Для чего нам необходимы бактерии симбионты. Симбиотические бактерии

При появлении в организме вирусов бактерии-комменсалы посылают иммунной системе особые сигналы, запускающие антивирусный иммунный ответ.
Предыдущие исследования доказали, что люди, страдающие недостатком таких бактерий, подвержены развитию сахарного диабета, ожирения, рака, воспалительных заболеваний кишечника и других патологий.

Дата: 21.06.2012

Как известно, кишечник человека заселен множеством разнообразных бактерий, которые приносят неоценимую пользу: одни из них помогают переваривать пищу, другие являются важной частью иммунной системы. В ходе нового исследования американские ученые обнаружили еще одну важную роль бактерий-симбионтов — они принимают участие в уничтожении вирусов. Результаты исследования опубликованы в журнале Immunity .

«В ходе экспериментов на мышах мы установили, что бактерии-комменсалы посылают особые сигналы иммунной системе при появлении в организме вирусов, — объясняет доктор Дэвид Артис (David Artis), профессор микробиологии медицинской школы Перельмана при университете Пенсильвании (Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania). — Под влиянием этих сигналов ускоряется созревание клеток иммунной системы и повышается их чувствительность к вирусам. Без этих сигналов полноценный иммунный ответ развиться не может».

Исследователи проводили лабораторным мышам курс антибиотикотерапии, чтобы сократить количество кишечной флоры, после чего заражали их вирусом гриппа. У таких мышей развивался крайне слабый иммунный ответ на внедрение вируса, отмечались серьезные поражения органов дыхательной системы, и болезнь зачастую заканчивалась летальным исходом. Далее ученые проанализировали гены иммунных клеток-макрофагов мышей, которых лечили антибиотиками. Они отметили заметное снижение в макрофагах активности генов, отвечающих за антивирусный иммунитет и выработку интерферонов.

К бактериям-комменсалам относится не только кишечная флора, но и колонии симбиотических микроорганизмов, обитающих на поверхности кожи, в верхних отделах органов дыхания и во влагалище. Предыдущие исследования доказали, что люди, страдающие недостатком симбиотической флоры, подвержены развитию сахарного диабета , ожирения, рака, воспалительных заболеваний кишечника и других патологий.

Источник: http://www.ria-ami.ru/news/35070

Принципы инсулинотерапии сахарного диабета 2-го типа

В настоящем издании вы найдете наиболее полную информацию по гирудотерапии – одному из самых древних и высокоэффективных методов натуротерапии. Здесь собраны сведения об анатомии и механизмах лечебного действия пиявки; описаны методики приставок пиявок в практической медицине, сформулированы показания и противопоказания к гирудотерапии. Пособие хорошо иллюстрировано, содержит список литературы, рекомендуемой врачам для самостоятельной работы, и раздел самоконтроля, включающий большое число тестовых вопросов.

Издается с 2006 года и является первым официально утвержденным учебным пособием по гирудотерапии для системы послевузовского образования врачей.

Предназначено для врачей различных специальностей, интересующихся вопросами гирудотерапии, осваивающих гирудотерапию и занимающихся лечебным применением пиявок, а также для студентов старших курсов медицинских вузов и читателей специальной литературы оздоровительного направления.

Книга:

2.3. Бактерии-симбионты. Роль в физиологии медицинских пиявок

Рассматривая биологию медицинских пиявок, необходимо более подробно остановиться на проблеме, которая обычно достаточно бегло и неполно отражается в литературе. Речь идет о микроорганизмах (микрофлоре), обнаруживаемых в желудковой кишке медицинских пиявок. Позже мы коснемся этого вопроса в клиническом плане, ибо его недооценка, а порой и элементарное незнание могут привести к серьезным осложнениям при проведении лечения. Более того, эта проблема абсолютно игнорируется при обу-чении на различных курсах по гирудотерапии. Видимо, это связано с недостаточной информированностью преподавателей и успокоенностью специалистов благодаря широко декларируемому в отечественной литературе «бактерицидному действию медицинских пиявок».

Дело в том, что желудочно-кишечный тракт медицинских пиявок, как, впрочем, и пиявок других видов, не стерилен. Он заселен микроорганизмами. Причем у Hirudo medicinalis , как правило, определяется один вид бактерий, а не ассоциации микроорганизмов, характерные для других пиявок. Этот вид бактерий давно обратил на себя внимание исследователей. В 1946 году М. Б. Голькиным (здесь и далее приводится по: Хомякова Т. И. и др., 1998) бактерия была выделена и морфологически описана как подвижная, утолщенная посередине палочка размерами 0,6 на 2,5–4,5 мкм, содержащая 2–3 зернистых включения, исчезающих при культивации на питательных средах, и названа «Пиявочная бактерия». H. Busing и соавторы (1953) определили ее как самостоятельный вид, который и назвали «Пиявочная бактерия» – Bacilus hirudinis . Впоследствии оказалось, что на самом деле Bacilus hirudinis является Aeromonas hydrophila . В одной из последних работ, посвященных исследованию микрофлоры медицинских пиявок, J. Graf (1999) с высокой степенью достоверности (в том числе и путем сравнения определенных участков генома) показал, что бактерия-симбионт относится к Aeromonas veronii biovar sobria . Следует, однако, отметить, что автор изучал не диких (природных) пиявок, как в большинстве предыдущих исследований, а выращенных на фермах в Германии (Noyer Apotheke) и Англии (Biopharm), и его выводы требуют некоторых уточнений. Однако и по данным D. R. Mackay и соавторов (1999), в большинстве исследованных ими пиявок обнаруживаются A. sobria .

Что же представляет собой Aeromonas ? Далее приводятся данные Т. И. Хомяковой и соавторов (1998), суммированные ими в обзоре, посвященном бактерии-симбионту: «Aeromonas – грамотрицательные палочки, факультативные анаэробы. Встречаются в пресных и сточных водах, некоторые виды патогенны для рыб и лягушек, вызывая у них септицемию. У человека вызывают диарею и бактериемию. С патогенными свойствами A. hydrophila связано много публикаций как в отечественной, так и в зарубежной литературе. Однако следует отметить, что существует множество различных штаммов этой бактерии, значительно отличающихся друг от друга, в том числе и в отношении патогенности для человека. Так, штаммы, выделенные из тканей и жидкостей больных, несколько отличаются от штаммов, выделенных из окружающей среды. Поверхностно-клеточные свойства различных штаммов и их геномный состав также различны. Даже внутри одного штамма возможны различия в структурных и патогенных свойствах».

С самого начала ученых интересовала возможная роль этой бактерии как в жизнедеятельности пиявок, так и при их лечебном применении. Накопленные к настоящему времени факты позволяют считать, что Aeromonas , в обычных условиях обитающая в кишечнике червя, является симбионтом пиявки и полезна для организма хозяина. Этот вывод основан на ряде наблюдений.

Во-первых, еще в 1946 году была показана способность «Пиявочной бактерии» синтезировать вещество, препятствующее свертыванию крови. В пользу предположения о возможной роли бактерии в поддержании крови в желудке пиявки в жидком состоянии говорит тот факт, что при более поздних исследованиях бактерии был обнаружен фермент (металлопротеиназа), переводящий g-цепь димера фибрина в мономерную форму. Он может участвовать в процессах фибринолиза. Исследования в этом направлении продолжаются, однако до настоящего времени степень участия бактерий в процессе поддержания жидкого состояния крови остается не до конца выясненной.

Во-вторых, бактерия играет определенную роль в процессах пищеварения у пиявок. Если анатомическое строение желудочно-кишечного тракта пиявок характеризуется наличием четкой дифференцировки различных отделов (глотка, желудок, кишечник, прямая кишка), то на клеточном (гистологическом) уровне различия в строении выстилки различных отделов кишечной трубки незначительны. Отсутствие клеток, секретирующих пищеварительные ферменты, подтверждалось и результатами биохимических исследований. Явная недостаточность ферментов, которые, как принято считать, необходимы для полноценного переваривания белка, позволила предположить, что «Пиявочная бактерия» участвует в процессах пищеварения. Эта гипотеза получила серьезную поддержку в работе H. Busing и соавторов (1953), показавших, что бактерия, выделенная ими из кишечника медицинской пиявки, in vitro демонстрировала способность медленно переваривать кровь. В 1967 году J. B. Jennings и V. M. van der Lande опубликовали результаты своего исследования различных видов пиявок. Изучение пищеварительных ферментов выявило наличие экзопептидаз при полном отсутствии эндопептидаз, липазы и амилазы. А исследовав выделенную от медицинской пиявки Aeromonas , авторы обнаружили у нее ферменты, способные играть определенную роль в процессах пищеварения хозяина.

В-третьих, высказано предположение (Хомякова Т. И., Хомяков Ю. Н.), что микрофлора может участвовать в обеспечении пиявки некоторыми питательными веществами, необходимыми для ее жизнедеятельности (своеобразные пиявочные витамины).

В-четвертых, анализ имеющихся данных литературы позволяет сделать вывод о важной роли Aeromonas для предупреждения размножения иных видов микроорганизмов, а возможно, и вирусов, попадающих в желудочно-кишечный тракт пиявки с кровью больных животных. Это подтверждается многочисленными наблюдениями, показавшими, что уже в первые часы после питания пиявки в ее желудке происходит значительное увеличение количества бактерий-симбионтов.

Таким образом, хотя роль, степень и характер участия Aeromonas в различных процессах жизнедеятельности медицинской пиявки требуют дальнейшего изучения, приведенные факты, бесспорно, позволяют сделать вывод о ее пользе для организма пиявки.

Между червем и обитающими в его кишечнике бактериями существует сложная система взаимоотношений. Так специфические ингибиторы протеиназ, вырабатываемые железами медицинской пиявки (эглины и бделлины), препятствуют быстрой пролиферации эндосимбионтов (Roters F. J., Zebe E., 1992). По неопубликованным данным Ю. Н. Хомякова, дестабилаза секрета слюнных желез пиявки также обладает бактерицидным в отношении Aeromonas действием. Эти данные подтверждены и в работе Л. Л. Заваловой и соавторов (2001).

Как уже говорилось, в отечественной литературе по гирудотерапии декларируется противомикробное действие пиявок или отдельных компонентов их слюны (Гирудотерапия : Руководство для врачей / Под ред. В. А. Савинова, 2004). Нередко это трактуется как наличие в секрете пиявок веществ, способных уничтожать бактерии, вызывающие патологические процессы в организме человека. Ошибочность этих заявлений связана с механическим переносом выводов из исследований, проведенных in vitro, на организм медицинской пиявки и человека. Фактически же при тех концентрациях ферментов, которые имеются в живой пиявке (а не ее экстракте), а тем более – учитывая количество веществ, вводимых пиявкой в ткани человека, речь должна идти, скорее, о бактериостатическом действии, да и то лишь в тканях непосредственно в зоне ранки.

Многих исследователей интересовало: если пиявка напала на больное животное, существует ли опасность переноса инфекции при применении пиявки в дальнейшем, а также что происходит с микроорганизмами, попадающими в желудковую кишку пиявки вместе с насасываемой ею кровью. Подобные исследования предпринимались неоднократно. В отечественной литературе чаще всего ссылаются на работу П. Н. Андреева (1923). Позволим себе остановиться на ней чуть подробнее. Целью работы было исследование возможности использования пиявки в качестве своеобразного биологического контейнера для ряда патогенных микроорганизмов. В связи с этим определялся период времени, в течение которого различные патогенные бактерии и простейшие сохраняют жизнеспособность и вирулентность внутри тела пиявки в случаях их поглощения с насасываемой кровью. До исследований пиявок кормили на больных животных. Затем через различные сроки изучали жизнеспособность микроорганизмов внутри тела пиявки. Кровь получали выдавливанием или нанесением соли на тело пиявки. Были исследованы бактерии тифа и сибирской язвы (в двух опытах), спирохет кур (в пяти опытах), бактерии паратифа, бактерии септицемии свиней, туберкулеза, Typus humanus , жемчужницы, трипаносом Lewisii, Equiperdum, Brucei, а также вирус оспы кур и чумы свиней (по одному опыту для каждого возбудителя). Бактерии тифа определяли высевом на питательную среду. В одном опыте их удалось выявить до 6 дней, в другом – до 30. Бациллы сибирской язвы обнаруживались посредством культур и прививок животным. Они сохранялись до 14 и 17 дней. Для спирохет кур наибольший срок жизнеспособности оказался 3 недели. Трипаносомы при микроскопическом исследовании определялись автором до 9 дней. Вместе с тем бактерии септицемии свиней оставались жизнеспособны до 22 дней, бациллы Typus bovines – до 60 дней, бактерии паратифа В – до 3 месяцев. Автор сделал выводы, во-первых, о том, что сохраняемость простейших в организме пиявок меньше, чем бактерий. Это объяснялось их меньшей общей устойчивостью к внешним неблагоприятным факторам. Во-вторых – о наличии бактерицидных свойств у содержимого кишечного канала пиявки. Без-условно, малое количество опытов, а главное, недостатки способа получения материала в приведенной работе, не дает возможности сделать окончательных выводов о длительности сохранения различных бактерий и простейших в желудке пиявки. Вместе с тем анализ имеющихся в зарубежной литературе данных позволяет констатировать, что «чужеродные» для пиявки микроорганизмы могут в течение некоторого периода сохраняться и даже до некоторой степени размножаться, не нанося существенного вреда ее «здоровью» (Graf J., 1999).

Исследуя количественную динамику размножения Esche-richia coli, Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aurens в желудковой кишке после их добавления в кровь, которой питались пиявки, S. Indergand и J. Graf (2000) показали, что у двух из трех (в первом опыте) и у двух из четырех (во втором опыте) исследованных ими животных Е. coli обнаруживалась через 42 и 162 часа соответственно. В отличие от Е. coli, P. aeruginosa и St. aurens оказались способны сохраняться и даже размножаться в просвете желудковой кишки по крайней мере в течение 162 часов, однако рост их числа был в 100 раз меньше, чем в аналогичных условиях вне организма пиявки. Кроме того, в экспериментах in vitro показано, что, в отличие от результатов ранее проводившихся исследований, Aeromonas , выделенная из желудковой кишки медицинских пиявок, сама по себе не оказывала угнетающего действия ни на одну из исследуемых бактерий. Было высказано предположение, что in vivo, видимо, происходит активация определенных генов симбионта в результате контакта с какими-то клетками внутри пиявки. При этом в случаях, когда пиявки заглатывают микроорганизмы с кровью больных животных, они хотя и персистируют, но не могут размножаться в полной мере, а также вытеснить бактерию-симбионт. В конечном итоге по истечении определенного периода времени чужеродные бактерии погибают, и в кишечнике остается только бактерия-симбионт. Следует отметить, что для исследования брались здоровые полноценные пиявки, приобретенные от фирм-производителей в Англии и Германии, а не дикие, среди которых встречается достаточное количество больных и ослабленных животных.

Таким образом, анализ всех имеющихся в настоящее время литературных данных, собственные наблюдения и исследования процесса размножения и развития пиявок, а также результатов их клинического применения, позволяют нам сделать следующие важные выводы.

Пиявка в силу особенностей получения пищи приспособлена перерабатывать кровь больных животных.

Некоторый период времени после питания в ее желудковой кишке могут находиться различные бактерии или простейшие, попавшие туда с кровью больных животных. В этот же период концентрация бактерий-симбионтов максимальна. Они-то и защищают организм пиявки от возможного неблагоприятного действия чужеродных микроорганизмов. В случае же клинического применения такие неотголодавшие пиявки могут стать источником заражения человека.

В процессе голодания пиявок чужеродные бактерии гибнут или выводятся из ее организма, а титр Aeromonas значительно снижается. Это-то и делает готовую к применению искусственно выращенную пиявку безопасной.

Таким образом, наличие длительного (не менее 3–4 месяцев) периода голодания животного является важнейшим условием безопасного применения пиявок. Кроме того, чрезвычайно важными являются создание для животного в этот период всех условий, необходимых для его нормальной жизнедеятельности, отбор и уничтожение ослабленных особей.

Нам кажутся более чем странными рекомендации некоторых авторов, знакомых только с литературой и абсолютно не владеющих вопросами разведения пиявок, «усиливать антимикробные свойства кишечного канала пиявок путем содержания в воде, лишенной патогенных микроорганизмов», или проводить «строгий микробиологический контроль крови для кормления пиявок», а также «тестировать присутствие крови в кишечном канале пиявок». Еще более лишены оснований рекомендации «выдерживать пиявок в растворе антибиотиков» (Баскова И. П., Исаханян Г. С., 2004). Нет ни одной работы, доказывающей, что выведенная в условиях биофабрики, отголодавшая здоровая пиявка стала бы источником какого-либо иного заражения, чем A. hydrophila . Но и оно зафиксировано в единичных случаях постановки пиявок на трансплантаты, то есть в условиях, при которых отмечается тяжелейшая гипоксия тканей и резко угнетен местный иммунитет. В нашей практике за более чем 20 лет лечения (за это время пролечено нескольких десятков тысяч пациентов) при условии использования здоровых животных, правильном выборе мест приставок и ведении приставочной реакции (о чем далее будет идти речь) образования абсцессов в местах приставки пиявок не отмечалось ни разу. Рекомендации, подобные вышеприведенным, в случае попыток их внедрения могут привести к серьезному кризису в гирудотерапии.

По способу питания бактерии можно разделить на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофами называют бактерии, которые способны синтезировать органические вещества из неорганических.

Если для синтеза используется солнечная энергия, то бактерии называют фотосинтетиками, а если энергия, выделяющаяся при различных химических реакциях, - хемосинтетиками.

Все автотрофы имеют две большие группы ферментов. Одни обеспечивают синтез простых органических веществ из неорганических, а другие, используя эти вещества (глюкозу и др.), синтезируют сложные органические соединения (крахмал, муреин, белки и др.).

К бактериям-фотосинтетикам относятся Пурпурные и Зеленые бактерии. В отличие от растений они получают водород (Н) не из воды (Н 2 0), а из сероводорода (Н 2 S). Химическими символами реакцию бактериального фотосинтеза можно записать следующим образом:

СО 2 + Н 2 S С n Н 2 n О n + Н 2 0 +S

При этой форме фотосинтеза кислород не выделяется, а в клетках бактерий накапливается сера. Такой тип фотосинтеза называют анаэробным.

Бактерии-фотосинтетики обитают чаще всего в водоемах на поверхности ила, а некоторые виды - в горячих источниках.

Иной характер фотосинтеза (аэробный) у цианобактерий. Это древнейшие организмы, появившиеся на нашей планете около 3 млрд. лет назад. Обитают преимущественно в пресных водоемах, вызывая иногда «цветение воды». Некоторые виды живут в морях и океанах, а также на суше, образуя на почве, камнях и коре деревьев зеленые налеты.

Фотосинтез цианобактерий подобен этому процессу у растений, и, используя химические символы, его можно выразить таким уравнением:

СO 2 + H 2 O C n H 2 n O n + O 2

Именно цианобактерии 800 млн. лет были единственными поставщиками кислорода в атмосферу.

Бактерии-хемосинтетики были впервые обнаружены русским ученым С. Н. Виноградским в 1890 году. Эти бактерии используют энергию, выделяющуюся при окислении соединений аммиака, азота, железа, серы.

Бактерии-гетеротрофы используют для питания готовые органические вещества, вырабатываемые организмами, либо остатками мертвых тел.

Способов получения необходимой энергии у этих бактерий два: брожение и гниение.

Гниением называют анаэробное ферментативное расщепление белков и жиров.

Если бактерии для жизнедеятельности используют остатки мертвых тел, то их называют сапротрофами. Знаменитый французский микробиолог Луи Пастер еще в конце XIX века указал на исключительно важную роль бактерий-сапротрофов в природе. Эти бактерии совместно с плесневыми грибами являются редуцентами (от лат. Reduce - возвращать). Расщепляя органические остатки до минеральных солей, они очищают нашу планету от трупов животных и остатков растений, обеспечивая живые организмы минеральными солями, и замыкают круговорот веществ в природе.

В то же время бактерии гниения, попадая на продукты питания, вызывают их порчу. Для защиты продуктов питания от редуцентов их подвергают сушке, маринованию, копчению, засолке, замораживанию, квашению или специальным методам консервирования - пастеризации или стерилизации.

Луи Пастер разработал метод сохранения жидких пищевых продуктов (молока, вина, пива и др.), который назвали пастеризацией. Для уничтожения бактерий жидкость нагревают до температуры 65 - 70°С и выдерживают 15 - 30 минут.

Полное уничтожение бактерий достигается путем стерилизации. При этом продукты выдерживают при 140°С около 3 часов, либо обрабатывают их газами, жестким излучением и т. д.

Патогенные бактерии вызывают такие заболевания, как холера, чума, туберкулез, воспаление легких, сальмонеллез, возвратный тиф, ангина, дифтерия, столбняк и многие другие болезни человека, а также различные заболевания животных и растений.

Изучение патогенных бактерий было начато еще Л. Пастером и получило развитие в работах Роберта Коха, Е. Смита, Данилы Самойловича, Ш. Китасато.

Издавна было известно, что бобовые растения повышают плодородие почвы. Об этом писали еще Теофраст и римский ученый Гай Плиний Старший.

В 1866 году известный русский ботаник и почвовед М. С. Воронин обратил внимание, что на корнях бобовых растений имеются ха
рактерные вздутия - клубеньки, которые образуются в результате жизнедеятельности бактерий.

Лишь 20 лет спустя голландский микробиолог Мартин Бейеринк сумел доказать, что бактерии поселяются на корнях бобовых растений, получая от них готовые органические вещества, а взамен дают растению столь необходимый для них азот, который усваивают из воздуха.

Так был открыт симбиоз бактерий с растениями. Дальнейшие исследования показали, что не только с растениями, но и с животными и даже с человеком. В кишечнике человека поселяется несколько видов бактерий, которые питаются остатками непереварившейся пищи, давая взамен витамины и некоторые другие вещества, необходимые для жизнедеятельности человека.

Значение бактерий

1. Участвуют в экосистемах в разрушении мертвого органического материала и тем самым принимают непосредственное участие в круговороте углерода, азота, фосфора, серы, железа и других элементов.

2. С активностью бактерий связаны многие процессы в природе, как симбиотическая (клубеньковые бактерии), так и несимбиотическая (азотобактерии) фиксация молекулярного азота.

Многие виды бактерий человек использует в народном хозяйстве: получение органических продуктов в результате брожения (уксуснокислые, лактобактерии).

3. Служат источником для получения антибиотиков (грамицидин, стрептомицин).

4. Бактерии используются для создания новых способов получения важнейших для промышленности веществ, в том числе спиртов, органических кислот, Сахаров, полимеров, аминокислот и ряда ферментов.

5. Симбиотические бактерии кишечника млекопитающих (микрофлора) участвуют в синтезе ряда витаминов группы В и витамина К, а также расщепляют клетчатку.

6. Благодаря генной инженерии в настоящее время удалось успешно перенести гены человеческого инсулина в геном кишечной палочки, и уже началось промышленное получение этого гормона.

7. Многие виды бактерий служат причиной болезни растений, животных и человека.

Глава 11

ЦАРСТВО ВИРУСЫ (VIRA)

История открытия вирусов

В конце XIX века странная болезнь поражала в Крыму плантации табака. Листья заболевших растений покрывались ржавыми пятнами, сморщивались и засыхали.

Этой болезнью заинтересовался выпускник Петербургского университета Д. И. Ивановский. Чтобы выделить возбудителя заболевания, он растер листья больных растений, а полученный сок профильтровал через полотно. Однако ни в процеженном соке, ни в остатке на полотне болезнетворных бактерий Д. И. Ивановский не обнаружил. В то же время процеженный сок, наносимый на листья здоровых растений, в 80% случаев вызывал характерное заболевание. Может быть, бактерии, вызывающие заболевания, слишком малы? Ивановский процеживает сок через фарфоровый фильтр, который, как известно, не пропускает даже самых мелких бактерий. И опять безрезультатно. Д. И. Ивановский делает вывод, что болезнь табака вызывают мельчайшие фильтрующиеся бактерии, которые невозможно увидеть в оптический микроскоп.

Через несколько лет причины заболевания табака исследует голландский микробиолог Мартин Бейеринк и приходит к выводу, что растения поражает... ядовитая жидкость, которую он назвал «вирусом» (от лат. вирус - яд). Но яд оказался весьма странным: сила любого яда зависит от его концентрации, а вот вирус Бейеринка в любом разбавлении давал одинаковый результат. Да и источник яда оставался неизвестным.

В 1932 году профессор Уиндел Стенли (США) сумел из тонны пораженных листьев получить чайную ложку кристаллов. Натирая растворами этих кристаллов листья здоровых растений, он вызвал у них характерные заболевания. Но разве живые существа могут превращаться в кристаллы? Стенли делает вывод, что вирусы - это не живые существа, а белковые молекулы.

Лишь спустя семь лет с помощью электронного микроскопа удалось увидеть неуловимый вирус.

Строение вирусов

Все вирусы можно рассматривать как генетические элементы, одетые в защитную белковую оболочку и способные переходить из одной клетки в другую.

Отдельные вирусные частицы - вирионы - представляют симметричные тела, состоящие из повторяющихся элементов. В сердцевине каждого вириона находится генетический материал, представленный молекулами ДНК и РНК. Велико разнообразие форм этих молекул: есть вирусы, содержащие двухцепочечную ДНК в кольцевой или линейной форме; вирусы с одноцепочечной кольцевой ДНК; одноцепочечной или двухцепочечной РНК; содержащие две идентичные одноцепочечные РНК.

Генетический материал у вируса (геном) окружен капсидом - белковой оболочкой, защищающей его как от действия нуклеаз - ферментов, разрушающих нуклеиновые кислоты, так и от воздействия ультрафиолетового излучения.

Вирусы - инфекционные агенты

Ни один из известных вирусов не способен к самостоятельному существованию. Лишь попав в клетку, генетический материал вируса воспроизводится, переключая работу клеточных биохимических конвейеров на производство вирусных белков: как ферментов, необходимых для репликации вирусного гниения - всей совокупности его генов, так и белков оболочки вируса. В клетке же происходит сборка из нуклеиновых кислот и белков многочисленных потомков одного попавшего в нее вируса.

Изучение вирусов позволило не только установить причины многих заболеваний, известных с глубокой древности, но и найти способы борьбы с ними.

Поселяясь в клетках живых организмов, вирусы вызывают многие опасные заболевания растений (мозаичная болезнь табака, томатов, огурцов; скручивание листьев и др.) и домашних животных (ящур, чума свиней и птиц и т. д.), что резко снижает урожайность культур и приводит к массовой гибели животных.

Вирусы вызывают опасные заболевания у человека (корь, оспа, полиомиелит и др.). В последние годы к ним прибавилось еще одно заболевание - СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита).

Слово «симбионт» происходит от древнегреческого «совместная жизнь, сожительство» и обозначает различные живые организмы, поддерживающие существование друг друга. Процесс тесного и длительного сожительства разных видов живых организмов называют симбиозом. Такие взаимоотношения между симбионтами успешны в том случае, если они приносят пользу всем участникам процесса и повышают их шансы на выживание. Яркий пример – бактерии-симбионты, живущие в кишечнике человека, без которых процесс пищеварения, а, следовательно, и наша жизнь были бы невозможны.

двух животных (бегемот и птичка, которая чистит ему зубы);
растений и насекомых (цветы, опыляемые только одним видом насекомых);
микроорганизмов и растений (клубеньковые бактерии, участвующие в процессе получения пищи бобовыми);
человека и бактерий (микроорганизмы, которые обитают в нашем кишечнике, помогают выжить нам и радуются жизни сами);
даже отдельных клеток друг с другом (симбиоз доядерных клеток-прокариотов породил полноценную клетку-эукариота с четко оформленным ядром, что положило начало процессу эволюции на нашей планете).

А есть еще лишайники как результат симбиоза гриба и водоросли, которые выживают там, где по отдельности ни грибы, ни водоросли жить не смогут. Есть сосуществование краба и актинии, когда первый является средством передвижения, а вторая – оборонительным оружием. И таких примеров не счесть.

Рассмотрим два примера симбиоза микроорганизмов с человеком и растениями – бактерии-симбионты человека и клубеньковые бактерии, участвующие в процессе питания бобовых.

Макроорганизм + микроорганизм = человек

Бактерии-симбионты живут в нашем кишечнике, на слизистых, на коже и составляют так называемую нормальную микрофлору. Наши родные микроорганизмы:

Дают защиту всему организму, убивая или лишая пищи «пришлые» бактерии. Они не дают возможности расселиться на коже или слизистых опасным микробам или вирусам, пришедшим извне, тем самым создавая иммунную систему организма.
Участвуют в пищеварении. Бактерии, живущие в кишечнике человека, вырабатывают пищеварительные ферменты, без которых невозможно усвоение некоторых видов пищи.

В формировании нормальной микрофлоры человека принимают участие около 500 видов различных бактерий. Так, наличие в организме человека кишечной палочки (в определенных количествах) – непременное условие для переваривания лактозы. В свою очередь лактобактерии перерабатывают полученную лактозу и другие углеводы в молочную кислоту, участвуя в процессе получения энергии.

Где и чем живут наши маленькие друзья?

Бактерии есть практически по всей длине желудочно-кишечного тракта, начиная от ротовой полости до прямой кишки. Но самые важные обитают именно в кишечнике. Здесь они вырабатывают ферменты и витамины, без которых процесс пищеварения попросту невозможен.

На каждом участке кишечника живут именно те микроорганизмы, которые приспособлены к определенным условиям обитания и содержанию питательных веществ. Например, в слепой кишке самой многочисленной группой являются бактерии, расщепляющие целлюлозу, что делает возможным переработку клетчатки.

Бактериям тонкого кишечника приходится выживать в довольно жестких условиях. Именно здесь находятся агрессивные вещества, смертельные для многих микроорганизмов. Например, соляная кислота, необходимая для пищеварения, убивает значительное количество микробов. Только несколько видов бактерий и дрожжей способны выжить в такой среде.

Кроме того, именно в тонком кишечнике процесс поглощения питательных веществ идет полным ходом. Это значит, что бактериям приходится сражаться за пищу с самим организмом. А еще сюда попадают не до конца обработанные вещества, не всегда пригодные для питания бактерий.

Тонкий кишечник связан с кровеносной и лимфатической системами, переносящими полученные питательные вещества. А нервная система по сигналу тонкого кишечника регулирует состав и количество гормонов, необходимых организму. То есть тонкий кишечник, благодаря своим симбионтам, является энергетической станцией и поставщиком питательных веществ.

В толстом кишечнике бактериям живется значительно привольней, поэтому их количество и видовое разнообразие гораздо больше. В толстый кишечник организм отправляет непереваренные остатки пищи и другие отходы (осколки до размеров молекул) для дальнейшего вывода наружу.

Враги наших друзей

Антибиотики – относительно недавнее изобретение человечества. Сложно подсчитать, сколько жизней было спасено благодаря этому открытию. Однако, как известно, за все нужно платить. Антибиотики уничтожают все бактерии, не делая различий на хороших и плохих.

Именно поэтому после приема антибиотиков микрофлора кишечника выглядит весьма печально. Это моментально сказывается не только на нашем пищеварении, но и сильно снижает иммунитет. То есть, получается, опасность подцепить следующее заболевание становится больше после приема лекарств, предназначенных защитить наше здоровье.

Ученые пытаются разрушить этот замкнутый круг, разрабатывая все новые, узконаправленные, препараты. Но долгие годы широкого использования антибиотиков привели к тому, что микрофлора человека становится все более слабой. А отсутствие или недостаточное количество бактерий-симбионтов влечет за собой целый букет хронических заболеваний: диабет, рак, ожирение и т.д.

Симбионты в растительном царстве

Растения в своем стремлении выжить тоже не стесняются использовать симбионты. Например, хорошо известный лишайник, по сути, не является отдельным растением. Это симбиотическая система зеленых водорослей и грибов.

Как известно, водоросли не могут выжить без воды, а грибы не способны самостоятельно синтезировать питательные вещества (они используют то, что произвели другие микроорганизмы). Но эти недостатки взаимно уничтожаются в симбиотической группе. Водоросли с помощью фотосинтеза создают питательные вещества для грибов, а взамен получают комфортную среду обитания: необходимую влажность, кислотность почвы, защиту от ультрафиолета. В результате лишайники умудряются не просто выживать, но весьма уверенно чувствовать себя в довольно суровых условиях, где у них нет конкурентов за место под солнцем.

Еще одним примером симбиоза служат орхидеи, в корневой системе которых живут грибы и микроорганизмы. В этом тройственном союзе бактерии отвечают за тесную взаимосвязь растения-хозяина и гриба-симбионта. Самое поразительное, что не только грибы и микроорганизмы не могут существовать без растения, но и орхидея погибает, если уничтожить ее симбионтов.

Но самым, пожалуй, ярким примером растительной симбиотической системы являются клубеньковые бактерии в союзе с растениями семейства бобовых.

Как вырастить хороший урожай бобовых

В воздухе, которым мы дышим, есть азот (аж 78% от общего объема). Этот химический элемент в обязательном порядке входит в состав белков и нуклеиновых кислот, а значит, жизненно необходим все живым организмам на Земле.

Человек и животные получают азот вместе с пищей, в основном из белков животного и растительного происхождения. Но откуда же берут азот растения?

Получать азот напрямую из атмосферного воздуха самостоятельно растения не умеют. В почве тоже есть азот, но, во-первых, его очень мало, во-вторых, значительная его часть содержится в органических соединениях, усваивать которые растения не в состоянии.

И вот здесь вступают в игру азотфиксирующие бактерии. Они умеют превращать органические соединения, содержащие азот, в минеральные (нитраты), доступные для питания растений.

Отдельное место в ряду азотфиксирующих бактерий занимают так называемые клубеньковые. Эти микроорганизмы-симбионты образуют клубеньки на корнях бобовых растений (клевера, люпина, гороха, вики). Клубеньковые бактерии связывают свободный атмосферный азот и доставляют его прямо к столу своего растительного хозяина.

Таким образом, с помощью клубеньков-симбионтов растения получают возможность получать азот, а микроорганизмы, в свою очередь, берут от растений питательные вещества (продукты углеводного обмена и минеральные соли) для собственного роста и развития.

Для успешного развития системы симбионтов (растение + микроорганизм) необходимы определенные условия:

температура;
влажность;
реакция почвы;
штамм бактерий.

В природных условиях встречаются клубеньковые бактерии различных видов, и не все они достаточно эффективны. Поэтому в сельском хозяйстве используют выведенные штаммы микроорганизмов, инфицируя ими бобовые растения, что приводит к увеличению урожая.

Однако в случае с бобовыми симбиоз – вынужденная необходимость. Если в почве будет достаточно азота (например, азотные удобрения), то клубеньковые бактерии потеряют для хозяина свою значимость, и их колонии будут разрушены самим растением.

Итак, симбиоз – вещь важная, нужная и иногда жизненно необходимая. Симбионтные системы есть у высших животных, растений, грибов, бактерий, водорослей… Словом, практически везде. И мы не смогли бы не то что выжить, но даже появиться на свет, не создай природа такого мощного орудия для выживания, как система симбионтов.

Описанные выше кишечные микроорганизмы находятся в симбиозе с млекопитающими, в организме которых они обитают. Симбиозом (в буквальном смысле-сожительство) называют такие взаимоотношения между двумя организмами, при которых каждый организм извлекает пользу от присутствия другого и не может существовать без него. Например, воловья птица, обитающая в Африке, проводит большую часть жизни, выклевывая паразитов из шкуры африканских растительноядных млекопитающих. Птица при этом обеспечена пищей, а млекопитающее избавляется от паразитов, которые могли бы угрожать его здоровью.
Симбиотические бактерии обитают как в пищеварительном тракте, так и на поверхности тела почти всех позвоночных животных; эти бактерии необходимы животному организму для нормальной жизнедеятельности. Для научных исследований животных иногда выращивают в стерильных условиях. Такие животные, не обладающие обычным набором симбиотических бактерий, гораздо слабее, чем их нормальные сородичи. Многие стерильные животные гибнут от бактериальных инфекций, не причиняющих вреда нормальным животным. В чем же преимущество жизни в столь тесном контакте с симбиотическими бактериями?
Симбиотические бактерии, обитающие в пищеварительном тракте человека («кишечные симбионты»), снабжают его витаминами, аминокислотами и энергией. Некоторые бактерии синтезируют аминокислоты из мочевины и аммиака, на что животные не способны. Это особенно важно, если пища содержит мало белков. Лучше всех используют кишечных симбионтов жвачные, пищеварительный тракт которых населяет множество бактерий, синтезирующих витамины; благодаря этому их потребность в витаминах гораздо меньше, чем

Вам могут быть интересны следующие материалы