Analiza czynności życiowych bakterii i określanie roli tych procesów w środowisku przyrodniczym Salmonella Clostridium Escherischia coli Pseudomonas
Bakterie (łac. bacteria, od gr. bakterion pałeczka) grupa mikroorganizmów, stanowiących osobne królestwo. Są to jednokomórkowce lub zespoły komórek o budowie prokariotycznej. Badaniem bakterii zajmuje się bakteriologia, gałąź mikrobiologii
Budowa bakterii
SPOSOBY ODŻYWIANIA SIĘ BAKTERII AUTOTROFY HETOROTROFY FOTOAUTOTROFY CHEMOAUTOTROFY PASOŻYTY SAPROFITY SYMBIOTYCZNE
FOTOAUTOTROFY Bakterie purpurowe i zielone można uznawać za relikty najwcześniejszego okresu ewolucji fotosyntezy. Nie są one zdolne do wykorzystania wody jako donora wodoru, tak jak robią to rośliny zielone, lecz muszą korzystać z bardziej zredukowanych donorów tego pierwiastka (H 2 S, H 2 ). W rezultacie fotosynteza przebiega bez uwzględniania tlenu. Jest to fotosynteza anosksygenowa.
Reakcja fotosyntezy anoksygenicznej, przeprowadzonej przez bakterie purpurowe: 6CO 2 +12H 2 S C 6 H 12 O 6 +12S+ 6H 2 O
Katedra Mikrobiologii Środowiskowej podjęła wyzwanie hodowania mikroorganizmów w Kolumnie Winogradskiego, a pierwsze efekty można obserwować poniżej na fotografiach (Fot. R. Kwiatkowski) Fot. 1. Kolumna Winogradskiego. Efekty wzrostu bakterii purpurowych po okresie sześciu miesięcy Fot. 2. Kolumna Winogradskiego. Obraz w powiększeniu
Chemosynteza starszy ewolucyjnie od fotosyntezy i mniej od niej skomplikowany sposób samożywności. Przeprowadzają go organizmy nazywane chemoautotrofami, wyłącznie bakterie, których źródłem energii do asymilacji dwutlenku węgla (CO2) są reakcje utlenienia prostszych związków nieorganicznych - chemolitotrofy, lub związków organicznych (jak na przykład metan) - chemoorganotrofy. Pełni ona bardzo ważną rolę w obiegach pierwiastków ważnych biologicznie (azotu, węgla, fosforu). Tak jak u fotosyntetyzujących autotrofów, chemosynteza jest źródłem związków organicznych, czyli sześciowęglowych cukrów (jak na przykład glukoza) i ewentualnie związków trzywęglowych.
Chemosyntezę można podzielić na dwa etapy: Etap I - utlenianie związku chemicznego (odpowiednik fazy jasnej fotosyntezy, w którym dany organizm przetwarza energię na użyteczną biologicznie (ATP), Etap II związanie CO 2 i produkcja glukozy (na tej samej zasadzie co faza ciemna fotosyntezy).
Bakterie nitryfikacyjne Etap I 2NH 3 + 3O 2 2HNO 2 + H 2 O + energia Nitrosomonas 2HNO 2 + O 2 2HNO 3 + energia Nitrobacter Etap II CO 2 +H 2 O+energia C 6 H 12 O 6 +O 2
Znaczenie nitryfikacji Proces ten zachodzi wszędzie tam, gdzie powstaje wolny amoniak (głównie z rozkładu materii organicznej) lub jest on sztucznie wprowadzany do środowiska (np. nawożenie pól uprawnych). Obejmuje środowiska takie jak: gleba, ścieki, osady oraz wody powierzchniowe, w tym morza i oceany. Jest to bardzo ważny proces w obiegu azotu w środowisku naturalnym. Zaburzenia w procesie nitryfikacji zakłócają prawidłowy cykl biochemiczny azotu. Gospodarka człowieka często powoduje, że proces nitryfikacji przeważa nad procesem denitryfikacji, co prowadzi do nagromadzenia się azotanów. Przyczynia się to do zanieczyszczenia wód gruntowych oraz eutrofizacji jezior.
Jest to również niebezpieczne dla zwierząt oraz człowieka, szczególnie dla kobiet w ciąży. Wysoki poziom azotanów może być niezwykle niebezpieczny dla noworodków, ponieważ może spowodować niedotlenienie, a nawet uduszenie. Najczęstszym objawem zatrucia azotanami u dzieci jest niebieskawy odcień skóry, szczególnie wokół oczu i ust. Powszechnie te objawy zatrucia są nazywane jako tzw. zespół blue-baby. Należy pamiętać, że gotowanie nie zmniejsza ilości azotanów. Poszukuje się alternatywnych źródeł wody, jeżeli przekraczany jest dopuszczalny poziom azotanów. Równie niebezpieczne jest nagromadzenie się azotanów w zbiornikach wodnych, ponieważ prowadzi m. in. do zatrucia ryb. Do charakterystycznych objawów należą: rozległe uszkodzenia tkanek, w tym skrzeli i nerek, zaburzenia wzrostu oraz odporności. Jednakże szybki proces nitryfikacji jest niezbędny w rekultywacji ścieków, gdzie usuwanie amoniaku jest pożądane.
Większość bakterii to organizmy heterotroficzne, które czerpią związki organiczne z innych organizmów. Wśród heterotroficznych bakterii występują głownie wolno żyjące saprobionty, odżywiające się martwą materią organiczną. Inne z kolei uzyskują związki organiczne w wyniku symbiozy z innymi organizmami. Istnieją wreszcie bakterie pasożytnicze, powodujące choroby roślin, lub zwierząt.
BAKTERIE CUDZOŻYWNE Bakterie brodawkowe, bakterie korzeniowe bakterie glebowe z rodzaju Rhizobium i Bradyrhizobium żyjące w symbiozie z roślinami motylkowatymi, które tworzą na swych korzeniach narośla, tzw. brodawki korzeniowe. Bakterie te mają zdolność wiązania wolnego azotu (N 2 ), dzięki czemu zaopatrują rośliny w związki azotu (40-550 kg N/ha/rok) w zamian bakterie otrzymują asymilaty.w wyniku tej symbiozy rośliny dają plony o dużej zawartości azotu. Rośliny motylkowe - łubin - soja - groch, bób i soczewica - fasola - koniczyna
BAKTERIE CUDZOŻYWNE Bakterie saprobiontyczne ( wydzielając enzymy trawienne) rozkładają martwe szczątki organiczne na związki proste uwalniając pierwiastki takie jak węgiel, azot, siarka, fosfor umożliwiając tym samym ich ponowne wykorzystanie przez producentów Bakterie należące do destruentów (reducentów) przyczyniają się tym samym do obiegu pierwiastków azotu, węgla, tlenu, siarki, fosforu w biosferze.
BAKTERIE CUDZOŻYWNE Wiele bakterii, to organizmy pasożytnicze, zdobywające związki organiczne kosztem swojego żywiciela. Powodują one choroby roślin, ludzi i zwierząt.
Choroby wywoływane przez bakterie Gram-dodatnie a) Wywołane przez paciorkowce - Angina bakteryjna gardła - choroba, która w erze przedantybiotykowej powodowała ciężkie wady serca i niewydolność nerek. - Szkarlatyna - typowa choroba zakaźna wieku dziecięcego. Znana pod nazwą płonica, z uwagi na wysypkę rumieniową (zaczerwienienie skóry) b) Gronkowce - Gronkowcowe zapalenie płuc - bardzo ciężkie zapalenie płuc, z uwagi na masywne niszczenie tkanki płucnej spowodowane powstawaniem ogromnych jam z ropą. - Gronkowcowe zapalenie jelit - ciężka choroba, najczęściej będąca skutkiem zabiegu operacyjnego jamy brzusznej, czasami po stosowaniu uprzednio antybiotyków. c) Pneumokoki (dwoinki) - Zapalenie ucha środkowego, zatok obocznych nosa - Zapalenie płuc d) Pałeczki - Wąglik - choroba odzwierzęca, używana również jako broń biologiczna.występuje w trzech postaciach - skórnej,jelitowej i płucnej. Z reguły po 2-3 dniach od pojawienia się objawów następuje zgon.
Choroby wywołane przez bakterie gram-ujemne a) Pałeczki - Salmonelloza - wywołująca zapalenia jelita cienkiego i grubego choroba zakaźna układu pokarmowego. Typowymi objawami są: kurczowe bóle brzucha, biegunka, gorączka i wymioty. Nazwa pochodzi od nazwiska odkrywcy, amerykańskiego uczonego Daniela Salmona. - Dżuma - ostra bakteryjna choroba zakaźna gryzoni i (rzadziej) innych drobnych ssaków, a także człowieka (zoonoza).w przeszłości nazywana czarną śmiercią. - Czerwonka - Objawem jej są uporczywe, krwawo-śluzowe biegunki i obecność krwi w stolcu oraz gorączka. Bakterie przenoszone są z wydalin chorego za pośrednictwem wody, pożywienia i much. b) Przecinkowce - Cholera - to ostra i zaraźliwa choroba zakaźna przewodu pokarmowego, której przyczyną jest spożycie pokarmu lub wody skażonej przecinkowcem cholery.początkowym okresie zakażenia dominuje biegunka, wymioty, zwykle bez gorączki i bólu brzucha. Stolec ma charakterystyczny wygląd - przypomina wodę po płukaniu ryżu i posiada swoisty, słodkawy zapach