I batteri controllano la coscienza delle persone: i mondi dentro di noi. La vita dentro di noi: batteri per l'immunità, la luminosità e una vita piccola E batteri cattivi dentro di noi

Ogni animale, sia umano, calamaro o vespa, ospita milioni di batteri e altri microbi. Il giornalista scientifico Ed Yong, autore di How Microbes Rule Us, ci incoraggia a guardare noi stessi e i nostri compagni interiori sotto una nuova luce, non come individui, ma come un mondo più ampio, interconnesso e interdipendente. Il libro in traduzione russa è stato preparato dalla casa editrice AST. Il redattore scientifico della pubblicazione spiega perché vale la pena leggerla Victor Kovylin, laureato al Dipartimento di Antropologia, Facoltà di Biologia, Università Statale di Mosca, redattore capo del popolare progetto scientifico La rivista Batrachospermum. Conduce la conversazione Anna Timofeeva.

- Viktor Andreevich, perché pensi che adesso parlino così spesso della pace dentro di noi? Ciò è legato allo sviluppo della scienza o, piuttosto, ha radici sociali?

Penso che ciò sia dovuto al fatto che la microbiologia in quanto tale è rimasta a lungo oggetto di ristretti interessi scientifici, mentre nella coscienza pubblica si è radicata la percezione negativa dei microbi come agenti infettivi che provengono dall'esterno e che devono essere eliminati. Anche nel XX secolo i microbi venivano studiati soprattutto all’interno di questo paradigma, e solo nella seconda metà del secolo l’attenzione si è rivolta agli aspetti positivi del mondo microbico, compresi quelli che vivono dentro di noi. Naturalmente, tutto ciò raggiunge la coscienza pubblica con un ritardo, e credo che le persone comuni abbiano iniziato a comprendere tutta l'importanza del nostro mondo microbico interno, a sopportarne l'esistenza e ad accettarlo come parte di se stesse solo di recente. Questo è un concetto abbastanza nuovo, per molti versi incomprensibile e quindi spaventoso: il vecchio stereotipo di percepire i microbi come esclusivamente agenti patogeni è troppo forte.

Inoltre, il boom della ricerca sul microbioma umano si sta verificando letteralmente proprio adesso, fortunatamente gli scienziati hanno migliorato metodi e tecnologie per studiarlo nel loro arsenale. Il nostro “mondo interiore” ha appena iniziato ad aprirsi veramente. E la società, mi sembra, ha recentemente aumentato l'interesse per le scoperte scientifiche, quindi è pronta ad assorbire questa nuova conoscenza e discuterla.

- Il titolo del libro nell'originale suona leggermente diverso: "I Contein Multitudes: The Microbes Within Us and a Grander View of Life". Cosa ha spinto alla decisione di cambiarlo?

Penso che l'editore abbia deciso di cambiare il titolo per renderlo più comprensibile e intrigante per la persona media. Avrei preferito mantenere il titolo originale e ne sono stato un forte sostenitore. Mi sembra che sia più adeguato al contenuto del libro, che è progettato per introdurre i lettori al mondo microbico dentro e intorno a noi, alla sua diversità, grandezza e ambiguità. E il management è solo un aspetto di questo mondo, e non è stato ancora studiato abbastanza per stabilire categoricamente chi controlla chi. Anche noi possiamo controllare e utilizzare i microbi, possiamo influenzare il nostro microbioma, quindi qui c'è un processo reciproco, e questo dovrebbe essere ricordato quando si legge il libro in modo da non avere false idee basate solo sul titolo. Il libro contiene molto più di quanto si riflette nel titolo. Un’altra questione è che la maggior parte delle persone, siamo onesti, ha poco interesse per il mondo microbico in quanto tale e per la sua interazione con il mondo animale. Ancora più interessante è quanto sia sicuro convivere con i microbi e cosa fanno direttamente a noi umani.

- La parola "germi" ha davvero una connotazione negativa: molto spesso vediamo dietro di essa alcuni organismi microscopici dannosi che minacciano la nostra salute. Quindi il titolo contiene questo messaggio: siamo controllati da qualcuno di cattivo! La parola "microbo" è molto spesso usata come semplice sinonimo della parola "batterio", anche in questo libro, non è vero? Cosa pensi del problema dei microbi “cattivi”?

Beh, non è intrigante quando scopri che siamo controllati da qualche entità oscura! Ciò entra in conflitto anche con le nostre aspirazioni al bene e generalmente cambia la nostra visione di noi stessi. Forse è proprio a questo che punta il nuovo nome. E se attira il grande pubblico e lo educa almeno un po’ sul tema dei microbi in generale – sia cattivi che buoni – non sarà poi così male, giusto?

I microbi non sono solo batteri. Nel libro si parla anche di altri microbi, come gli archaea, ma di loro non sappiamo ancora molto: sono stati scoperti solo alla fine degli anni ’70. Gran parte del libro riguarda i batteri e il modo in cui coesistono e interagiscono con gli animali, compreso l'uomo. E sì, hai ragione: la parola "germi" è spesso usata per sostituire la parola "batteri", ma questi non sono sinonimi, i microbi sono un concetto più ampio.

I microbi "cattivi" sono, come ho già detto, uno stereotipo e una reliquia delle idee scientifiche della prima metà del XX secolo. Dentro di noi, infatti, vivono meno di un centinaio di specie di batteri che ci danneggiano o che possono diventare pericolosi in determinate condizioni. Ma esistono migliaia di specie di microbi neutrali, pacifici e benefici che ci aiutano a sopravvivere! E aiutano anche il nostro corpo a combattere i microbi dannosi. Naturalmente, è necessario conoscere il nemico di vista, ma trasferire indiscriminatamente un atteggiamento negativo a coloro che semplicemente sembrano simili è sbagliato. E il libro dovrebbe aiutare a cambiare questo atteggiamento.

- Si tratta più di microbi "cattivi" o di microbi ordinari e modesti?

I microbi non hanno morale; non possono essere divisi in buoni e cattivi. Loro, come tutti gli organismi viventi, cercano di sopravvivere e pensano prima a se stessi. Che i microbi portino beneficio a qualcuno o causino danni non gli interessa molto. Siamo noi che possiamo valutarli - in relazione a noi. Dal nostro punto di vista, ci sono cattivi con i quali è meglio non incontrarsi in nessuna circostanza, tranne che in una causa di protezione biologica: ad esempio, il bacillo della peste o il bacillo dell'antrace. Ma, di regola, non incontri persone così. Ma altri possono vivere dentro di noi e farci del bene e del male allo stesso tempo. Ad esempio, il famoso Helicobacter pylori, che è stato collegato alle ulcere e al cancro allo stomaco, sembra prevenire il cancro esofageo. Tutto è relativo. Se il corpo tiene sotto controllo un particolare batterio, si comporta in silenzio, e se il sistema immunitario si indebolisce improvvisamente, può trarne vantaggio. Il batterio vivrà pacificamente nell'intestino, ma se entra accidentalmente nel flusso sanguigno provocherà una grave reazione immunitaria con gravi conseguenze. L'Escherichia coli è benefica nell'intestino, ma causa problemi ad altri organi. È anche impossibile espellere i batteri da noi stessi, per non dare loro motivo di tradirci: dopotutto ci aiutano nella digestione, nella regolazione del sistema immunitario e così via. È necessario accogliere questi batteri e imparare a controllarli.

- Il corpo umano è un condominio, un blocco di servizi comunali o, piuttosto, un edificio per uffici?

Questa è una città con diversi segmenti della popolazione che vivono in aree diverse. Alcuni microbi semplicemente vivono sfruttando le infrastrutture adeguate, altri lavorano anche per l'organismo che li ospita e vengono catturati anche i criminali: se un microbo infila la testa dove non dovrebbe, le cellule poliziesche del sistema immunitario lo prenderanno immediatamente metterlo in circolazione.

- Cos'è essenzialmente l'unione dell'uomo con i batteri? Quanto è paritario e chi ne trae maggiori benefici?

A causa delle diverse dimensioni, le nostre idee sui vantaggi sono semplicemente incomparabili! Se consideriamo il microbioma nel suo insieme (siamo approssimativamente uguali in termini cellulari, sebbene nel nostro corpo ci sia un terzo in più di cellule microbiche rispetto al nostro), allora possiamo dire che una persona avrà difficoltà senza di esso. Ma i microbi probabilmente troveranno altri ospiti. I microbi vivevano sulla Terra prima dell’uomo e non scompariranno nemmeno dopo la morte dell’umanità. L’alleanza con loro è sicuramente vantaggiosa per noi, e stiamo imparando a trarne sempre più benefici, a utilizzare i microbi per migliorare la nostra esistenza, anche quelli che non sono specificamente associati alle persone: nell’industria alimentare, ad esempio .

- Quali sono le azioni compiute dai batteri dentro di noi che suscitano maggiore sorpresa?

I microbi svolgono molto lavoro utile per noi nelle prime fasi della vita. Ad esempio, aiutano a formare i villi intestinali e a rinnovare gli strati delle sue pareti. Aiutano il sistema immunitario a maturare, stimolano lo sviluppo di diversi gruppi di cellule immunitarie, le addestrano e, insieme a loro, forniscono l'immunità, impostandola contro altri batteri, ma non contro se stessi. Stanno comparendo lavori scientifici che parlano dell'influenza dei batteri sullo sviluppo delle cellule nervose, sul cervello, sul comportamento.

Una delle più grandi rivelazioni per me è stata come alcuni batteri creino un ecosistema sano per il bambino con l'aiuto del latte materno. Si scopre che è necessario non per il bambino stesso, ma per i batteri al suo interno, in modo che facciano il loro lavoro. E lì tutto è collegato: latte, batteri, intestino sano, sistema immunitario e possibilmente sviluppo del cervello. Questo è sorprendente. Ed è difficile.

-Per chi pensi che sia stato scritto questo libro? Chi ne trarrà beneficio?

Sarà interessante e utile per coloro che sono interessati alla biologia e sono interessati anche ai problemi di salute. Questi, ovviamente, non sono solo biologi e medici, ma anche molte persone curiose che vogliono comprendere la struttura della natura e dell'uomo come parte di essa. Coloro che non hanno una formazione speciale non dovrebbero lasciarsi scoraggiare dal contenuto apparentemente ristretto del libro; è scritto in modo piuttosto vivace, direi anche scherzoso in alcuni punti e in un linguaggio non particolarmente complesso. Anche se potrei avere un pregiudizio cognitivo qui a causa del mio background in biologia. Tuttavia, in molti punti richiederà una lettura ponderata, questo non è un testo per "manichini", scritto nel linguaggio dei bambini, è un testo scientifico popolare, dove entrambe le componenti - "popolare" e "scientifico" - sono ugualmente significative. Ti racconto di me: sono tutt'altro che un microbiologo, e i microbi con tutti i loro segreti e superpoteri di solito mi interessavano poco. Ma ora guardo il mondo che mi circonda in un modo nuovo: sono giunto alla conclusione che oggetti e creature familiari visibili all'occhio sono in costante interazione con il mondo dei microbi. Come scrisse Yong alla fine del primo capitolo, “anche se non riesco a vederlo ad occhio nudo, finalmente posso vederlo”.

- Qual è, secondo te, la differenza tra i lettori russi di questo libro e il suo pubblico originale di lingua inglese? Ci sarà una differenza nella percezione? E il libro stesso: è cambiato molto da quando ha ricevuto un volto russo?

Il pubblico che consuma la letteratura scientifica popolare in Occidente è enorme e la fantascienza “si arrampica” da tutte le fessure, comprese le normali pubblicazioni socio-politiche. Ora in Russia c'è stato un netto aumento del pubblico interessato alla scienza, ma mi sembra ancora che a questo riguardo siamo in ritardo rispetto agli Stati Uniti e alla Gran Bretagna. Ad esempio, nei media e nella blogosfera in lingua inglese, la microbiologia è molto popolare, almeno a giudicare dalle statistiche di visualizzazione disponibili sui siti web. Questo argomento non suscita un interesse così diffuso tra noi. Se parliamo dei microbi come di una possibile minaccia o di una sostanza utile in casa, allora l'orecchio del lettore è più o meno allarmato, ma i microbi come parte della natura non toccano più molte persone. Non si è ancora sviluppata la comprensione che la vita dei microbi e la scienza che li riguarda possa essere affascinante. Pertanto, se parliamo del lettore di massa, la differenza nella percezione potrebbe essere dovuta alla diversa preparazione iniziale per questa stessa percezione.

Per quanto riguarda alcuni momenti e contesti culturali comprensibili per i residenti negli Stati Uniti e in Gran Bretagna, ma incomprensibili per noi, ce ne sono pochi nel libro e, laddove si presenta la necessità di spiegazioni, vengono forniti. In generale, abbiamo cercato di realizzare una traduzione il più vicino possibile all'originale nel significato. La traduzione è stata verificata riga per riga rispetto all'originale. Hanno anche provato ad adattare il gioco e le allusioni dell’autore. Sono riusciti persino a tradurre i giochi di parole e, mi sembra, con successo. Il lettore di lingua russa sarà soddisfatto. Ebbene, visto che sono un biologo, mi sono preso la libertà di fare un editing scientifico: mi sono assicurato che i termini fossero usati correttamente, e ho aggiunto delle note con alcune spiegazioni. Inoltre, poiché nell'anno trascorso dalla pubblicazione del libro all'estero, sono stati pubblicati nuovi articoli scientifici sugli argomenti in esso trattati, ho, per quanto possibile, aggiunto queste pepite di nuove conoscenze nelle note a piè di pagina e aggiornato la bibliografia.

- Cosa pensi dello stato attuale della divulgazione della scienza nel nostro Paese? Quali libri scientifici popolari dovrebbero essere più presenti sugli scaffali delle librerie?

Al giorno d'oggi, con la divulgazione della scienza in Russia, tutto va molto bene rispetto a dieci anni fa. Tanti eventi, festival, conferenze con la partecipazione di personaggi di spicco e famosi. Appaiono regolarmente nuovi attivisti di talento che riescono a unirsi ai ranghi della divulgazione. Mi dà piuttosto fastidio che molte persone, avendo notato una tendenza, stiano cercando di parteciparvi per il bene di divulgare non tanto la scienza quanto se stessi, ma anche per trarne profitto. Spesso tale “divulgazione” è mediocre, poco originale e, direi, addirittura volgare. Questo è un fenomeno spiacevole. La divulgazione di alta qualità non può essere un bene di consumo per definizione. Ma in televisione c’è pochissima divulgazione di qualità. È qui che vedo il problema. E ciò deriva in gran parte dalla riluttanza dei divulgatori a partecipare al “circo” trasmesso in TV. Qualunque cosa si dica sulla morte della televisione, essa resta comunque un canale molto efficace per trasmettere informazioni. Mentre i divulgatori non vogliono andare a valutare le discussioni sui problemi attuali che in un modo o nell'altro fanno appello alla scienza, per paura di essere sputati, ci vanno tutti i tipi di clown e oscurantisti. Ce ne sono moltissimi anche su Internet, con un pubblico enorme. Solo su Internet c'è più spazio, non puoi spremerne gli oscurantisti, ma in TV tutto è "canalizzato" - quindi devi usare questi canali, inviare lì in massa "bot scientifici". Ma questo è un argomento per una grande discussione separata.

Per quanto riguarda quali libri dovrebbero esserci di più, beh, questo non viene deciso "per ordine". Un buon libro di divulgazione scientifica nasce se l'autore è veramente appassionato di un argomento specifico e della sua divulgazione. Questo libro non passerà inosservato. Personalmente non mi piace quando un testo è scritto secondo le esigenze della folla: si tratta di tentativi di trasmettere loro la scienza in un linguaggio quotidiano, a volte addirittura addirittura idiota, ma “alla moda”. Adoro i libri che mantengono un equilibrio tra scientifico e popolare, e qui non è più così importante di quali scienze parli questo libro: risulta essere degno e troverà il suo lettore, anche se non così diffuso.

- Stai guidando il progetto scientifico popolare “Batrachospermum”. Da dove viene questo nome?

Dal nome scientifico di un'alga. Abbiamo chiamato così il giornale murale al dipartimento di biologia nel 2000, quando eravamo matricole divertenti, semplicemente perché sembrava sfacciato e divertente, e i nostri materiali erano gli stessi. Ora questa è una rivista online sulla scienza, tutto è serio, ma a volte provocatorio e divertente, nella tradizione del marchio.

Scienza del microbioma

Non sappiamo se l'uomo sia solo nell'Universo. Ma è risaputo che non è solo anche quando è solo. E non solo non solo. Ognuno di noi contiene almeno 100 trilioni di esseri viventi, sia benefici che dannosi, e il loro peso totale raggiunge i 3-4 chilogrammi. La maggior parte di loro vive nel nostro intestino, ma ci sono anche quelli che hanno messo radici nel nostro naso, nelle nostre mani, negli occhi, nelle orecchie, nella pelle - in generale, in ogni angolo del nostro corpo. E la nostra salute, l'umore, il peso e persino la capacità di pensare in modo sensato dipendono da chi si è stabilito in noi in questo momento.

Negli ultimi anni, gli scienziati di tutto il mondo hanno condotto ricerche nel campo del microbioma (la cosiddetta comunità di batteri che considera il nostro corpo la loro casa) - e quasi ogni giorno fanno scoperte sorprendenti. Il loro obiettivo è fare in modo che i batteri servano la nostra salute, cioè salvarci da molte malattie, dalla diarrea al diabete. Qui stanno accadendo delle novità, ha scoperto l'editorialista di MK.

Il nostro cervello è controllato dai batteri

La microflora, detta anche microbiota, è un insieme di microrganismi unicellulari che vivono sia su di noi che nelle nostre vicinanze. Incredibile, ma vero: i batteri che vivono in noi sono decine di volte maggiori del numero di cellule che compongono il nostro corpo! Cioè, una persona non è realmente una persona, ma solo un insieme di microrganismi che vivono la propria vita. Ma soprattutto, gli scienziati hanno riconosciuto che le idee precedenti sui microrganismi unicellulari si sono rivelate errate. Questo esercito invisibile influenza tutti gli ambiti della nostra vita: può renderci intelligenti o stupidi, sani o malati, felici o tristi. E anche gustoso o sgradevole per le zanzare: sì, anche i microbi che vivono sulla pelle sono responsabili di questa caratteristica individuale!

Nel nostro tratto gastrointestinale vivono 300-400 specie di batteri: queste sono quelle identificate dagli scienziati. È vero, mentre i luminari della scienza non sanno cosa fa la maggior parte di queste creature, sono state studiate letteralmente diverse dozzine di individui. Tuttavia, oggi è accertato che se tra questi piccoli abitanti si verifica qualche tipo di squilibrio, cioè alcuni diventano di più e altri di meno, si sviluppano malattie: allergie, malattie del fegato, malattie del pancreas, artrite, autismo, depressione e persino cancro. Pertanto, un gruppo internazionale di scienziati ha scoperto che la maggior parte dei pazienti con malattia di Alzheimer presenta un grave squilibrio della microflora intestinale. La situazione è quasi simile nei bambini con autismo.

Il microbioma influenza letteralmente ogni aspetto della nostra vita. I batteri nocivi portano allo sviluppo di malattie. Quelli benefici ci proteggono dai microbi patogeni, neutralizzano le tossine, producono le vitamine e gli ormoni necessari e aiutano ad assorbire importanti microelementi dal cibo.

Anche la tendenza di una persona all’obesità dipende dalla composizione del microbioma. E la cosiddetta intelligenza emotiva (EQ - la capacità di una persona di comprendere correttamente le proprie emozioni e quelle degli altri e, di conseguenza, gestirle) dipende direttamente dal regno dei batteri che vivono nell'intestino. “Ce ne sono più che stelle nella galassia, e tutti hanno voce in capitolo. È il microbiota che regola il funzionamento del cervello”, afferma il famoso medico pediatrico, capo del dipartimento della facoltà di pediatria n. 2 dell’omonima Università russa di ricerca medica. N.I. Pirogova, direttore scientifico del Centro di immunologia e allergologia di Mosca, professor Andrei Prodeus. I batteri sono in grado di cambiare il comportamento umano e persino di ispirare desideri, costringendoci a suonare secondo i loro ritmi. Ad esempio, mangiare dolci. Una volta si pensava che avessi un debole per i dolci, ma ora è stato accertato che la tua voglia di torte gelato dipende dalla presenza o meno di batteri chiamati clostridi nel tuo intestino. Si nutrono di zuccheri semplici e ci inducono a mangiare cioccolato e biscotti. O ricordi gli yogurt che ti fanno sorridere la pancia? Oggi gli scienziati affermano seriamente che i batteri contenuti nello yogurt possono renderci calmi e tristi, perché alcuni batteri sopprimono il livello della serotonina, l'ormone della felicità, come hanno rilevato gli scienziati dell'APC (Centro Farmabiotico Alimentare). E non solo noi, ma anche altri animali. Un recente esperimento sui topi condotto in Italia ha dimostrato che le femmine di topo nate in condizioni sterili (cioè private della microflora naturale) si sono rivelate stupide e aggressive e avevano anche una memoria da ragazzina.

Chi vive in casa?

I nostri intestini sono abitati da rappresentanti del regno arcaico: organismi unicellulari. Si tratta principalmente di metanogeni: fanno facilmente a meno dell'ossigeno, aiutano a digerire il cibo ed emettono gas metano.

Gli eucarioti (funghi e lieviti) e i batteri vivono nell'intestino, così come nelle zone intime. Uno dei batteri più famosi è l'Escherichia coli (Escherichia coli). In passato si credeva che provocasse disturbi alle feci, ma oggi si sa che esistono varietà di questo batterio che apportano benefici eccezionali. Oppure prendi l'Helicobacter pylori: in grandi quantità provoca ulcere e cancro allo stomaco, ma in piccole quantità è necessario per la digestione.

Sulla pelle vive una grande varietà di batteri: sono responsabili del nostro odore e dell'attrazione per le zanzare. Fatto sorprendente: la comunità di batteri della mano destra è radicalmente diversa dalla comunità di batteri della sinistra. Non c'è ancora alcuna spiegazione per questo. Ma gli scienziati stanno già proponendo di introdurre le impronte microbiche, che sono uniche per ognuno di noi.

Un abitante popolare del naso è lo Staphylococcus aureus. Finora sono note solo le sue proprietà dannose, ma gli scienziati suggeriscono che altri microbi nasali nella maggior parte dei casi ne impediscono la diffusione.

Lo Streptococcus mutans vive nella bocca: è stato stabilito che è questo che consuma i nostri denti e causa la carie. In generale, i batteri orali aiutano a regolare la pressione sanguigna rilasciando ossido nitrico, rilassando così le arterie.

Microbioma per la salute

La scienza del microbioma si sta sviluppando rapidamente, con scoperte fatte quasi ogni giorno. Oggi in questo settore sono stati investiti quasi 1,5 miliardi di dollari. Dopotutto, i microbi erano precedentemente considerati la fonte delle malattie, ma ora è chiaro che svolgono un ruolo importante non solo nello sviluppo delle malattie, ma anche nel mantenimento della salute.

Si prevede che il microbioma sarà presto utilizzato per trattare più di 50 disturbi diversi, tra cui il diabete mellito, le malattie infiammatorie intestinali, l’aterosclerosi, la dermatite, l’asma, l’intolleranza al lattosio, l’immunodeficienza e il cancro del colon-retto. “La ricerca mostra che le soluzioni mediche basate sul microbioma hanno il potenziale per avere un impatto positivo su tutti gli aspetti della salute umana e aiutare a guarire le persone in tutto il mondo. Il nostro istituto conduce ricerche per spiegare il ruolo unico e molto importante svolto dal microbiota. Siamo ispirati dalle possibilità illimitate che il microbioma offre per prevedere, diagnosticare e curare molte malattie, anche attraverso l’uso di reazioni naturali del corpo”, afferma Dirk Gevers, capo del più grande Human Microbiome Institute (JHMI).

Gli scienziati della JHMI stanno studiando come cambia il microbioma sotto l'influenza di fattori genetici, fattori ambientali, nutrizione, ecc. Ciò aiuterà a capire come far sì che i piccoli abitanti del nostro corpo servano la sua salute. Insieme al Weizmann Institute of Science (Israele), i ricercatori americani del JHMI stanno studiando come la composizione del microbioma influisce sui disturbi metabolici e come può aiutare a trattare i disturbi metabolici. Si prevede di sviluppare raccomandazioni nutrizionali che aiuteranno a prevenire lo sviluppo della sindrome metabolica, del diabete mellito di tipo 2 e delle sue complicanze. I ricercatori stanno studiando i microbiomi di diverse persone e sperimentando su di essi nuovi farmaci. "Insieme svilupperemo nuove idee per risolvere i problemi metabolici attraverso la diagnostica e la terapia microbiologica", ha affermato Dirk Gevers.

Qualcosa è già stato inventato. Ad esempio, sono stati sviluppati cocktail con microrganismi e batteriofagi per sostenere la salute del microbioma. Medicinali che possono aumentare il numero di alcuni batteri e sopprimerne altri. Test diagnostici che determinano le cause delle malattie in base alla composizione della microflora. Vaccini che correggono la risposta del sistema immunitario ai cambiamenti nel microbioma.

Tutto ciò consentirà di trattare le malattie in modo più specifico, influenzando le cause delle malattie a livello genetico.

Come curare la tua microflora

JHMI osserva che la composizione e la diversità della comunità microbica sono direttamente influenzate dalla dieta, dai farmaci e da altri fattori esterni. E anche cose semplici come cambiare stile di vita, alimentazione o assumere cocktail microbici possono curare o prevenire la malattia.

La ricerca aiuta gli scienziati. Recentemente, il Dipartimento di Genetica del Centro Medico dell'Università di Groningen ha scoperto che almeno 60 categorie di alimenti e diversi tipi di diete hanno un effetto o l'altro sulla microflora intestinale. Si è scoperto che i microbiomi delle persone che mangiano regolarmente frutta, verdura e latticini sono più diversificati. Ma il consumo eccessivo di carne riduce la diversità degli organismi rispetto a una dieta dominata da frutta e verdura.

Gli scienziati hanno anche cercato di scoprire quali farmaci modificano maggiormente la composizione del microbiota e quali meno. Si è scoperto che 19 tipi di farmaci influenzano l '"ecosistema interno" di una persona. E non si tratta solo dei noti antibiotici e farmaci che riducono l'acidità di stomaco. La “lista nera” comprendeva antidepressivi e ACE inibitori (medicinali assunti per l’insufficienza cardiaca e per abbassare la pressione sanguigna).

Uno dei principali esperti russi coinvolti nella ricerca sul microbiota, il biologo Dmitry Alekseev, afferma che oggi questa ricerca è della massima qualità e della più ampia: “Possiamo dire che questo è l'inizio di un'intera direzione nella scienza. La Russia sta attualmente conducendo un proprio, più modesto studio sulla popolazione dell'ohmygut, i cui risultati sarebbero interessanti da confrontare con quelli di uno studio condotto da colleghi olandesi. Ma possiamo già dire che nel campione olandese il numero di organismi con microbiota alterato dall’uso di antibiotici sarà significativamente inferiore che in Russia: in questo Paese l’uso degli antibiotici è severamente limitato da medici e farmacisti, ma nel nostro Paese possono essere acquistato in farmacia senza prescrizione medica. Gli olandesi hanno anche identificato fattori inaspettati che influenzano il microbiota. Ad esempio, nell'uso dei farmaci, ci si aspettava che gli antibiotici sarebbero venuti prima, ma nel campione olandese si sono distinti gli inibitori della pompa protonica (PPI), farmaci che vengono utilizzati abbastanza spesso in gastroenterologia nel mondo e sono ancora considerati sicuri. Un’altra scoperta: le persone che mangiavano più frutta avevano livelli significativamente più bassi del peptide cromogranina A (CgA), un indicatore di stress, rispetto a quelli che mangiavano carne. Quindi mangia la frutta e sarai meno nervoso!”

Inoltre, i prodotti a base di latte fermentato, soprattutto quelli arricchiti con batteri benefici, hanno un effetto positivo sulla composizione del microbiota.

Non tutto è così roseo

Eppure, la scienza del microbioma è una direzione promettente, ma nuova. E molti esperti vedono i progressi in questo settore con una buona dose di scetticismo. Come afferma il capo dell’azienda di biotecnologia Oleg Paroshin, il collegamento tra lo sviluppo di malattie e il microbioma è ancora solo un’ipotesi: “Non ci sono ancora fatti concreti che dimostrino questo collegamento. Da tempo si discute della questione dell’influenza del microbioma intestinale sul rischio di sviluppare il cancro. Ma se, ad esempio, è già stato stabilito che il fattore chiave per lo sviluppo del cancro allo stomaco è l'Helicobacter pylori, allora il batterio che è l'agente eziologico del cancro intestinale non è stato ancora identificato. Esistono ipotesi riguardanti l'influenza diretta dei prodotti di scarto e degli enzimi di alcuni tipi di microrganismi intestinali, che possono portare alla degenerazione oncologica delle cellule (soprattutto del colon). Spero che ulteriori ricerche sul genoma del microbioma umano rivelino i colpevoli specifici della degenerazione oncologica dei tessuti sani”.

Paroshin concorda tuttavia sul fatto che una dieta sana consente di coltivare ceppi di microrganismi più benefici: “La composizione delle specie del microbioma, che ha un effetto quasi illimitato sul corpo umano, dipende dal cibo che mangiamo. Può anche influenzare lo sviluppo di molte malattie. In altre parole, i batteri che predominano nel microbioma sono determinati proprio dalla natura del cibo consumato, e sono loro che, forse, determinano principalmente la natura della malattia”.

In generale, gli scienziati hanno ancora molte domande. Come si è scoperto, il microbioma ha una struttura molto più complessa persino dei geni umani, quindi deve ancora essere studiato a fondo. Eppure, i ricercatori sperano di ottenere risposte alle loro domande nel prossimo futuro...

Il meglio di "MK" - in una breve newsletter serale: iscriviti al nostro canale in

I batteri sono comparsi circa 3,5-3,9 miliardi di anni fa, sono stati i primi organismi viventi sul nostro pianeta. Nel corso del tempo, la vita si è sviluppata ed è diventata più complessa: sono apparse nuove forme di organismi ogni volta più complesse. I batteri non sono rimasti da parte per tutto questo tempo; al contrario, sono stati la componente più importante del processo evolutivo. Sono stati i primi a sviluppare nuove forme di supporto vitale, come la respirazione, la fermentazione, la fotosintesi, la catalisi... e hanno anche trovato modi efficaci per convivere con quasi tutte le creature viventi. L'uomo non ha fatto eccezione.

All'interno degli esseri umani, come negli altri mammiferi, vive un numero inimmaginabilmente elevato di batteri. Ce ne sono 10 volte di più nel nostro corpo di tutte le cellule del corpo messe insieme. Tra loro, la maggioranza assoluta sono utili, ma il paradosso è che la loro attività vitale, la loro presenza in noi è una situazione normale, dipendono da noi, noi a nostra volta da loro, e allo stesso tempo non sentire qualche segno di questa cooperazione. Un'altra cosa è dannosa, ad esempio, i batteri patogeni, una volta dentro di noi la loro presenza diventa subito evidente e le conseguenze della loro attività possono diventare molto gravi.

La maggior parte delle persone è abituata a vedere i batteri in modo negativo. E non c'è da stupirsi! Dopotutto, molto spesso li ricordiamo insieme a parole come infezione, mal di gola, dissenteria... Questo elenco malsano può essere continuato a lungo, ma nel frattempo i batteri aiutano il nostro corpo più di quanto danneggiano. E cercare di “bruciarli” tutti con gli antibiotici non ne vale assolutamente la pena.

Conosci i batteri che costituiscono il 90% delle cellule viventi del tuo corpo. Il corpo umano ospita trilioni di organismi viventi, dall'Escherichia coli a forma di bastoncello che usa la coda per nuotare su e giù nelle nostre viscere, alla salmonella, che può avvelenare il cibo o vivere tranquillamente sulla nostra pelle senza farci del male.

1. Immagine computerizzata di batteri (blu e verde) sulla pelle umana. Molti tipi di batteri vivono sulla pelle umana, soprattutto nelle ghiandole sudoripare e nei follicoli piliferi. Di solito non causano problemi, anche se alcuni possono causare dolore. I batteri di solito diventano un problema quando penetrano nella pelle, ad esempio attraverso tagli o abrasioni. (SPL/MEDIA BARCROFT)

2. Ci sono da 500 a 1000 tipi diversi di batteri in un corpo umano. Si moltiplicano, formando circa 100 trilioni di cellule individuali, 10 volte più grandi delle cellule umane, che compongono il nostro corpo. Nella foto: il batterio Helicobacter pylori, che causa l'ulcera peptica dello stomaco e del duodeno. (SPL/MEDIA BARCROFT)

3. "Il solo intestino umano contiene quasi 1,81 kg di batteri", afferma il dott. Roy Slator. “In effetti, siamo solo il 10% umani, il resto sono microbi”. Nella foto: catene di streptococchi. I batteri Gram-positivi di forma ovale sono una delle cause della polmonite. Sebbene vivano in modo abbastanza armonioso nel nostro corpo, a volte possono causare pericolose infezioni ai polmoni. (SPL/MEDIA BARCROFT)

4. Il fatto che abbiamo così tanti batteri nel nostro corpo può sembrare eccitante, ma il dottor Slator dice che i batteri ci fanno bene e senza di loro non sopravviveremmo a lungo. “Questa relazione tra batteri e esseri umani è puramente simbolica. In cambio del cibo, i batteri aiutano la nostra digestione, producono vitamine e rafforzano il nostro sistema immunitario. Ci proteggono anche dalle infezioni." Nella foto: E. coli nelle viscere. E. coli può causare diarrea. (SPL/MEDIA BARCROFT)

5. Visualizzazione concettuale di numerosi cocchi sulla superficie delle cellule. (SPL/MEDIA BARCROFT)

6. Immagine computerizzata di un tipico batterio a forma di bastoncino. (SPL/MEDIA BARCROFT)

7. Batteri galleggianti. (SPL/MEDIA BARCROFT)

8. Immagine computerizzata dell'Helicobacter pylori. (SPL/MEDIA BARCROFT)

9. Tipico batterio ciliato a forma di bastoncino. (SPL/MEDIA BARCROFT)

10. Helicobacter pylori. (SPL/MEDIA BARCROFT)

11. I tipici batteri a forma di bastoncino includono E. coli e salmonella, ma ce ne sono altri. Questi batteri hanno flagelli a un'estremità, che usano per muoversi. (SPL/MEDIA BARCROFT)

12. Streptococco fecale. Questo batterio è uno dei cosiddetti superbatteri che in alcune fasi del suo sviluppo nel sistema del paziente è resistente agli antibiotici. (SPL/MEDIA BARCROFT)

13. Helicobacter pylori nello stomaco umano. Questi batteri causano la gastrite e sono la causa del cancro allo stomaco. Pylori può anche essere causa o cofattore del cancro, poiché la presenza di questi batteri aumenta il rischio di sviluppare tumori allo stomaco. (SPL/MEDIA BARCROFT)

E ora nel dettaglio e in ordine:

I batteri sono il gruppo più antico di organismi attualmente esistenti sulla Terra. I primi batteri apparvero probabilmente più di 3,5 miliardi di anni fa e per quasi un miliardo di anni furono gli unici esseri viventi sul nostro pianeta. Poiché questi furono i primi rappresentanti della natura vivente, il loro corpo aveva una struttura primitiva.

Nel corso del tempo, la loro struttura è diventata più complessa, ma fino ad oggi i batteri sono considerati gli organismi unicellulari più primitivi. È interessante notare che alcuni batteri conservano ancora le caratteristiche primitive dei loro antichi antenati. Ciò si osserva nei batteri che vivono nelle sorgenti calde sulfuree e nel fango anossico sul fondo dei bacini idrici.

La maggior parte dei batteri sono incolori. Solo pochi sono viola o verdi. Ma le colonie di molti batteri hanno un colore brillante, causato dal rilascio di una sostanza colorata nell'ambiente o dalla pigmentazione delle cellule.

Lo scopritore del mondo dei batteri fu Anthony Leeuwenhoek, un naturalista olandese del XVII secolo, che per primo creò un microscopio con ingrandimento perfetto che ingrandisce gli oggetti 160-270 volte.

I batteri sono classificati come procarioti e sono classificati in un regno separato: i batteri.

La forma del corpo

I batteri sono organismi numerosi e diversi. Variano nella forma.

Nome del batterio	Forma dei batteri	Immagine dei batteri
Cocchi		A forma di palla
Bacillo		A forma di bastoncino
Vibrione		A forma di virgola
Spirillum		Spirale
Streptococchi		Catena di cocchi
Stafilococco		Grappoli di cocchi
Diplococco		Due batteri rotondi racchiusi in una capsula mucosa

Metodi di trasporto

Tra i batteri esistono forme mobili e immobili. I mobili si muovono grazie a contrazioni ondulatorie o con l'aiuto di flagelli (fili elicoidali ritorti), che consistono in una proteina speciale chiamata flagellina. Possono essere presenti uno o più flagelli. In alcuni batteri si trovano a un'estremità della cellula, in altri a due o su tutta la superficie.

Ma il movimento è inerente anche a molti altri batteri privi di flagelli. Pertanto, i batteri ricoperti esternamente di muco sono in grado di scivolare.

Alcuni batteri acquatici e del suolo privi di flagelli hanno vacuoli gassosi nel citoplasma. In una cellula possono esserci 40-60 vacuoli. Ciascuno di essi è pieno di gas (presumibilmente azoto). Regolando la quantità di gas nei vacuoli, i batteri acquatici possono affondare nella colonna d'acqua o risalire in superficie, mentre i batteri del suolo possono spostarsi nei capillari del suolo.

Habitat

Grazie alla loro semplicità organizzativa e senza pretese, i batteri sono molto diffusi in natura. I batteri si trovano ovunque: in una goccia anche della più pura acqua di sorgente, nei granelli di terra, nell'aria, sulle rocce, nella neve polare, nelle sabbie del deserto, sul fondo dell'oceano, nel petrolio estratto da grandi profondità e persino negli acqua di sorgenti termali con una temperatura di circa 80ºC. Vivono su piante, frutti, vari animali e nell'uomo nell'intestino, nella cavità orale, negli arti e sulla superficie del corpo.

I batteri sono gli esseri viventi più piccoli e numerosi. A causa delle loro piccole dimensioni, penetrano facilmente in eventuali crepe, fessure o pori. Molto resistente e adatto a varie condizioni di vita. Tollerano l'essiccazione, il freddo estremo e il riscaldamento fino a 90ºC senza perdere la loro vitalità.

Non c'è praticamente nessun posto sulla Terra dove non si trovino i batteri, se non in quantità variabili. Le condizioni di vita dei batteri sono varie. Alcuni di loro necessitano di ossigeno atmosferico, altri non ne hanno bisogno e sono in grado di vivere in un ambiente privo di ossigeno.

Nell'aria: i batteri salgono nell'atmosfera superiore fino a 30 km. e altro ancora.

Ce ne sono soprattutto molti nel terreno. 1 g di terreno può contenere centinaia di milioni di batteri.

In acqua: negli strati superficiali dell'acqua in bacini aperti. I batteri acquatici benefici mineralizzano i residui organici.

Negli organismi viventi: i batteri patogeni entrano nel corpo dall'ambiente esterno, ma solo in condizioni favorevoli causano malattie. I simbiotici vivono negli organi digestivi, aiutando a scomporre e assorbire il cibo e a sintetizzare le vitamine.

Struttura esterna

La cellula batterica è ricoperta da uno speciale guscio denso: una parete cellulare, che svolge funzioni protettive e di supporto e conferisce al batterio anche una forma permanente e caratteristica. La parete cellulare di un batterio assomiglia alla parete di una cellula vegetale. È permeabile: attraverso di esso i nutrienti passano liberamente nella cellula e i prodotti metabolici escono nell'ambiente. Spesso i batteri producono uno strato protettivo aggiuntivo di muco sopra la parete cellulare: una capsula. Lo spessore della capsula può essere molte volte maggiore del diametro della cellula stessa, ma può essere anche molto piccolo. La capsula non è una parte essenziale della cellula; si forma a seconda delle condizioni in cui si trovano i batteri. Protegge i batteri dalla disidratazione.

Sulla superficie di alcuni batteri sono presenti lunghi flagelli (uno, due o molti) o villi corti e sottili. La lunghezza del flagello può essere molte volte maggiore della dimensione del corpo del batterio. I batteri si muovono con l'aiuto di flagelli e villi.

Struttura interna

All'interno della cellula batterica c'è un citoplasma denso e immobile. Ha una struttura a strati, non sono presenti vacuoli, quindi nella sostanza del citoplasma stesso si trovano varie proteine ​​(enzimi) e nutrienti di riserva. Le cellule batteriche non hanno un nucleo. Nella parte centrale della loro cellula è concentrata una sostanza che trasporta l'informazione ereditaria. Batteri - acido nucleico - DNA. Ma questa sostanza non forma un nucleo.

L'organizzazione interna di una cellula batterica è complessa e ha caratteristiche specifiche. Il citoplasma è separato dalla parete cellulare dalla membrana citoplasmatica. Nel citoplasma c'è una sostanza principale, o matrice, ribosomi e un piccolo numero di strutture di membrana che svolgono una varietà di funzioni (analoghi dei mitocondri, reticolo endoplasmatico, apparato del Golgi). Il citoplasma delle cellule batteriche contiene spesso granuli di varie forme e dimensioni. I granuli possono essere composti da composti che fungono da fonte di energia e carbonio. Nella cellula batterica si trovano anche goccioline di grasso.

Nella parte centrale della cellula è localizzata la sostanza nucleare: il DNA, che non è delimitato dal citoplasma da una membrana. Questo è un analogo del nucleo: un nucleoide. Il nucleoide non ha una membrana, un nucleolo o un insieme di cromosomi.

Metodi alimentari

I batteri hanno diversi metodi di alimentazione. Tra questi ci sono autotrofi ed eterotrofi. Gli autotrofi sono organismi che possono formare autonomamente sostanze organiche per la loro nutrizione.

Estrarre sostanze nutritive da materiale organico morto e in decomposizione. Solitamente secernono i loro enzimi digestivi in ​​questo materiale in decomposizione e quindi assorbono e assimilano i prodotti disciolti.

Vivono insieme ad altri organismi e spesso apportano loro benefici tangibili. Batteri che vivono negli ispessimenti delle radici delle piante leguminose.

Vivono all'interno o sopra un altro organismo, riparandosi e nutrendosi dei suoi tessuti. Causano varie malattie: batteriosi.

Le piante hanno bisogno di azoto, ma non possono assorbirlo dall'aria. Alcuni batteri combinano le molecole di azoto presenti nell’aria con altre molecole, producendo sostanze disponibili per le piante.

Questi batteri si depositano nelle cellule delle radici giovani, il che porta alla formazione di ispessimenti sulle radici, chiamati noduli. Tali noduli si formano sulle radici delle piante della famiglia delle leguminose e di alcune altre piante.

Le radici forniscono ai batteri carboidrati e i batteri forniscono alle radici sostanze contenenti azoto che possono essere assorbite dalla pianta. La loro convivenza è reciprocamente vantaggiosa.

Le radici delle piante secernono molte sostanze organiche (zuccheri, aminoacidi e altre) di cui si nutrono i batteri. Pertanto, soprattutto molti batteri si depositano nello strato di terreno che circonda le radici. Questi batteri convertono i detriti vegetali morti in sostanze disponibili per le piante. Questo strato di terreno è chiamato rizosfera.

Esistono diverse ipotesi sulla penetrazione dei batteri nodulari nel tessuto radicale:

• attraverso danni al tessuto epidermico e corticale;
• attraverso i peli radicali;
• solo attraverso la membrana cellulare giovane;
• grazie ai batteri compagni che producono enzimi pectinolitici;
• dovuto alla stimolazione della sintesi dell'acido B-indolacetico a partire dal triptofano, sempre presente nelle secrezioni radicali delle piante.

Il processo di introduzione dei batteri nodulari nel tessuto radicale consiste in due fasi:

• infezione dei peli radicali;
• processo di formazione del nodulo.

Nella maggior parte dei casi, la cellula invasore si moltiplica attivamente, forma i cosiddetti fili infettivi e, sotto forma di tali fili, si sposta nel tessuto vegetale. I batteri del nodulo che emergono dal filo dell'infezione continuano a moltiplicarsi nel tessuto ospite.

Le cellule vegetali piene di cellule di batteri noduli che si moltiplicano rapidamente iniziano a dividersi rapidamente. La connessione di un giovane nodulo con la radice di una pianta leguminosa viene effettuata grazie a fasci vascolo-fibrosi. Durante il periodo di funzionamento, i noduli sono generalmente densi. Quando si verifica l'attività ottimale, i noduli acquisiscono un colore rosa (grazie al pigmento legemoglobina). Solo i batteri che contengono legemoglobina sono in grado di fissare l'azoto.

I batteri noduli creano decine e centinaia di chilogrammi di fertilizzante azotato per ettaro di terreno.

Metabolismo

I batteri differiscono tra loro nel loro metabolismo. Per alcuni ciò avviene con la partecipazione dell'ossigeno, per altri senza di esso.

La maggior parte dei batteri si nutre di sostanze organiche già pronte. Solo pochi di essi (blu-verdi o cianobatteri) sono in grado di creare sostanze organiche da sostanze inorganiche. Hanno svolto un ruolo importante nell'accumulo di ossigeno nell'atmosfera terrestre.

I batteri assorbono sostanze dall'esterno, fanno a pezzi le loro molecole, assemblano il loro guscio da queste parti e riempiono il loro contenuto (è così che crescono) ed espellono le molecole non necessarie. Il guscio e la membrana del batterio gli consentono di assorbire solo le sostanze necessarie.

Se il guscio e la membrana di un batterio fossero completamente impermeabili, nessuna sostanza entrerebbe nella cellula. Se fossero permeabili a tutte le sostanze, il contenuto della cellula si mescolerebbe con il mezzo, la soluzione in cui vive il batterio. Per sopravvivere, i batteri hanno bisogno di un guscio che permetta il passaggio delle sostanze necessarie, ma non di quelle non necessarie.

Il batterio assorbe i nutrienti che si trovano vicino ad esso. Cosa succede dopo? Se può muoversi autonomamente (muovendo un flagello o spingendo indietro il muco), si muove finché non trova le sostanze necessarie.

Se non può muoversi, attende che la diffusione (la capacità delle molecole di una sostanza di penetrare nel folto delle molecole di un'altra sostanza) gli porti le molecole necessarie.

I batteri, insieme ad altri gruppi di microrganismi, svolgono un enorme lavoro chimico. Convertendo vari composti, ricevono l'energia e i nutrienti necessari per la loro vita. I processi metabolici, i metodi per ottenere energia e la necessità di materiali per costruire le sostanze dei loro corpi sono diversi nei batteri.

Altri batteri soddisfano tutto il loro fabbisogno di carbonio necessario per la sintesi delle sostanze organiche nell'organismo a scapito dei composti inorganici. Si chiamano autotrofi. I batteri autotrofi sono in grado di sintetizzare sostanze organiche da quelle inorganiche. Tra questi ci sono:

Batteri fotosintetici	Chemiosintetici	Metilotrofi
Sintetizzano le sostanze organiche utilizzando l'energia solare. Cianobatteri, batteri viola e batteri verdi	Le sostanze organiche vengono sintetizzate utilizzando l'energia chimica dell'ossidazione dello zolfo - batteri dello zolfo; ammonio e nitrito – nitrificanti; ferro – batteri del ferro; idrogeno – batteri idrogeno.	La materia organica viene sintetizzata utilizzando l'energia chimica del metabolismo dei composti del carbonio contenenti un gruppo metilico, il più semplice dei quali è il metano.

Chemiosintesi

L'uso dell'energia radiante è il modo più importante, ma non l'unico, per creare materia organica dall'anidride carbonica e dall'acqua. Sono noti batteri che come fonte di energia per tale sintesi non utilizzano la luce solare, ma l'energia dei legami chimici che si verificano nelle cellule degli organismi durante l'ossidazione di alcuni composti inorganici: idrogeno solforato, zolfo, ammoniaca, idrogeno, acido nitrico, composti ferrosi di ferro e manganese. Usano la materia organica formata utilizzando questa energia chimica per costruire le cellule del loro corpo. Pertanto, questo processo è chiamato chemiosintesi.

Il gruppo più importante di microrganismi chemiosintetici sono i batteri nitrificanti. Questi batteri vivono nel terreno e ossidano l'ammoniaca formata durante la decomposizione dei residui organici in acido nitrico. Quest'ultimo reagisce con i composti minerali del terreno, trasformandosi in sali di acido nitrico. Questo processo si svolge in due fasi.

I batteri del ferro convertono il ferro ferroso in ossido di ferro. L'idrossido di ferro risultante si deposita e forma il cosiddetto minerale di ferro da palude.

Alcuni microrganismi esistono a causa dell'ossidazione dell'idrogeno molecolare, fornendo così un metodo di nutrizione autotrofo.

Una caratteristica dei batteri dell'idrogeno è la capacità di passare a uno stile di vita eterotrofico se dotati di composti organici e dell'assenza di idrogeno.

Pertanto, i chemioautotrofi sono tipici autotrofi, poiché sintetizzano autonomamente i composti organici necessari da sostanze inorganiche e non li prendono già pronti da altri organismi, come gli eterotrofi. I batteri chemioautotrofi differiscono dalle piante fototrofiche per la loro completa indipendenza dalla luce come fonte di energia.

Fotosintesi batterica

Alcuni batteri di zolfo contenenti pigmenti (viola, verde), contenenti pigmenti specifici - batterioclorofille, sono in grado di assorbire l'energia solare, con l'aiuto della quale l'idrogeno solforato nei loro corpi viene scomposto e rilascia atomi di idrogeno per ripristinare i composti corrispondenti. Questo processo ha molto in comune con la fotosintesi e differisce solo per il fatto che nei batteri viola e verdi il donatore di idrogeno è l'idrogeno solforato (occasionalmente acidi carbossilici) e nelle piante verdi è l'acqua. In entrambi, la separazione e il trasferimento dell'idrogeno avviene grazie all'energia dei raggi solari assorbiti.

Questa fotosintesi batterica, che avviene senza rilascio di ossigeno, è chiamata fotoriduzione. La fotoriduzione dell'anidride carbonica è associata al trasferimento di idrogeno non dall'acqua, ma dall'idrogeno solforato:

6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О

Il significato biologico della chemiosintesi e della fotosintesi batterica su scala planetaria è relativamente piccolo. Solo i batteri chemiosintetici svolgono un ruolo significativo nel processo del ciclo dello zolfo in natura. Assorbito dalle piante verdi sotto forma di sali di acido solforico, lo zolfo viene ridotto e diventa parte delle molecole proteiche. Inoltre, quando i resti di piante e animali morti vengono distrutti dai batteri putrefattivi, lo zolfo viene rilasciato sotto forma di idrogeno solforato, che viene ossidato dai batteri solforati in zolfo libero (o acido solforico), formando solfiti nel terreno accessibili alle piante. I batteri chemio e fotoautotrofi sono essenziali nel ciclo dell’azoto e dello zolfo.

Sporulazione

Le spore si formano all'interno della cellula batterica. Durante il processo di sporulazione, la cellula batterica subisce una serie di processi biochimici. La quantità di acqua libera in esso contenuta diminuisce e l'attività enzimatica diminuisce. Ciò garantisce la resistenza delle spore a condizioni ambientali sfavorevoli (alta temperatura, elevata concentrazione salina, essiccazione, ecc.). La sporulazione è caratteristica solo di un piccolo gruppo di batteri.

Le spore sono una fase facoltativa nel ciclo vitale dei batteri. La sporulazione inizia solo con una mancanza di nutrienti o con l'accumulo di prodotti metabolici. I batteri sotto forma di spore possono rimanere dormienti per lungo tempo. Le spore batteriche possono sopportare un'ebollizione prolungata e un congelamento molto lungo. Quando si verificano condizioni favorevoli, la spora germina e diventa vitale. Le spore batteriche sono un adattamento alla sopravvivenza in condizioni sfavorevoli.

Riproduzione

I batteri si riproducono dividendo una cellula in due. Raggiunta una certa dimensione, il batterio si divide in due batteri identici. Quindi ognuno di loro inizia a nutrirsi, cresce, si divide e così via.

Dopo l'allungamento cellulare, si forma gradualmente un setto trasversale e quindi le cellule figlie si separano; In molti batteri, in determinate condizioni, dopo la divisione, le cellule rimangono collegate in gruppi caratteristici. In questo caso, a seconda della direzione del piano di divisione e del numero di divisioni, si creano forme diverse. La riproduzione per gemmazione avviene come eccezione nei batteri.

In condizioni favorevoli, la divisione cellulare in molti batteri avviene ogni 20-30 minuti. Con una riproduzione così rapida, la prole di un batterio in 5 giorni può formare una massa che può riempire tutti i mari e gli oceani. Un semplice calcolo mostra che si possono formare 72 generazioni (720.000.000.000.000.000.000 di cellule) al giorno. Se convertito in peso - 4720 tonnellate. Tuttavia, ciò non accade in natura, poiché la maggior parte dei batteri muore rapidamente sotto l'influenza della luce solare, dell'essiccazione, della mancanza di cibo, del riscaldamento fino a 65-100ºC, a causa della lotta tra le specie, ecc.

Il batterio (1), dopo aver assorbito abbastanza cibo, aumenta di dimensioni (2) e inizia a prepararsi per la riproduzione (divisione cellulare). Il suo DNA (in un batterio la molecola di DNA è chiusa ad anello) si raddoppia (il batterio produce una copia di questa molecola). Entrambe le molecole di DNA (3,4) si trovano attaccate alla parete del batterio e, man mano che il batterio si allunga, si allontanano (5,6). Prima si divide il nucleotide, poi il citoplasma.

Dopo la divergenza di due molecole di DNA, sul batterio appare una costrizione, che divide gradualmente il corpo del batterio in due parti, ciascuna delle quali contiene una molecola di DNA (7).

Accade (nel Bacillus subtilis) che due batteri si uniscano e tra loro si formi un ponte (1,2).

Il ponticello trasporta il DNA da un batterio all'altro (3). Una volta in un batterio, le molecole di DNA si intrecciano, si uniscono in alcuni punti (4) e quindi si scambiano le sezioni (5).

Il ruolo dei batteri in natura

Giro

I batteri sono l'anello più importante nel ciclo generale delle sostanze in natura. Le piante creano sostanze organiche complesse da anidride carbonica, acqua e sali minerali nel terreno. Queste sostanze ritornano nel terreno con funghi morti, piante e cadaveri di animali. I batteri scompongono le sostanze complesse in sostanze semplici, che vengono poi utilizzate dalle piante.

I batteri distruggono le sostanze organiche complesse di piante morte e cadaveri di animali, escrezioni di organismi viventi e vari rifiuti. Nutrendosi di queste sostanze organiche, i batteri saprofiti della decomposizione le trasformano in humus. Questi sono una specie di inservienti del nostro pianeta. Pertanto, i batteri partecipano attivamente al ciclo delle sostanze in natura.

Formazione del suolo

Poiché i batteri sono distribuiti quasi ovunque e sono presenti in gran numero, determinano in larga misura i vari processi che si verificano in natura. In autunno, le foglie degli alberi e degli arbusti cadono, i germogli dell'erba in superficie muoiono, i vecchi rami cadono e di tanto in tanto cadono i tronchi dei vecchi alberi. Tutto questo si trasforma gradualmente in humus. In 1 cm3. Lo strato superficiale del suolo forestale contiene centinaia di milioni di batteri saprofiti del suolo di diverse specie. Questi batteri convertono l'humus in vari minerali che possono essere assorbiti dal terreno dalle radici delle piante.

Alcuni batteri del suolo sono in grado di assorbire l'azoto dall'aria, utilizzandolo nei processi vitali. Questi batteri che fissano l'azoto vivono in modo indipendente o si depositano nelle radici delle piante di leguminose. Penetrando nelle radici dei legumi, questi batteri provocano la crescita delle cellule radicali e la formazione di noduli su di esse.

Questi batteri producono composti azotati utilizzati dalle piante. I batteri ottengono carboidrati e sali minerali dalle piante. Esiste quindi una stretta relazione tra la pianta leguminosa e i batteri nodulari, che è benefica sia per l'uno che per l'altro organismo. Questo fenomeno è chiamato simbiosi.

Grazie alla simbiosi con i batteri nodulari, le leguminose arricchiscono il terreno di azoto, contribuendo ad aumentare la resa.

Distribuzione in natura

I microrganismi sono onnipresenti. Le uniche eccezioni sono i crateri dei vulcani attivi e le piccole aree negli epicentri delle bombe atomiche esplose. Né le basse temperature dell'Antartide, né i flussi bollenti dei geyser, né le soluzioni saline sature nelle pozze saline, né la forte insolazione delle vette montuose, né la forte irradiazione dei reattori nucleari interferiscono con l'esistenza e lo sviluppo della microflora. Tutti gli esseri viventi interagiscono costantemente con i microrganismi, spesso essendo non solo i loro depositari, ma anche i loro distributori. I microrganismi sono nativi del nostro pianeta ed esplorano attivamente i substrati naturali più incredibili.

Microflora del suolo

Il numero di batteri nel suolo è estremamente elevato: centinaia di milioni e miliardi di individui per grammo. Ce ne sono molti di più nel suolo che nell'acqua e nell'aria. Il numero totale di batteri nel suolo cambia. Il numero di batteri dipende dal tipo di terreno, dalle loro condizioni e dalla profondità degli strati.

Sulla superficie delle particelle del suolo, i microrganismi si trovano in piccole microcolonie (20-100 cellule ciascuna). Si sviluppano spesso nello spessore di grumi di materia organica, sulle radici di piante vive e morenti, in sottili capillari e all'interno di grumi.

La microflora del suolo è molto varia. Qui ci sono diversi gruppi fisiologici di batteri: batteri della putrefazione, batteri nitrificanti, batteri che fissano l'azoto, batteri dello zolfo, ecc. Tra questi ci sono aerobi e anaerobi, forme di spore e non spore. La microflora è uno dei fattori nella formazione del suolo.

L'area di sviluppo dei microrganismi nel suolo è la zona adiacente alle radici delle piante viventi. Si chiama rizosfera e l'insieme dei microrganismi in essa contenuti è chiamata microflora della rizosfera.

Microflora dei serbatoi

L’acqua è un ambiente naturale dove i microrganismi si sviluppano in gran numero. La maggior parte di essi entra nell'acqua dal suolo. Un fattore che determina il numero di batteri nell'acqua e la presenza di nutrienti in essa. Le acque più pulite provengono da pozzi artesiani e sorgenti. I bacini idrici aperti e i fiumi sono molto ricchi di batteri. Il maggior numero di batteri si trova negli strati superficiali dell'acqua, più vicini alla riva. Man mano che ci si allontana dalla riva e si aumenta la profondità, il numero di batteri diminuisce.

L'acqua pulita contiene 100-200 batteri per ml e l'acqua inquinata ne contiene 100-300 mila o più. Nei fanghi di fondo sono presenti molti batteri, soprattutto nello strato superficiale, dove i batteri formano una pellicola. Questo film contiene molti batteri di zolfo e ferro, che ossidano l'idrogeno solforato in acido solforico e quindi impediscono la morte dei pesci. Ci sono più forme spore nel limo, mentre le forme non spore predominano nell'acqua.

In termini di composizione delle specie, la microflora dell'acqua è simile alla microflora del suolo, ma esistono anche forme specifiche. Distruggendo i vari rifiuti che entrano nell'acqua, i microrganismi effettuano gradualmente la cosiddetta purificazione biologica dell'acqua.

Microflora aerea

La microflora dell'aria è meno numerosa della microflora del suolo e dell'acqua. I batteri salgono nell'aria con la polvere, possono rimanere lì per qualche tempo, quindi depositarsi sulla superficie della terra e morire per mancanza di nutrizione o sotto l'influenza dei raggi ultravioletti. Il numero di microrganismi nell'aria dipende dalla zona geografica, dal terreno, dal periodo dell'anno, dall'inquinamento da polvere, ecc. Ogni granello di polvere è portatore di microrganismi. La maggior parte dei batteri si trova nell'aria sopra le imprese industriali. L’aria nelle zone rurali è più pulita. L'aria più pulita è sopra foreste, montagne e aree innevate. Gli strati superiori dell'aria contengono meno microbi. La microflora dell'aria contiene molti batteri pigmentati e portatori di spore, che sono più resistenti di altri ai raggi ultravioletti.

Microflora del corpo umano

Il corpo umano, anche completamente sano, è sempre portatore di microflora. Quando il corpo umano entra in contatto con l'aria e il suolo, vari microrganismi, compresi quelli patogeni (bacilli del tetano, cancrena gassosa, ecc.), si depositano sugli indumenti e sulla pelle. Le parti del corpo umano più frequentemente esposte sono contaminate. Sulle mani si trovano E. coli e stafilococchi. Nella cavità orale esistono più di 100 tipi di microbi. La bocca, con la sua temperatura, umidità e residui nutritivi, costituisce un ottimo ambiente per lo sviluppo dei microrganismi.

Lo stomaco ha una reazione acida, quindi la maggior parte dei microrganismi in esso contenuti muore. A partire dall'intestino tenue la reazione diventa alcalina, cioè favorevole ai microbi. La microflora nell'intestino crasso è molto varia. Ogni adulto espelle quotidianamente circa 18 miliardi di batteri negli escrementi, ovvero più individui che persone nel mondo.

Gli organi interni che non sono collegati all'ambiente esterno (cervello, cuore, fegato, vescica, ecc.) sono generalmente privi di microbi. I microbi entrano in questi organi solo durante la malattia.

I batteri nel ciclo delle sostanze

I microrganismi in generale e i batteri in particolare svolgono un ruolo importante nei cicli biologicamente importanti delle sostanze sulla Terra, effettuando trasformazioni chimiche completamente inaccessibili sia alle piante che agli animali. Diverse fasi del ciclo degli elementi sono eseguite da organismi di diverso tipo. L'esistenza di ogni singolo gruppo di organismi dipende dalla trasformazione chimica degli elementi effettuata da altri gruppi.

Ciclo dell'azoto

La trasformazione ciclica dei composti azotati gioca un ruolo primario nel fornire le forme di azoto necessarie agli organismi della biosfera con diverse esigenze nutrizionali. Oltre il 90% della fissazione totale dell’azoto è dovuta all’attività metabolica di alcuni batteri.

Ciclo del carbonio

La trasformazione biologica del carbonio organico in anidride carbonica, accompagnata dalla riduzione dell'ossigeno molecolare, richiede l'attività metabolica congiunta di vari microrganismi. Molti batteri aerobici effettuano l'ossidazione completa delle sostanze organiche. In condizioni aerobiche, i composti organici vengono inizialmente scomposti mediante fermentazione, e i prodotti organici finali della fermentazione vengono ulteriormente ossidati mediante respirazione anaerobica se sono presenti accettori di idrogeno inorganici (nitrato, solfato o CO 2 ).

Ciclo dello zolfo

Lo zolfo è disponibile per gli organismi viventi principalmente sotto forma di solfati solubili o composti organici ridotti di zolfo.

Ciclo del ferro

Alcuni corpi d'acqua dolce contengono alte concentrazioni di sali di ferro ridotti. In tali luoghi si sviluppa una microflora batterica specifica: batteri del ferro, che ossidano il ferro ridotto. Partecipano alla formazione dei minerali di ferro delle paludi e delle fonti d'acqua ricche di sali di ferro.

I batteri sono gli organismi più antichi, apparsi circa 3,5 miliardi di anni fa nell'Archeano. Per circa 2,5 miliardi di anni dominarono la Terra, formando la biosfera e parteciparono alla formazione dell'atmosfera di ossigeno.

I batteri sono uno degli organismi viventi dalla struttura più semplice (ad eccezione dei virus). Si ritiene che siano i primi organismi ad apparire sulla Terra.

BATTERI
un folto gruppo di microrganismi unicellulari caratterizzati dall'assenza di un nucleo cellulare circondato da una membrana. Allo stesso tempo, il materiale genetico del batterio (acido desossiribonucleico o DNA) occupa un posto molto specifico nella cellula: una zona chiamata nucleoide. Gli organismi con una tale struttura cellulare sono chiamati procarioti ("prenucleare"), a differenza di tutti gli altri - eucarioti ("vero nucleare"), il cui DNA si trova nel nucleo circondato da un guscio. I batteri, precedentemente considerati piante microscopiche, sono ora classificati nel regno indipendente Monera, uno dei cinque nell'attuale sistema di classificazione, insieme a piante, animali, funghi e protisti.

Prove fossili. I batteri sono probabilmente il più antico gruppo di organismi conosciuto. Strutture di pietra stratificate - stromatoliti - datate in alcuni casi all'inizio dell'Archeozoico (Archeano), cioè è nato 3,5 miliardi di anni fa, - il risultato dell'attività vitale dei batteri, solitamente fotosintetizzanti, i cosiddetti. alghe blu verdi. Strutture simili (film batterici impregnati di carbonati) si formano ancora oggi, soprattutto al largo delle coste dell'Australia, delle Bahamas, della California e del Golfo Persico, ma sono relativamente rare e non raggiungono grandi dimensioni, perché gli organismi erbivori, come i gasteropodi , nutriti di loro. Al giorno d'oggi, le stromatoliti crescono soprattutto dove questi animali sono assenti a causa dell'elevata salinità dell'acqua o per altri motivi, ma prima dell'emergere di forme erbivore nel corso dell'evoluzione, potevano raggiungere dimensioni enormi, costituendo un elemento essenziale delle acque basse oceaniche, paragonabili alle moderne barriere coralline. In alcune rocce antiche sono state rinvenute minuscole sfere carbonizzate, che si ritiene siano anche resti di batteri. I primi nucleari, cioè eucariotiche, le cellule si sono evolute dai batteri circa 1,4 miliardi di anni fa.
Ecologia. I batteri sono abbondanti nel suolo, sul fondo dei laghi e degli oceani, ovunque si accumuli materia organica. Vivono al freddo, quando il termometro è poco sopra lo zero, e nelle sorgenti calde acide con temperature superiori a 90°C. Alcuni batteri tollerano una salinità molto elevata; in particolare, sono gli unici organismi rinvenuti nel Mar Morto. Nell'atmosfera sono presenti nelle goccioline d'acqua e la loro abbondanza è solitamente correlata alla polverosità dell'aria. Pertanto, nelle città, l’acqua piovana contiene molti più batteri che nelle zone rurali. Ce ne sono pochi nell'aria fredda delle alte montagne e delle regioni polari, tuttavia si trovano anche nello strato inferiore della stratosfera ad un'altitudine di 8 km. Il tratto digestivo degli animali è densamente popolato di batteri (solitamente innocui). Gli esperimenti hanno dimostrato che non sono necessari per la vita della maggior parte delle specie, sebbene possano sintetizzare alcune vitamine. Tuttavia, nei ruminanti (mucche, antilopi, pecore) e in molte termiti sono coinvolti nella digestione del cibo vegetale. Inoltre, il sistema immunitario di un animale allevato in condizioni sterili non si sviluppa normalmente a causa della mancanza di stimolazione batterica. La normale flora batterica dell'intestino è importante anche per sopprimere i microrganismi dannosi che vi entrano.

STRUTTURA E ATTIVITÀ VITA DEI BATTERI

I batteri sono molto più piccoli delle cellule delle piante e degli animali multicellulari. Il loro spessore è solitamente di 0,5-2,0 micron e la loro lunghezza è di 1,0-8,0 micron. Alcune forme sono appena visibili alla risoluzione dei microscopi ottici standard (circa 0,3 µm), ma sono note anche specie con una lunghezza superiore a 10 µm e una larghezza che si estende anche oltre questo intervallo, e un numero di batteri molto sottili può superare 50 µm di lunghezza. Sulla superficie corrispondente al punto segnato con una matita si adatteranno un quarto di milione di rappresentanti di medie dimensioni di questo regno.
Struttura. In base alle loro caratteristiche morfologiche si distinguono i seguenti gruppi di batteri: cocchi (più o meno sferici), bacilli (bastoncini o cilindri con estremità arrotondate), spirille (spirali rigide) e spirochete (forme simili a capelli sottili e flessibili). Alcuni autori tendono a combinare gli ultimi due gruppi in uno solo: spirilla. I procarioti differiscono dagli eucarioti principalmente per l'assenza di un nucleo formato e per la tipica presenza di un solo cromosoma: una molecola di DNA circolare molto lunga attaccata in un punto alla membrana cellulare. I procarioti inoltre non hanno organelli intracellulari racchiusi in membrane chiamati mitocondri e cloroplasti. Negli eucarioti, i mitocondri producono energia durante la respirazione e la fotosintesi avviene nei cloroplasti (vedi anche CELLULA). Nei procarioti, l'intera cellula (e principalmente la membrana cellulare) assume la funzione di un mitocondrio e, nelle forme fotosintetiche, assume anche la funzione di un cloroplasto. Come negli eucarioti, all'interno dei batteri ci sono piccole strutture nucleoproteiche: i ribosomi, necessari per la sintesi proteica, ma non sono associati ad alcuna membrana. Con pochissime eccezioni, i batteri non sono in grado di sintetizzare gli steroli, componenti importanti delle membrane cellulari eucariotiche. Al di fuori della membrana cellulare, la maggior parte dei batteri è ricoperta da una parete cellulare, che ricorda in qualche modo la parete di cellulosa delle cellule vegetali, ma costituita da altri polimeri (includono non solo carboidrati, ma anche aminoacidi e sostanze specifiche dei batteri). Questa membrana impedisce alla cellula batterica di esplodere quando l'acqua vi penetra per osmosi. Sopra la parete cellulare si trova spesso una capsula mucosa protettiva. Molti batteri sono dotati di flagelli con i quali nuotano attivamente. I flagelli batterici sono strutturati in modo più semplice e leggermente diverso rispetto alle strutture simili degli eucarioti.

CELLULA BATTERICA “TIPICA”. e le sue strutture fondamentali.

Funzioni sensoriali e comportamento. Molti batteri possiedono recettori chimici che rilevano i cambiamenti nell’acidità dell’ambiente e la concentrazione di varie sostanze, come zuccheri, aminoacidi, ossigeno e anidride carbonica. Ogni sostanza ha il proprio tipo di tali recettori del "gusto" e la perdita di uno di essi a causa della mutazione porta a una parziale "cecità del gusto". Molti batteri mobili rispondono anche alle fluttuazioni di temperatura e le specie fotosintetiche rispondono ai cambiamenti dell’intensità della luce. Alcuni batteri percepiscono la direzione delle linee del campo magnetico, compreso il campo magnetico terrestre, con l'aiuto di particelle di magnetite (minerale di ferro magnetico - Fe3O4) presenti nelle loro cellule. Nell'acqua, i batteri sfruttano questa capacità per nuotare lungo linee di forza alla ricerca di un ambiente favorevole. I riflessi condizionati nei batteri sono sconosciuti, ma hanno un certo tipo di memoria primitiva. Mentre nuotano, confrontano l'intensità percepita dello stimolo con il suo valore precedente, cioè determinare se è diventato più grande o più piccolo e, in base a ciò, mantenere la direzione del movimento o cambiarla.
Riproduzione e genetica. I batteri si riproducono asessualmente: il DNA nella loro cellula viene replicato (raddoppiato), la cellula si divide in due e ciascuna cellula figlia riceve una copia del DNA genitore. Il DNA batterico può anche essere trasferito tra cellule che non si dividono. Allo stesso tempo, la loro fusione (come negli eucarioti) non avviene, il numero di individui non aumenta e di solito solo una piccola parte del genoma (l'insieme completo dei geni) viene trasferita in un'altra cellula, a differenza di processo sessuale “reale”, in cui il discendente riceve un set completo di geni da ciascun genitore. Questo trasferimento del DNA può avvenire in tre modi. Durante la trasformazione, il batterio assorbe il DNA “nudo” dall'ambiente, che è arrivato lì durante la distruzione di altri batteri o è stato deliberatamente “scivolato” dallo sperimentatore. Il processo è chiamato trasformazione perché nelle prime fasi del suo studio l'attenzione principale è stata prestata alla trasformazione (trasformazione) di organismi innocui in organismi virulenti in questo modo. I frammenti di DNA possono anche essere trasferiti da batteri a batteri da virus speciali: i batteriofagi. Questo si chiama trasduzione. È noto anche un processo che ricorda la fecondazione e chiamato coniugazione: i batteri sono collegati tra loro da proiezioni tubolari temporanee (fimbrie copulatorie), attraverso le quali il DNA passa da una cellula “maschio” a una “femminile”. A volte i batteri contengono cromosomi aggiuntivi molto piccoli - plasmidi, che possono anche essere trasferiti da individuo a individuo. Se i plasmidi contengono geni che causano resistenza agli antibiotici si parla di resistenza infettiva. È importante dal punto di vista medico perché può diffondersi tra diverse specie e persino generi di batteri, per cui l'intera flora batterica, ad esempio, dell'intestino diventa resistente all'azione di alcuni farmaci.

METABOLISMO

In parte a causa delle piccole dimensioni dei batteri, il loro tasso metabolico è molto più elevato di quello degli eucarioti. Nelle condizioni più favorevoli, alcuni batteri possono raddoppiare la loro massa totale e il loro numero circa ogni 20 minuti. Ciò si spiega con il fatto che alcuni dei loro più importanti sistemi enzimatici funzionano ad altissima velocità. Pertanto, un coniglio impiega pochi minuti per sintetizzare una molecola proteica, mentre i batteri impiegano pochi secondi. Tuttavia, in un ambiente naturale, ad esempio nel suolo, la maggior parte dei batteri sono “a dieta da fame”, quindi se le loro cellule si dividono, non avviene ogni 20 minuti, ma una volta ogni pochi giorni.
Nutrizione. I batteri sono autotrofi ed eterotrofi. Gli autotrofi (“autoalimentati”) non hanno bisogno di sostanze prodotte da altri organismi. Usano l'anidride carbonica (CO2) come principale o unica fonte di carbonio. Incorporando CO2 e altre sostanze inorganiche, in particolare ammoniaca (NH3), nitrati (NO-3) e vari composti solforati, in complesse reazioni chimiche, sintetizzano tutti i prodotti biochimici di cui hanno bisogno. Gli eterotrofi (“nutrirsi di altri”) utilizzano sostanze organiche (contenenti carbonio) sintetizzate da altri organismi, in particolare zuccheri, come principale fonte di carbonio (alcune specie necessitano anche di CO2). Quando ossidati, questi composti forniscono energia e molecole necessarie per la crescita e il funzionamento delle cellule. In questo senso, i batteri eterotrofi, che comprendono la stragrande maggioranza dei procarioti, sono simili agli esseri umani.
Principali fonti di energia. Se per la formazione (sintesi) di componenti cellulari viene utilizzata principalmente energia luminosa (fotoni), il processo è chiamato fotosintesi e le specie capaci di farlo sono chiamate fototrofi. I batteri fototrofici si dividono in fotoeterotrofi e fotoautotrofi a seconda di quali composti - organici o inorganici - fungono da principale fonte di carbonio. I cianobatteri fotoautotrofi (alghe blu-verdi), come le piante verdi, scompongono le molecole d'acqua (H2O) utilizzando l'energia luminosa. Questo rilascia ossigeno libero (1/2O2) e produce idrogeno (2H+), che si può dire converta l'anidride carbonica (CO2) in carboidrati. I batteri dello zolfo verdi e viola utilizzano l’energia luminosa per scomporre altre molecole inorganiche, come l’idrogeno solforato (H2S), anziché l’acqua. Il risultato produce anche idrogeno, che riduce l’anidride carbonica, ma non viene rilasciato ossigeno. Questo tipo di fotosintesi è chiamata anossigenica. I batteri fotoeterotrofi, come i batteri viola non solforati, utilizzano l'energia luminosa per produrre idrogeno da sostanze organiche, in particolare isopropanolo, ma la loro fonte può anche essere il gas H2. Se la principale fonte di energia nella cellula è l'ossidazione delle sostanze chimiche, i batteri sono chiamati chemioeterotrofi o chemioautotrofi, a seconda che le molecole servano come principale fonte di carbonio: organico o inorganico. Nel primo caso, la materia organica fornisce sia energia che carbonio. I chemioautotrofi ottengono energia dall'ossidazione di sostanze inorganiche, come l'idrogeno (in acqua: da 2H4 + O2 a 2H2O), ferro (da Fe2+ a Fe3+) o zolfo (2S + 3O2 + 2H2O a 2SO42- + 4H+) e carbonio dalla CO2. Questi organismi sono anche chiamati chemiolitotrofi, sottolineando così il fatto che si “nutrono” di rocce.
Respiro. La respirazione cellulare è il processo di rilascio dell'energia chimica immagazzinata nelle molecole "cibo" per il suo ulteriore utilizzo nelle reazioni vitali. La respirazione può essere aerobica e anaerobica. Nel primo caso, richiede ossigeno. È necessario per il lavoro del cosiddetto. sistema di trasporto degli elettroni: gli elettroni si spostano da una molecola all'altra (l'energia viene rilasciata) e alla fine si uniscono all'ossigeno insieme agli ioni idrogeno: si forma l'acqua. Gli organismi anaerobici non hanno bisogno di ossigeno e per alcune specie di questo gruppo è addirittura velenoso. Gli elettroni rilasciati durante la respirazione si attaccano ad altri accettori inorganici, come nitrato, solfato o carbonato, o (in una forma di tale respirazione - fermentazione) a una specifica molecola organica, in particolare al glucosio. Vedi anche METABOLISMO.

CLASSIFICAZIONE

Nella maggior parte degli organismi, una specie è considerata un gruppo di individui isolato dal punto di vista riproduttivo. In senso lato, ciò significa che i rappresentanti di una determinata specie possono produrre una prole fertile accoppiandosi solo con i propri simili, ma non con individui di altre specie. Pertanto, i geni di una particolare specie, di regola, non si estendono oltre i suoi confini. Tuttavia, nei batteri, lo scambio genetico può avvenire tra individui non solo di specie diverse, ma anche di generi diversi, quindi non è del tutto chiaro se sia legittimo applicare qui i soliti concetti di origine evolutiva e parentela. A causa di questa e di altre difficoltà, non esiste ancora una classificazione dei batteri generalmente accettata. Di seguito è riportata una delle varianti ampiamente utilizzate.
REGNO DI MONERA

Phylum Gracilicutes (batteri Gram-negativi a parete sottile)

Classe Scotobacteria (forme non fotosintetiche, come i mixobatteri) Classe Anoxyphotobacteria (forme fotosintetiche che non producono ossigeno, come i batteri dello zolfo viola) Classe Oxyphotobacteria (forme fotosintetiche che producono ossigeno, come i cianobatteri)

Phylum Firmicutes (batteri Gram-positivi a parete spessa)

Classe Firmibatteri (forme a cellule dure, come i clostridi)
Classe Thallobacteria (forme ramificate, ad esempio attinomiceti)

Phylum Tenericutes (batteri Gram-negativi senza parete cellulare)

Classe Mollicutes (forme a cellule molli, come i micoplasmi)

Phylum Mendosicutes (batteri con pareti cellulari difettose)

Classe Archebatteri (forme antiche, ad esempio che formano metano)

Domini. Recenti studi biochimici hanno dimostrato che tutti i procarioti sono chiaramente divisi in due categorie: un piccolo gruppo di archeobatteri (Archaebacteria - "antichi batteri") e tutto il resto, chiamato eubatteri (Eubacteria - "veri batteri"). Si ritiene che gli archeobatteri, rispetto agli eubatteri, siano più primitivi e più vicini all'antenato comune dei procarioti e degli eucarioti. Differiscono dagli altri batteri per diverse caratteristiche significative, tra cui la composizione delle molecole di RNA ribosomiale (rRNA) coinvolte nella sintesi proteica, la struttura chimica dei lipidi (sostanze simili ai grassi) e la presenza nella parete cellulare di alcune altre sostanze al posto dei batteri. mureina polimero proteina-carboidrato. Nel sistema di classificazione di cui sopra, gli archeobatteri sono considerati solo uno dei tipi dello stesso regno, che unisce tutti gli eubatteri. Tuttavia, secondo alcuni biologi, le differenze tra archeobatteri ed eubatteri sono così profonde che è più corretto considerare gli archeobatteri all'interno della Monera come un sottoregno speciale. Recentemente è apparsa una proposta ancora più radicale. L'analisi molecolare ha rivelato differenze così significative nella struttura genetica tra questi due gruppi di procarioti che alcuni considerano illogica la loro presenza all'interno dello stesso regno di organismi. A questo proposito, si propone di creare una categoria tassonomica (taxon) di rango ancora più elevato, chiamandola dominio, e dividere tutti gli esseri viventi in tre domini: Eucarya (eucarioti), Archaea (archeobatteri) e Bacteria (attuali eubatteri) .

ECOLOGIA

Le due funzioni ecologiche più importanti dei batteri sono la fissazione dell'azoto e la mineralizzazione dei residui organici.
Fissazione dell'azoto. Il legame dell'azoto molecolare (N2) per formare ammoniaca (NH3) è chiamato fissazione dell'azoto, mentre l'ossidazione di quest'ultimo in nitrito (NO-2) e nitrato (NO-3) è chiamata nitrificazione. Si tratta di processi vitali per la biosfera, poiché le piante hanno bisogno di azoto, ma possono assorbire solo le sue forme legate. Attualmente circa il 90% (circa 90 milioni di tonnellate) della quantità annua di tale azoto “fisso” è fornito da batteri. Il resto è prodotto da impianti chimici o avviene durante i fulmini. L'azoto nell'aria, che è di ca. L'80% dell'atmosfera è legata principalmente dal genere Rhizobium gram-negativo e dai cianobatteri. Le specie Rhizobium entrano in simbiosi con circa 14.000 specie di leguminose (famiglia Leguminosae), tra cui ad esempio trifoglio, erba medica, soia e piselli. Questi batteri vivono nel cosiddetto. noduli: rigonfiamenti formati sulle radici in loro presenza. I batteri ottengono sostanze organiche (nutrizione) dalla pianta e in cambio forniscono all'ospite azoto fisso. Nel corso di un anno si fissano in questo modo fino a 225 kg di azoto per ettaro. Anche le piante non leguminose, come l'ontano, entrano in simbiosi con altri batteri che fissano l'azoto. I cianobatteri fotosintetizzano, come le piante verdi, rilasciando ossigeno. Molti di essi sono anche in grado di fissare l’azoto atmosferico, che viene poi consumato dalle piante e infine dagli animali. Questi procarioti costituiscono un'importante fonte di azoto fisso nel suolo in generale e nelle risaie dell'Est in particolare, nonché il principale fornitore per gli ecosistemi oceanici.
Mineralizzazione. Questo è il nome dato alla decomposizione dei residui organici in anidride carbonica (CO2), acqua (H2O) e sali minerali. Da un punto di vista chimico questo processo equivale alla combustione, quindi richiede grandi quantità di ossigeno. Lo strato superiore del terreno contiene da 100.000 a 1 miliardo di batteri per 1 g, vale a dire circa 2 tonnellate per ettaro. In genere tutti i residui organici, una volta nel terreno, vengono rapidamente ossidati da batteri e funghi. Più resistente alla decomposizione è una sostanza organica brunastra chiamata acido umico, che è formata principalmente dalla lignina contenuta nel legno. Si accumula nel terreno e ne migliora le proprietà.

BATTERI E INDUSTRIA

Data la varietà di reazioni chimiche catalizzate dai batteri, non sorprende che siano stati ampiamente utilizzati nell’industria manifatturiera, in alcuni casi fin dai tempi antichi. I procarioti condividono la gloria di questi microscopici assistenti umani con i funghi, principalmente lieviti, che forniscono la maggior parte dei processi di fermentazione alcolica, ad esempio, nella produzione di vino e birra. Ora che è diventato possibile introdurre geni utili nei batteri, inducendoli a sintetizzare sostanze preziose come l’insulina, l’applicazione industriale di questi laboratori viventi ha ricevuto un nuovo potente incentivo. Vedi anche INGEGNERIA GENETICA.
Industria alimentare. Attualmente i batteri vengono utilizzati da questa industria principalmente per la produzione di formaggi, altri prodotti a base di latte fermentato e aceto. Le principali reazioni chimiche qui sono la formazione di acidi. Pertanto, durante la produzione dell'aceto, i batteri del genere Acetobacter ossidano l'alcol etilico contenuto nel sidro o in altri liquidi in acido acetico. Processi simili si verificano quando i cavoli sono crauti: i batteri anaerobici fermentano gli zuccheri contenuti nelle foglie di questa pianta in acido lattico, oltre a acido acetico e vari alcoli.
Lisciviazione del minerale. I batteri vengono utilizzati per la lisciviazione di minerali di bassa qualità, ad es. convertendoli in una soluzione di sali di metalli preziosi, principalmente rame (Cu) e uranio (U). Un esempio è la lavorazione della calcopirite, o pirite di rame (CuFeS2). Cumuli di questo minerale vengono periodicamente annaffiati con acqua, che contiene batteri chemiolitotrofi del genere Thiobacillus. Durante la loro attività vitale ossidano lo zolfo (S), formando solfati di rame e ferro solubili: CuFeS2 + 4O2 in CuSO4 + FeSO4. Tali tecnologie semplificano notevolmente l’estrazione di metalli preziosi dai minerali; in linea di principio equivalgono ai processi che avvengono in natura durante l'erosione delle rocce.
Raccolta differenziata. I batteri servono anche a convertire i materiali di scarto, come i liquami, in prodotti meno pericolosi o addirittura utili. Le acque reflue sono uno dei problemi più urgenti dell’umanità moderna. La loro completa mineralizzazione richiede enormi quantità di ossigeno e nei normali serbatoi dove è consuetudine scaricare questi rifiuti non c'è più abbastanza ossigeno per “neutralizzarli”. La soluzione sta nell'aerazione aggiuntiva delle acque reflue in piscine speciali (vasche di aerazione): di conseguenza, i batteri mineralizzatori hanno abbastanza ossigeno per decomporre completamente la materia organica e, nei casi più favorevoli, l'acqua potabile diventa uno dei prodotti finali del processo. Il sedimento insolubile rimasto lungo il percorso può essere sottoposto a fermentazione anaerobica. Per garantire che tali impianti di trattamento dell'acqua occupino il minor spazio e denaro possibile, è necessaria una buona conoscenza della batteriologia.
Altri usi. Altre aree importanti di applicazione industriale dei batteri includono, ad esempio, il lobo del lino, cioè separazione delle fibre filanti da altre parti della pianta, nonché produzione di antibiotici, in particolare streptomicina (batteri del genere Streptomyces).

LOTTA AI BATTERI NELL'INDUSTRIA

I batteri non sono solo benefici; La lotta contro la loro riproduzione di massa, ad esempio nei prodotti alimentari o nei sistemi idrici delle cartiere e delle cartiere, è diventata un'intera area di attività. Il cibo si deteriora sotto l'influenza di batteri, funghi e dei suoi stessi enzimi che causano l'autolisi ("autodigestione"), a meno che non vengano inattivati ​​dal calore o da altri mezzi. Poiché i batteri sono la principale causa di deterioramento, lo sviluppo di sistemi efficienti di conservazione degli alimenti richiede la conoscenza dei limiti di tolleranza di questi microrganismi. Una delle tecnologie più comuni è la pastorizzazione del latte, che uccide i batteri che causano, ad esempio, la tubercolosi e la brucellosi. Il latte viene mantenuto a 61-63°C per 30 minuti oppure a 72-73°C per soli 15 secondi. Ciò non altera il gusto del prodotto, ma inattiva i batteri patogeni. È possibile pastorizzare anche vino, birra e succhi di frutta. I vantaggi di conservare gli alimenti al freddo sono noti da tempo. Le basse temperature non uccidono i batteri, ma impediscono loro di crescere e riprodursi. È vero, se congelato, ad esempio, a -25 ° C, il numero di batteri diminuisce dopo alcuni mesi, ma un gran numero di questi microrganismi sopravvive ancora. A temperature appena sotto lo zero i batteri continuano a moltiplicarsi, ma molto lentamente. Le loro colture vitali possono essere conservate quasi indefinitamente dopo la liofilizzazione (liofilizzazione) in un mezzo contenente proteine, come il siero del sangue. Altri metodi noti per conservare gli alimenti comprendono l'essiccazione (essiccazione e affumicatura), l'aggiunta di grandi quantità di sale o zucchero, che fisiologicamente equivale alla disidratazione, e il decapaggio, cioè la conservazione degli alimenti. ponendo in una soluzione acida concentrata. Quando l'acidità dell'ambiente corrisponde a un pH pari o inferiore a 4, l'attività vitale dei batteri viene solitamente fortemente inibita o interrotta.

BATTERI E MALATTIE

STUDIO DEI BATTERI

Molti batteri sono facili da coltivare nei cosiddetti. terreno di coltura, che può includere brodo di carne, proteine ​​parzialmente digerite, sali, destrosio, sangue intero, siero e altri componenti. La concentrazione di batteri in tali condizioni raggiunge solitamente circa un miliardo per centimetro cubo, rendendo l'ambiente torbido. Per studiare i batteri è necessario poter ottenere le loro colture pure, o cloni, che sono figli di una singola cellula. Ciò è necessario, ad esempio, per determinare quale tipo di batteri ha infettato il paziente e a quale antibiotico questo tipo è sensibile. I campioni microbiologici, come tamponi della gola o della ferita, sangue, acqua o altri materiali, vengono altamente diluiti e applicati sulla superficie di un terreno semisolido, dove si sviluppano colonie rotonde da singole cellule. L'agente indurente del terreno di coltura è solitamente l'agar, un polisaccaride ottenuto da alcune alghe e indigeribile da quasi tutti i tipi di batteri. I terreni agar vengono utilizzati sotto forma di "banchi", vale a dire superfici inclinate formate in provette che si trovano ad un ampio angolo quando il mezzo di coltura fuso si solidifica, o sotto forma di strati sottili in piastre Petri di vetro - vasi rotondi piatti, chiusi con un coperchio della stessa forma, ma di diametro leggermente maggiore. Solitamente, nel giro di una giornata, la cellula batterica riesce a moltiplicarsi tanto da formare una colonia facilmente visibile ad occhio nudo. Può essere trasferito in un altro ambiente per ulteriori studi. Tutti i terreni di coltura devono essere sterili prima di iniziare la crescita dei batteri e in futuro dovrebbero essere adottate misure per prevenire l'insediamento di microrganismi indesiderati su di essi. Per esaminare i batteri cresciuti in questo modo, riscaldare un sottile anello di filo metallico su una fiamma, toccarlo prima con una colonia o uno striscio, quindi con una goccia d'acqua applicata su un vetrino. Dopo aver distribuito uniformemente il materiale prelevato in quest'acqua, il vetro viene asciugato e passato velocemente due o tre volte sulla fiamma del bruciatore (la parte con i batteri deve essere rivolta verso l'alto): in questo modo i microrganismi, senza essere danneggiati, si attaccano saldamente attaccato al substrato. Il colorante viene gocciolato sulla superficie del preparato, quindi il vetro viene lavato in acqua e nuovamente asciugato. Ora puoi esaminare il campione al microscopio. Le colture pure di batteri sono identificate principalmente dalle loro caratteristiche biochimiche, ad es. determinare se formano gas o acidi da alcuni zuccheri, se sono in grado di digerire le proteine ​​(liquefare la gelatina), se necessitano di ossigeno per la crescita, ecc. Controllano anche se sono macchiati con coloranti specifici. La sensibilità ad alcuni farmaci, come gli antibiotici, può essere determinata posizionando piccoli dischetti di carta da filtro imbevuti di queste sostanze su una superficie infestata da batteri. Se un composto chimico uccide i batteri, attorno al disco corrispondente si forma una zona priva di batteri.

Enciclopedia di Collier. - Società aperta. 2000 .

2603 0

Virome è il nome dato all'ambiente virale e batteriologico del corpo, unico per ogni persona.

Una volta che i batteri entrano nel corpo, subiscono rapidi cambiamenti; In base al proprio ambiente unico, ogni persona ha la propria resistenza alle malattie e suscettibilità ai farmaci.

Le persone non sono semplicemente una somma di cellule che formano tessuti e organi. Il tratto digestivo, ad esempio, ospita enormi colonie di batteri di tutte le varietà, nonché numerosi virus che predano questi batteri.

Poiché i tipi di batteri all'interno dei corpi di persone diverse sono diversi, anche le popolazioni virali, la cui composizione è chiamata viroma, sono diverse.

Tracciando e analizzando il viroma di un individuo per più di due anni, i ricercatori della Perelman School of Medicine dell'Università della Pennsylvania, guidati dal professore di microbiologia Frederic D. Bushman, hanno tratto importanti conclusioni su come le popolazioni virali e perché i viroma possano differire radicalmente da una persona all'altra. L’evoluzione e la diversità dei viromi possono influenzare la suscettibilità e la resistenza alle malattie. Il lavoro è stato pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences.

La maggior parte del viroma è costituita da batteriofagi, virus che non infettano le cellule del corpo umano, ma i batteri in esso contenuti. Eppure i cambiamenti che i batteriofagi apportano ai batteri si riflettono nelle persone. "I virus batterici sono predatori di batteri, riducendone il numero", afferma Bushman. “I virus batterici trasportano anche geni tossici, fattori di virulenza, che alterano il fenotipo del loro ospite batterico”. Pertanto, i batteri innocenti e benigni che vivono all’interno del corpo possono essere trasformati in una pericolosa minaccia dai virus.

I ricercatori hanno raccolto campioni di feci di uomini sani 16 volte nell’arco di 884 giorni e hanno estratto le particelle virali utilizzando diversi metodi. Hanno poi isolato e analizzato il DNA delle sequenze adiacenti utilizzando il sequenziamento ultra-profondo del genoma.

“Abbiamo raccolto dati grezzi sulla sequenza per ottenere genomi completi e parziali e abbiamo analizzato come sono cambiati in oltre due anni di osservazione”. Il risultato è il quadro più lungo e completo del funzionamento del viroma umano ottenuto fino ad oggi. I medici hanno scoperto che, sebbene circa l’80% dei tipi virali conosciuti siano rimasti sostanzialmente invariati durante lo studio, alcuni tipi di virus sono cambiati in modo molto significativo. “Possiamo anche ragionevolmente affermare di aver osservato la formazione di nuove specie”.

Ciò è stato particolarmente evidente nel gruppo Microviridae: si tratta di batteriofagi con genomi di DNA circolare a filamento singolo. Numerosi meccanismi genetici hanno guidato i cambiamenti, inclusa la sostituzione delle sostanze chimiche di base; retroelementi che generano diversità, in cui gli enzimi della trascrittasi inversa inducono mutazioni del genoma; e CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, che significa “brevi ripetizioni palindromiche raggruppate e regolarmente interrotte”), in cui parti della sequenza di DNA dei batteriofagi sono incluse come distanziatore nei genomi dei batteri.

Questa rapida evoluzione del viroma è stata una scoperta davvero inaspettata. Bushman osserva che “persone diverse hanno batteri molto diversi nel loro intestino, quindi anche i loro predatori virali erano diversi. Un altro motivo per cui i viroma delle persone differiscono è che alcuni virus cambiano molto rapidamente quando entrano in una persona.

Pertanto, alcune comunità virali si diversificano e diventano uniche nel corpo di ogni individuo."

Poiché gli esseri umani acquisiscono popolazioni batteriche e i viromi che le accompagnano dopo la nascita, dal cibo e da numerosi fattori ambientali, è logico che la popolazione microbica che risiede in ognuno di noi sia diversa. Ma questo lavoro, dicono i ricercatori, mostra che un fattore altrettanto importante è la rapidissima evoluzione del viroma nell'organismo.

Questo fatto ha importanti implicazioni sul modo in cui la suscettibilità e la resistenza alle malattie possono variare da individuo a individuo, così come può variare l’efficacia dei farmaci per ciascun individuo.

Konstantin Mokanov