Бактерии обитают везде: на земле и на воде, под землей и под водой, в воздушной среде, в телах других созданий природы. Так, к примеру, в организме здорового взрослого представителя рода людского обитает свыше 10 тысяч видов микроорганизмов, а общая их масса составляет от 1 до 3 процентов всего веса человека. Часть микроскопических созданий в качестве питания используют органику. Среди них значимое место занимают бактерии гниения. Они разрушают останки мертвых тел животных и растений, питаясь данной материей.
Естественный процесс
Разложение органики является естественным процессом и к тому же обязательным, словно бы четко запланированным самой природой. Без гниения невозможен был бы на Земле. И в любом случае признаки разложения означают появление новой жизни, зарождающейся вначале. Бактерии гниения здесь - важные персоны! Среди всего богатства органических форм жизни именно они отвечают за этот трудоемкий и незаменимый процесс.
Что такое гниение
Суть в том, что сложнейшая по своему составу материя распадается на более простые элементы. Современное представление ученых об этом процессе, превращающем в неорганические, можно описать следующими действиями:
- Бактерии гниения обладают метаболизмом, что разрывает химическим путем связи молекул органики, содержащих азот. Процесс питания происходит в форме захвата молекул белка и аминокислот.
- Ферменты, что выработаны микроорганизмами, в процессе расщепления высвобождают аммиак, амины, сероводород из молекул белка.
- Продукты, поступающие в гниения, используются для получения энергии.
Высвобождая аммиак
Круговорот азота - важная составляющая жизни на Земле. А микроорганизмы, в нем участвующие, - одна из самых многочисленных групп. В природных экосистемах они играют основную восстанавливающую роль в минерализации почвы. Отсюда и название - редуцент (что означает "восстанавливающий"). Здесь широко представлены бактерии разложения и гниения аммонифицирующие, то есть способные высвобождать азот из мертвой органики. Это неспорообразующие энтеробактерии, бациллы, спорообразующие клостридии.
Сенная палочка
Bacillus subtilis - одна из самых распространенных и изученных исследователями бактерий. Живет в почве, в основном осуществляет дыхание при помощи кислорода. Состав тела - одна Это довольно крупный микроорганизм, изображение которого можно получить при помощи простого увеличения. Для питания сенная палочка вырабатывает протеазы - ферменты катализации, которые пребывают на внешней оболочке ее клетки. С помощью ферментов бактерия разрушает структуру молекулы белка (пептидную связку аминокислот), тем самым высвобождается аминогруппа. Как правило, этот процесс происходит в несколько этапов и приводит к синтезу энергии в клетке (АТФ). Разложение, вызванное бактериями (гниение), сопровождается образованием токсичных соединений, вредных для человека.
Что это за вещества
В первую очередь это конечные продукты: аммиак и сероводород. Также при неполной минерализации образуются:
- (кадаверин, например);
- соединения ароматического характера (скатол, индол);
- при гниении аминокислот, содержащих серу, образуются тиолы, диметилсульфоксид.
Вообще-то, в рамках, контролируемых иммунитетом, процесс разложения - часть пищеварительного процесса для многих животных и для человека. Он происходит, как правило, в толстом кишечнике, и бактерии, вызывающие гниение, играют в нем первостепенную роль. Но в больших масштабах отравление продуктами гниения может привести к плачевным результатам. Человек нуждается в срочной медицинской помощи, и восстанавливающей микрофлору терапии. К тому же накопление в организме аммиака может инициироваться некоторыми видами бактерий, в том числе и В результате в некоторых тканях накапливается аммиак. Но при нормальном функционировании всех систем он связывается до мочевины и затем выводится из организма человека.
Сапротрофы
Бактерии гниения относят к сапротрофам, наряду с бактериями брожения. И те и другие расщепляют органические соединения - азотсодержащие и углеродсодержащие соответственно. В обоих случаях высвобождается энергия, используемая для питания и жизнеобеспечения микроорганизмов. Без бактерий брожения (к примеру, кисломолочных) человечество не получило бы таких важнейших продуктов питания, как кефир или сыр. Также широко они нашли применение в кулинарии и виноделии.
Но сапротрофные бактерии гниения могут вызывать и Данный процесс, как правило, сопровождается обширным выделением углекислот, аммиака, энергии, ядовитых для человека веществ, а также нагреванием субстрата (иногда до самовоспламенения). Поэтому люди научились создавать условия, при которых бактерии гниения утрачивают способность к размножению или просто погибают. К таким предохраняющим продукты мерам можно отнести стерилизацию и пастеризацию, благодаря которым консервация может сохраняться относительно долгое время. Утрачивают свои свойства бактерии и при заморозке продукта. А в древности, когда еще не были известны современные способы, от порчи патогенной микрофлорой продукты предохраняли при помощи высушивания, соления, засахаривания, так как в соленой и сахарной среде микроорганизмы прекращают свою жизнедеятельность, а при сушке удаляется большая часть воды, нужной для размножения бактерий.
Бактерии гниения: значение микроорганизмов в биосфере
Роль бактерий такого рода для всего живого на Земле трудно переоценить. В биосфере, благодаря их аммонифицирующей жизнедеятельности, постоянно идет процесс разложения умерших животных и растений с последующей их минерализацией. Образовавшиеся в результате этого простые вещества и соединения неорганического характера, среди которых углекислый газ, аммиак, сероводород и другие, участвуют в круговороте веществ, служат питанием для растений, замыкают переход энергии от одного представителя флоры и фауны Земли к другому, предоставляя возможность зарождения новой жизни.
Высвобождение азота недоступно для высших растений, и без участия бактерий гниения они не смогли бы полноценно питаться и развиваться.
Бактерии гниения напрямую участвуют в почвообразовательных процессах, разлагая отмершую органику на составные части. Это их свойство играет незаменимую роль в сельском хозяйстве и других видах деятельности человека.
Наконец, без упомянутой жизнедеятельности микроорганизмов поверхность Земли, включая водные пространства, была бы усеяна не разложившимися трупами животных и растений, а их за время существования планеты умерло немалое количество!
Гнилостные процессы являются неотъемлемой частью круговорота веществ на планете. И происходит он непрерывно благодаря крошечным микроорганизмам. Именно гнилостные бактерии разлагают останки животных, удобряют почву. Конечно, не все так радужно, потому что микроорганизмы способны непоправимо испортить продукты в холодильнике или, того хуже, вызвать отравление и дисбактериоз кишечника.
Гниение – это разложение белковых соединений, которые входят в состав растительных и животных организмов. В процессе из сложных органических веществ образуются минеральные соединения:
- сероводород;
- углекислый газ;
- аммиак;
- метан;
- вода.
Гниение всегда сопровождается неприятным запахом. Чем интенсивнее «душок», тем дальше зашел процесс разложения. Чего стоит «аромат», который издают останки дохлой кошки в дальнем углу двора.
Важным фактором для развития микроорганизмов в природе является тип питания. Гнилостные бактерии питаются готовыми органическими веществами, поэтому их называют гетеротрофы.
Самая благоприятная температура для гниения колеблется в пределах 25-35°C. Если температурную планку снизить до 4-6°C, то жизнедеятельность гнилостных бактерий можно значительно, но не полностью, приостановить. Вызвать гибель микроорганизмов способно только повышение температуры в пределах 100°C.
А вот при очень низких температурах гниение полностью останавливается. Ученые не раз находили в насквозь промерзшей земле Крайнего Севера тела древних людей и мамонтов, которые замечательно сохранились, несмотря на прошедшие тысячелетия.
Чистильщики природы
В природе гнилостные бактерии играют роль санитаров. По всему миру собирается огромное количество органических отходов:
- останки животных;
- опавшие листья;
- поваленные деревья;
- сломанные ветви;
- солома.
Гнилостные бактерии в клубнях цветов
Что бы случилось с жителями Земли, не будь маленьких чистильщиков? Планета просто превратилась бы в свалку, непригодную для жизни. Но гнилостные прокариоты честно выполняют свою работу в природе, превращая мертвую органику в перегной. Он не только богат полезными веществами, но и склеивает комочки земли, придавая им прочность. Поэтому почва не размывается водой, а, наоборот, задерживается в ней. Растения получают живительную влагу и растворенное в воде питание.
Помощники человека
Человек давно прибегает к помощи гнилостных бактерий в сельском хозяйстве. Без них не вырастить богатый урожай зерновых, не развести коз и овец, не получить молока.
Но интересно, что гнилостные процессы используют и в техническом производстве. Например, при выделке шкур их сознательно подвергают гниению. Обработанные таким образом шкуры легко очистить от шерсти, выдубить и размягчить.
Но гнилостные микроорганизмы могут нанести и значительный вред в хозяйстве. Микробы любят полакомиться человеческой пищей. А это значит, что продукты питания попросту будут испорчены. Употребление их становится опасным для здоровья, потому что может привести к сильным отравлениям, которые потребуют долгого лечения.
Обезопасить свои продуктовые запасы можно с помощью:
- замораживания;
- высушивания;
- пастеризации.
Организм человека в опасности
Процесс гниения, как это ни печально, затрагивает организм человека изнутри. Центром локализации гнилостных бактерий является кишечник. Именно там непереваренная пища разлагается и выделяет токсины. Печень и почки, как могут, сдерживают напор токсичных веществ. Но они не способны подчас справиться с перегрузками, и тогда начинается разлад в работе внутренних органов, требующий незамедлительного лечения.
Первой под прицел попадает центральная нервная система. Люди часто жалуются на такие типы недомогания:
- раздражительность;
- головная боль;
- постоянная усталость.
Постоянное отравление организма токсинами из кишечника значительно ускоряет старение. Многие заболевания значительно «молодеют» из-за постоянного поражения ядовитыми веществами печени и почек.
Врачи многие десятилетия вели нещадную борьбу с гнилостными бактериями в кишечнике самыми неординарными методами лечения. Например, больным делали операцию по удалению толстого кишечника. Конечно, никакого эффекта такой тип процедуры не давал, а вот осложнений возникало немало.
Современная наука пришла к заключению, что обмен веществ в кишечнике реально восстановить с помощью молочнокислых бактерий. Считается, что активней всего борется с ними ацидофильная палочка.
Поэтому сопровождать лечение и профилактику дисбактериоза кишечника обязательно должны кисломолочные продукты:
- ацидофильное молоко;
- ацидофильная простокваша;
- ацидофильная паста.
Приготовить их несложно в домашних условиях из пастеризованного молока и ацидофильной закваски, которую можно приобрести в аптеке. В состав закваски входят высушенные ацидофильные бактерии, упакованные в герметичную тару.
Фармацевтическая промышленность предлагает свою продукцию для лечения дисбактериоза кишечника. В аптечных сетях появились препараты на основе бифидобактерий. Они комплексно действуют на весь организм, и не только подавляют гнилостные микробы, но и улучшают обмен веществ, способствуют синтезу витаминов, заживляют язвы в желудке и кишечнике.
Можно ли пить молоко?
Споры вокруг целесообразности потребления молока учеными ведутся уже много лет. Лучшие умы человечества разобщились на противников и защитников этого продукта, но к единому мнению так и не пришли.
Человеческий организм с самого рождения запрограммирован на потребление молока. Это основной продукт питания для деток первого года жизни. Но со временем в организме происходят изменения, и он теряет способность переваривать многие компоненты молока.
Если побаловать себя очень хочется, то придется учесть, что молоко является самостоятельным блюдом. Привычное с детства лакомство, молоко со сладкой булочкой или свежим хлебом, к сожалению, взрослым недоступно. Попадая в кислую среду желудка, молоко моментально створаживается, обволакивает стенки и не позволяет остальной пище перевариваться в течение 2 часов. Это провоцирует гниение, образование газов и токсинов, а впоследствии проблемы в работе кишечника и длительное лечение.
Стакан молока можно выпить либо за час до еды, либо через 2 часа после нее. Но лучше заменить его кисломолочными продуктами, и тогда все встанет на свои места.
Гниением, или аммонификацией, называется разрушение бактериями органических веществ, содержащих в себе азот. Процесс гниения встречается всюду: гниют трупы отживших животных и растений, гниют мясные и рыбные продукты, поврежденные корнеплоды, гниют листья в лесу, растения в водоемах; в навозе и в почве гниют азотистые вещества; в толстых кишках животных и человека происходит гниение остатков пищи. Гниение сопровождается выделением углекислого газа, а также многих неприятно пахнущих газов (индол, скатол, сероводород, метан и др.). Кроме того, при гниении выделяются органические яды - птомаины , поэтому нельзя скармливать животным испортившиеся корма. В процессе гниения участвует много различных видов бактерий как анаэробов, так и аэробов. Одни виды бактерий разлагают сложные органические вещества на более простые вещества, которыми питаются другие виды; флора вторых видов бактерий сменяется третьим видом и т. д., пока органическое вещество не минерализуется на ряд простых веществ, как вода, минеральные соли, углекислый газ, аммиак, сероводород и др. При этом скрытая энергия, находящаяся в органическом веществе, освобождается и идет на жизнедеятельность бактерий. Иногда избыток энергии идет на нагревание, например в разлагающемся сене, или энергия выделяется в виде света, так называемыми светящимися бактериями, например при гниении испорченного мяса.
Мы разберем процессы деятельности бактерий, совершающиеся в навозе и в
почве. Прежде всего необходимо помнить, что в навозе содержится большое
количество мочевины которая под влиянием бактерий
аммонификации
присоединяет к себе две молекулы Н 2 О
и
превращается в
углекислый аммоний (NН 4) 2 СО 3:
CO(NH 2) 2 + 2Н 2 О
= (NН 4) 2 СО 3 .
На этом обычно процесс не останавливается, так как (NН 4) 2 СО 3 в навозе и почве распадается с образованием 2NН 3 , СO 2 и H 2 O. При взаимодействии аммиака с имеющимися в почве кислотами вновь образуются более стойкие аммонийные соли (например, 2NН 3 + H 2 SO 4 → (NH 4) 2 SO 4).
Аммонийные соли под влиянием бактерий нитрификации, в большом количестве встречающихся в навозе и в почве, подвергаются превращению в соли азотной кислоты через промежуточную фазу азотистой кислоты. За счет энергии окисления при этом процессе протекает жизнедеятельность бактерий нитрификации. Процесс нитрификации - процесс образования селитры в почве, а мы знаем, какое громадное значение для роста зеленых растений имеет присутствие этой соли в почве. Что образование селитры в почве есть биологический процесс, впервые доказали ученые Ж. Шлезинг и А. Ш. Мюнц. Они брали длинные толстые стеклянные трубки и наполняли их песком. Затем через верхний конец трубки вливали раствор аммиачной соли и исследовали жидкость, вытекающую через нижний конец трубки. Вытекающая жидкость содержала в себе соли азотной кислоты, а аммиачные соли из нее исчезали. Обрабатывая трубки с песком парами хлороформа или нагревая до температуры 110°, исследователи доказали, что процесс превращения аммиачных солей в селитру превращается, из чего они сделали вывод, что нитрификация зависит от каких-то живых микроорганизмов.
Известный русский микробиолог С. Н. Виноградский в 1889 г. выделил из почвы чистые культуры бактерий нитрификации двух родов, всегда встречающиеся вместе и находящиеся в своеобразном симбиозе. Первая бактерия (Nitrosomonas) (рис.1) переводит аммонийные соли, точнее выделяющийся при их распаде аммиак, в азотистую кислоту:
2NН 3 + 3O 2 = 2HNO 2 + 2Н 2 О + 158 больших калорий, то есть осуществляет первую фазу нитрификации. Азотистая кислота не накапливается, а при помощи второй бактерии (Nitrobacter) тут же окисляется в азотную кислоту:
2HNO 2 + O 2 = 2НNО 3 + 38 больших калорий. Азотная кислота, взаимодействуя с катионами Na + , Ca ++ , К + и др., образует селитры.
Рис.1. :
I - нитрозомонас. II - азотобактер.
Позднее в почвах разных стран были найдены подобные же бактерии. Успех нитрификации зависит от присутствия в почве достаточной влажности, достаточного количества солей кальция, связывающего азотную кислоту, а также от доступа воздуха в почву, так как бактерии нитрификации относятся к облигатным аэробам. Отсюда вытекает необходимость правильной глубокой обработки почвы.
Как видно из приведенных выше формул реакций, нитрификация сопровождается выделением энергии. Эта химическая энергия окисления используется для разложения углекислоты и для образования органических веществ, входящих в состав тела бактерий. Подобного рода синтез органических веществ, заключающийся в превращении одной формы химической энергии в, другую, называется хемосинтезом .
Как прямая противоположность этим полезным бактериям, в сильноуплотненных почвах встречаются денитрифицирующие бактерии , производящие разрушение азотнокислых солей вплоть до выделения в воздух свободного азота. Процесс денитрификации - вредный для сельскохозяйственных растений, с которым необходимо вести постоянную борьбу, Сильное уплотнение почвы, связанное с неправильной обработкой ее и с образованием на поверхности плотной корки, усиливает этот вредный процесс, так как бактерии денитрификации являются анаэробами.
Кроме перечисленных выше бактерий, в почве встречаются еще чрезвычайно интересные и полезные бактерии, обладающие способностью связывать свободный азот воздуха и делать его доступным для питания зеленых растений. Одна из этих бактерий Azotobacter (рис.1, II) является аэробной, а другая, Clostridium pasteurianum, - анаэробной. Успешное развитие азотфиксирующих бактерий связано с развитием почвенных водорослей. Последние образуют углеводы и другие без азотистые вещества, необходимые для развития азотфиксирующих бактерий.
При изучении физиологии растений разберем вопрос о полезной бактерии, улавливающей свободный азот воздуха (Bacterium radicicola), встречающейся в почве и проникающей в корни бобовых растений, на которых развиваются клубеньки.
В метаболизме микроорганизмов азотсодержащие вещества подвергаются разнообразным превращениям. По случайно поверхностному сходству разные виды порчи пищевых продуктов нередко называют гниением. Однако гниение – это процесс глубокого разложения белковых веществ микроорганизмами.
Способность разлагать в той или иной степени белковые вещества свойственна многим микроорганизмам. Некоторые из них разлагают непосредственно белки, другие могут воздействовать только на более или менее простые продукты распада белковой молекулы, например на пептиды, аминокислоты и др.
Продукты разложения белков микробы используют для синтеза веществ своего организма, а также в качестве энергетического материала.
Химизм разложения белковых веществ. Гниение – сложный, многоступенчатый биохимический процесс, характер и конечный результат которого зависят от состава разлагаемых белков, условий процесса и видов вызывающих его микроорганизмов.
Белковые вещества не могут непосредственно поступать в клетки микроорганизмов, поэтому использовать белки могут только те микроорганизмы, которые обладают протеолитиче-скими ферментами – экзопротеазами, выделяемыми клетками в окружающую среду.
Процесс распада белков начинается с их гидролиза. Первичными продуктами гидролиза являются пептоны и пептиды. Они расщепляются до аминокислот, которые являются конечными продуктами гидролиза.
Образующиеся в процессе распада белков различные аминокислоты используются микроорганизмами или подвергаются ими дальнейшим изменениям, например дезаминированию, в результате чего образуются аммиак" и разнообразные органические соединения. Процесс дезаминирования может происходить различными путями. Различают дезаминирование гидролитическое, окислительное и восстановительное.
Гидролитическое дезаминирование сопровождается образованием оксикислот и аммиака. Если при этом происходит и декарбоксилирование аминокислоты, то образуются спирт, аммиак и углекислый газ:
1 Ввиду того что аммиак всегда имеется в конечных продуктах распада белков, процесс гниения называют также аммонификацией белковых веществ.
При окислительном ДеЗаМйнированйи образуются кетокислоты и аммиак:
При восстановительном дезаминировании образуются карбоновые кислоты и аммиак:
Из приведенных уравнений видно, что среди продуктов разложения аминокислот в зависимости от строения их радикала (R) обнаруживаются различные органические кислоты и спирты. Так, при разложении аминокислот жирного ряда могут накапливаться муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная и другие кислоты, пропиловый, бутиловый, амиловый и другие спирты. При разложении аминокислот ароматического ряда промежуточными продуктами являются характерные продукты гниения: фенол, крезол, скатол, индол – вещества, обладающие очень неприятным запахом. При распаде аминокислот, содержащих серу, получается сероводород или его производные – меркаптаны (например, метилмеркаптан CH 3 SH). Меркаптаны обладают запахом тухлых яиц, который ощущается даже при ничтожно малых концентрациях.
Образующиеся при гидролизе белка диаминокислоты могут подвергаться декарбоксилированию без отщепления аммиака, в результате чего получаются диамины и углекислый газ. Например, лизин превращается в кадаверин:
Аналогично этому орнитин превращается в путресцин.
Кадаверин, путресцин и другие амины, образующиеся при гниении, часто объединяют под общим названием птомаины (трупные яды), некоторые из них обладают ядовитыми свойствами.
Дальнейшее превращение азотистых и безазотистых органических соединений, получающихся при распаде различных аминокислот, зависит от окружающих условий и состава микрофлоры. Аэробные микроорганизмы подвергают эти соединения окислению, так что они могут быть полностью минерализованы. В таком случае конечными продуктами гниения являются аммиак, углекислый газ, вода, сероводород, соли фосфорной кислоты. В анаэробных условиях не происходит полного окисления промежуточных продуктов распада аминокислот. В связи с этим кроме аммиака и углекислого газа накапливаются различные органические кислоты, спирты, амины и другие органические соединения, в числе которых могут быть вещества, обладающие ядовитыми свойствами, и вещества, придающие гниющему материалу отвратительный запах.
Возбудители гниения. Среди множества микроорганизмов,
способных в той или иной мере разлагать белки, особое значение имеют микроорганизмы, которые вызывают глубокий распад белков – собственно гниение. Такие микроорганизмы принято называть гнилостными. Из них наибольшее значение имеют бактерии. Гнилостные бактерии могут быть спорообра-зующими и бесспоровыми, аэробными и анаэробными. Многие из них мезофилы, но есть холодоустойчивые и термостойкие. Большинство чувствительны к кислотности среды.
Наиболее распространенными и активными возбудителями гнилостных процессов являются следующие.
Сенная и картофельная палочки 1 – аэробные, подвижные, грамположительные, спорообразующие бактерии
Рис. 32. Вас. subtills:
а – палочки и овальные споры; б – колония
(рис. 32). Споры их отличаются высокой термоустойчивостью. Температурный оптимум развития этих бактерий 35–45 °С, максимум роста – при температуре около 50–55 °С; при температуре ниже 5 °С они не размножаются. Помимо разложения белков, такие бактерии способны разлагать пектиновые вещества, полисахариды растительных тканей, сбраживать углеводы. Сенная и картофельная палочки широко распространены в природе и являются возбудителями порчи многих пищевых продуктов. Они вырабатывают антибиотические вещества, подавляющие рост многих болезнетворных и сапрофитных бактерий.
Бактерии рода Pseudomonas – аэробные подвижные палочки, с полярным жгутиком, не образующие спор, грамотри-цательные (рис. 33,а). Многие",виды холодоустойчивы, минимальная температура их роста от –2 до –5 °С, оптимум – около 20 °С. Многие псевдомонасы помимо протеолитической обладают липолитической активностью; они способны сбраживать углеводы с образованием кислот, выделять слизь. Развитие
1 В соответствии с Международным кодексом номенклатуры бактерий сенная и картофельная палочки рассматриваются как синонимы одного вида– Bacillus subtilis.
и биохимическая активность этих бактерий значительно тормозятся при рН ниже 5,5 и 5–6%-ной концентрации NaCl в среде. Псевдомонасы широко распространены в природе, являются антагонистами ряда бактерий и плесеней, так как образуют антибиотические вещества. Некоторые виды Psudomo-nas являются возбудителями болезней (бактериозов) культурных растений, плодов и овощей.
Протей (Proteus vulgaris)–мелкие грамотрицательные бесспоровые палочки с резко выраженными гнилостными свойствами. Белковые субстраты при развитии в них протея приобретают сильный гнилостный запах. В зависимости от усло-
Рис. 33.
а – Pseudomonas; б – Proteus vulgaris
вий жизни эти бактерии способны заметно менять свою форму и размеры (рис. 33, б).
Протей – факультативный анаэроб; сбраживает углеводы с образованием кислот и газов. Он хорошо развивается как при температуре 25 °С, так и при 37 °С, прекращая размножаться лишь при температуре около 5 °С, однако может сохраняться и в замороженных продуктах.
Характерной особенностью протея является его очень энер-гетичная подвижность. Это свойство лежит в основе метода ^выявления протея на пищевых продуктах и отделения его от сопутствующих бактерий. Некоторые виды протея выделяют токсические для человека вещества (см. с. 159).
Clostridium putrificum (рис. 34, а) – анаэробная подвижная, спорообразующая палочка. Относительно крупные споры ее располагаются ближе к концу клетки, которая при этом приобретает сходство с барабанной палочкой. Споры довольно термоустойчивы. Углеводы эта бактерия не сбраживает. Белки разлагают с образованием большого количества газов (NH 3 , H2S). Оптимальная температура развития 37– 43 °С, минимальная 5 °С.
Clostridium sporogertes (рис. 34, б) – анаэробная подвижная спороносная палочка. Споры термоустойчивы, в клетке они расположены ближе к ее концу. Характерным является очень быстрое (в течение первых суток роста) образование спор. Эта бактерия сбраживает углеводы с образованием кислот и газа, обладает липолитической способностью. При разложении белков обильно выделяется сероводород. Оптимальная температура развития 35–40 °С, минимальная – около 5 °С.
Оба вида клостридий известны как возбудители порчи баночных консервов (мясных, рыбных и др.).
Рис. 34.
а – Clostridium putrificum; б – Clostridium sporogenes
Практическое значение процессов гниения. Гнилостные микроорганизмы наносят нередко большой ущерб народному хозяйству, вызывая порчу ценнейших и богатых белками продуктов питания, например мяса и мясопродуктов, рыбы и рыбопродуктов, яиц, молока и др. Но эти микроорганизмы играют большую положительную роль в круговороте веществ в природе, минерализуя белковые вещества, попадающие в почву, воду.
Смрад выгребных ям и свалок, гниющие органические останки - все это вызывает у людей стойкое чувство отвращения. Но, когда первая реакция проходит, и включается здравый смысл, приходит понимание, что это обязательный процесс жизни. За любым гниением можно увидеть зарождающуюся новую жизнь. Это вечный круговорот веществ в природе. И как ни разнообразны живые организмы на планете, удивительно, что единственные из них, которые отвечают за разложение - это бактерии гниения.
Что разлагается
Процессы разложения - это весь спектр реакций, в результате которых сложные вещества разлагаются до простых и более стойких. Процессом гниения (аммонификацией) называют разложение до простых молекул органических веществ, содержащих азот и серу. Сходный процесс - брожение - это разложение безазотистых органических веществ - сахаров или углеводов. И тот и другой процессы осуществляют микроорганизмы. Выяснение механизма данных процессов началось с опытов Луи Пастера (1822-1895). Если же посмотреть на бактерии гниения исключительно с химической точки зрения, то мы увидим, что причинами этих процессов является нестойкость органических соединений и микроорганизмы выступают лишь как возбудители химических реакций. Но и белок, и кровь, и животные под воздействием бактерий подвергаются разным типам гниения, то главенствующая роль именно микроорганизмов неоспорима.
Изучение предмета продолжается
Гниение имеет огромное значение как в экономии природы, так и в человеческой деятельности: от технических производств до развития болезней. Прикладная бактериология родилась всего порядка 50 лет назад, трудности изучения и сегодня громадны. Но перспективы огромны:
Кто же они - эти деструкторы?
Бактерии - это целое царство одноклеточных прокариотических (не имеющих ядра) организмов, которое начитывает порядка 10 тысяч видов. Но это нам известных, а вообще предполагается существование более миллиона видов. Они появились на планете задолго до нас (3-4 миллиона лет назад), были первыми ее обитателями и во многом именно благодаря им Земля стала пригодной для развития других форм жизни. Впервые в собственноручно деланный микроскоп «анималькули» увидел в 1676 году голландский натуралист Антони ван Левенгук. Только в 1828 году они получили свое название благодаря работам Христиана Эренберга. Развитие увеличительной техники позволило Луи Пастеру в 1850 году описать физиологию и метаболизм бактерий гниения и брожения, в том числе болезнетворных. Именно Пастер, изобретатель вакцины против сибирской язвы и бешенства, читается основателем бактериологии - науки о бактериях. Второй выдающийся бактериолог - немецкий врач Роберт Кох (1843-1910), открывший холерный вибрион и туберкулезную палочку.
Такие простые и такие сложные
По форме бактерии могут быть шаровидные (кокки), прямые палочки (бациллы), выгнутые (вибрионы), спиральные (спириллы). Они могут объединяться - диплококки (два кокка), стрептококки (цепочка кокков), стафилококки (гроздь кокков). Клеточная стенка из муреина (полисахарида в соединении аминокислотами) придает форму организму и защищает содержимое клетки. Мембрана клетки из фосфолипидов может впячиваться и одержит комплексы органов движения (жгутиков). В клетках нет ядра, а в цитоплазме находятся рибосомы и кольцевая ДНК (плазмид). Органелл нет, а функции митохондрий, хлоропластов выполняют мезосомы - выпячивания мембраны. У некоторых имеются вакуоли: газовые выполняют функцию перемещения в толще воды, а в запасающих находятся гликоген или крахмал, жиры, полифосфаты.
Как они питаются
По типу питания бактерии бывают автотрофные (сами синтезируют органические вещества) и гетеротрофные (потребляют готовые органические вещества). Автотрофы могут быть фотосинтетиками (зеленые и пурпурные) и хемосинтетиками (нитрифицирующие, серобактерии, железобактерии). Гетеротрофы бывают сапротрофами (используют продукты жизнедеятельности, отмершие останки животных и растений) и симбионты (используют органику живых организмов). Гниение и брожение осуществляют сапротрофные бактерии. Для осуществления обмена веществ одним бактериям необходим кислород (аэробы), а другим он не нужен (анаэробы).
Армии нашей не счесть
Бактерии обитают везде. Буквально. В каждой капле воды, в каждой луже, на камнях, в воздухе и почве. Перечислим лишь некоторые группы:
Оптимальные условия
Для гниения необходимы определенные условия, и именно лишение бактерий этих условий лежит в основе нашей кулинарии (стерилизация, пастеризация, консервирование и так далее). Для интенсивного процесса гниения необходимо:
- Наличие самих бактерий.
- Внешние условия - влажная среда, температура +30-40 °С.
Варианты возможны различные. Но вода является неотъемлемым атрибутом гидролиза органических веществ. А ферменты работают только в определенном температурном режиме.
Главные аммонификаторы
Бактерии гниения, живущие в почве земли, это самая распространенная группа прокариот. Они играют важную роль в круговороте азота и возвращают в почву минеральные вещества (минерализуют) так необходимые растениям для процессов фотосинтеза. Форма бактерий, их отношение к наличию кислорода и способы питания разнообразны. Основные представители данной группы это спорообразующие клостридии, бациллы и неспорообразующие энтеробактерии.
Этапы разложения органики
Стадии разложения органических веществ бактериями гниения с химической точки зрения довольно сложны. В целом этот процесс осуществляется следующим образом:
Сенная палочка
Самая изученная бактерия - Bacillus subtilis, очень эффективный аммонификатор. Лучше нее изучена только кишечная палочка (Escherichia coli), наш кишечный симбионт. Сенная палочка - это аэробная бактерия гниения. На ее поверхности находятся ферменты-катализаторы протеазы, выработанные бактерией и используемые для получения жизненной энергии. Протеазы вступают в реакции гидролиза с белками внешней среды и разрушают его пептидные вязи с высвобождением начала крупных цепочек аминокислот, а потом все более мелких. Все, что ей необходимо, поступает в клетку, а что не нужно, отдается. И остаются токсичные вещества - сероводород и аммиак. Именно из-за этих газов места обитания сенных палочек так неприятно пахнут.
Наши соседи
В нашем кишечнике живет примерно 50 триллионов различных микроорганизмов, это где-то два килограмма. А это в 1,5 раза больше, чем общее количество клеток всего организма человека. И кто здесь хозяин, а кто симбионт? Это, конечно, шутка. Но среди этого многообразия соседей есть и бактерии гниения. Польза и вред для организма от них зависит от их количества и патогенности. В нашей ротовой полоти обитает до сорока тысяч бактерий. Кислую среду нашего желудка могут выдержать лактобациллы, некоторые стрептококки и сарцины. В двенадцатиперстную кишку выделяется сок поджелудочной железы с агрессивными пищеварительными ферментами (липазы и амилазы) и делают ее почти полностью стерильной.
В тонком и толстом кишечнике среда щелочная, тут сосредоточена вся масса микрофлоры. Именно тут бактерии помогают нам усваивать витамины (бифидобактерии), синтезировать витамины (К и В) и подавлять патогенную флору (кишечная палочка), расщеплять крахмал и целлюлозу, белки и жиры (аммонифицирующие бактерии) и это далеко не весь список полезных функций наших соседей. С калом каждый человек выделяет порядка 18 миллиардов бактерий, а это больше, чем людей на всей планете. Но те же бактерии могут при определенных условиях вызвать болезни. Именно поэтому многие из них считаются условно патогенными.
Значение бактерий гниения
Первые живые организмы этой планеты, самые эффективные в части занятия всех существующих на планете Земля экологических ниш - бактерии. Они минерализуют почву, делая ее плодородной. Возвращают в круговорот неорганические вещества. Утилизируют трупы и продукты жизнедеятельности всех живых организмов планеты. Обеспечивают человечество природными ресурсами. Делают нашу жизнь легче и помогают в усвоении пищевых компонентов. Этот список можно продолжать еще долго. Конечно, негативное значение гнилостных бактерий также велико. Но природа знала, что делала и наша задача на этой планете не нарушить то хрупкое равновесие, к которому пришел за эти почти четыре миллиона лет мир вокруг нас.