В естественной среде обитания Bacillus subtilis можно обнаружить в почве, а также в водоемах и пыли. Эти микроорганизмы занимают важное место в микрофлоре человеческого кишечника, а также желудочно-кишечного тракта различных животных.
Сенная палочка: свойства и характеристика, взаимодействие с человеком, роль
Сенная палочка, известная как Bacillus subtilis, представляет собой сапрофитный микроорганизм, который вызывает огромный интерес у микробиологов благодаря своему широкому распространению и уникальным особенностям роста, а также необычной устойчивости спор к различным физико-химическим агентам. Латинское название этого бактерия было впервые описано Эренбергом в 1835 году, а затем исследовано Коном в 1872 году. Первоначально сенная палочка была выделена из гниющего сена. Для накопления чистой культуры было необходимо использовать экстракт сена, который для этого был прокипячен и выдержан на протяжении трех дней, после чего в нем были обнаружены бактериальные клетки. Эта особенность, связанная с источником изоляции, и дала этой бактерии ее название.
Bacillus subtilis способен производить много различных веществ, таких как антибактериальные соединения, полисахариды, аминокислоты и ферменты, а также ряд важных микроэлементов, включая соединения азота, фосфора и калия в хорошо сбалансированной форме, что делает его ценным для сельского хозяйства и медицины.
С точки зрения микробиологии, сенная палочка – это крупное грамположительное бактериальное образование, которое демонстрирует способность к росту и размножению в присутствии кислорода. Этот микроорганизм обитает в почве и отличается способностью образовывать споры. Важно отметить, что сенная палочка считается безвредным микроорганизмом и не обладает патогенными свойствами.
Свойства
Молекулярно-биологические и структурно-функциональные характеристики сенной палочки были тщательно изучены в течение длительного времени. Бактерия относится к порядку Bacillus, семейству Bacilias и роду Bacillus. Организмы вида Bacillus subtilis обладают рядом определенных свойств, к которым относятся морфологические, физиологические, культуральные, теностоматологические, метаболические и биохимические характеристики.
Bacillus subtilis (споры синего цвета)
Сенная палочка является непатогенной бактерией и относится к группе микроорганизмов, используемых в качестве индикаторов гигиенического состояния пищевых продуктов.
Биологическая роль
Сенная палочка играет незаменимую роль в жизни как человека, так и животных, выполняя различные функции:
- Пищеварительная функция: бактерия, принимая участие в процессе пищеварения, попадает в кишечник вместе с растительным кормом и производит ферменты, способствующие расщеплению пищи. Протеазы разлагают белки, а амилазы — полисахариды.
- Антагонистическая функция: сенная палочка обладает способностью подавлять рост патогенных микроорганизмов в кишечнике, что содействует профилактике острых кишечных инфекций. Споры сенной палочки в толстой кишке распадаются на активные формы, которые вырабатывают органические кислоты. Эти кислоты изменяют уровень pH кишечной среды, что, в свою очередь, затрудняет развитие патогенных и условно-патогенных бактерий.
- Защитная функция: сенная палочка активно защищает растения от плесневелых грибков и других вредных бактерий.
- Экологическая роль: сенная палочка занимает важное место в пищевой цепи, становясь первым звеном, включающим простейших организмов, рыб и человека.
- Трофическая функция: сенная палочка способствует насыщению организма необходимыми сахарами и незаменимыми аминокислотами, которые образуются в ходе метаболизма, активируемого ферментами бактерии.
- Витаминообразующая функция: сенная палочка участвует в синтезе витаминов группы В, совместно с другими микроорганизмами кишечной флоры.
- Омолаживающая функция: сенные бациллы способны выделять оксид азота, который проникает в клетки и стимулирует обмен веществ в тканях, способствуя тем самым омоложению.
- Иммуномодулирующая функция: сенная палочка играет важную роль в укреплении иммунной системы и повышении неспецифической резистентности человеческого организма к инфекциям.
- Противомикробная функция: бактерия препятствует размножению и способствует гибели возбудителей различных инфекций, таких как гнойные.
- Способствование заживлению: Bacillus subtilis оказывает положительное воздействие на процесс заживления ран, изменяя уровень pH среды в кислую сторону, что уменьшает размножение патогенов, расщепляет гной и продукты распада, очищая и дезинфицируя рану, что способствует скорейшему заживлению.
Цикл роста сенной палочки
Эта бактерия производит множество биологически активных веществ, способных уничтожать бактериальные, грибковые и вирусные клетки. Устойчивость к этим микроорганизмам встречается очень редко, так как их влияние избирательно и может приводить к гибели как условных, так и безусловных патогенов, при этом антимикробные препараты, вырабатываемые сенной палочкой, не наносят вреда местной полезной микрофлоре. Кроме того, бактерии активируют иммунные функции в организме, стартуя выработку цитокинов и активируя клетки макрофагов. Лимфоциты, в свою очередь, начинают активно вырабатывать антитела IgG и IgA. Ускоряется рост и размножение полезных микроорганизмов, таких как лактобактерии и бифидобактерии, в кишечной флоре. Протеолитические ферменты, вырабатываемые сенной палочкой, также способствуют улучшению процессов пищеварения и усвоения питательных веществ.
Все эти механизмы воздействия сенной палочки на человеческий организм обосновывают ее применение для:
- Лечения кишечных инфекций и дисбактериоза;
- Профилактики респираторных инфекций;
- Коррекции различных пищеварительных расстройств.
B. subtilis не вызывает никаких побочных эффектов, что делает его эффективным и практически безопасным микробом для применения в медицинских и пищевых целях.
Тем не менее, несмотря на множество положительных характеристик, некоторые исследователи все же рассматривают сенную палочку как условно-патогенный микроорганизм, что требует дополнительных исследований и осторожности в некоторых случаях.
Вопросы в конце параграфа
1. Как устроена бактериальная клетка?
Строение бактериальной клетки включает в себя плотную мембрану, задающую стабильную форму клетки; цитоплазму, содержащую ядерный материал и пространства для запасающих веществ; некоторые бактериальные клетки имеют жгутики, которые различаются по количеству и структуре.
Бактериальные клетки классифицируются по форме:
круглые (кокки); бациллообразные (бациллы); спиралевидные (вибрионы и спиральные бактерии).
2. В чем разница между бактериальной и растительной клеткой?
Существуют ключевые различия между бактериальной и растительной клетками: оболочка бактериальной клетки плотная и обеспечивает постоянную форму, тогда как растительная клетка имеет более мягкую оболочку, способную изменять форму. Состав этих оболочек также значительно отличается; ядерный материал в бактериальной клетке не заключен в плотное ядро, как в растительных клетках, а распределен в цитоплазме.
3. Какие бактерии называют сапрофитами, а какие — паразитами?
Сапрофиты — это бактерии, которые извлекают органические вещества из мертвых организмов или выделений живых существ. В отличие от них паразиты питаются органическими веществами, взятыми из живых организмов, нанося им вред.
4. Как размножаются бактерии?
Бактерии размножаются путём деления одной клетки на две. При благоприятных условиях такое деление может происходить каждые 20-30 минут. Также некоторые виды бактерий способны образовывать споры, что позволяет им выживать при неблагоприятных условиях.
5. Что происходит с бактериями, когда условия становятся неблагоприятными?
При неблагоприятных условиях большинство бактерий быстро погибает. К таким условиям относятся солнечный свет, нехватка пищи, нагрев до 65-100ºC, низкая влажность, а также воздействие определенных химических веществ, например дезинфицирующих средств. Однако некоторые виды бактерий формируют споры, позволяющие им выжить в непривлекательной среде. В этом случае цитоплазма бактерии сливается с мембраной, образуя новую, более прочную оболочку, защищающую ядерное вещество на длительное время, даже в самых неблагоприятных условиях.
Подумайте
Как можно объяснить широкое распространение бактерий на нашей планете?
Широкое распространение бактерий можно объяснить их способностью к быстрому размножению и высокой адаптивности. Бактерии могут обитать в самых различных условиях, таких как ледяные пустыни Антарктиды при температуре -83°C, горячие источники с температурой 85-90°C, а также в почве, воздухе, воде и даже в бескислородной среде, не говоря уже о симбиозе с живыми организмами.
Задания
1. Вымойте клубень картофеля, оставляя кожуру, и нарежьте его ломтиками. Натрите ломтики мелом и поместите их в чашку Петри. Разместите чашку в теплом месте при температуре 25-30 °C. Спустя 2-3 дня на поверхности ломтиков образуется толщина морщинистой пленки. Затем протрите небольшой участок пленки в капле воды и исследуйте картофельные бактерии под микроскопом. Эти бактерии подвижны, имеют жгутики и способны образовывать споры.
Известные как «Bacillus mesentericus», картофельные бактерии соединяются между собой с помощью жгутиков, образуя длинные образования, напоминающие составы поездов. При неблагоприятных условиях эти бактерии быстро образуют овальные споры, которые остаются жизнеспособными на протяжении длительного времени.
Картофельные бактерии характеризуются желто-коричневым цветом и могут образовать хрустящий слой на поверхности клубня. Они также могут быть обнаружены в почве и в различных продуктах, включая хлеб и молоко. При попадании в организм картофельные бактерии могут вызывать желудочные расстройства или отравления.
2. Чтобы получить культуру сенной палочки, опустите немного сена в бутылку с водой, закройте горлышко бутылки ваткой и прокипятите содержимое на протяжении 15 минут, чтобы уничтожить любые другие бактерии, которые могут находиться внутри. Сенная палочка устойчива к кипячению. Затем профильтруйте полученный раствор сено и оставьте его при температуре 20-25 °C в течение нескольких дней. Сенная палочка начнет размножаться, и вскоре поверхность инфузории покроется пленкой бактерий.
С помощью стеклянной палочки перенесите небольшой участок пленки на предметное стекло, накройте его покровным стеклом и изучите под микроскопом. Можно добавить каплю метиленового синего или разбавленных чернил под покровное стекло для улучшения видимости бактерий. На синем фоне их будет легче рассмотреть: некоторые из них подвижные, с жесткой структурой и овальными блестящими образованиями внутри — это как раз споры.
3. Хотя большинство бактерий погибает при температуре 65-100°C, споры некоторых бактерий могут переносить нагревание до 140°C и охлаждение до -253°C.
Подогрейте процеженный настой и изучите, при какой температуре погибает сенная палочка.
Эти бактерии, как правило, погибают при кипячении, то есть при повышении температуры раствора до 100°C. Однако споры сенной палочки остаются жизнеспособными даже после кипячения.
