Бактерии - враги или друзья

«Мойдодыр» К. И. Чуковского - одна из самых любимых моих книг. И мне всегда было интересно, за что же на грязнулю сердились крокодил, Мойдодыр, мочалки, мыло. Этот мальчик ведь был просто смешной. И мама мне рассказала, что когда взрослые говорят, что надо мыть руки перед едой, после прогулки, чистить зубы, умываться – это не просто требование. Оказывается, нас окружает целый мир невидимых существ, которые возникли на планете много миллиардов лет назад, пережили все изменения, которые происходили на Земле: извержения вулканов, ледниковый период, гибель многих доисторических животных. Эти существа называются бактериями. Они бывают как полезные, так и вредные для человека и животных. Для того чтобы представлять, с чем мы имеем дело, мама предложила мне провести несколько экспериментов.

Из различных источников мы знаем, что люди, не соблюдающие простых правил личной гигиены, часто болеют и даже попадают в больницу, и причиной тому являются бактерии. Но также известно, что полезные микроорганизмы способны защитить человека от вредного воздействия факторов внешней среды. Микроорганизмы существуют миллионы лет и поэтому научились жить в самых сложных условиях, и человеку очень важно уметь использовать полезные свойства микроорганизмов и знать как защитить себя от их вреда.

Бактерии — это микроскопически малые организмы. Бактерии - (от греческого слова бактериа - палочка) поистине вездесущи. Первыми жителями Земли были бактерии. Почти два  миллиарда лет они оставались единственными ее обитателями. Со временем они  изобрели фотосинтез, то есть научились превращать солнечный свет в богатые энергией углеводы. Начали вдыхать кислород. Заселили любую пригодную для жизни нишу. В воздухе и воде, любом комочке почвы и в каждом живом организме тысячи, a то миллионы бактерий. Они могут жить в самых суровых условиях, которых не выдерживают другие организмы. Их удаётся обнаружить в верхних слоях атмосферы на высоте нескольких десятков километров и в глубоких подземных скважинах; в кипящих вулканических источниках и в толще антарктических ледников. Бактерии были найдены даже в воде, охлаждающей ядерный реактор, т. е. там, где уровень радиации во много раз превышает смертельную для человека дозу. Мириады бактерий, населяющих Землю, ведут гигантскую геохимическую деятельность, поддерживающую круговорот жизни. Вместе с грибами бактерии разрушают мертвую органическую материю и превращают ее в углекислый газ и воду, регулируют состав атмосферы, помогают сохранять плодородие почвы.

О микроскопе.

Увидеть бактерии можно только в сильный микроскоп. Мечтая открыть новые миры, люди совершали рискованные экспедиции к неизведанным берегам. Однако до 17 века никто не подозревал, что рядом существуют чудесные создания природы. Человеком, открывшим мир микроорганизмов, стал Антони Ван Ливенгук. Он родился в Голландии в бедной семье. Много работал с детства. У него было одно увлечение. Он любил шлифовать оптические стекла и достиг в этом деле больших успехов, в то время самые мощные линзы могли увеличить изображение в 20 раз, а Ливенгук создал линзы, увеличивающие в 150 и даже 300 раз. Эти линзы и оказались окном в новый мир. Однажды рассматривая под линзой каплю воды, Ливенгуг увидел чудо – мельчайших живых существ. Так в 1673г. человек впервые познакомился с бактериями. О своем открытии он сообщил в Лондонское королевское общество, и пока ученые решали верить или нет этому открытию, Ливенгук рассматривал через линзы все, что мог. Так он узнал, что мышцы состоят из волокон, в слюне человека живут микробы, а в крови плавают красные шарики. За 50 лет работы ученый открыл более 200 микроорганизмов. К ученому приезжали многие известные люди, в том числе и Петр первый. Все хотели заглянуть в таинственный мир.

Даже в самый мощный световой микроскоп не удается разглядеть мельчайшие части бактерий. Настоящий переворот в науке произошел с созданием электронного микроскопа. Он увеличивает изображение в тысячи раз. А в средине 90-х годов прошлого века был создан лазерный микроскоп. Чтобы поймать мельчайшую клетку и вести за ней наблюдение ученые изучают не отдельный микроб, а скопление – бактериальные культуры. Если все клетки одинаковы, то это чистая культура. Такая однородная масса может расти в пробирке или колбе со специальной, питательной средой. Если питательные вещества в пробирке заканчиваются, то бактерии могут погибнуть. Для этого постоянно пересевают чистую культуру бактерий на новую среду. В эти среды добавляют различные вещества, такие как желатин, агар-агар (вещество из бурых морских водорослей). После этого питательную среду разливают по специальным, плоским чашкам и тонкой петлей вносят культуру бактерий. Из каждой клетки вырастает новая колония. Так идет «охота» на микроба.

Мы с мамой пришли на кафедру микробиологии в Медицинскую академию и нам показали специальные чашки (чашки Петри), пробирки, колбы и термошкафы, в которых растут бактерии. Нам предложили сделать несколько опытов.

Опыт № 1

В чашку со специальным веществом мы приложили палец руки, а в другую чашку сделали такой же отпечаток, но после того как помыли руки. Чашки поставили в специальный шкаф.

Опыт № 2

Ватной палочкой взяли соскоб с зубов и поместили его в другую чашку и также поставили ее в шкаф.

Врач – лаборант сказал нам, что будет делать фотографии этих чашек через определенные промежутки времени, для того чтобы можно было оценить, как растут бактерии. Мы должны будем оценить опыт через 3 дня.

И вот прошло 3 дня. Нам показали, что выросло в наших чашках. Там где мы прикладывали немытые руки, почти вся чашка была покрыта разными по цвету и форме капельками, которые плотно держались на питательной среде. Там где мы делали посев чистыми руками, этих капелек было намного меньше. В чашках с соскобами изо рта было много разных белых, сероватых колоний.

Тоненькой петлей эти колонии нанесли на стекло, покрасили специальной краской и стали смотреть в микроскоп. Под микроскопом мы увидели мелкие шарики, длинные нити, толстые палочки. Всего разных микробов было шесть. А в смыве изо рта - восемь.

Но в световой микроскоп нельзя увидеть строение бактерий, это может показать электронный микроскоп.

Чаще всего они состоят из одной клетки и по форме напоминают шарики или палочки.

Клетка, из которой состоит тело большинства бактерий, как любая другая, содержит протоплазму и окружена цитоплазматической мембраной. В протоплазме содержится ДНК – компьютер, хранящий в себе программу развития. Можно сказать, что бактериальная клетка – мешочек набитый различными веществами.

Бактериальная клетка имеет прочную стенку, иногда вокруг клетки образуется плотный чехол из слизи (капсула), который защищает клетку от высыхания.

Строение бактерий

Схема строения бактериальной клетки: 1 — клеточная стенка, 2— наружная цитоплазматическая мембрана, 3— кольцевая молекула ДНК, 4 — рибосомы, 5 — включения, 6 —мезосома (запас мембраны)

Есть много подвижных бактерий. Некоторые могут, как гусеницы ползти по твердой поверхности. В жидкой среде клетки бактерий плавают с помощью жгутиков - тонких выростов, которые не встречаются больше ни у кого в природе. В месте соединения жгутика и клетки словно работает мощный мотор. Под его действием жгутик вращается вокруг своей оси, что придает клетке винтообразное движение. С помощью жгутиков бактерии могут передвигаться туда, где больше питательных веществ, либо покидать зоны с неблагоприятными условиями. Бактерии цилиндрической формы называют палочками, а шарообразной – кокками. Все бактерии размножаются простым делением, иногда бактерии имеют форму запятой (вибрионы), палочек, закрученных в спирали, превращающихся в причудливые нити.

Врач-лаборант рассказал о том, что не все бактерии вредные и главное, для того чтобы они вызвали болезнь очень важно их количество. Оказывается, многие бактерии приспособились и живут в определенных условиях. Подобные колонии, получившие название «биоплёнок», стали обнаруживать всюду: на камнях и  рифах, на растениях и  памятниках, на стенках водопроводных труб и стеклышках контактных линз. Ещё известно, что у каждого из нас есть определенный состав полезных бактерий, но при этом для другого человека они могут оказаться вредными. Поэтому, необходимо все должны иметь собственные зубную щетку, расческу, нельзя кусать одно яблоко или конфету. Итак, бактерии живут колониями. Но, значит, им надо как-то общаться друг с другом. Как? Ответ был найден лишь в 1990-ые годы. Оказалось, бактерии для подсчета сородичей используют химическую систему связи, выделяя особые сигнальные вещества – ферромоны. Их концентрацию они измеряют с помощью специфического рецептора. Пока ферромонов мало,  значит и микробов мало, и действовать сообща им невыгодно. Но весточка летит за весточкой, подтверждая: «Мы вместе!» И вот от былой безобидности нет следа. Как только число бактерий достигло определенного количества, вся колония дружно выделяет токсин, от которого человеку становится плохо. С тех пор, как мы узнали, что опасны не микробы сами по себе, а их количество, – стало ясно, что и бороться с ними можно иначе. Надо не уничтожать бактерии, а  мешать им  общаться друг с другом. Пусть микробы, даже образовав крупную колонию, по-прежнему верят, что разобщены. Пусть не догадываются, что им давно пора переходить в атаку. Значит, надо найти те особые вещества, которые подавляют химические сигналы микробов.

Кишечная палочка

Это самая известная бактерия, которая живет в организме человека и животных, не причиняя им особого вреда. Ее клетки живут в кишечнике. Эта бактерия необходима для нормальной работы организма, она образует полезные витамины, уничтожает вредных микробов, но в некоторых случаях она становится агрессивной и вызывает острые расстройства, а заразиться ей можно через грязные руки. Эта бактерия растет очень быстро. На питательной среде она начинает активно размножаться уже через 3 часа и ее можно увидеть в микроскоп. Мы сделали вывод, что руки надо мыть каждые 3-4 часа. Американские ученые провели опыты. Они взяли пробы с тележек в супермаркете, монет, игрушек в детских комнатах различных магазинов и посеяли на питательные среды. И оказалось, что самое большое количество микробов находится на ручках тележек и деньгах, их даже больше, чем на грязных фруктах. Поэтому мыть руки обязательно с мылом не только перед едой и после посещения туалета, но и после похода в магазин и пребывания в любых общественных местах. Большое количество кишечной палочки в почве или воде – явный показатель загрязнения. В любом современном городе есть специальная санитарная служба, следящая за состоянием питьевой воды и состоянием почвы, регулярно измеряя в них количество кишечной палочки. В последнее время бактерия стала осваивать новые профессии, ученые научились пересаживать в нее гены других бактерий и даже животных, это позволяет создавать искусственным путем полезные для человека вещества, например с помощью кишечной палочки, получают инсулин и другие лекарства.

В чашке, где мы сеяли смыв с зубного налета, оказалось еще больше разных микробов. Эти микробы выглядели как шарики, гроздья винограда, палочки. Выяснилось, что рост этих бактерий был более медленным. Дело в том, что во рту вырабатываются специальные вещества, подавляющие рост бактерий. И если человек чистит зубы дважды в день, регулярно лечит зубы, то этих веществ вырабатывается больше, и они не дают микробам размножатся.

Невидимый мир бактерий не безопасен. В природе существуют вибриобациллы. Они способны проникать в клетку и начинают там активно размножаться, что приводит к гибели клетки. Некоторые бактерии способны образовывать специальную капсулу, которая защищает их от вредных воздействий окружающей среды, такая капсула называется спорой. Споры выглядят совершенно безжизненно и могут длительное время находиться без питания, подвергаться вредным воздействиям радиации, кипячению, на них не действуют многие ядовитые вещества. Но как только они попадают в благоприятные условия, они оживают, и начинают, активно расти. Есть бактерии, которые издавна доставляли людям много неприятностей, например возбудитель сибирской язвы, эта болезнь может поражать как травоядных животных, так и людей, в считанные дни могло погибнуть очень большое число животных. Эта бацилла десятками лет сохранятся в почве, а затем поражать других животных. Эта болезнь была побеждена после того, как немецкий ученый Роберт Кох открыл возбудителя, и была создана прививка для животных. Но есть и бациллы, которые помогают человеку. Они вызывают заболевание не у людей, а у личинок некоторых насекомых. Попадая в кишечник насекомого, эти бациллы быстро вызывают его гибель. Поскольку эти бациллы совершенно безвредны для животных и растений их используют для защиты садов, виноградников, овощных плантаций. Эти препараты широко используют для борьбы с гусеницами капустной совки, сибирского шелкопряда, личинок колорадского жука. Бактериальные средства борьбы более эффективны и меньше загрязняют окружающую среду.

В 1861г. Луи Пастер – великий французский ученый обнаружил живые организмы, которые могут расти при полном отсутствии кислорода. Эти бактерии называют клостридиями. Они добывают необходимую для жизни энергию посредством брожения, а внешне выглядят как барабанные палочки. В процессе брожения клостридии вырабатывают спирт, уксусную кислоту, ацетон. Когда во время войны потребовалось много ацетона для производства взрывчатки, его начали получать с помощью клостридий. Издавна люди использовали клостридий для производства льна. В стебле этого растения содержится особое вещество - пектин, которое трудно разделить. Но если стебли замочить в воде, то на них начинают размножаться бактерии и разрушать это вещество. Однако некоторые клостридии могут вызывать у человека очень серьезные заболевания. Например, попадая в рану, клостридии начинают размножаться и становятся причиной столбняка, от которого человек может погибнуть. Поэтому когда человек получает травму (наступает на ржавый гвоздь или его кусает собака), то ему обязательно ставят прививку от столбняка. Кроме того, клостридии размножаются в некачественных консервах и колбасе, пропитывая продукты ядовитыми веществами. При употреблении таких продуктов можно заболеть ботулизмом - очень опасной формой отравления.

Молочнокислые бактерии.

Многих традиционных напитков и продуктов, таких как кефир, простокваша, кумыс, сметана, творог, сыр не было бы без деятельности особых молочнокислых бактерий. Эти бактерии, попадая в молоко, начинают бродить и превращают молочный сахар в молочную кислоту. Она не только придает вкус напиткам, но предотвращает их от заражения другими микробами. Молочнокислые бактерии есть не только в молоке. Многие из них живут на листьях кустов и деревьев, питаясь веществами которые выделяются при отмирании растительных тканей. Встречаются эти бактерии в различных пищевых продуктах, приготовленных с помощью квашения, например в кислой капусте, соленых огурцах, маринованных маслинах. Молочнокислые бактерии используются в сельском хозяйстве для сохранения кормов. Сочную ботву свеклы или других кормовых растений складывают в специальные ямы и спрессовывают. Этот процесс называют силосованием. После силосования в спрессованной массе развивается множество молочнокислых бактерий, и молочная кислота надежно защищает силос от разложения, а корм при этом становится только лучше, так как бактерии обогащают его различными, полезными веществами.

Есть в природе еще одни очень интересные бактерии. Они называются актиномицеты. По виду они представляют собой систему длинных ветвящихся нитей, на которых образуются споры. Такое строение напоминает грибницу. Актиномицеты в огромном количестве встречаются в почве и если нить одной бактерии находящейся в одном грамме почвы вытянуть в одну нить, то длина этой нити будет несколько сотен метров. Именно эти бактерии придают почве неповторимый запах. Многие почвенные актиномицеты могут питаться веществами недоступными другим бактериям. К таким веществам относится хитин, из которого состоит панцирь у насекомых. Стрептомицеты широко применяются в медицине. Из них выделяют ценные антибиотики, губительно действующие на болезнетворные бактерии. Открытие этих веществ, произвело настоящий переворот в медицине.

Клубеньковые бактерии.

Если на истощённом от долгого использования поле посеять бобовые (клевер, горох, или люцерну), то плодородие почвы восстанавливается. Об этом свойстве бобовых знали ещё земледельцы прошлых веков. Лишь в 1866г. известный ботаник и почвовед Михаил Степанович Воронин с помощью микроскопа увидел во вздутиях на корнях бобовых мельчайшие тельца. Учёный предположил, что в клубеньках развиваются особые бактерии. Через 20 лет нидерландский микробиолог Мартин Виллем Бейеринк подтвердил эту догадку: он выделил из клубеньков гороха бактерии, которые были названы клубеньковыми, или ризобиями.

Теперь клубеньковые бактерии очень хорошо изучены. Оказалось, что они обладают удивительной способностью: усваивают азот прямо из воздуха. Так умеют делать только бактерии. Это очень важно для науки, потому что именно азота не хватает в почвах ставших неплодородными.

Луи Пастер

«благодетель человечества» - так говорили о Луи Пастере. Пастер родился во Франции и в 25 лет получил степень доктора. Он занимался химией, биологией, ветеринарией, медициной и в каждой области его работы решали какую-нибудь важную проблему. Работая в центре французского виноделия, Пастер открыл причину спиртового брожения. Оказалось, что его вызывают мельчайшие живые существа – спиртовые дрожжи. Он обнаружил, что микробы гибнут, если сильно подогреть продукт. Теперь это называется пастеризацией. Именно Луи Пастер открыл, что микробы являются причиной всех инфекционных заболеваний организма человека. С его именем связано возникновение новой науки – микробиологии. В его лаборатории были созданы вещества, которые могут уберечь людей от болезней. Он около 5 лет работал над созданием вакцины от бешенства – страшного заболевания передающегося через укус больного животного. Чтобы испытать вакцину он хотел заразить себя бешенством, но к нему привели больного мальчика, искусанного собакой. Ребенок был обречен и Луи Пастер рискнул поставить вакцину. Мальчик выздоровел. Это известие облетело весь мир, и в разных уголках мира начали создавать специальные лаборатории по производству вакцин. В России учение Пастера было подхвачено великим русским ученым Ильей Ильичом Мечниковым. Он является основателем иммунологии - науки о защитных силах организма. Есть врожденный и приобретенный иммунитет. Врожденный иммунитет передается нам по наследству, а приобретенный возникает благодаря прививкам. Так человек предохраняет себя от очень многих болезней. Особенно важно ставить прививку, когда мы едем в жаркие страны или собираемся проводить много времени в лесу. Очень важно, чтобы не заболеть надо поддерживать чистоту в квартире, не оставлять грязную посуду, не бросать где попало мусор, чаще мыть руки.

Результаты анкетирования

Учитывая, что очень важно знать какой мир нас окружает, мы решили провести анкетирование в нашем классе и узнать, что ученики знают о бактериях. Были предложены следующие вопросы:

1. Микроорганизмы – это:

- самые мелкие организмы

- самые крупные организмы

- не знаю

Все из опрашиваемых школьников ответили, что это самые мелкие организмы.

2. Знаешь ли ты, для чего предназначен микроскоп?

Из 23 школьников 21 знает, что микроскоп предназначен для изучения микроорганизмов, 2 человека – не знали об этом.

При ответе на этот вопрос многие дети отметили несколько вариантов ответа, а это значит, что в нашем классе большинство учеников моют руки не только, когда они станут грязными, но и обязательно перед едой, после туалета и в других случаях.

Ответы на вопрос о том, как часто школьники чистят зубы, получились следующими

Из ответов на четвертый вопрос анкеты стало ясно, большинство школьников правильно ухаживают за зубами, а те ребята, которые еще не делают этого, обязательно станут чистить зубы дважды в день.

Пятый вопрос, который мы задали: - Почему нельзя есть грязные фрукты и овощи? И вот какие ответы мы получили.

Практически все ученики знают, что на немытых овощах и фруктах находится большое количество микробов, которые могут вызвать различные болезни.

Выводы:

1. Нас окружает огромный мир микроорганизмов, которые находятся повсюду в живой и неживой природе, организме человека и животных.

2. Увидеть микробов можно только с помощью микроскопа.

3. В природе существуют как вредные, так и полезные микроорганизмы. К вредным относятся микробы, вызывающие болезни у людей и животных (палочка Коха, сальмонеллы, холерный вибрион и другие). К полезным – молочнокислые бактерии, клубеньковые бактерии и т. д. ). Огромное значение для развития болезней имеет количество микроорганизмов.

4. Для того чтобы быть здоровым необходимо тщательно соблюдать правила гигиены.