Таинственные зверушки

"Предмет нужно подставить под линзу, линзу придвинуть к самому глазу, а вот нос при этом девать решительно некуда",- так описывали современники линзы-чечевицы Антони ван Левенгука, благодаря которым в 1676 г. был открыт мир бактерий. Научившись прекрасно шлифовать стекла, талантливый экспериментатор смог наблюдать через них различные мелкие предметы, невидимые простым глазом.

Однажды в капельках воды он обнаружил движущиеся частицы, которые назвал "зверушками". В течение 50 лет проводил свои замечательные исследования голландский естествоиспытатель, но прошло около двух веков, прежде чем его опыты возбудили интерес в ученом мире.

Что же в настоящее время известно об этих таинственных "зверушках" Антони ван Левенгука? Лишенные, так же как и грибы, хлорофилла, бактерии питаются готовыми органическими веществами. Эти микроорганизмы имеют различную форму и способны передвигаться различным образом. Палочковидные бациллы и шаровидные кокки, изогнутые вибрионы занимают в природе свое законное место, наравне с растительным и животным миром. Одни из них используют для движения один жгутик (монотрихи), другие имеют на конце клетки пучок жгутиков (лофотрихи), а также встречаются бактерии с множеством жгутиков, разбросанных по всей поверхности микроба (перитрихи). Для классификации бактериальных организмов часто используют метод, предложенный датским врачом Э. Грамом. Сущность этого определения заключается в том, что бактерии сначала обрабатывают генцианвиолетовым красителем и йодом, а затем промывают спиртом. Организмы, приобретающие после этой операции сине-черную окраску, получили название "грамположительные бактерии" и обозначаются " + ", а грамотрицательные - бесцветные или светло-синие - знаком "-". Существуют и другие методы идентификации бактерий. Питаются бактерии при помощи диффузии или адсорбируя питательные вещества. Размножаются делением клетки надвое, которое при благоприятных условиях повторяется каждые 20-30 мин. В настоящее время ученые показали, что у этих микроорганизмов существует и половой процесс, осуществляемый различными путями. Бактериальная хромосома, несущая наследственную информацию, представляет собой гигантскую молекулу ДНК. Половое размножение возможно при переносе ДНК бактерии-донора в воспринимающую бактерию, и уже объединенный генетический код служит генотипом дочерней клетки - так осуществляется трансформация. Это интересное явление было открыто английским медиком Ф. Гриффитсом в 1928 г. и послужило толчком к изучению роли ДНК в передаче наследственных признаков. Работая с пневмококками - опасными возбудителями пневмонии у человека, ученый обнаружил, что введение здоровым мышам смеси живых неинфекционных и убитых инфекционных бактерий вызывает у животных симптом., болезни. Если же ввести эти микроорганизмы отдельно, то подопытные остаются здоровыми. В дальнейших исследованиях Ф. Гриффитс показал, что мертвые болезнетворные бактерии превращают живые, не опасные для человеческого организма, в опасных возбудителей заболевания.

Другим интересным видом обмена генетической информации между бактериями является транедукция. Проникая в клетку, бактериальные вирусы "прихватывают" с собой молекулы ДНК одной бактерии и переносят их в другую. Кроме трансформации и транедукции, бактериальные клетки используют еще контактный, способ размножения. При этом между бактериями образуется цитоплазматический мостик и по этому уникальному "каналу" молекулы наследственности из одной клетки мигрируют в другую. Этот процесс, называемый конъюгацией, происходит между микроорганизмами с различными половыми знаками.

Многообразна роль бактерий. Вместе с другими микробами они участвуют в разложении органических остатков в почве до простых неорганических веществ: углекислоты, аммиака и минеральных солей. Растения используют эти соединения для своей жизнедеятельности, а растительная пища используется животными и человеком. Таким образом, бактерии участвуют в кругообороте многих важных химических элементов, таких, как азот и углерод, фосфор и железо, сера, и некоторых других. Среди представителей царства бактерий есть друзья растений, например азотфиксирующие микроорганизмы, которые помогают зеленым кормильцам усваивать питательные вещества из почвы. Бактерии поставляют человеку множество важнейших биологически активных веществ: антибиотики и ферменты, витамины и аминокислоты; они используются при производстве различных тканей и продуктов питания, изделий из кожи и кормов для животноводства, а из некоторых видов получают биологические средства защиты растений.

Широкое распространение в медицинской практике получил пенициллин, но оказалось, что иногда этот антибиотик вызывает аллергию. Ученым удалось выделить из бактерий фермент пенициллиназу, при введении которого в человеческий организм антибиотик разрушается и снимаются болезненные симптомы у больного. Другой фермент стрептокиназа, выделенный из стрептококков, применяется для уменьшения свертываемости крови при некоторых заболеваниях. Кто сейчас не знает о чудесных свойствах витамина С? Однако синтез аскорбиновой кислоты довольно сложен и дорогостоящий. И здесь на помощь химикам пришли бактерии, превращающие сорбит в сорбозу, которая служит исходным веществом для производства витамина.

А скольким мы обязаны молочнокислым бактериям - этим молочным "кулинарам". Кефир и творог, йогурт и брынза - продукты, получаемые при превращении молочного сахара в молочную кислоту, а белков-казеинов в аминокислоты. Лизин, метионин, глицин и глутаминовая кислота, вырабатываемые бактериями, используются пищевой промышленностью для улучшения питательных свойств продуктов и применяются в виде добавок к корму животных.

Познакомимся более подробно с теми бактериями, которые являются врагами зеленых кормильцев. В настоящее время известно около 400 видов патогенных бактерий, вызывающих на культурных растениях более 80 различных заболеваний. Например, бактериозы картофеля снижают до 30% урожай крахмалистых клубней. Многие фитопатогены, поражая растительный организм, выделяют токсины. Кроме токсинов, бактерии используют против растений другое химическое оружие - ферменты, например пектиназы или дегидрогеназы. Некоторые возбудители бактериальных болезней приводят растение к гибели, другие же вызывают патологию лишь некоторых органов и частей. Бактерии хорошо размножаются при температуре выше нуля и высокой влажности воздуха. Поражая растение, патогены вызывают гнили и некрозы покровных тканей, увядание листьев и раковые опухоли на корнях.

Первым высказал мысль о бактериях - паразитах растений Михаил Степанович Воронин. Ученый обратил внимание на способность бобовых обогащать почву азотом. В это время среди ботаников существовало мнение, что растительный организм получает азот из воздуха. Воронин ставит многочисленные опыты и выясняет причину появления на корнях небольших утолщений - клубеньков. Рассматривая приготовленные срезы растительной ткани, он обнаружил множество палочковидных бактерий, которых окрестили клубеньковыми. В дальнейшем удалось заразить этими микроорганизмами здоровые растения. Воронин и высказал мысль о возможности отрицательного воздействия этих бактерий на деление клеток, которое оканчивается образованием опухолей.

Ученые середины XIX в. отрицали роль бактерий в возникновении заболеваний среди растений, и работа М. С. Воронина пробила брешь в этих укоренившихся взглядах. В 1866 г. он пишет статью о клубеньковых бактериях и делает вывод о существовании бактериальных болезней. В работах других ботаников было показано, что в пораженных клубнях картофеля и листьях плодовых деревьев присутствуют фитопатогенные бактерии.

Многообразие форм и строения бактерий, особенности передвижения и расположение жгутиков, окраска по Граму и присутствие спор - все это отличительные признаки этих организмов. Используя различные искусственные среды, микробиологи научились отличать по размерам, цвету колоний и другим характерным признакам разные бактерии. В систематике этих организмов немалую роль играет характер питания и образование различных химических веществ - продуктов жизнедеятельности. По системе известного советского ученого Н. А. Красильникова (1896-1973) бактерии условно отнесены к 4 классам: истинные бактерии и миксобактерии, спирохеты и актиномицеты. К первому классу отнесены эубактерии и хламидобактерии, железо- и серобактерии, а также почкующиеся бактерии. Они имеют различную форму - палочковидную и шаровидную, нитевидную и спиралевидную. Среди них встречаются подвижные и неподвижные организмы. Истинные бактерии широко распространены в природе и размножаются поперечным делением клеток.

Типичными представителями эубактерии являются снабженные жгутиками организмы из семейства псевдомонад. Среди них встречаются возбудители гнилей и некрозов различных растений. Во многих европейских странах, а также в США и Канаде, Мексике и Австралии широко распространен черный бактериоз пшеницы и ячменя, овса и ржи, вызываемый этими фитопатогенами. Проникая через устьица в растительные ткани и мигрируя вместе с насекомыми по всему свету, патогенные бактерии губят плантации табака и чая, посевы кукурузы и бахчевых, а также наносят огромный ущерб тепличному хозяйству. Кроме псевдомонад, много неприятностей земледельцу доставляют патогены рода ксантомонас. Пятнистость листьев у томатов и сосудистый бактериоз капусты, гоммоз хлопчатника и другие серьезные заболевания вызывают ксантомонады. Колонии бактерий хорошо окрашиваются на искусственных средах, а некоторые из них под воздействием света могут флуоресцировать.

Опасным возбудителем болезней среди зеленых кормильцев являются неподвижные микроорганизмы из семейства миксобактерий, чувствительные к некоторым антибиотикам. Эти палочковидные, лишенные жгутиков патогены можно обнаружить на клубнях картофеля и стеблях пшеницы, листьях кукурузы и ягодах земляники, а также среди возбудителей рака томатов и бактериоза красавцев тополей. Распространяются патогены с материнскими семенами и растительными остатками.

Среди двух родов - элвиниа и пектобактериум, которые отличаются по способности синтезировать пектиназу и протопектиназу, встречаются подвижные бактерии - возбудители гнилей свеклы и кукурузы, "черной ножки" картофеля и ожога плодовых деревьев. Эти жизнеспособные патогены, сохраняющиеся в растительных остатках до 3 лет, поражают около 36 видов из семейства розоцветных (яблони, груши и т.д.). Бактерии проникают в растения через трещины и устьица, поражая побеги и ветви, цветки и зеленые плоды. Фитопатогены распространяются насекомыми, ветром и дождем. Ранней весной при набухании и распускании почек на абрикосовых и персиковых деревьях активизируются возбудители бактериального увядания, поражающие сосудистую систему растения. Патогенные бактерии, впервые обнаруженные в Армении, поражают виноградники и плантации хлопчатника.

К фитопатогенным организмам относятся также палочковидные бациллы, образующие споры и снабженные множеством жгутиков. При культивировании на питательных средах колонии этих микробов имеют серовато-белую и матовую окраску. Очень большие неприятности доставляют сельскому хозяйству возбудители бактериоза початков кукурузы. Образуя сначала пятна на верхушке, они затем разрушают оболочку семян и проникают в золотистый початок. Несмотря на то что патогенные бактерии вызывают деформацию листьев и побурение мякоти фруктов, внешне плоды остаются привлекательными и не сразу можно обнаружить невидимых врагов.