקות מעיים, במיוחד בילדים צעירים המטופלים האכלה מלאכותית. הם פופולריים ו מוצרי מזוןהמכילים תרבויות פרוביוטיות חיות.

ריפוי וירוסים

כאשר מטפלים בזיהומים, חשוב ליצור ריכוז גבוה של התרופה האנטי-מיקרוביאלית בדיוק במקום לוקליזציה של הפתוגן. שימוש באנטיביוטיקה בצורה של טבליות או זריקות, זה די קשה להשיג. אבל במקרה של טיפול בפאג', זה מספיק אם לפחות בקטריופאג'ים בודדים מגיעים למוקד הזיהומי. לאחר שזיהו חיידקים פתוגניים וחדרו אליהם, הפאג'ים מתחילים להתרבות מהר מאוד. עם כל מחזור רבייה, שנמשך כחצי שעה, מספר הפאג'ים גדל עשרות ואף מאות פעמים. לאחר הרס כל תאי הפתוגן, הפאג'ים אינם מסוגלים עוד להתרבות ובשל גודלם הקטן, מופרשים בחופשיות מהגוף יחד עם תוצרי ריקבון אחרים.

פרוביוטיקה ופאג'ים ביחד

בקטריופאג'ים הוכיחו את עצמם במניעה וטיפול בדלקות מעיים ותהליכים דלקתיים מוגלתיים. הגורמים הגורמים למחלות אלו הופכים לרוב עמידים לאנטיביוטיקה, אך נותרים רגישים לפאג'ים. IN לָאַחֲרוֹנָהמדענים התעניינו בסיכוי של שימוש משולב בבקטריופאג'ים ובפרוביוטיקה. ההנחה היא כי בעת מינוי כזה תרופה מורכבתראשית, הפאג הורס חיידקים פתוגניים, ולאחר מכן הנישה האקולוגית שהתפנתה מאוכלסת במיקרואורגניזמים מועילים, ויוצרים מיקרוביוקנוזה יציבה עם תכונות הגנה גבוהות. גישה זו כבר נוסתה על חיות משק. זה כנראה גם ייכנס לפרקטיקה הרפואית.

תיתכן גם אינטראקציה הדוקה יותר במערכת "בקטריופאג' + פרוביוטיקה". ידוע כי חיידקים - נציגי המיקרופלורה האנושית הרגילה - מסוגלים לספוח על פני השטח שלהם וירוסים שונים, מונע מהם להיכנס לתאים אנושיים. התברר שגם בקטריופאג'ים ניתן לספוח באותו אופן: הם אינם מסוגלים לחדור לתא של חיידק עמיד בפניהם, אלא משתמשים בו כ" רכב» לתנועה בגוף האדם. תופעה זו נקראת טרנסלוקציה של בקטריופאג'.

הסביבה הפנימית של הגוף, רקמותיו ודם נחשבים סטריליים. למעשה, דרך פגיעה מיקרוסקופית בקרומים הריריים, חיידקי סימביונט חודרים מעת לעת לזרם הדם (איור 7), למרות שהם נהרסים שם במהירות על ידי תאי מערכת החיסון וחומרים קוטלי חיידקים. בנוכחות מוקד זיהומי, תכונות המחסום של הרקמות הסובבות נפגעות לעתים קרובות, וחדירותן עולה. זה מגביר את הסבירות שחיידקים פרוביוטיים במחזור יחדרו לשם יחד עם פאג'ים המחוברים אליהם. במיוחד אצל אנשים עם זיהומים דרכי שתןנטילת "A-bacterin" דרך הפה, נמצאו אירוקוקים בשתן, ומספרם היה נמוך באופן עקבי, מה שהעיד בדיוק לְהַעֲבִיראירוקוקים, ולא על רבייתם באיברים אלה. Aerococci והסוכנים הסיבתיים הנפוצים ביותר של זיהומים אורולוגיים הם לחלוטין קבוצות שונותחיידקים, כלומר הם רגישים לבקטריופאג'ים שונים. זה פותח סיכויים מעניינים ליצירת תרופה מורכבת, למשל, המבוססת על א.וירידןופאג'ים שמדביקים חיידקי מעיים. פיתוחים כאלה מבוצעים במחלקה למיקרוביולוגיה של דנייפרופטרובסק האקדמיה לרפואהעם זאת, הם עדיין לא חרגו משלב מחקר המעבדה.

המאמר נכתב בהשתתפות יורגל ל.ג. וקרמנצ'וצקי ג.נ.

מהעורך

עורכי "ביומולקולות" מפנים את תשומת לב הקוראים לכך שכותבי המאמרים במועמדות "עבודה עצמית" חולקים פרטים חשובים ומעניינים שֶׁלָהֶםמחקר, להוביל השקפה משלועל המצב בענף שלך. צוות ביומולקולס אינו מאמין שסוגיית כדאיות השימוש בפרוביוטיקה כבר נפתרה.

יש לאשר בהתאם את תוצאות המחקר על חומרים כאלה, לא משנה כמה הם מדהימים: התרופה חייבת לעבור את השלבים הדרושים של ניסויים קליניים כדי שהקהילה הרפואית תכיר בה כבטוחה ויעילה תרופה, ורק לאחר מכן להמליץ למטופלים. באופן טבעי, אנחנו מדברים עלעל בדיקות לפי סטנדרטים בינלאומיים, ולא כמו שקורה לפעמים אצלנו - על 12 חולים של בית חולים כפרי שהצהירו שזה פשוט נורא-עזר להם. קו מנחה טוב לרופאים ולמטופלים יהיה אישור של כמה תרופות פרוביוטיות, למשל, על ידי ה-FDA האמריקאי, אבל אבוי...

בינתיים, אין לראות בפרוביוטיקה שנלקחת דרך הפה כאל תרופות, אלא כאל תרופות תוספים תזונתיים . יתרה מכך, לא ניתן להעביר את תכונות התרופה המוצהרות על ידי היצרן לפרוביוטיקה אחרת: הן קריטיות מתח(לא סוג או אפילו מין) ו מספר יחידות יוצרות מושבות. אתה גם צריך לזכור שמוצרים כאלה מושפעים מגורמים רבים הקשורים לייצור, תנאי אחסון ותקופות, צריכה ועיכול.

ארגוני התזונה והטיפול הגדולים בעולם שוקלים: עדיין אין מספיק ראיות המצביעות על כך שלפרוביוטיקה יש השפעה חיובית על הבריאות(במיוחד כולם, ללא קשר למצב הראשוני של אותה בריאות). וזה לא שהבקרים משוכנעים בחוסר היעילות של התרופות האלה - זה פשוט שככלל, במחקרים הרפואיים שנערכו, הם לא רואים קשר אמין של סיבה ותוצאה בין נטילת פרוביוטיקה לשינויים חיוביים. כדאי גם לזכור את אותם מחקרים שבהם פרוביוטיקה כלשהי התבררה כלא יעילה או אפילו השפיעה לרעה.

כך או אחרת, לטרנד הפרוביוטי יש פוטנציאל - לפחות במניעה וטיפול בדלקות מעיים שונות (אם במתן דרך הפה עסקינן). זה פשוט לא כל כך פשוט. לא פשוט כמו שהיצרן, הרופא והמטופל היו רוצים. כנראה, הפרוביוטיקה על המדפים של החנויות ובתי המרקחת שלנו פשוט "נולדה קצת לפני הזמן". אז אנחנו מחכים לראיות קטלניות ממדעני פיתוח ויצרנים. ואנו מאחלים לכותבי המאמר הצלחה בתחום הקשה הזה וכמובן בחיפוש אחר תכונות מעניינות חדשות של מיקרואורגניזמים.

סִפְרוּת

Kremenchutsky G.N., Ryzhenko S.A., Volyansky A.Yu., Molchanov R.N., Chuiko V.I. A-bacterin בטיפול ומניעה של תהליכים דלקתיים מוגלתיים. דנייפרופטרובסק: ספים, 2000. - 150 עמ';
Vanbelle M., Teller E., Focant M. (1990). פרוביוטיקה בתזונה לבעלי חיים: סקירה. קֶשֶׁת. טירנרנהר. 40 (7), 543–567;
Rizhenko S.A., Kremenchutsky G.M., Bredikhina M.O. (2008). עירוי של פרוביוטיקה נדירה "A-bacterin" על המיקרוביוטה של המעי. נקודות מבט רפואיות. 2 , 47–50;
אקילוב או.א. (2000). שיטות מודרניות לטיפול בקנדידאזיס. אתר Russian Medical Server.;
אדוארדס J.E. Jr., Bodey G.P., Bowden R.A., Büchner T., de Pauw B.E., Filler S.G. et al. (1997). כנס בינלאומי לפיתוח קונצנזוס על ניהול ומניעה של זיהומים קנדידים קשים. קלינ. נדבק. Dis. 25 , 43–59;
Antoniskis D., Larsen R.A., Akil B., Rarick M.U., Leedom J.M. (1990). Coccidioidomycosis מפושט Seronegative בחולים עם זיהום HIV. איידס. 4 , 691–693;
Jones J.L., Fleming P.L., Ciesielski C.A., Hu D.J., Kaplan J.E., Ward J.W. (1995). Coccidioidomycosis בקרב אנשים עם איידס בארצות הברית. J. Infect. Dis. 171 , 961–966;
Stepansky D.A., Ryzhenko S.A., Kremenchutsky G.N., Sharun O.V., Yurgel L.G., Krushinskaya T.Yu., Koshevaya I.P. (2012). רכיבים לא חמצוניים של פעילות אנטגוניסטית אירוקוקלית (NAA). דברי הימים של מכון מכניקוב. 4 , 9–10;
Ardatskaya M.D. (2011). פרה-ופרוביוטיקה בתיקון הפרעות מיקרו-אקולוגיות של המעי. פרמטקה. 12 , 62–68;
Bekhtereva M.K., Ivanova V.V. (2014). מקומם של בקטריופאג'ים בטיפול במחלות זיהומיות של מערכת העיכול. רפואת ילדים. 2 , 24–29;
Grigorieva G.I., Gordeeva I.V., Kulchitskaya M.A., Anikina T.A. (2006). שימוש יעיל בתרופות ביולוגיות (פרוביוטיקה ובקטריופאג'ים) בטיפול בפרות עם אנדומטריטיס חריפה. פתולוגיה וטרינרית. 1 , 52–56;
בונדרנקו V.M. (2013). מנגנוני טרנסלוקציה של אוטופלורה חיידקית בהתפתחות של זיהום אנדוגני. עלון של המרכז המדעי אורנבורג של סניף אורל של האקדמיה הרוסית למדעים ( יומן אלקטרוני) . 3 ;
Kremenchutsky G.N., Ryzhenko S.A., Yurgel L.G. (2008). תופעת טרנסלוקציה אי - קולי(Hem + , Str r) . הליכים של הוועידה הבינלאומית XVI "חדש טכנולוגית מידעברפואה, ביולוגיה, פרמקולוגיה, אקולוגיה". 250–251;
Kutoviy A.B., Vasylishin R.Y., Meshalov V.D., Kremenchutsky G.N. (2002). טרנסלוקציה של איבר אנטרלי של חיידקים והכללה של התהליך הזיהומי בניסוי. עלון מחקר מדעי. 2 , 121–123;
Sharun A.V., Nikulina O.O., Kremenchutsky G.M. (2005). ניתוח עדכני של ההשפעות הביולוגיות של אירוקוקים שנצפו מנישות אקולוגיות שונות בגוף האדם. נקודות מבט רפואיות. 3 , 72–78;
Zimin A.A., Vasilyeva E.A., Vasilyeva E.L., Fishman K.S., Skoblikov N.E., Kremenchutsky G.N., Murashev A.N. (2009). ביו-בטיחות בטיפול בפאג' ובפרוביוטיקה: בעיות ופתרונות. עלון של טכנולוגיות רפואיות חדשות. 1 , 200–202..

לחיידקים יש תפקיד עצום הן בביוספרה והן בחיי האדם. חיידקים לוקחים חלק בתהליכים ביולוגיים רבים, בעיקר במחזור החומרים בטבע. משמעות לביוספרה:

© חיידקים רבים יכולים לתקן חנקן אטמוספרי. יתר על כך, אזוטובקטר, חי חופשי באדמה, מקבע חנקן ללא תלות בצמחים, ו חיידקי גושיםהם מראים את פעילותם רק בסימביוזה עם שורשים של צמחים גבוהים יותר (בעיקר קטניות הודות לחיידקים אלו, הקרקע מועשרת בחנקן ותפוקת הצמחים עולה).

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, חיידקים מווסתים הרכב הגזאַטמוֹספֵרָה.

חלק מהחומרים הנוצרים במהלך חייהם של חיידקים חשובים גם לבני אדם. המשמעות שלהם היא כדלקמן:

פעילות חיידקית © משמשת לייצור מוצרי חומצה לקטית, עבור כרוב כבוש ותחמיץ מספוא;

חיידקים פתוגניים ממלאים תפקיד שלילי, גורם למחלותצמחים, בעלי חיים ובני אדם.

חיידקים רבים גורמים לקלקול מזון ומשחררים חומרים רעילים.

חיידקים, מאפיינים ומשמעות לבני אדם

מִבְנֶה

חיידקים הם יצורים חיים קטנים מאוד. ניתן לראות אותם רק במיקרוסקופ עם הגדלה גבוהה מאוד. כל החיידקים הם חד תאיים. מבנה פנימיתאי חיידק אינם כמו תאי צמחים ובעלי חיים. אין להם לא גרעין ולא פלסטידים. חומר גרעיני ופיגמנטים קיימים, אך במצב "מרוסס". הצורה מגוונת.

תא החיידק מכוסה במעטפת צפופה מיוחדת - דופן תא, המבצעת פונקציות הגנה ותומכות, וגם מעניקה לחיידק צורה קבועה ואופיינית. דופן התא של חיידק דומה לדופן של תא צמחי. הוא חדיר: דרכו, חומרים מזינים עוברים בחופשיות לתא, ומוצרים מטבוליים יוצאים לסביבה. לעתים קרובות חיידקים מייצרים נוספים שכבת הגנהקפסולת ריר. עובי הקפסולה יכול להיות גדול פי כמה מקוטר התא עצמו, אך הוא גם יכול להיות קטן מאוד. הקפסולה אינה חלק חיוני מהתא היא נוצרת בהתאם לתנאים שבהם נמצאים החיידקים. זה מגן על החיידקים מפני התייבשות.

על פני השטח של חיידקים מסוימים יש דגלים ארוכים (אחד, שניים או רבים) או וילי דק קצר. אורך הפגל יכול להיות גדול פי כמה מגודל גוף החיידק.

חיידקים נעים בעזרת דגלים ו-villi.

בתוך תא החיידק יש ציטופלזמה צפופה ולא ניידת. יש לו מבנה שכבות, אין ואקוולים, ולכן חלבונים (אנזימים) שונים וחומרי הזנה רזרבה ממוקמים בחומר הציטופלזמה עצמה. לתאי חיידק אין גרעין. חומר הנושא מידע תורשתי מרוכז בחלק המרכזי של התא שלהם. חיידקים, - חומצת גרעין - DNA. אבל החומר הזה לא נוצר לגרעין.

הארגון הפנימי של תא חיידק הוא מורכב ויש לו מאפיינים ספציפיים משלו. הציטופלזמה מופרדת מדופן התא על ידי הממברנה הציטופלזמה. בציטופלזמה, יש חומר עיקרי, או מטריקס, ריבוזומים ומספר קטן של מבני ממברנה המבצעים את הביצועים הטובים ביותר פונקציות שונות(אנלוגים של מיטוכונדריה, רטיקולום אנדופלזמי, מנגנון גולגי). הציטופלזמה של תאי חיידקים מכילה לעתים קרובות גרגירים צורות שונותוגדלים. הגרגירים עשויים להיות מורכבים מתרכובות המשמשות כמקור אנרגיה ופחמן. טיפות שומן נמצאות גם בתא החיידק.

מחלוקת חינוך

נוצרים נבגים בתוך תא החיידק. במהלך תהליך הספורולציה, תא החיידק עובר מספר תהליכים ביוכימיים. כמות המים החופשיים בו יורדת והפעילות האנזימטית יורדת. זה מבטיח את עמידות הנבגים לתנאי סביבה לא נוחים (טמפרטורה גבוהה, ריכוז מלחים גבוה, ייבוש וכו'). ספורולציה אופיינית רק לקבוצה קטנה של חיידקים. מחלוקות אינן שלב הכרחי מעגל החייםבַּקטֶרִיָה. ספורולציה מתחילה רק כאשר יש חוסר חומרים מזיניםאו הצטברות של מוצרים מטבוליים. חיידקים בצורת נבגים יכולים להישאר רדומים במשך זמן רב. נבגי חיידקים יכולים לעמוד בפני רתיחה ממושכת והקפאה ארוכה מאוד. כאשר מתרחשים תנאים נוחים, הנבג נובט והופך לקיים. נבגי חיידקים הם הסתגלות להישרדות בתנאים לא נוחים. נבגי חיידקים משמשים לשרוד תנאים לא נוחים. הם נוצרים מהחלק הפנימי של תוכן התא. במקביל נוצרת מעטפת חדשה וצפופה יותר סביב הנבג. נבגים יכולים להיות מאוד טמפרטורות נמוכות(עד -273 מעלות צלזיוס) וגבוה מאוד. נבגים אינם נהרגים על ידי מים רותחים.

תְזוּנָה

לחיידקים רבים יש כלורופיל ופיגמנטים אחרים. הם מבצעים פוטוסינתזה, כמו צמחים (ציאנובקטריה, חיידקים סגולים). חיידקים אחרים מקבלים אנרגיה מחומרים אנאורגניים - גופרית, תרכובות ברזל ואחרות, אך מקור הפחמן, כמו בפוטוסינתזה, הוא פחמן דו חמצני.

שִׁעתוּק

חיידקים מתרבים על ידי חלוקת תא אחד לשניים. לאחר שהגיע לגודל מסוים, החיידק מתחלק לשני חיידקים זהים. ואז כל אחד מהם מתחיל להאכיל, גדל, מתחלק וכו'. לאחר התארכות התא, נוצרת בהדרגה מחיצה רוחבית, ולאחר מכן נפרדים תאי הבת; בחיידקים רבים, בתנאים מסוימים, לאחר חלוקה, תאים נשארים מחוברים בקבוצות אופייניות. במקרה זה, בהתאם לכיוון מישור החלוקה ומספר החלוקים, צורות שונות. רבייה על ידי ניצנים מתרחשת כחריג בחיידקים.

בתנאים נוחים, חלוקת תאים בחיידקים רבים מתרחשת כל 20-30 דקות. עם רבייה מהירה כזו, צאצא של חיידק אחד תוך 5 ימים מסוגל ליצור מסה שיכולה למלא את כל הימים והאוקיינוסים. חישוב פשוט מראה שניתן ליצור 72 דורות (720,000,000,000,000,000,000 תאים) ביום. אם הומר למשקל - 4720 טון. עם זאת, זה לא קורה בטבע, שכן רוב החיידקים מתים במהירות בהשפעת אור השמש, ייבוש, מחסור במזון, חימום ל-65-100 מעלות צלזיוס, כתוצאה ממאבק בין מינים וכו'.

תפקיד החיידקים בטבע. הפצה ואקולוגיה

חיידקים מופצים בכל מקום: במקווי מים, אוויר, אדמה. יש פחות מהם באוויר (אבל לא במקומות צפופים). במי הנהר יכולים להיות עד 400,000 ל-1 cm3, ובאדמה - עד 1,000,000,000 ל-1 גרם לחיידקים יש יחס שונה לחמצן: עבור חלק זה הכרחי, עבור אחרים זה הרסני. עבור רוב החיידקים, הטמפרטורות בין +4 ל +40 מעלות צלזיוס הן הנוחות ביותר. אור שמש ישיר הורג חיידקים רבים.

חיידקים מצויים במספרים עצומים (מספר המינים שלהם מגיע ל-2500), ממלאים תפקיד חשוב ביותר בתהליכים טבעיים רבים. יחד עם פטריות וחסרי חוליות באדמה, הם משתתפים בתהליכי הפירוק של שאריות צמחים (עלים נושרים, ענפים וכו') לחומוס. פעילותם של חיידקים ספרופיטים מביאה ליצירת מלחים מינרליים, הנספגים בשורשי הצמח. לחיידקי גושים החיים ברקמות שורשי העש, כמו גם לחיידקים מסוימים החיים בחופשיות, יש יכולת יוצאת דופן להטמיע חנקן אטמוספרי, שאינו נגיש לצמחים. כך, חיידקים משתתפים במעגל החומרים בטבע.

מיקרופלורה בקרקע.מספר החיידקים באדמה גדול ביותר - מאות מיליונים ומיליארדי פרטים לגרם. יש הרבה יותר מהם באדמה מאשר במים ובאוויר. סה"כהחיידקים בקרקעות משתנים. מספר החיידקים תלוי בסוג הקרקע, במצבם ובעומק השכבות. על פני השטח של חלקיקי אדמה, מיקרואורגניזמים ממוקמים במיקרוקולוניות קטנות (20-100 תאים כל אחד). לעתים קרובות הם מתפתחים בעובי של קרישי חומר אורגני, על שורשי צמחים חיים וגוססים, בנימים דקים ובתוך גושים. מיקרופלורה הקרקע מגוונת מאוד. כאן ישנן קבוצות פיזיולוגיות שונות של חיידקים: חיידקי ריקבון, חיידקים מחנקים, חיידקים מקבעים חנקן, חיידקי גופרית וכו' ביניהם יש אירובים ואנאירובים, צורות נבגים ולא נבגים. מיקרופלורה היא אחד הגורמים להיווצרות קרקע. אזור הפיתוח של מיקרואורגניזמים באדמה הוא האזור הסמוך לשורשים של צמחים חיים. זה נקרא rhizosphere, ומכלול המיקרואורגניזמים הכלולים בו נקרא rhizosphere microflora.

מיקרופלורה של גופי מים.מים הם סביבה טבעית שבה כמויות גדולותמיקרואורגניזמים מתפתחים. עיקרם נכנס למים מהאדמה. גורם הקובע את מספר החיידקים במים ואת נוכחותם של חומרים מזינים בהם. המים הנקיים ביותר הם מבארות וממעיינות ארטזיים. מאגרים פתוחים ונהרות עשירים מאוד בחיידקים. המספר הגדול ביותר של חיידקים נמצא בשכבות פני המים, קרוב יותר לחוף. ככל שמתרחקים מהחוף ועוברים לעומק, מספר החיידקים פוחת. מים טהוריםמכיל 100-200 חיידקים ב-1 מ"ל, ומזוהם - 100-300 אלף או יותר. ישנם חיידקים רבים בסחף התחתון, במיוחד ב שכבת פני השטח, שבו חיידקים יוצרים סרט. הסרט הזה מכיל הרבה חיידקי גופרית וברזל, המחמצנים מימן גופרתי לחומצה גופרתית ובכך מונעים מדגים למות. יש יותר צורות נושאות נבגים בסחף, בעוד שצורות לא נושאות נבגים שולטות במים. מבחינת הרכב המינים, המיקרופלורה של המים דומה למיקרופלורה של האדמה, אך ישנן גם צורות ספציפיות. על ידי השמדת פסולת שונות שנכנסת למים, מיקרואורגניזמים מבצעים בהדרגה את מה שנקרא טיהור ביולוגי של מים.

מיקרופלורה אוויר.המיקרופלורה של האוויר פחותה ממיקרופלורה של אדמה ומים. חיידקים עולים לאוויר עם אבק, יכולים להישאר שם זמן מה, ואז להתיישב על פני האדמה ולמות מחוסר תזונה או תחת השפעת קרניים אולטרה סגולות. מספר המיקרואורגניזמים באוויר תלוי באזור הגיאוגרפי, השטח, הזמן בשנה, זיהום האבק וכו'. כל גרגר אבק הוא נשא של מיקרואורגניזמים. רוב החיידקים נמצאים באוויר מעל מפעלים תעשייתיים. האוויר באזורים הכפריים נקי יותר. רוב אוויר צחמעל יערות, הרים, אזורים מושלגים. שכבות האוויר העליונות מכילות פחות חיידקים. מיקרופלורת האוויר מכילה חיידקים פיגמנטיים ונושאי נבגים רבים, אשר עמידים יותר מאחרים לקרניים אולטרה סגולות.

מיקרופלורה של גוף האדם.גוף האדם, אפילו בריא לחלוטין, הוא תמיד נשא של מיקרופלורה. כאשר גוף האדם בא במגע עם אוויר ואדמה, מיקרואורגניזמים שונים, כולל פתוגניים (חיידקי טטנוס, גנגרנה גז וכו'), מתיישבים על הבגדים והעור. החלקים החשופים ביותר בגוף האדם מזוהמים. E. coli ו- staphylococci נמצאים על הידיים. ישנם למעלה מ-100 סוגי חיידקים בחלל הפה. הפה, על הטמפרטורה, הלחות ושאריות התזונה שלו, מהווה סביבה מצוינת לפיתוח מיקרואורגניזמים. לקיבה יש תגובה חומצית, כך שרוב המיקרואורגניזמים בה מתים. החל מהמעי הדק, התגובה הופכת לבסיסית, כלומר. נוח לחיידקים. המיקרופלורה במעי הגס מגוונת מאוד. כל מבוגר מפריש כ-18 מיליארד חיידקים מדי יום בהפרשה, כלומר. יותר אינדיבידואלים מאנשים גלוֹבּוּס. איברים פנימיים, לא מתחבר עם סביבה חיצונית(מוח, לב, כבד, שַׁלפּוּחִית הַשֶׁתֶןוכו') בדרך כלל נקיים מחיידקים. חיידקים נכנסים לאיברים אלה רק בזמן מחלה.

חשיבותם של חיידקים בחיי האדם

לתהליכי התסיסה יש חשיבות רבה; זה מה שנקרא בדרך כלל פירוק פחמימות. אז, כתוצאה מהתסיסה, חלב הופך לקפיר ולמוצרים אחרים; הזמנת מזון היא גם תסיסה. התסיסה מתרחשת גם במעי האנושי. ללא חיידקים מתאימים (למשל, E. coli), המעיים אינם יכולים לתפקד כרגיל. ריקבון, שהוא שימושי בטבע, הוא מאוד לא רצוי בחיי היומיום (למשל, קלקול של מוצרי בשר). תסיסה (לדוגמה, מחמצת חלב) לא תמיד מועילה. כדי למנוע מהמזון להתקלקל, הם מומלחים, מיובשים, משומרים ושומרים במקררים. זה מפחית את פעילות החיידקים.

חיידקים פתוגניים

נבגים בחיידקים, בניגוד לנבגי פטריות, אינם משמשים לרבייה, אבל לשמש כהתאמה לסבול תנאים לא נוחים. כל חיידק מתפתח לנבג אחד בלבד. כאשר תנאי הסביבה נעשים מתאימים, הנבג משוחזר לחיידק בעל חילוף חומרים תקין.

במצב נבגים, חיידקים רבים יכולים לשרוד טמפרטורות קריטיות(מרתחת למינוס עמוק) ולהישאר קיימא במשך מאות שנים.

כאשר נוצרים נבגי חיידקים, נפח הציטופלזמה יורד עקב איבוד מים. הנבג שנוצר בדרך כלל קטן וקל יותר מהחיידק עצמו.

נבגים נישאים בקלות על ידי הרוח, מה שאומר שהיווצרותם יכולה להיחשב לא רק מנגנון הגנה, אלא גם בשיטת ההתיישבות.

נבגים בפטריות משמשים גם לפיזור, אבל כאן תפקידם העיקרי הוא רבייה, מה שלא קורה בפרוקריוטים.

מחלוקות יכולות להתעורר בדרכים שונות. לרוב נוצרים מה שנקרא אנדוספורים. במקרה זה, קרום התא מתכווץ פנימה, הציטופלזמה עם תכולתה עוברת לשם, ושאר החיידק הופך לשכבת הגנה, אשר סגורה בקרום התא בצדדים החיצוניים והפנימיים.

שיטות לקביעת הפעילות הביוכימית הכוללת של מיקרופלורה בקרקע

מאפיינים של ארגון תאי מיקרוביאלי

תפקידם של מיקרואורגניזמים בטבע ובחקלאות

התפוצה הרחבה של מיקרואורגניזמים מעידה על תפקידם העצום בטבע. בהשתתפותם, חומרים אורגניים שונים מתפרקים בקרקעות ובקווי מים הם קובעים את מחזור החומרים והאנרגיה בטבע; פוריות הקרקע, היווצרות פחם, נפט ומינרלים רבים אחרים תלויים בפעילותם. מיקרואורגניזמים משתתפים בבליה של סלעים ותהליכים טבעיים אחרים.

מיקרואורגניזמים רבים משמשים בייצור תעשייתי וחקלאי. אז, אפייה, ייצור מוצרי חלב מותססים, ייצור יין, השגת ויטמינים, אנזימים, חלבוני מזון ומזון, חומצות אורגניות וחומרים רבים המשמשים ב חַקלָאוּת, תעשייה ורפואה, מבוססים על פעילותם של מיקרואורגניזמים שונים. השימוש במיקרואורגניזמים בייצור גידולים ובעלי חיים חשוב במיוחד. העשרת הקרקע בחנקן, הדברת מזיקים בגידולים בעזרת תכשירים מיקרוביאליים, הכנה ואחסון נכונים של מזון, יצירת חלבון הזנה, אנטיביוטיקה וחומרים ממקור חיידקי להאכלת בעלי חיים תלויים בהם.

למיקרואורגניזמים יש השפעה חיוביתעל תהליכי הפירוק של חומרים ממקור לא טבעי - קסנוביוטיקה, המסונתזת באופן מלאכותי, חודרת לקרקעות וגופי מים ומזהמים אותם.

יחד עם מיקרואורגניזמים מועילים, יש קבוצה גדולהמה שנקרא מיקרואורגניזמים פתוגניים או פתוגניים הגורמים למחלות שונות של חיות משק, צמחים, חרקים ובני אדם. כתוצאה מפעילותם החיונית מתעוררות מגיפות של מחלות זיהומיות בבני אדם ובבעלי חיים, המשפיעות על התפתחות הכלכלה וכוחות הייצור של החברה.

נתונים מדעיים עדכניים לא רק הרחיבו משמעותית את ההבנה של מיקרואורגניזמים בקרקע והתהליכים שהם גורמים בסביבה, אלא גם אפשרו ליצור מגזרים חדשים בתעשייה ובייצור חקלאי. כך למשל התגלתה אנטיביוטיקה המופרשת על ידי מיקרואורגניזמים בקרקע, והוכחה אפשרות השימוש בהן לטיפול בבני אדם, בעלי חיים וצמחים וכן לאחסון מוצרים חקלאיים. התגלתה יכולתם של מיקרואורגניזמים בקרקע ליצור חומרים פעילים ביולוגית: ויטמינים, חומצות אמינו, ממריצים לגידול צמחים - חומרי גדילה וכו'. נמצאו דרכים להשתמש בחלבון של מיקרואורגניזמים להאכלת חיות משק. בודדו תכשירים מיקרוביאליים המשפרים את אספקת החנקן מהאוויר לאדמה.

גילוי שיטות חדשות להשגת צורות שעברו שינוי תורשתי של מיקרואורגניזמים מועילים אפשרה שימוש נרחב יותר במיקרואורגניזמים בחקלאות ייצור תעשייתי, כמו גם ברפואה. התפתחות ההנדסה הגנטית, או הגנטית, מבטיחה במיוחד. הישגיה הבטיחו את התפתחות הביוטכנולוגיה, הופעת מיקרואורגניזמים יצרניים ביותר המסנתזים חלבונים, אנזימים, ויטמינים, אנטיביוטיקה, חומרי גידול ומוצרים אחרים הדרושים לגידול בעלי חיים וייצור יבולים.

האנושות תמיד באה במגע עם מיקרואורגניזמים, במשך אלפי שנים מבלי להבין זאת. מאז ומתמיד, אנשים צפו בתסיסה של בצק, הכינו משקאות אלכוהוליים, חלב מותסס, הכינו גבינות ולקו במחלות שונות, כולל מגיפות. עדויות על האחרון בספרי המקרא הן אינדיקציה למחלה נפוצה (כנראה המגיפה) עם המלצות לשרוף גופות ולבצע שטיפות.

בהתאם לסיווג המקובל כיום, מיקרואורגניזמים לפי סוג התזונה מחולקים למספר קבוצות בהתאם למקורות האנרגיה וצריכת הפחמן. כך, ישנם פוטוטרופים, המשתמשים באנרגיית אור השמש, וכימוטרופים, שעבורם משמשים חומרים אורגניים ואי-אורגניים שונים כחומר אנרגיה.

בהתאם לצורה שבה מיקרואורגניזמים מקבלים פחמן מהסביבה, הם מחולקים לשתי קבוצות: אוטוטרופיים ("מאכילים את עצמם"), באמצעות מקור יחידפחמן דו חמצני, והטרוטרופי ("האכלה על חשבון אחרים"), קבלת פחמן כחלק ממורכב למדי מופחת תרכובות אורגניות.

לפיכך, על פי שיטת השגת האנרגיה והפחמן, ניתן לחלק מיקרואורגניזמים לפוטו-אוטוטרופים, פוטטרוטרופים, כימואוטוטרופים וכימוהטרוטרופים. בתוך הקבוצה, בהתאם לאופי המצע המחומצן, הנקרא תורם האלקטרונים (H-donor), בתורו, ישנם אורגנוטרופים הצורכים אנרגיה במהלך פירוק חומרים אורגניים, וליטוטרופים (מהליטוס היווני - אבן), המקבלים אנרגיה באמצעות חמצון של חומרים אנאורגניים. לכן, בהתאם למקור האנרגיה ותורם האלקטרונים המשמשים מיקרואורגניזמים, יש להבחין בין פוטו-אורגנוטרופים, פוטוליתוטרופים, כימו-אורגניזמים וכימוליטותרופים. לפיכך, ישנם שמונה סוגי תזונה אפשריים.

לכל קבוצה של מיקרואורגניזמים יש סוג מסוים של תזונה. להלן תיאור של סוגי התזונה הנפוצים ביותר ורשימה קצרה של מיקרואורגניזמים המבצעים אותם.

בפוטוטרופיה, מקור האנרגיה הוא אור השמש. Photolithoautotrophy הוא סוג של תזונה האופיינית למיקרואורגניזמים המשתמשים באנרגיית אור כדי לסנתז חומרי תאים מ-C0 2 ותרכובות אנאורגניות (H 2 0, H 2 S, S°), כלומר. ביצוע פוטוסינתזה. קבוצה זו כוללת ציאנובקטריות, חיידקי גופרית סגולים וחיידקי גופרית ירוקה.

Cyanobacteria (מסדר Cyanobacteria1es), כמו צמחים ירוקים, מפחיתים CO2 לחומר אורגני באופן פוטוכימי באמצעות מימן ממים:

C0 2 + H 2 0 אור-› (CH 2 O) * + O 2

חיידקי גופרית סגולים (משפחת Chromatiaceae) מכילים בקטריוכלורופילים a ו-b, הקובעים את יכולת הפוטוסינתזה של מיקרואורגניזמים אלו ופיגמנטים קרוטנואידים שונים.

כדי להחזיר CO2 לחומר אורגני, חיידקים מקבוצה זו משתמשים במימן, שהוא חלק מ-H25. במקרה זה, גרגירי גופרית מצטברים בציטופלזמה, אשר לאחר מכן מתחמצנת לחומצה גופרתית.

С0 2 + 2Н 2 S אור-› (СH 2 O) + Н 2 + 2S

3CO 2 + 2S + 5H 2 O אור-› 3 (CH 2 0) + 2H 2 S0 4

חיידקי גופרית סגולים הם בדרך כלל אנאירובים מחייבים.

חיידקי גופרית ירוקה (משפחת Chlorobiaceae) מכילים בקטריוכלורופילים ירוקים, ובכמויות קטנות גם בקטריוכלורופיל, כמו גם קרוטנואידים שונים. כמו חיידקי גופרית סגולה, הם אנאירובים קפדניים ומסוגלים לחמצן מימן גופרתי, סולפידים וסולפיטים במהלך הפוטוסינתזה, לצבור גופרית, שברוב המקרים מתחמצנת ל-50^"2.

פוטו-אורגנו-הטרוטרופיה היא סוג של תזונה האופיינית למיקרואורגניזמים שבנוסף לפוטוסינתזה, יכולים להשתמש גם בתרכובות אורגניות פשוטות כדי להשיג אנרגיה. קבוצה זו כוללת חיידקים סגולים שאינם גופרית.

חיידקים לא גופרית סגולים (משפחת Rhjdospirillaceae) מכילים בקטריוכלורופילים a ו-b, כמו גם קרוטנואידים שונים. הם אינם מסוגלים לחמצן מימן גופרתי (H 2 S), לצבור גופרית ולשחרר אותה לסביבה.

עם כימוטרופיה מקור אנרגיה- תרכובות אנאורגניות ואורגניות. Chemolithoautotrophy הוא סוג של תזונה האופיינית למיקרואורגניזמים המקבלים אנרגיה מחמצון של תרכובות אנאורגניות, כגון H 2, NH 4 +, N0 2 -, Fe 2+, H 2 S, S°, S03 2 -, S 2 03 2- , CO וכו'. תהליך החמצון עצמו נקרא כימוסינתזה. הפחמן לבניית כל מרכיבי תאי הכימוליטואוטוטרופים מתקבל מפחמן דו חמצני.

כימוסינתזה במיקרואורגניזמים (חיידקי ברזל וחיידקים מחנקים) התגלתה בשנים 1887-1890. המיקרוביולוג הרוסי המפורסם S.N. וינוגרדסקי. Chemolithoautotrophy מבוצעת על ידי חיידקים מחמצנים (מחמצנים אמוניה או ניטריטים), חיידקי גופרית (מחמצנים מימן גופרתי, גופרית אלמנטרית וכמה תרכובות גופרית אי-אורגניות פשוטות), חיידקים המחמצנים מימן למים, חיידקי ברזל המסוגלים לחמצן תרכובות ברזל דו ערכיות וכו'.

מושג על כמות האנרגיה המתקבלת במהלך תהליכי הכימוליטואוטוטרופיה הנגרמים על ידי חיידקים אלה ניתן על ידי התגובות הבאות:

NH3 + 11/2 0 2 - HN0 2 + H 2 0 + 2.8 10 5 J

HN0 2 + 1/2 0 2 - HN0 3 + 0.7 105 J

H 2 S + 1/2 0 2 - S + H 2 0 + 1.7 10 5 J

S + 11/2 0 2 - H 2 S0 4 + 5.0 10 5 J

N 2 + 1/ 2 0 2 - N 2 0 + 2.3 10 5 J

2FeC0 3 + 1/2 0 2 + ZN 2 0 - 2Fe (OH) 3 + 2C0 2 + 1.7 10 5 J

Chemoorganoheterotrophy הוא סוג של תזונה האופיינית למיקרואורגניזמים המשיגים את האנרגיה והפחמן הדרושים מתרכובות אורגניות. בין המיקרואורגניזמים הללו, רבים הם מינים אירוביים ואנאירוביים החיים בקרקעות ובמצעים אחרים.