Сколько бактерий на теле человека?
Бактерии
Человеческую микрофлору составляют 39 триллионов бактериальных клеток (само тело человека состоит из около 30 триллионов клеток). Наиболее многочисленна кишечная микрофлора, кожа также заселена многими бактериями. Большинство бактерий, обитающих в человеческом теле, безвредны за счёт сдерживающего действия иммунной системы, а некоторые даже приносят пользу. Ряд бактерий патогенны для человека. Такие инфекционные болезни, как холера, сифилис, сибирская язва, проказа и бубонная чума, вызываются бактериями. Наибольшее число смертей вызвано бактериальными , и один лишь туберкулёз ежегодно убивает 2 миллиона человек (преимущественно в Африке южнее Сахары). В развитых странах антибиотики используются не только для лечения заболеваний человека, но и в животноводстве, из-за чего проблема устойчивости к антибиотикам становится всё более актуальной. В промышленности бактерий используют в очистке сточных вод, для ликвидации разливов нефти, при получении сыра и йогурта, восстановлении золота, палладия, меди и других металлов из руд, а также в биотехнологии, для получения антибиотиков и других соединений.
Биоритм
Биологические ритмы описаны на всех уровнях, начиная от простейших биологических реакций в клетке и заканчивая сложными поведенческими реакциями. Таким образом, живой организм является совокупностью многочисленных ритмов с разными характеристиками. По последним научным данным, в организме человека выявлено около 400 суточных ритмов.
Катаболизм
У человека в течение жизни почти все клетки организма сменяются несколько раз. Кровь за год полностью обновляется 3 раза, за сутки меняется 450 млрд эритроцитов, до 30 млрд лейкоцитов, 1/75 всех костных клеток скелета, до 50 % эпителиальных клеток желудка и кишечника.
Вирусы
Вирусы — это самая распространенная форма жизни в океане, их концентрация достигает 10 млн вирусов на 1 мм² поверхности моря. Чайная ложка морской воды содержит около миллиона вирусов. Они необходимы для регуляции пресноводных и морских экосистем. Большая часть этих вирусов является бактериофагами, безвредными для растений и животных. Они поражают и разрушают бактерии в водном микробном сообществе, таким образом, участвуя в важном процессе круговорота углерода в морской среде. Органические молекулы, освободившиеся из бактериальных клеток благодаря вирусам, стимулируют рост новых бактерий и водорослей.
Губки
Бактериоциты — это подвижные амёбоидные клетки с вакуолями, в которых обитают прокариотические эндосимбионты. Пока они выявлены только у некоторых видов обыкновенных губок. Некоторые бактериоциты содержат внутри одну большую вакуоль с бактериями, а другие имеют многочисленные мелкие вакуоли, в которых заключены одна или несколько бактерий. Бактериоциты могут быть довольно крупными (до 20 мкм). У некоторых видов бактериоциты осуществляют вертикальный перенос прокариотических симбионтов от материнского организма к дочернему, проникая в зародыш. Считается, что бактериоциты происходят из археоцитной линии.
Bacteroidetes
На настоящий момент наиболее изучены бактерии, принадлежащие к классу "Bacteroidia", включающему род "Bacteroides" (организмы, многочисленные в экскрементах теплокровных животных, включая человека) и "Porphyromonas" (организмы, обитающие в ротовой полости человека).
Строение бактериальной клетки
Пили (также известны как фимбрии или ворсинки) — нитевидные белковые структуры, расположенные на поверхности клеток многих бактерий. Размер пилей варьирует от долей мкм до более чем в длину и в диаметре. Пили участвуют в передаче генетического материала между бактериальными клетками (конъюгация), прикреплении бактерий к субстрату и другим клеткам, отвечают за адаптацию организмов, служат местами прикрепления многих бактериофагов. Структурно пили могут быть от тонких нитевидных образований до толстых палочкообразных структур с осевыми отверстиями. Пили состоят из одного или нескольких типов спирально уложенных белковых молекул, которые называют или фимбринами. В образовании пилей, помимо самих белков-пилинов, участвуют дополнительные белки, способствующие правильной сборке. У грамотрицательных бактерий они должны пройти через клеточную мембрану, периплазматическое пространство и наружную мембрану.
Бактериом
У щитовок бактериом имеет уникальные генетические и сексуальные свойства. Например, у них есть пять копий каждой хромосомы — в том числе две копии полного генома материнской особи.
Бактерии
Положение бактерий в системе живого мира неоднократно менялось. С самого момента открытия их отнесли к растениям как класс "Schizomycetes", а ныне выделяемые в отдельный тип цианобактерий (тогда известные как синезелёные водоросли) получили название "Schizophyceae". Вместе с "Schizomycetes" они были выделены в отдел растений под названием "Schizophyta". В 1866 году Эрнст Геккель выделил бактерий в тип , который рассматривал в составе царства протисты. Термин «прокариоты» для обозначения организмов, не имеющих клеточного ядра, был предложен Эдуардом Шаттоном в 1925 году наряду с термином «эукариоты». Шаттон также поместил цианобактерий в группу прокариоты из группы настоящих водорослей, которые являются эукариотами. В 1938 году Херберт Коупленд выделил дробянок из царства протистов, которое переименовал в протоктисты. В 1969 году Роберт Уиттекер предложил деление живого мира на пять царств: дробянки, протисты, растения, грибы и животные. Колоссальный шаг вперёд в понимании биологии бактерий был совершён в 1977 году, когда Карл Вёзе разделил прокариот (которых по-прежнему нередко называли дробянками) на бактерий и архей. Филогенетическая таксономия, построенная на основе последовательностей гена 16S рРНК, легла в основу предложенной им трёхдоменной системы живого мира, которая закрепилась в 1990 году.
Желудок человека
Количество желез около 15 млн — простые, трубчатые, разветвленные и не разветвленные (в области дна желудка; подразделяются на кардиальные, собственные (фундальные) и пилорические.Мышечная пластинка СО — образована 3мя слоями гладкомышечных клеток (внутренним и наружным циркулярными и средним продольным). От неё в промежутки между железами направляются тонкие пучки гладкомышечных клеток.
Метагеномика
В 2002 году Мия Брейтбард, Форест Роуэр и коллеги при помощи секвенирования образцов окружающей среды по методу дробовика показали, что 200 литров морской воды содержат более 5000 видов вирусов. Дальнейшие исследования показали, что в человеческих фекалиях находится более тысячи видов вирусов, а в килограмме морских донных отложений, возможно, обитает более миллиона видов вирусов, в том числе бактериофагов. Практически все эти вирусы были новыми видами. В 2004 году была полностью секвенирована ДНК из кислых вод рудников. Благодаря этому исследованию удалось получить полные или почти полные геномы видов бактерий и архей, которых до этого не удавалось культивировать в лаборатории.
Насекомые
У ряда насекомых имеется бактериом — специализированный орган, в котором находятся эндосимбиотические бактерии. Клетки органа обеспечивают питательные вещества и место обитания бактериям, в обмен те обеспечивают насекомое витаминами и аминокислотами. Важнейший симбионт мухи цеце — бактерия "Wigglesworthia" — также населяет клетки бактериома мухи. Геном бактерии содержит гены, которые необходимы для синтезирования витаминов группы B, тогда как у мухи цеце имеются только лишь гены, необходимые для их транспортировки.
Бактерии
У бактерий наблюдается колоссальное разнообразие видов метаболизма. Традиционно таксономия бактерий строилась на основе их метаболических особенностей, однако она во многом не совпадает с современной классификацией, построенной на геномных последовательностях. Бактерии делятся на три типа питания в зависимости от ключевых черт метаболизма: источника энергии, донора электронов и источника углерода.
Святая вода
Исследователи из Медицинского университета Вены под руководством микробиолога Александра Киршнера (Аlexander Kirschner) провели микробиологический и химический анализы проб воды, взятой из 21 святого источника и 18 купелей Австрии. Оказалось, что состав воды лишь 14 % святых источников соответствовал национальным стандартам качества. В остальных 86 % проб была обнаружена кишечная палочка, энтерококки и кампилобактер, то есть бактерии, обычно содержащиеся в фекалиях. Причем концентрация этих бактерий в святой воде оказалось огромной — до 62 млн болезнетворных бактерий на 1 мл воды.
Halobacteriaceae
Судя по их строению, галобактерии — одни из древнейших обитателей нашей планеты. Человечеству они известны довольно давно по красноватому налёту на продуктах, консервируемых с использованием больших количеств поваренной соли. Впервые галобактерии были выделены в начале прошлого столетия из микрофлоры лиманной грязи, однако их систематическое изучение началось только в конце второго десятилетия двадцатого века. У них практически нет врагов или конкурентов, способных жить в таких же условиях, и поэтому галобактерии свободно эволюционировали на протяжении всей истории жизни на Земле. Галобактерии не наносят никакого существенного вреда народному хозяйству. Очевидно, что внутренняя среда человека непригодна для жизнедеятельности галобактерий, поэтому среди них нет ни одного патогена.
Хроматиды
У людей, как правило, присутствует 23 пары гомологичных хромосом в каждой клетке (N = 23). Тем не менее количество хроматид будет кратно 23 и может быть 4N, 2N или 1N. Количество не относится к гаплоидному или диплоидному набору, оно относится к числу хроматид в каждой клетке, как кратное гаплоидному набору хромосом в организме.
Грибы
Весьма велико биологическое и экологическое разнообразие грибов. Это одна из наибольших и разнообразнейших групп живых организмов, ставшая неотъемлемой частью всех водных и наземных экосистем. В соответствии с современными оценками, на Земле существует от 100 до 250 тысяч, а по некоторым оценкам до 1,5 миллионов видов грибов. По состоянию на 2008 год в царстве "Fungi" описано 36 классов, 140 порядков, 560 семейств, 8283 употребляемых родовых названий и 5101 родовой синоним, 97 861 вид.
Роль грибов в природе и в хозяйстве человека трудно переоценить. Грибы присутствуют во всех биологических нишах — в воде и на суше, в почве и на всевозможных иных субстратах. Являясь редуцентами, они играют важную роль в экологии всей биосферы, разлагая всевозможные органические материалы и способствуя образованию плодородных почв. Велика роль грибов как участников взаимовыгодных симбиотических (мутуалистических) сообществ. Известны симбиотические отношения грибов с высшими растениями — микориза, с водорослями и цианобактериями — лишайники, с насекомыми, представители порядка неокаллимастиговых — обязательный компонент пищеварительной системы жвачных и некоторых других травоядных млекопитающих, они играют важную роль в переваривании растительной пищи.
Стрептомицеты
Стрептомице́ты () — род бактерий семейства "Streptomycetaceae" порядка актиномицетов ("Actinomycetales"), является самым большим родом семейства (около 700 видов, но не более 835). Основными средами обитания являются почва и слои морской воды. Известны как продуценты многих антибиотиков. "Streptomyces scabies" является фитопатогеном — вызывает паршу картофеля; "Streptomyces bikiniensis" способен вызывать бактериемию человека; известны другие виды, вызывающие заболевания человека. Благодаря выделению летучего соединения — геосмина, имеют характерный «землистый» запах. Описаны в 1943 году Henrici и Зельманом Ваксманом, американским микробиологом и биохимиком, лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине (1952) за «открытие стрептомицина, первого антибиотика, эффективного при лечении туберкулёза».
Бактерии
Бактериальные клетки имеют чрезвычайно разнообразную морфологию (то есть форму и размер). Как правило, бактериальные клетки в десять раз мельче эукариотических и достигают в длину. Однако есть и бактерии, видимые невооружённым глазом: так, "Thiomargarita namibiensis" достигает половины миллиметра в длину, а длина "Epulopiscium fishelsoni" может составлять . К числу самых мелких бактерий можно отнести представителей рода "Mycoplasma", длина клеток которых не превышает , что сравнимо по размерам с вирионами некоторых вирусов. Существуют ещё более мелкие бактерии (), однако они плохо изучены.
Обмен веществ
Идея сложности метаболических сетей в клетках, которые содержат тысячи различных ферментов, отражена на изображении справа, показывающее взаимодействия только между 43 белками и 40 метаболитами, которые регулируются 45000 генов. Тем не менее, сейчас можно использовать такие данные о геномах для воссоздания полной сети биохимических реакций и образовывать более целостные математические модели, которые могут объяснить и предсказать их поведение. Эти модели особенно сильны, когда используются для интеграции данных о путях и метаболитах, полученных на основе классических методов, с данными по экспрессии генов из протеомных и ДНК-микрочиповых исследований. С помощью этих методов, модель человеческого метаболизма в настоящее время создаётся, которая будет служить ориентиром для будущих исследований лекарств и биохимических исследований. Эти модели в настоящее время используются в анализах сети, для классификации болезней человека по группам, которые различаются по общим белкам или метаболитам.
Гемолимфа
Плазма гемолимфы содержит в себе неорганические и органические соединения. Гемоциты либо находятся в свободном взвешенном состоянии в плазме, либо оседают на поверхности внутренних органов. У большинства насекомых в 1 мм гемолимфы содержится от 10000 до 100000 клеток. Число гемоцитов, циркулирующих в теле таракана, составляет 9—13 миллионов, а их суммарный объём достигает 10 % от общего объёма гемолимфы.
Бактерии
У многих бактерий клетка покрыта так называемым S-слоем, состоящим из плотно уложенных молекул белков. S-слой обеспечивает химическую и физическую защиту клетки и может выступать в роли макромолекулярного диффузионного барьера. Функции S-слоя разнообразны, но плохо изучены, однако известно, что у ' он выступает , а у ' он содержит поверхностные ферменты.
У многих бактерий имеются жгутики, представляющие собой плотные белковые структуры около в диаметре и до в длину. Они обеспечивают подвижность клеток и по строению и механизму работы не имеют ничего общего с эукариотическими жгутиками. Движение жгутиков бактерий происходит за счёт энергии, которая высвобождается при движении ионов по электрохимическому градиенту через клеточную мембрану.
Толстая кишка
Бактерии производят большую часть микрофлоры ободочной кишки и до 60 % сухой массы кала. Приблизительно от 300 до 1000 различных видов живут в кишечнике, большинство оценок определяют их количество порядке пятисот. Однако, существует вероятность того, что 99 % бактерий принадлежат лишь к 30-40 видам. Также к микрофлоре кишечника относятся некоторые виды грибов и простейших, однако об их деятельности известно не много.
Анатомия и физиология млекопитающих
Различие между данными группами хорошо видно при сопоставлении степени развития обоняния у человека и собаки. Если в носу человека имеется около 6 млн обонятельных клеток, то у собаки их — около 225 млн. Многие макросматы чувствуют запахи на расстоянии нескольких сот метров и способны находить пищевые объекты под землёй. Хорошо известна практика поиска растущих в лесу под землёй трюфелей при помощи специально обученных поисковых собак и свиней, которые способны учуять грибы на расстоянии до 20 м.
Бактерии
Нередко клетки бактерий покрыты фимбриями, которые представляют собой белковые филаменты, достигающие в диаметре и до нескольких мкм в длину. Они покрывают всю поверхность бактериальной клетки и в электронный микроскоп выглядят как волоски. Предполагается, что фимбрии участвуют в прикреплении клеток бактерий к различным поверхностям и друг к другу, а у многих патогенных бактерий они являются факторами вирулентности. Пили — это клеточные белковые придатки, более толстые, чем фимбрии, которые обеспечивают перенос генетического материала от одной бактериальной клетки к другой в ходе конъюгации (половые пили). Кроме того, пили IV типа участвуют в движении.
Корепрессор
В настоящий момент, по разным подсчётам, организме человека обнаружена от нескольких десятков до нескольких сотен корепрессоров, однако, эта цифра сильно зависит от уровня доверия к исследованию, которое характеризует белок в как корепрессор.
Бактерии
Несмотря на видимую простоту, бактерии могут вступать в сложные взаимоотношения с другими организмами. Такие симбиотические отношения можно подразделить на паразитизм, мутуализм и комменсализм, а также хищничество. Из-за небольших размеров бактерии-комменсалы распространены повсеместно и обитают на всевозможных поверхностях, в том числе на растениях и животных. Рост бактерий на теле человека ускоряется от тепла и пота, и их большие популяции придают .
X-хромосома
X-хромосома человека содержит около 150 миллионов пар оснований, что составляет примерно 5 % ДНК в клетках женщин, 2,5 % в клетках мужчин. Несёт более 1400 генов, из них белок-кодирующих — около 800 (ср. с Y-хромосомой, которая несёт всего 78 генов). У женщин две X-хромосомы; у мужчин одна X-хромосома и одна Y-хромосома. Одна X-хромосома наследуется от матери, а вторая (только у женщин) от отца.
Биологически активные добавки
В кишечнике человека живёт порядка 500 различных видов микроорганизмов общим количеством около 50 триллионов. Пробиотики, если рассматривать их в качестве биодобавок, используются в терапевтических целях для нормализации микрофлоры кишечника и укрепления иммунитета. Наиболее известными видами пробиотиков являются бифидобактерии и лактобактерии.
Микроорганизмы
Микрооргани́змы, "микро́бы" (, от — малый и — жизнь) — собирательное название живых организмов, которые слишком малы для того, чтобы быть видимыми невооружённым глазом. Термин микроб был предложен 26 февраля 1878 года французским филологом Эмилем Литтре по просьбе учёного Шарля Эммануэля Седийо () дать подходящее название микроорганизмам.
Характерный размер микроорганизмов — менее 0,1 мм. В их классификацию входят как безъядерные (прокариоты: бактерии, археи), так и эукариоты: некоторые грибы, протисты, но не вирусы, которые обычно выделяют в отдельную группу, и не прионы. Большинство микроорганизмов состоят из одной клетки, но есть и многоклеточные микроорганизмы, точно так же, как существуют одноклеточные микроорганизмы, видимые невооружённым глазом, например "Thiomargarita namibiensis", представители рода "Caulerpa" (являются гигантскими поликариотами). Изучением этих организмов занимается наука микробиология.
Бактерии
Один грамм почвы в среднем содержит 40 миллионов бактериальных клеток, а в миллилитре свежей воды можно найти миллион клеток бактерий. На Земле насчитывается около 5 бактерий, и их биомасса превышает суммарную биомассу животных и растений. Они играют важную роль в , например, именно бактерии осуществляют фиксацию атмосферного азота. Они также разлагают останки животных и растений посредством гниения. Экстремофильные бактерии, обитающие рядом с и горячими гидротермальными источниками, вырабатывают энергию из нерастворимых соединений, таких как сероводород и метан. Предполагается, что бактерии живут и в Марианской впадине, имеющей глубину 11 километров. Имеются сообщения о бактериях, обитающих в каменистых породах на 580 метров глубже морского дна на глубине 2,6 км около северо-востока США.
Бифидобактерии
Количество микробов в норме — 10—10 КОЕ/гр.
Сиртуины
Сиртуины найдены во всех организмах, от бактерий до эукариот, их последовательности достаточно консервативны. Семейство сиртуинов подразделяется на пять классов (I-IV и U); существует также деление и внутри некоторых классов. U-класс сиртуинов найден только у грамположительных бактерий. В геноме дрожжей закодировано пять сиртуинов, в геноме человека – семь, представителей классов I-IV. SIRT1,2,6,7 млекопитающих находятся в ядре, SIRT1,2 – в цитоплазме, SIRT3,4,5 – в митохондриях, где они деацетилируют негистоновые белки в процессе регуляции различных метаболических процессов. Также есть различия в уровне экспрессии сиртуинов в разных тканях.
При проведении эксперимента с дрожжевыми клетками было замечено, что повышенная экспрессия белка, кодируемого геном Sir2, увеличивает число делений дрожжей. В ходе дальнейших исследований было показано, что белок, кодируемый дрожжевым геном Sir2, не только регулирует экспрессию генов, используя эпигенетические механизмы (то есть меняя степень конденсации хроматина), но и непосредственно участвует в устранении повреждений ДНК. Были также получены доказательства того, что аналогичные процессы происходят и в клетках млекопитающих. Белок млекопитающих SIRT1 аналогичен продукту экспрессии дрожжевого гена Sir2. Ферменты со схожими функциями в разных организмах (дрожжах и мышах) позволяют предположить, что сиртуины задействованы в древнем механизме клеточного старения. В основе этого механизма лежит постепенная потеря способности сиртуинов справляться с обеими своими главными функциями. Первая заключается в том, что сиртуины, деацетилируя гистоны по остаткам лизина, способствуют конденсации хроматина и выключению тех генов, продукты которых в данный момент клетке не нужны или могут оказаться даже вредными. Вторая – в том, что сиртуины участвуют в устранении повреждений ДНК. При появлении таковых сиртуины перемещаются из мест первоначального расположения в места, где необходима их помощь в починке ДНК. Такие их перемещения повышают вероятность того, что гены, экспрессия которых подавлялась ранее сиртуинами, снова активируются. Как показало исследование, у молодых животных сиртуины успешно справляются с обеими функциями. Однако с возрастом в клетке накапливается больше повреждений, связанных, в основном, с увеличением количества свободных радикалов, из-за чего сиртуины переключаются, в основном, на починку ДНК. Как следствие, клетки начинают страдать от активации ненужных генов, что приводит к старению.
Нуклеоид
В большинстве случаев геном бактерии представлен , которую также называют хромосомой. Как правило, бактериальная хромосома имеет длину около 1 мм, она занимает до 20 % цитоплазмы и имеет объём около 0,2 мкм³. Репликация геномной ДНК начинается от участка инициации ("oriC"), из которого две репликативные вилки движутся в противоположных направлениях и встречаются в сайте терминации ("Ter"), в котором далее происходит размыкание сцепленных дочерних хромосом. Количество хромосом в бактериальной клетке зависит не только от видовой принадлежности, но и от фазы развития популяции. В качестве бактерий, постоянно имеющих несколько хромосом, можно привести "Deinococcus radiodurans" (от 4 до 10 хромосом), ' (от 8 до 16 хромосом), "Desulfovibrio gigas" (от 9 до 17 хромосом), "Azotobacter vinelandii" (до 80 хромосом). Молодые клетки обычно содержат больше хромосом, чем старые. Иногда хромосомы представляют не просто копии геномной ДНК: в некоторых случаях геном распределяется между несколькими неодинаковыми хромосомами и внехромосомными элементами (плазмидами). Так, у "Agrobacterium tumefaciens", ' и ' имеются две разные хромосомы, а у "Bacillus cereus", ' и " кроме хромосом есть одна или две мегаплазмиды, состоящие из 100—500 тысяч пар оснований (п. о.).
Хлор
Человек потребляет 5—10 г NaCl в сутки. Минимальная потребность человека в хлоре составляет около 800 мг в сутки. Младенец получает необходимое количество хлора через молоко матери, в котором содержится 11 ммоль/л хлора. NaCl необходим для выработки в желудке соляной кислоты, которая способствует пищеварению и уничтожению болезнетворных бактерий. В настоящее время участие хлора в возникновении отдельных заболеваний у человека изучено недостаточно хорошо, главным образом из-за малого количества исследований. Достаточно сказать, что не разработаны даже рекомендации по норме суточного потребления хлора. Мышечная ткань человека содержит 0,20—0,52 % хлора, костная — 0,09 %; в крови — 2,89 г/л. В организме среднего человека (масса тела 70 кг) 95 г хлора. Ежедневно с пищей человек получает 3—6 г хлора, что с избытком покрывает потребность в этом элементе.
Плазмиды
Величина плазмид различна. Если самые маленькие плазмиды содержат менее 2 тысяч пар оснований, то так называемые мегаплазмиды включают сотни тысяч пар оснований (обычно до 600 тыс.). В этом случае уже сложно провести чёткую границу между мегаплазмидой и . Некоторые виды бактерий могут одновременно содержать множество различных плазмид, так что их суммарный генетический материал превосходит по размеру таковой у самой бактерии. Например, симбиотическая почвенная бактерия "" содержит 3 репликона размером 3,65, 1,68 и 1,35 миллиона п. о. (мегабаз) соответственно вдобавок к её собственной хромосоме (6,69 мегабазы).
Строение бактериальной клетки
Как и у других клеток, рибосома у бактерий состоит из большой и малой субъединиц, имеющих 50S и 30S (молекулярная масса 1,5 тысячи кДа и соответственно). В состав большой субъединицы входят две молекулы рибосомальной РНК (23S и 5S) и 34 белка (L1—L34). Малая субъединица состоит из одной молекулы рРНК — 16S рРНК, а также 21 белка (S1—S21). Молекула 23S рРНК весит , 16S рРНК — , 5S рРНК — . За исключением L7 и L12, все рибосомные белки входят в состав рибосомы и представлены одной копией. Они имеют массу от 5 до и состоят из 45—555 аминокислотных остатков.
Микроорганизмы
Симбиотические микроорганизмы (микробиом) обитают внутри организмов растений и животных, в том числе у человека. В организме человека наибольшее количество микроорганизмов-симбионтов располагается в кишечнике. Микроорганизмы живут как внутри тела, так и на коже. Число клеток (но не масса и не объём!) микробиома у человека в 3—10 раз превышает число клеток его организма.
Строение бактериальной клетки
Под системами секреции у бактерий понимают белковые комплексы, расположенные в клеточной мембране бактерий и служащие для выведения во внешнюю среду различных веществ. В частности, их используют патогенные бактерии для выделения (преимущественно белковой природы). На основании состава, структура и действия системы секреции делят на несколько типов. Существует по меньшей мере шесть типов систем секреции, специфичных для грамотрицательных бактерий, четыре типа систем секреции уникальны для грамположительных бактерий, а два типа систем секреции имеются у обеих групп бактерий. Типы бактериальных систем секреции и их основные свойства приведены в таблице ниже.
Колифаги
Колифаги - бактериофаги (вирусы бактерии), которые заражают бактериальную клетку, размножаются в ней и убивают её. Обычно колифаги обитают в колиморфных бактериях.
Бактериофаги являются также индикаторами качества воды (степени очистки воды) из-за сходства с кишечными вирусами (энтеровирусами) человека. Они достаточно хорошо обнаруживаются.
Наиболее изучены две группы: соматические колифаги, которые инфицируют штаммы организма - хозяина (E.Coli) через рецепторы клеточных стенок; и F-специфические РНК-бактериофаги, которые инфицируют штаммы E.Coli и родственные бактерии через F- или секс-фимбрии.
Эти группы присутствуют в большом количестве в сточных водах. В свежих фекалиях человека их содержание невелико.
Колифаги также хороши как индикаторы и из-за их большой персистентности (способность сохранять жизнь вне тела "хозяина"). Наличие или отсутствие колифаг – дополнительный критерий эффективности очистки воды.
Споры бактерий
Споры бактерий — тельца круглой или овальной формы, которые образуются внутри некоторых бактерий в определенные стадии их существования или при ухудшении условий окружающей среды. Споры бактерий устойчивы к различным физическим и химическим воздействиям и сохраняются в течение многих лет, не утрачивая свойства прорастать в вегетативную форму, что имеет значение в эпидемиологии ряда заболеваний. Известен случай, когда удалось оживить бактериальные споры возрастом около 30 миллионов лет.
Митохондрия
Находящаяся в матриксе митохондриальная ДНК представляет собой замкнутую кольцевую двуспиральную молекулу, в клетках человека имеющую размер 16569 нуклеотидных пар, что приблизительно в 10 раз меньше ДНК, локализованной в ядре. В целом митохондриальная ДНК кодирует 2 рРНК, 22 тРНК и 13 субъединиц ферментов дыхательной цепи, что составляет не более половины обнаруживаемых в ней белков. В частности, под контролем митохондриального генома кодируются семь субъединиц АТФ-синтетазы, три субъединицы цитохромоксидазы и одна субъединица убихинол-цитохром-"с"-редуктазы. При этом все белки, кроме одного, две рибосомные и шесть транспортных РНК транскрибируются с более тяжёлой (наружной) цепи ДНК, а 14 других тРНК и один белок транскрибируются с более лёгкой (внутренней) цепи.
Уреаза
Уреаза обнаружена в бактериях (например, у уробактерий), дрожжах, растениях (особенно много её содержится в семенах сои), а также у ряда беспозвоночных; в клетках животных, у которых в качестве основного продукта азотистого обмена образуется мочевина, уреаза отсутствует. В организме человека и животных уреаза образуется бактериальной флорой.
В 1926 году американский биохимик Джеймс Самнер доказал, что уреаза это белок.Уреаза состоит из двух субъединиц (α и β), соединённых в димеры, которые, в свою очередь, соединяются друг с другом в тримеры (αβ)3. Тримеры формируют особую сложную структуру ((ab)3)4. Необычная уреаза была найдена у "Helicobacter pylori", у которой 4 из 6 обычных субъединиц фермента объединены общий комплекс из 24 субъединиц (α12β12). Считается, что этот надмолекулярный комплекс обеспечивает дополнительную стабильность фермента у этой бактерии, которая производит аммиак для того, чтобы нейтрализовать соляную кислоту желудочного сока. Наличие высокой активности уреазы используется как диагностический признак бактерий "Helicobacter" и "Ureaplasma urealyticum".
Микробиом
Микробиота человека включает, по всей видимости, несколько тысяч видов грибов, эубактерий, архей и вирусов. Использование современных технологий секвенирования привело к обнаружению новых фактов о структуре микробиологических сообществ. Так, S.M. Huse et al. (2012) в исследовании, проведенном в рамках международного проекта «Микробиом человека», показали, что четкая категоризация микробиоты фактически невозможна и правильнее говорить не о существовании энтеротипов, а о наличии непрерывного градиента микробных сообществ.
Фагоциты
Фагоциты человека и других животных называют «профессиональными» или «непрофессиональными» в зависимости от того, насколько эффективно они фагоцитируют. К профессиональным фагоцитам относятся нейтрофилы, моноциты, макрофаги, дендритные клетки и тучные клетки. Основное отличие профессиональных фагоцитов от непрофессиональных заключается в том, что профессиональные имеют на своей поверхности молекулы, называемые рецепторами, которые обнаруживают чужеродные объекты — например, бактерии. Один литр крови взрослого человека в норме содержит около 2,5—7,5 млрд нейтрофилов, 200—900 млн моноцитов.
НАДН-дегидрогеназный комплекс
У прокариот комплекс І состоит из 14 основных субъединиц, образующих ядро комплекса, без которого он не функционирует. Семь субъединиц чрезвычайно гидрофобны и локализованы в мембране, а семь относительно гидрофильных расположены вне мембраны. У эукариот в результате эволюции комплекс покрылся «шубой» из приблизительно 30 вспомогательных субъединиц, их количество может варьировать в зависимости от объекта. Так, у млекопитающих этот фермент состоит из 44 субъединиц, а у гриба "Yarrowia lipolytica" — из 48. В результате этой надстройки молекулярная масса комплекса I увеличилась почти вдвое: с ~550 кДа у бактерий до ~1 МДа в митохондриях.
Царство (биология)
Исторически различают пять царств живых организмов: животные, растения, грибы, бактерии и вирусы. С 1977 года добавлены царства протисты и археи, с 1998 года — хромисты.
Все царства объединяют в четыре надцарства, или домена: бактерии, археи, эукариоты и вирусы. К домену бактерии относят царство бактерии, к домену археи — царство археи, к домену вирусы — царство вирусы, к домену эукариоты — все остальные царства.
Micropia
Среди прочего посетители могут увидеть в музее гигантскую модель вируса Эбола, узнать, какие микробы и бактерии обитают на предметах повседневного обихода, пронаблюдать участие микроорганизмов в различных естественных процессах (гниения, разложения и пр.). С помощью интерактивного сканера можно увидеть, какие микробы населяют различные части человеческого тела; желающие могут также опробовать сканер «Kiss-o-Meter», чтобы узнать, сколько микробов люди передают друг другу во время поцелуя.
Экология насекомых
Насекомые — это самая крупная по видовому разнообразию группа животных (их не менее двух миллионов видов, что численно больше, чем всех прочих животных и растений вместе взятых). Согласно расчету К. Б. Уильямса (С. В.Williams), насекомые и самые многочисленные по количеству особей: на планете их не менее 10 особей. Суммарная биомасса лишь одной стаи саранчи по массе может превосходить 10 000 тонн.
Фагоциты
Нейтрофилы обычно находятся в кровеносном русле и являются наиболее распространённым типом фагоцитов, составляя 50—60 % от всех циркулирующих в крови белых кровяных клеток. Один литр крови взрослого человека в норме содержит около 2,5—7,5 миллиардов нейтрофилов. Их диаметр составляет около 10 мкм, и живут нейтрофилы только в течение 5 дней. Как только поступает соответствующий сигнал, они в течение примерно 30 минут выходят из крови и достигают зоны инфекции. Они способны быстро поглощать чужеродный материал. Нейтрофилы не возвращаются в кровь, а превращаются в клетки гноя и погибают. Зрелые нейтрофилы меньше, чем моноциты, и имеют сегментированные ядра с несколькими секциями; каждая секция соединяется с хроматиновыми нитями (нейтрофил может иметь 2—5 сегментов). Обычно нейтрофилы не выходят из костного мозга до наступления зрелости, но при инфекции высвобождаются в кровь предшественники нейтрофилов — миелоциты и промиелоциты.
Гем C
Количество молекул гема С, присоединённых к одной молекуле белка достаточно широко варьирует. Для клеток позвоночных животных действует правило: один белок — один гем, но у бактерий обычно бывает 2, 4, 5, 6 или даже 16 гемов С на один холопротеин. Считается, что определённое количество и взаиморасположение гемов, не только связано с функциями белка, но и абсолютно необходимы. Например, белки содержащие несколько гемов С участвуют во множественном переносе электронов, особенно важной является реакция 6-ти электронного восстановления, необходимая для восстановления атмосферного азота до двух молекул аммиака. Для бактериальных гемопротеинов характерно высокое соотношение гемов С к аминокислотам, поэтому внутренняя часть некоторых цитохромов с часто оказываются полностью упакованной большим количеством групп гемов, по сравнению с обычными гемопротеинами. Некоторые из них, обычно из одноклеточных организмов, могут содержать до пяти гемов С. Ещё одним важным ферментом, содержащим гем С, является Коэнзим Q - цитохром c редуктаза.
Enterobacter cloacae
Enterobacter cloacae — вид грамотрицательных условно патогенных прямых палочковидных (0,6—1,0 × 1,2—3,0 мкм) бактерий. Располагаются одиночно, попарно или короткими цепочками. Подвижные за счёт перитрих. Факультативные анаэробы, хемоорганотрофы. Температурный оптимум 30—37 °C. Широко распространены в природе, встречаются в пресной воде, почве, сточных водах, на растениях, овощах, в испражнениях человека и животных. У человека вызывают кишечные, респираторные, урогенитальные гнойно-воспалительные заболевания, менингит, септицемию, раневые и ожоговые инфекции, бактериемию, диарею и другие различные оппортунистические инфекции.
Гельминты
По данным ВОЗ, каждый год приблизительно каждый второй человек на планете заражается одним из трёх основных видов гельминтов, что приводит к энтеробиозу (1,2 млрд чел.), анкилостомозу (900 млн) и трихоцефалезу (до 700 млн).
Фузобактерии
В кале здоровых людей обнаруживается следующее количество фузобактерий:
В норме у взрослого человека в полости рта в титре содержится 10 — 10 КОЕ/г фузобактерий.
7-я хромосома человека
7-я хромосо́ма челове́ка — одна из 23 человеческих хромосом. Хромосома содержит более 158 млн пар оснований, что составляет от 5 до 5,5 % всего материала ДНК человеческой клетки. В настоящее время считается, что на 7-й хромосоме находятся от 1000 до 1400 генов.
Метагеномика
Микробные сообщества играют ключевую роль в поддержании здоровья человека, но их состав и механизмы функционирования до сих пор остаются неразрешенными. Метагеномное секвинирование использовалось для описания микробных сообществ у сотен индивидуумов. Это часть так называемого проекта , главными целями которого является: определить базовый набор микробов человека, понять, как изменение микрофлоры человека коррелирует с изменением здоровья, а также разработать технологическую и биоинформатическую базу для достижения этих целей Основные центры, получившие финансирование на секвенирование геномов микроорганизмов кишечника, пригодных к культивированию в лабораторных условиях:
Другое медицинское направление — проект MetaHit (метагеномика пищеварительного тракта человека), участие в котором принимало 124 индивидуума из Дании и Испании, среди них были здоровые люди, люди с избыточным весов и люди с болезнями пищеварительного тракта. Главной целью исследования была попытка охарактеризовать филогенетическое разнообразие желудочно-кишечных бактерий. Исследование показало, что две бактериальные клады: Bacteroidetes и Firnicutes, составляют более 90 % от всех известных филогенетических групп бактерий, которые доминируют в дистальном отделе кишечника. Используя относительную частоту генов, найденных в кишечнике, исследователи идентифицировали 1244 метагеномных кластеров, которые играют критическую роль для поддержания здорового состояния. Выделено две основные функции этих кластеров: поддержание экспрессии генов домашнего хозяйства и экспрессия генов, специфичных для желудочно-кишечного тракта. Кластер генов домашнего хозяйства необходим для всех бактерий и часто играет основную роль в метаболических путях, таких как центральный метаболизм углерода, синтез аминокислот. Кластер специфических генов включает способность к адгезии к белкам хозяина и способность питаться за счёт сахаров. У больных с раздражением толстой кишки на 25 % меньше таких генов, также показано более низкое содержание бактерий, в отличие от людей, у которых не было диагностировано никаких проблем с желудочно-кишечным трактом.
Строение бактериальной клетки
Количество хромосом в бактериальной клетке зависит не только от видовой принадлежности, но и от фазы развития популяции. В качестве бактерий, постоянно имеющих несколько хромосом, можно привести "Deinococcus radiodurans" (от 4 до 10 хромосом), ' (от 8 до 16 хромосом), "Desulfovibrio gigas" (от 9 до 17 хромосом), "Azotobacter vinelandii" (до 80 хромосом). Молодые клетки обычно содержат больше хромосом, чем старые. Иногда хромосомы представляют не просто копии геномной ДНК: в некоторых случаях геном распределяется между несколькими неодинаковыми хромосомами и внехромосомными элементами (плазмидами). Так, у "Agrobacterium tumefaciens", ' и ' имеются две разные хромосомы, а у "Bacillus cereus", ' и "", кроме хромосом, есть одна или две мегаплазмиды, состоящие из 100—500 тысяч пар оснований (п. о.).
R-тела
R-тела — это нерастворимые «ленты» из белков, синтезируемые некоторыми видами бактерий. Обычно в цитоплазме бактерий эти ленты плотно свернуты в цилиндрические структуры. Изначально они были обнаружены в каппа-частицах — бактериальных эндосимбионах инфузорий рода "Paramecium". Они или кодирующие их гены встречаются и у некоторых видов свободноживущих бактерий, функции R-тел у этих бактерий неизвестны. R-тела можно разделить на пять различных групп, отличающихся по размеру, морфологии лент и механизму раскручивания R-тел.
Микрофлора кишечника
В желудке в норме за счёт кислой среды количество микробов незначительно (лактобациллы, стрептококки, сарцины). Двенадцатиперстная кишка и проксимальный отдел тонкой кишки у здоровых людей стерильные за счёт наличия в них агрессивных пищеварительных ферментов. В дистальной части тонкой кишки в 1 мл содержимого насчитывается 10−10 микробов, в равном количестве аэробных и анаэробных. В 1 мл содержимого дистального отдела толстой кишки находится 10−10 микробов около 400 видов. Наибольшая плотность обсемененности наблюдается в прямой кишке. Микрофауна кала является фактически фауной дистального отдела толстой кишки.
Пыльца
Метагеномное изучение микробиоты пыльце демонстрирует достаточно высокое разнообразие. Для четырёх видов растений: , , и показано существование более тысячи различных видов бактерий, представляющих около ста семейств.
Позвоночник человека
У зародыша человека закладывается 38 позвонков: 7 шейных, 13 грудных, 5 поясничных и 12—13 крестцовых и копчиковых. В период роста эмбриона происходят следующие изменения: 13-я пара рёбер редуцируется и срастается с поперечными отростками 13-го грудного позвонка, который становится 1-м поясничным (а последний поясничный позвонок становится 1-м крестцовым). В дальнейшем происходит редукция большинства копчиковых позвонков. Таким образом, к моменту рождения плода позвоночный столб состоит из 33—34 позвонков.
Организм
Микрооргани́змы, ("микро́бы") — собирательное название группы живых организмов, которые слишком малы для того, чтобы быть видимыми невооружённым глазом (их характерный размер — менее 0,1 мм). В состав микроорганизмов входят как безъядерные (прокариоты: бактерии, археи), так и эукариоты: некоторые грибы, протисты, но не вирусы, которые обычно выделяют в отдельную группу. Большинство микроорганизмов состоят из одной клетки, но есть и многоклеточные микроорганизмы, точно также как и есть некоторые одноклеточные макроорганизмы, видимые невооружённым взглядом, например "Thiomargarita namibiensis", представители рода "Caulerpa" (являются гигантскими поликарионами). Изучением этих организмов занимается наука микробиология.
Пециломикоз
Пециломикоз () — глубокий системный микоз, при котором в патологический процесс могут вовлекаться кровь, сосуды мелкого и среднего калибра, интерстиций, лимфатические узлы, кожа, слизистая оболочка, внутренние органы и нервная система. К настоящему времени остается мало изученным заболеванием, так как частота выделения грибов рода Paecilomyces от больных по общепринятой методике не превышает 1-1,5 % [1].
Как новая нозологическая единица микоза введена Baker [2] в 1971 г. на основании имеющихся сообщений о поражении человека и животных грибами рода Paecilomyces. Повсеместное распространение грибов рода Paecilomyces в почве различных географических зон определяет массовую инфицированность ими населения земного шара. Однако использование рутинных методов выделения грибов из патологического материала от больных затрудняло освещение данного вопроса. На основании выявления диморфизма и особенностей паразитирования тканевых форм грибов рода Paecilomyces А. М. Ахунова в 1991 году разработала новый способ их выделения от больных, повысивший частоту выделения до 44 % [3]. Грибы рода Paecilomyces обладают диморфизмом и являются возбудителем нового вида врожденной хронической персистирующей инфекции крови, контролируемой механизмами неспецифической защиты и специфического иммунитета, состоятельность которых обусловливает фазы носительства или активации пециломикозной инфекции в крови. Клинические проявления пециломикоза полиморфны, что определено генерализованным распространением грибной инфекции, а также типами иммунных реакций, реализующихся в процессе сопротивления организма человека возбудителю. Внутриклеточный цикл паразитирования тканевых форм грибов рода Paecilomyces не позволяет достичь их полной элиминации из организма хозяина. Это значит, что даже после проведенного, полного курса лечения системными антимикотиками сохраняется возможность рецидива инфекции. Среди факторов, подавляющих состоятельность иммунного контроля и провоцирующих активацию пециломикозной инфекции с развитием клинически выраженного пециломикоза в виде бронхиальной астмы, доминируют острые и хронические вирусные инфекции, стрессовые воздействия, сезонные и возрастные колебания иммунной системы [4].
Бактерии
Первоначально бактерий поместили в царство растений в составе класса "Schizomycetes". Сейчас известно, что бактерии, в отличие от растений и других эукариот, не имеют оформленного ядра и, как правило, мембранных органелл. Традиционно бактериями называли всех прокариот, однако в 1970-х годах было показано, что прокариоты представлены двумя независимыми доменами — бактериями и археями (эукариоты составляют третий домен).
Бактерии
Каждый патоген характеризуется особыми взаимодействиями с организмом хозяина. Некоторые возбудители, такие как виды родов "Staphylococcus" и "Streptococcus", вызывают кожные инфекции, пневмонию, менингит и даже сепсис, системный воспалительный ответ, переходящий в шок, массивную вазодилатацию сосудов и заканчивающийся смертью. При этом те же самые микроорганизмы входят в состав нормальной микрофлоры человека и зачастую обитают на коже и внутри полости носа, не вызывая никакого заболевания. Другие бактерии всегда вызывают болезнь, например, риккетсии, которые являются облигатными внутриклеточными паразитами и могут размножаться только внутри клеток организма-хозяина. Один вид риккетсий вызывает сыпной тиф, другой является возбудителем пятнистой лихорадки Скалистых гор. Другой род облигатных внутриклеточных паразитов, "Chlamydia", включает возбудителей пневмонии, и коронарной недостаточности. Некоторые бактерии, такие как "Pseudomonas aeruginosa", "" и "Mycobacterium avium", являются оппортунистическими патогенами и вызывают заболевания преимущественно у людей, страдающих от иммунодефицита или муковисцидоза.
Бактерии
В бактериальных геномах, как правило, содержится от нескольких сотен до нескольких тысяч генов. Бактериальные гены, за редкими исключениями, лишены интронов, а если они и есть, то очень короткие.
Геном человека
Геном человека — совокупность наследственного материала, заключённого в клетке человека. Человеческий геном состоит из 23 пар хромосом, находящихся в ядре, а также митохондриальной ДНК. Двадцать две аутосомы, две половые хромосомы Х и Y, а также митохондриальная ДНК человека содержат вместе примерно 3,1 млрд пар оснований.
Бактерии
Большинство бактерий имеют шарообразную (кокки) или палочковидную (бациллы) форму. Некоторые бактерии, называемые , выглядят как слегка закрученные палочки или запятые; спириллы имеют спиральную форму, а спирохеты имеют длинные плотно закрученные клетки. Описаны и бактерии с другими необычными формами клеток, например, клетками в форме звезды. Разнообразие форм бактериальных клеток обусловлено особенностями их клеточных стенок и цитоскелета. Форма бактериальной клетки обусловливает их способность поглощать питательные вещества, прикрепляться к поверхностям, плавать в жидкостях и ускользать от питающихся бактериями организмов.
Многие виды бактерий существуют в виде одиночных клеток, однако у некоторых видов клетки образуют характерные скопления: например, клетки "Neisseria" объединены в пары, у "Streptococcus" — в цепочки, у "Staphylococcus" — в скопления в виде грозди винограда. Некоторые бактерии могут формировать более сложные многоклеточные структуры. Так, "Actinobacteria" формируют длинные филаменты (внутриклеточные нитевидные образования), "Myxococcales" образуют плодовые тела, а "Streptomyces" образуют ветвящиеся нити. Иногда такие сложные структуры появляются только при некоторых условиях. Например, при нехватке аминокислот клетки Myxococcales определяют расположение соседних клеток того же вида с помощью чувства кворума, движутся навстречу друг другу и формируют плодовые тела до длиной, состоящие из около 100 тысяч бактериальных клеток. Бактериальные клетки в составе плодовых тел выполняют различные функции: десятая часть всех клеток мигрирует к верхней части плодового тела и превращается в особую покоящуюся форму, называемую миксоспорой, которая более устойчива к высыханию и другим неблагоприятным условиям внешней среды.
Бактериальные системы секреции
Бактериа́льные систе́мы секре́ции () — белковые комплексы, расположенные в клеточной мембране бактерий и служащие для секреции различных белков. В частности, их используют патогенные бактерии для выделения . На основании состава, структуры и действия системы секреции делят на несколько типов. Наиболее фундаментальные различия наблюдаются между системами секреции грамположительных и грамотрицательных бактерий. Существует по меньшей мере шесть типов систем секреции, специфичных для грамотрицательных бактерий, четыре типа систем секреции уникальны для грамположительных бактерий, а два типа систем секреции имеются у обеих групп бактерий.
Слух млекопитающих
Всего в коре больших полушарий у грызунов выявлено 5—6 слуховых полей, у хищных — 6—9, у мартышковых — 10—12, у человека — свыше 30. Общей чертой организации слуховой коры у млекопитающих является её иерархическое устройство с подразделением на "первичную слуховую кору" () и окружающие её "вторичную слуховую кору" () и "третичную слуховую кору" (). У человека и высших обезьян первичной слуховой коре соответствует 41-е поле Бродмана, вторичной — 42-е и 52-е, третичной — часть 22-го поля. Общее число нейронов в слуховой коре у быка составляет несколько сот тысяч, у человека — примерно 100 миллионов.
Жгутик
Жгутики бактерий состоят из трёх субструктур:Базальное тело представляет собой систему колец, находящихся в плазматической мембране и клеточной стенке бактерий. Два внутренних кольца — M и S-кольца (сейчас чаще рассматриваются как единое MS-кольцо) — являются обязательными элементами, причём M-кольцо находится в ЦПМ, а S — в периплазме грамотрицательных и пептидогликановом слое грамположительных бактерий. Ещё два кольца — P и L — есть только у грамотрицательных бактерий, они расположены в пептидогликановом слое и наружной мембране соответственно, неподвижны и лишь направляют стержень ротора мотора. Вокруг MS-кольца расположены статоры — белковые комплексы MotA/MotB, представляющие собой протонный канал (их может быть от 8 до 16).
Заболевания, передающиеся половым путём
Такие заболевания, как кандидозный кольпит, неспецифический уретрит и бактериальный вагиноз, вызываемые условно-патогенной и сапрофитной микрофлорой, не относятся к заболеваниям, передающимся половым путём, но нередко рассматриваются в совокупности с ними (и неспециалистами ошибочно причисляются к ним).
"Трихомониа́з" занимает первое место по распространённости среди заболеваний мочеполового тракта. Кроме того, трихомониаз держит первенство и среди заболеваний, передаваемых половым путём. По данным Всемирной организации здравоохранения (1999 г.), 10 % населения земного шара болеют трихомониазом. Трихомониаз ежегодно регистрируют у около 170 млн человек. Возбудитель — влагалищная трихомонада ("Trichomonas vaginalis").
Бактерии
В отличие от многоклеточных организмов, у одноклеточных организмов (и бактерий в том числе) рост, то есть увеличение клетки в размерах, и размножение путём деления клеток тесно связаны. Бактериальные клетки достигают определённого размера и после этого делятся бинарным делением. В оптимальных условиях бактерии растут и делятся очень быстро, описан пример морской псевдомонады, популяция которой может удваиваться каждые 9,8 минуты. При бинарном делении образуются две дочерние клетки, идентичные материнской. Некоторые бактерии, хотя и размножаются простым делением, образуют более сложные структуры, предназначенные для распространения дочерних клеток. Примером могут служить плодовые тела миксобактерий и воздушные гифы стрептомицетов. Некоторые бактерии способны к почкованию, когда дочерняя клетка образует вырост на материнской, который впоследствии отделяется и переходит к самостоятельной жизни.
В лаборатории бактерии растят на твёрдых или жидких средах. Твёрдые среды, такие как , используются для чистых культур бактериальных штаммов. Жидкие среды используются, когда необходимо измерять скорость роста или получить большое количество клеток. При выращивании бактерий в жидкой среде с перемешиванием получаются однородные клеточные культуры, однако сложно заметить загрязнение другими бактериями. Для идентификации отдельных бактерий используются селективные среды, содержащие антибиотики, специфические питательные вещества или, наоборот, лишённые каких-то соединений.
Бактерии
У большинства бактерий геном представлен единственной кольцевой молекулой ДНК (её иногда называют хромосомой), а размер генома варьирует от 160 тысяч пар оснований (п. о.) у эндосимбиотической бактерии ' до примерно 13 миллионов п. о. у почвенной бактерии '. Впрочем, у ряда представителей родов "Streptomyces" и "Borrelia" геном представлен единственной линейной хромосомой, а у некоторых видов рода "Vibrio" имеется более одной хромосомы. Многие бактерии также содержат плазмиды — маленькие внехромосомные молекулы ДНК, которые содержат несколько генов, обеспечивающих своих обладателей разными полезными свойствами: устойчивостью к антибиотикам, новыми метаболическими реакциями и разнообразными факторами вирулентности.
Микроорганизмы
Микробиом каждого человека уникален, хотя и испытывает ежедневные вариации. Есть общие особенности микробиома у людей, живущих в одной местности, у людей, ведущих один образ жизни, и у людей с похожим рационом. Пониженное разнообразие микробиомов обычно ассоциируется со стационарными больными и с ухудшением здоровья. Установлена связь состава микробиома с рядом заболеваний, включая ожирение, воспалительные заболевания кишечника, рак толстой кишки, болезни сердца, рассеянный склероз и аутизм.
Бактерии
Первым бактерии увидел голландский микроскопист Антони ван Левенгук в 1676 году с помощью микроскопа с одной линзой собственного изобретения. Он описал свои наблюдения в серии писем Лондонскому королевскому обществу. Размеры бактерий были почти на пределе разрешающей способности простых линз Левенгука. В течение почти сотни лет после открытия Левенгука бактерий никто не видел. Левенгук также описал протистов, которых назвал , и интерес к его открытиям появился в свете развития клеточной теории.
Малые РНК бактерий
Ма́лые РНК бакте́рий () — небольшие некодирующие РНК длиной 50—250 нуклеотидов, содержащиеся в клетках бактерий. Как правило, малые РНК бактерий имеют сложную структуру и содержат несколько шпилек. Многочисленные малые РНК были определены в клетках кишечной палочки, модельном патогене "Salmonella", азотфиксирующей альфа-протеобактерии ', морских цианобактериях, возбудителе туляремии "Francisella tularensis", патогене растений ' pathovar "oryzae" и других бактериях. Для поиска малых РНК в геноме бактерий использовали компьютерный анализ и различные лабораторные методы (нозерн-блот, секвенирование РНК, использование микрочипов).
Бациллы (род)
Бациллы () — обширный (около 217 видов) род грамположительных палочковидных бактерий, образующих внутриклеточные споры. Большинство бацилл — почвенные редуценты. Некоторые бациллы вызывают болезни животных и человека, например сибирскую язву, токсикоинфекции ("Bacillus cereus"). Типовой вид — .
Паразиты человека
Паразиты человека — это паразиты, заражению которыми подвержен человек. Общее определение слова «паразит» касается не только многоклеточных животных и простейших, живущих за счёт своего хозяина и во вред последнему, но также вирусов, бактерий и грибов. Согласно исторической традиции, и с точки зрения медицинской паразитологии, паразитами принято называть любые существа, ведущие паразитический образ жизни, кроме вирусов и бактерий с подобными качествами.
Геном
У человека ("Homo sapiens") наследственный материал соматической клетки представлен 23 парами хромосом (22 пары аутосом и пара половых хромосом), находящихся в ядре, а также клетка обладает множеством копий митохондриальной ДНК. Двадцать две аутосомы, половые хромосомы Х и Y, митохондриальная ДНК человека содержат вместе примерно 3,1 млрд пар оснований.
Микрофлора человека
Бактерии кишечника способны переваривать сложные углеводы и другой субстрат, неусвояемый человеком, при этом производя витамины, короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК).
С целью изучения функционала генов представителей микрофлоры кишечника человека были организованы два консорциума по изучению микробиоты человека: MetaHIT (Metagenome of Human Intestinal Tract) в Европе и HMP (Human Microbiome Project) в США. Ученые из MetaHIT совместно с BGI (Beijing Genomics Institute, Китай) установили каталог из 3,3 млн преобладающих бактериальных генов в метагеноме кишечника человека.
Нанобактерии
Нанобактерии — круглые либо овальные минеральные структуры размером от 30 до 200 нм, которые вызвали один из самых значительных споров в современной микробиологии. Одни из последних результатов окончательно исключили существование нанобактерий как живых организмов и указали на парадоксальную роль подавляющего минерализацию белка в формировании этих саморазвивающихся минеральных комплексов, которые было предложено назвать "nanons".
Бактериофаги
На данный момент выделяют девятнадцать семейств. Из них только два РНК-содержащих и только пять семейств имеют оболочку. Из семейств ДНК-содержащих вирусов только два семейства имеют одноцепочечные геномы. У девяти ДНК-содержащих семейств геном представлен кольцевой ДНК, а у других девяти — линейной. Девять семейств специфичны только для бактерий, остальные девять только для архей, а ("Tectiviridae") инфицирует как бактерий, так и архей.
Генетика человека
Широкое использование в генетике человека цитологических методов способствовало развитию цитогенетики, где основной объект исследования — хромосомы, то есть структуры клеточного ядра, в которых локализованы гены. Установлено (1956), что хромосомный набор в клетках тела человека (соматических) состоит из 46 хромосом, причём женский пол определяется наличием двух Х-хромосом, а мужской — Х-хромосомы и Y-xpoмосомы. В зрелых половых клетках находится половинное (гаплоидное) число хромосом. Митоз, мейоз и оплодотворение поддерживают преемственность и постоянство хромосомного набора как в ряду клеточных поколений, так и в поколениях организмов. В результате нарушений указанных процессов могут возникать аномалии хромосомного набора с изменением числа и структуры хромосом, что приводит к возникновению т. н. хромосомных болезней, которые нередко выражаются в слабоумии, развитии тяжёлых врождённых уродств, аномалий половой дифференцировки или обусловливают самопроизвольные аборты.
Микрофлора человека
В состав нормальной микрофлоры влагалища здоровой женщины могут входить более 300 видов бактерий (а не только лактобактерии). Интересен тот факт, что состав микрофлоры претерпевает значительные изменения в течение одного менструального цикла (концентрации бактерий могут меняться в миллион и более раз, и это не говорит о нарушениях микрофлоры, это вариант нормы). Чаще всего «худшее» состояние микрофлоры мы видим сразу после окончания менструации.
Загрязнение океанов
Безопасное содержание "Escherichia coli" — не более 230 бактерий на 100 г ткани. Другие опасные для человека микроорганизмы — это бактерии "Salmonella" и "Staphylococcus", поражающие ракообразных, бактерия "Vibrio parahaemolyticus". ПХД накапливаются в морских организмах (имеют кумулятивное воздействие). Эти промышленные загрязняющие вещества — яд для животных и человека. Как и другие загрязнители океанов, например применяемый в пестицидах и антисептиках для древесины ГХГ (гексахлорциклогексан), они являются стойкими хлорсодержащими соединениями.
Жизнь
Мир живых существ насчитывает несколько миллионов видов. Всё это многообразие организмов изучает биологическая систематика, основной задачей которой является построение системы органического мира.
Живая природа сейчас обычно делится на восемь царств: вирусы, протисты, археи, хромисты, бактерии, грибы, растения и животные.
Строение бактериальной клетки
Как правило, размеры клеток бактерий находятся в пределах от 0,2 до . Существуют, однако, бактерии, видимые невооружённым глазом: клетки бактерии "Epulopiscium fishelsoni", обитающей в кишечнике рыбы-хирурга, достигают до в длину и в диаметре, а клетки "Thiomargarita namibiensis", населяющей прибрежные воды Намибии, достигает в диаметре.
11-я хромосома человека
11-я хромосо́ма челове́ка — одна из 23 пар человеческих хромосом. Хромосома содержит почти 139 млн пар оснований, что составляет от 4 до 4,5 % всего материала ДНК человеческой клетки. По последним данным хромосома содержит от 1300 до 1700 генов. Недавнее исследование показало, что средняя плотность генов на 11-й хромосоме составляет 11,6 гена на 1 млн пар оснований; среди этих генов были выявлены 1524 кодирующих гена и 765 псевдогенов. Это одна из самых богатых генами хромосом человека, и, соответственно, с ней связано большое количество различных генетических расстройств — 171 заболевание.
Насекомые
На человеке паразитирует целый ряд кровососущих насекомых. Блохи являются переносчиками различных возбудителей заболеваний человека и животных. Установлено, что около 60 видов блох могут передавать в природе более 25 различных заболеваний, в том числе чуму, сыпной тиф, туляремию, бруцеллёз и другие. Блохи могут быть также промежуточными хозяевами некоторых гельминтов (тыквовидный цепень, крысиный цепень, дирофилярии). Паразитируют на человеке и вши, которые обладают строгой специфичностью к своему хозяину: лобковая и человеческая. Последняя, имея два подвида (платяная и головная вши), является переносчиком таких заболеваний, как сыпной и возвратный тиф. Постельный клоп также является распространённым бытовым кровососущим эктопаразитом человека. Ряд тропических видов клопов-хищнецов питаются кровью теплокровных животных и человека (представляют как бы переход от хищников к паразитам). Мухи цеце обитают в тропической и субтропической Африке и являются переносчиками африканского трипаносомоза — заболевания животных и человека, более известного как сонная болезнь. Другой трипаносомоз — американский трипаносомоз — переносят поцелуйные клопы (болезнь Шагаса); москитами переносятся лейшманиозы, вызываемые протистами близкого к трипаносомам рода лейшмания. Самки слепней и большинства видов комаров семейства "Culicidae" пьют кровь теплокровных животных и человека. Слепни могут переносить туляремию, а комары переносят малярию — болезнь, которая стоит на одном из первых мест среди причин смертности от инфекций, — и жёлтую лихорадку, а также множество других инфекций.
Бактериофаги
Фаги, как и все вирусы, являются абсолютными внутриклеточными паразитами. Хотя они содержат всю информацию для запуска собственной репродукции в соответствующем хозяине, у них нет механизмов для выработки энергии и рибосом для синтеза белка. Размер известных фаговых геномов варьирует от нескольких тысяч до 498 тысяч пар оснований (геном , поражающего бацилл).
5-я хромосома человека
5-я хромосо́ма челове́ка — одна из 23 человеческих хромосом. Хромосома содержит около 181 млн пар оснований, что составляет почти 6 % всего материала ДНК человеческой клетки. Являясь одной из самых больших человеческих хромосом, она тем не менее имеет одну из самых низких плотностей генов. Это частично объясняется наличием большого количества бедных генами участков, в которых наблюдается значительный уровень некодирующих консервативных последовательностей, идентичных имеющимся у немлекопитающих позвоночных, что позволяет предположить их функциональную важность. В настоящее время считается, что на 5-й хромосоме находятся от 900 до 1300 генов.
Паразитизм
Паразитизм встречается среди различных групп организмов: животных (простейшие, плоские черви, нематоды, кольчатые черви, моллюски, членистоногие, люди), бактерий, грибов (мучнисторосяные, трутовики) и даже у покрытосеменных растений. Физиология паразита подчинена физиологии хозяина и его жизненный цикл (само его существование или размножения) невозможно (или сильно затруднено) без получения от хозяина необходимых для него биологических ресурсов. Такие ресурсы паразит может получить только от ограниченного числа типов хозяев. Чем дольше (филогенетически) продолжается сосуществование, тем лучше этот вид паразитов приспосабливается к своему хозяину и тем меньше вреда наносит ему. В сфере медицинской паразитологии термин «"паразит"» означает эукариотический патогенный организм. Простейшие и многоклеточные возбудители инфекции классифицируются как паразиты. Грибы не обсуждаются в учебниках медицинской паразитологии, хотя они являются эукариотами. Среди архей (они не являются эукариотами) по состоянию на 2003 год был известен лишь один паразитический организм — "Nanoarchaeum equitans". Среди внутриклеточных паразитов наименьшие размеры имеют эубактерии рода "Mycoplasma", например, "Mycoplasma genitalium", диаметр клеток которой составляет 200—300 нм.
Уреаплазмоз
Уреаплазмоз — одна из наиболее часто встречающихся инфекций, передающихся половым путем. Однако, до сих пор среди докторов нет единого мнения, существует ли такая болезнь на самом деле или это вымысел врачей. Так, возбудители уреаплазмоза заселяют влагалище здоровой женщины в 60%, а у новорожденных девочек в 30% случаев. Т.е. враждебность уреаплазмы по отношению к человеку находится под вопросом.
Уреаплазма может годами жить в организме, не вызывая какой-либо симптоматики и никак себя не проявляя. Главный фактор защиты организма — нормальная микрофлора, которая и является физиологическим барьером. Как только нарушается баланс микроорганизмов, барьер исчезает, количество уреаплазм быстро растёт, вызывая воспаление
Aeromonas hydrophila
Из-за своей структуры бактерия очень токсична для многих организмов. При попадании в организм своей жертвы, она через кровоток попадает в первый доступный орган. При этом она производит цитотоксический энтеротоксин аэролизин, который может привести к повреждению тканей. "А. hydrophila", "А. caviae" и "А. sobria" считаются условно-патогенными микроорганизмами, что означает, что они редко заражают здоровых людей. "А. hydrophila" считают одним из основных патогенов рыб и амфибий. Распространенность бактерии "Aeromonas hydrophila" в США и её патогенность для человека уже несколько десятилетий является фактом (в частности, проводились клинические и микробиологические исследования диареи, вызванной гидрофильной аэромонадной бактерией). Всестороннее знание о строении генома аэромонад является ключом к пониманию того, как они функционируют.
Микрофлора человека
Кожа человека представляет собой крупнейший орган человеческого тела, одной из функцией которого является организация физического барьера, препятствующего проникновению чужеродных патогенов, одновременно обеспечивая «экологическую нишу» множеству комменсальных микроорганизмов. В течение всей жизни человека кератинизированные клетки кожи, иммунные клетки и кожная микробита взаимодействуют между собой для поддержания физического и иммунного кожного барьера, обеспечивая гомеостаз здорового состояния организма, а также защитные саногенетические реакции при многочисленных стрессах, таких как раны или инфекции.
Цианобактерии
Цианобактерии являются объектом исследования как альгологов (как организмы, физиологически схожие с эукариотическими водорослями), так и бактериологов (как прокариоты). Сравнительно крупные размеры клеток и сходство с водорослями было причиной их рассмотрения ранее в составе растений («синезелёные водоросли»). За это время было альгологически описано более 1000 видов в почти 175 родах. Бактериологическими методами в настоящее время подтверждено существование не более 400 видов. Биохимическое, молекулярно-генетическое и филогенетическое сходство цианобактерий с остальными бактериями в настоящее время подтверждено солидным корпусом доказательств.
Жирные кислоты
В миколовых кислотах коринебактерий ("Corynebacterium") 32-36 атомов углерода, у нокардий ("Nocardia") — 48-58, а у микобактерий ("Mycobacterium") 78-95. Миколовые кислоты являются главным компонентом защитной оболочки бактерий ("Mycobacterium tuberculosis"), которые вызывают туберкулёз человека. Именно присутствие миколовых кислот в оболочке клетки бактерии определяют химическую инертность (в.т.ч. спирто-, щелоче- и кислотоустойчивость), стабильность, механическую прочность, гидрофобность и низкую проницаемость клеточной стенки для лекарств.
Вертьянов, Сергей Юрьевич
Оказывается, макроэлементы составляют 99 % массы клетки, а ещё 3 % — другие вещества клетки. Или ещё более нелепо: «В организме человека ежедневно синтезируется около 170 кг (!) АТФ, а накапливается 50 г АТФ» (стр. 59). Это трудно комментировать. Человек не потребляет пищу в таких немыслимых количествах, а ведь именно пища — источник для биосинтеза АТФ. Увы, у кандидата физико-математических наук проблемы не только с биологией и русским языком, но и с математикой!  Кроты, по мнению Вертьянова, относятся к отряду грызунов (стр. 181), в то время как они — представители отряда насекомоядных.
Бактерии
Бактерии часто прикрепляются к какой-либо поверхности и формируют плотные скопления, известные как биоплёнки, или более крупные скопления — бактериальные маты. Толщина биоплёнок и матов может составлять от нескольких микрометров до полуметра, в их состав могут входить бактерии разных видов, а также археи и протисты. В биоплёнках наблюдается сложное расположение клеток и внеклеточных компонентов, которые формируют вторичные структуры, известные как микроколонии, через которые проходит сеть каналов, обеспечивающая лучшую диффузию питательных веществ. В таких местообитаниях, как почва и поверхность растений, большинство бактерий, прикреплённых к поверхностям, входят в состав биоплёнок. Биоплёнки имеют важное значение для медицины, потому что они часто образуются при хронических бактериальных инфекциях или инфекциях, связаннных с инородными имплантатами. Более того, бактерии в составе биоплёнок гораздо сложнее убить, чем отдельные бактериальные клетки.
Бактериофаги
Действительно, бактериофаги представляют собой один из основных подвижных генетических элементов. Посредством трансдукции они привносят в бактериальный геном новые гены. Было подсчитано, что за 1 секунду могут быть инфицированы 10 бактерий. Это означает, что постоянный перенос генетического материала распределяется между бактериями, обитающими в сходных условиях.