Какие пищевые продукты люди получают с помощью бактерий


Где и как человек использует бактерии

Технологическое применение биологических агентов, а именно использование бактерий с целью получения конкретных продуктов или проведения контролируемых направленных изменений, является основой биотехнологии.

Тысячи лет назад человек, ничего не зная о биотехнологиях, использовал их в своем хозяйстве – он варил пиво, занимался виноделием, пек хлеб и делал молочнокислые продукты и сыры.

В современном мире практическое значение методов биотехнологии с использованием бактерий трудно переоценить – они применяются в пищевой промышленности и сельском хозяйстве, в медицине и фармакологии, при добыче полезных ископаемых и их переработке, в процессе очистки воды в природе и в септиках, во многих сферах жизни человека.

Пищевая индустрия

Наибольшее распространение в пищевой промышленности получили молочнокислые бактерии и дрожжи.

Механизм воздействия бактерий и дрожжей состоит в переработке молочного сахара в молочную кислоту, в результате чего нейтральный продукт превращается в молочнокислый.

К молочнокислым бактериям относят:

  • лактобактерии – грамположительные микроаэрофилы отряда Lactobacillales, неспорообразующие кокки или палочковидные бактерии;
  • бифидобактерии – спорообразующие термофильные аэробы рода Sporolactobacillus и Bacillus.

Молочнокислые бактерии и дрожжи используют при сквашивании молочных продуктов и овощей, переработке какао-бобов, изготовлении дрожжевого теста. Способность прокариотов оказывать влияние на продукты определяется их высокой ферментативной активностью и определяется выделяемыми ферментами.

В бродильной микрофлоре, помимо молочнокислых бактерий, присутствуют дрожжи, состоящие с бактериями в сложных симбиотических отношениях.

Подобная бродильная закваска с дрожжами используется в хлебопекарной промышленности, особенно при выпечке ржаных хлебов.

Одна из самых древних биотехнологий, используемых человеком, – производство сыров. Использование пропионовокислых бактерий при изготовлении твердых сычужных сыров позволяет получить продукт высокого качества с заданными свойствами.

Эти бактерии не обладают активностью к казеину, но имеют высокую липолитическую активность, в результате которой образуется ряд органических кислот:

  • уксусная;
  • изомасляная;
  • масляная;
  • изовалериановая;
  • валериановая;
  • и диацетил.

Состав продуктов метаболизма бактерий, который и определяет органолептические (вкусовые) свойства конечного продукта (сыра), зависит от штамма микроорганизмов.

Использование в технологической схеме пропионовокислых бактерий придает готовым сырам типичный для них цвет, вкус и аромат, обогащая продукт биологически активными веществами.

Кроме того, пропионовокислые бактерии обладают бактерицидными свойствами, являясь естественными консервантами казеина (молочный белок).

Если для крупных сыров пропионовокислые бактерии являются технологической необходимостью, то для мелких это нежелательная биофлора, наличие которой приводит к нарушению вкусовых характеристик.

Рост пропионовокислой микрофлоры в мелких сырах происходит только в случае нарушения технологических стандартов:

  • понижении уровня соли;
  • нарушении температурных условий при созревании.

Промышленность

Выщелачивание

Бактерии способны в процессе своей жизни избирательно извлекать вещества из сложных соединений, растворяя их в воде. Этот процесс носит название бактериального выщелачивания и имеет большое практическое значение:

  • позволяет извлекать полезные химические вещества из руд, производственных отходов;
  • удалять ненужные примеси – мышьяк из руд цветных и черных металлов.

Чаще всего в промышленности для бактериального выщелачивания применяют тионовые бактерии:

  • Thiobacillius ferrooxidans – железобактерии, окисляющие закисное железо и сульфидные минералы.
  • Thiobacillius thiooxidans – серобактерии, окисляющие серу.

Железо- и серобактерии являются хемоавтотрофами – процессы окисления сульфидов, оксида железа (ll) и серы для них являются единственным источником энергии.

В промышленности большое практическое значение имеет бактериальное выщелачивание полезных ископаемых (уран, медь) непосредственно на месторождениях.

Процесс не требует сложного оборудования и с учетом возврата в технологический процесс отработанного раствора, содержащего бактерии, имеет ряд значительных преимуществ:

  • позволяет значительно понизить себестоимость добычи;
  • значительно расширяет сырьевую базу за счет обедненных, забалансовых или потерянных руд, отходов обогащения, шлаков и др.

Железобактерии в реке

Использование биотехнологий при добыче полезных ископаемых является чрезвычайно перспективным, с целью расширения области применения ученые проводят исследовательские работы по следующим направлениям:

  • выщелачивание тионовыми бактериями различных металлов – Zn (цинк), Co (кобальт), Mn (марганец) и др.;
  • поиск бактерий других видов для извлечения полезных ископаемых.

Так, для извлечения золота, например, предлагается применять бактерии Aeromonas, которые выделены на золотоносных приисках в рудничных водах.

В будущем бактериальное выщелачивание позволит создать автоматизированное производство по извлечению металлов непосредственно из недр, минуя сложный и дорогостоящий процесс обогащения породы.

Медицинские препараты

Препараты, созданные при участии бактерий, широко применяются в современной медицине и спасли тысячи жизней. Революцией стало появление пенициллина – первого полученного антибиотика.

Антибиотики – вещества, способные подавить рост бактериальных клеток, при этом механизм воздействия может быть различным:

  • пенициллин разрушает саму оболочку бактерии;
  • стрептомицин подавляет рибосомы клеток патогенных микроорганизмов.

Поэтому в современной медицине антибиотики являются эффективным средством в борьбе с инфекционными заболеваниями человека, но практически неэффективны против вирусных инфекций.

Современная медицина успешно использует препараты, для производства которых применяются бактерии:

  • инсулин и интерферон получают с использованием генно-инженерных технологий на основе кишечной палочки Escherichia coli;
  • ферменты сенной палочки Bacillus subtilis разрушают продукты гнилостного разложения.

Современные биотехнологии позволяют осуществлять производство ферментов, гормонов, антибактериальных препаратов и витаминов.

Значение энзимов

Ферменты (энзимы) – биокатализаторы процессов, увеличивающие скорость протекания реакции в порядки раз в сравнении с химическими катализаторами. Под действием ферментов выход продукции составляет почти 100%, при этом сами ферменты в процессе реакции не расходуются.

Естественным источником ферментов в природе являются бактерии и дрожжи, известно более 3000 ферментов.

Все энзимы по способу получения делят на 2 группы:

  • внеклеточные;
  • внутриклеточные.

Ферменты часто применяются человеком на производствах:

  • пищевом;
  • фармацевтическом;
  • кожевенном;
  • текстильном;
  • химическом;
  • в сельском хозяйстве.

Ферментативный спектр

Для каждого вида бактерий характерны свои наборы ферментов, что позволяет использовать ферментный спектр как важный метод идентификации бактерий.

Существует множество методик идентификации бактерий, которые решают одну задачу – определить таксономическое положение микроорганизма.

Бактериологическая практика идентифицирует бактерии по морфологическим, генотипическим, культурным, тинкториальным, патогенным и другим признакам, используя определители.

Одним из самых популярных является определитель Берджи – бактерии в определителе разделены на группы по различным признакам, внутри группы тоже происходит разделение по признакам.

Определитель микроорганизмов Берджи позволяет достаточно быстро провести идентификацию бактерии и установить ее таксономическое положение.

Другим методом идентификации бактерий является изучение ферментативной активности, чаще всего это исследования на сахаролитическую и протеолитическую активность.

Как экспресс-метод используют тест-системы для идентификации определенной группы микроорганизмов – анаэробов, энтеробактерий и других. Существуют специализированные тест-системы, разработанные для санитарно-микробиологических исследований.

Земледелие

Применение человеком методов биотехнологии в сельском хозяйстве успешно решает целый ряд вопросов:

  • создание болезнестойких и высокоурожайных сортов растений;
  • производство удобрений на основе бактерий (нитрагин, агрофил, азотобактерин и др.), в том числе компосты и сброженные (метановое брожение) отходы животноводства;
  • разработка безотходных технологий для сельского хозяйства.

Растениям в природе необходим азот, но усваивать азот из воздуха они не способны, а вот некоторые бактерии, клубеньковые и цианобактерии, в природе производят около 90% от общего числа связанного азота, обогащая им почву.

В сельском хозяйстве используют растения, содержащие на свои корнях клубеньковые бактерии:

  • люцерна;
  • люпин;
  • горох;
  • бобовые культуры.

Эти культуры используют в севообороте для обогащения почвы азотом.

Для борьбы с болезнетворными микроорганизмами в растениеводстве вместо фунгицидов используют пробиотики.

Биотехнология при участии генно-инженерных разработок предлагает для борьбы с патогенными микроорганизмами использовать бактерии с нужными свойствами, способные подавить рост патогенных микробов и не имеющие побочных негативных действий.

К ним относятся элитные штаммы бактерий Bacillus subtilis и Licheniformis, полученные в результате направленной селекции. Попадая в организм растения или животного, элитные штаммы микроорганизмов начинают быстро размножаться и подавляют патогенную микрофлору.

Элитные штаммы, как и антибиотики, нейтрализуют вредные микроорганизмы, но не имеют их негативных сторон:

  • не возникает зависимость или привыкание;
  • не происходит накопление в организме ядов или токсинов;
  • не вырабатывается иммунитет.

Применение в сельском хозяйстве пробиотиков успешно в отношении более 70 патогенных микроорганизмов, вызывающих заболевания растений, включая ранее не подлежащие лечению совсем. Помимо этого, элитные штаммы благотворно воздействуют на вегетацию растений в целом:

  • созревание плодов требует меньшего времени;
  • значительно уменьшается содержание в плодах нитратов и других токсинов;
  • сокращается необходимость в минеральных подкормках растений.

Животноводство

Молочнокислые бактерии используют в производстве силоса – силосовании.

В сельском хозяйстве силосование является одним из основных методов консервации растительной массы и осуществляется путем регулируемого сбраживания под воздействием молочнокислых, кокковидных и палочковидных форм бактерий.

Процесс молочнокислого сбраживания растительной массы требует соблюдения оптимальных для жизнедеятельности бактерий условий:

  • химический состав растительной массы;
  • определенный уровень влажности сырья;
  • оптимальная температура ферментации – 25°С;
  • молочнокислые бактерии анаэробны – силосование проходит без доступа воздуха.

Полученный в результате молочнокислого сбраживания силос является высококачественным сочным кормом для животных, сохраняющим полезные вещества растительного сырья и имеющим высокую кормовую ценность.

Бактерии разлагают навоз животных, в результате получая метан – углеводородное соединение, которое используется в органическом синтезе.

Экологические проблемы

Одной из основных экологических проблем, стоящих перед человеком сегодня, является проблема очистки воды в природе.

Совместное использование гетеротрофных и автотрофных бактерий позволило добиться значительного успеха – бактерии в природе успешно справляются с очисткой воды, нормализуют ее кислотность, разлагают придонные отложения, в результате чего нормализуется жизнедеятельность всех обитателей водоемов.

Также бактерии в природе способны разлагать компоненты синтетических моющих средств и ряд лекарственных препаратов.

Ксенобактерии успешно используются для очистки в природе почвы и воды при разливе нефти и нефтепродуктов.

Очистные сооружения

Человек использует большое количество воды для своих личных нужд, решая вопрос очистки сточных вод использованием септиков.

Эффективность работы очистных сооружений обеспечивают специальные бактерии, используемые в септиках.

Микроорганизмы, используемые в септиках, разлагают органические соединения любого происхождения, при очистке сточных вод они успешно уничтожают специфический запах.

По составу бактериальная флора септика представляет собой сочетание аэробной и анаэробной культур.

Анаэробные (бескислородные) микроорганизмы осуществляют первичную очистку воды, а аэробные бактерии доочищают и осветляют воду.

При использовании микроорганизмов для септика существуют определенные правила для очистки сточных вод:

  • необходимо поддерживать определенный уровень микроорганизмов в септике;
  • обязательным является наличие воды – без нее микроорганизмы погибнут;
  • нельзя использовать для очистки агрессивные химические средства – они убьют микроорганизмы.

Инструменты биотехнологических процессов

Основными инструментами биотехнологии для получения наиболее эффективных микроорганизмов являются селекция и генная инженерия.

Селекция – направленный отбор высокоэффективных особей в популяции вследствие естественной мутации микроорганизмов.

В природе процесс достаточно длительный, но под действием мутагенных факторов (жесткое излучение, азотистая кислота и др.) может быть значительно ускорен.

Плюсами селекции являются экологичность, натуральность продукта.

Минусами метода следует считать:

  • длительность процесса;
  • невозможность контролировать направление мутации – определяется по конечному результату.

Генно-инженерные методы в биотехнологии

Методы генно-инженерного вмешательства изменяют клетки микроорганизмов и дрожжей, превращая их в эффективных производителей любого белка. Что открывает широкие возможности использования генно-модифицированных клеток микробов и дрожжей для получения конечного организма с заданными характеристиками.

Использование генно-мутированных клеток микробов и дрожжей человеком в повседневной жизни вызывает обоснованные опасения – много как сторонников генно-измененных веществ, так и их противников.

Однако фактом остается отсутствие информации о воздействии генно-модифицированных клеток бактерий и дрожжей на организм человека и природу в целом.

Генно-модифицированные бактерии и энергия

Генетики работают над вопросом альтернативного источника энергии. Основной задачей является создание химического сырья, а далее топлива как продукта бактериального метаболизма.

Одним из направлений получения человеком энергии от бактерий является работа с генно-модифицированными цианобактериями.

Биологи Тюбингенского университета обнаружили микроорганизмы, обладающие свойствами батарейки и способные как аккумулировать энергию, так и передавать ее другим бактериям.

Энергию, вырабатываемую этими бактериями, человек может использовать для наноприборов.

В Китае построен прибор, в котором бактерии получают водород из ацетатов, при этом внешнего источника энергии у аппарата нет, а сырьем служат дешевые отходы производства. В свою очередь водород является источником энергии для эко-автомобилей.

Микробиологи в университете Южной Каролины обнаружили бактерию, способную вырабатывать энергию, питаясь токсичными отходами, такими проблемными как полихлорированные бифенилы и агрессивные растворители.

Калифорнийские исследователи предложили методику переработки бурых водорослей модифицированной кишечной палочкой, получая на выходе этиловый спирт – прекрасный источник энергии.

Водород, как источник энергии, получили американские ученые при разложении анаэробными бактериями глюкозы.

Плюсы и минусы ГМО (генетически модифицированный организм)

Использование человеком в повседневной жизни генно-модифицированных бактерий и дрожжей для получения измененных организмов имеет как положительные, так и отрицательные стороны.

К плюсам генно-модифицированных организмов относят:

  • производство любых органов для трансплантации, которые не будут отторгаться;
  • производство исходного материала для биотоплива;
  • производство лекарственных препаратов;
  • создание растений для технических целей (производство тканей и т.д.).

Известные минусы генно-модифицированных продуктов:

  • себестоимость генно-модифицированных овощей и фруктов почти на 30% выше натуральных;
  • семена и плоды ГМ-растений нежизнеспособны;
  • поля с ГМ-посадками требуют повышенного количества пестицидов и гербицидов;
  • культурные ГМ-растения способны производить гибриды с дикими растениями.

Использование человеком микроорганизмов в повседневной жизни и на производствах может быть ограничено только свойствами самих бактерий. А чем больше ученые уделяют внимания бациллам, тем больше интересных и полезных свойств микроорганизмов обнаруживают.

Бактерии вырабатывают энергию, добывают полезные ископаемые, очищают воду и почву – недавно обнаружены бактерии, поедающие даже пластиковые пакеты (!) – катализируют производственные процессы, используются в синтезе фармацевтических препаратов и во многих других сферах жизни человека.

Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.

10 способов улучшить состояние кишечных бактерий на основе научных данных

Ферментированные продукты - это продукты, измененные микробами.

В процессе ферментации обычно участвуют бактерии или дрожжи, преобразующие пищевые сахара в органические кислоты или спирт. Примеры ферментированных продуктов:

  • Йогурт
  • Кимчи
  • Квашеная капуста
  • Кефир
  • Чайный гриб
  • Темпе

Многие из этих продуктов богаты лактобациллами , типом бактерий, которые могут принести пользу вашему здоровью.

У людей, которые едят много йогурта, в кишечнике содержится более лактобацилл . У этих людей также меньше Enterobacteriaceae , бактерии, связанные с воспалением и рядом хронических заболеваний (16).

Аналогичным образом, ряд исследований показал, что потребление йогурта может благотворно влиять на кишечные бактерии и улучшать симптомы непереносимости лактозы как у младенцев, так и у взрослых (17, 18, 19).

Некоторые йогуртовые продукты могут также уменьшить количество определенных болезнетворных бактерий у людей с синдромом раздраженного кишечника.

Два исследования показали, что йогурт также улучшает функцию и состав микробиоты (20).

Однако важно отметить, что многие йогурты, особенно ароматизированные, содержат высокий уровень сахара.

Таким образом, лучший йогурт - это простой натуральный йогурт. Этот вид йогурта состоит только из смесей молока и бактерий, которые иногда называют «заквасочными культурами».

Кроме того, ферментированное соевое молоко может способствовать росту полезных бактерий, таких как Bifidobacteria и lactobacilli , при одновременном уменьшении количества некоторых других болезнетворных бактерий.Кимчи также может принести пользу кишечной флоре (21, 22).

Итог:

Ферментированные продукты, особенно простой натуральный йогурт, могут принести пользу микробиоте, улучшая ее функцию и уменьшая количество болезнетворных бактерий в кишечнике.

.

Бактерии и вирусы | FoodSafety.gov

Источники
  • Непастеризованное (сырое) молоко и молочные продукты.
  • Мягкий сыр из непастеризованного молока, например, кесо фреско, фета, бри, камамбер.
  • Сырые фрукты и овощи (например, ростки).
  • Мясные деликатесы и хот-доги, готовые к употреблению.
  • Паштеты или мясные пасты охлажденные.
  • Морепродукты охлажденные копченые.
  • Имейте в виду, что латиноамериканские сыры, приготовленные из пастеризованного молока, такие как queso fresco, вызвали инфекцию Listeria , скорее всего, потому, что они были заражены во время сыроварения.
Инкубационный период от 7 до 70 дней
Симптомы Listeria может вызывать лихорадку и диарею, как и другие микробы пищевого происхождения, но этот тип инфекции Listeria диагностируется редко.

Симптомы у людей с инвазивным листериозом, означающие, что бактерии распространились за пределы кишечника, включают:

  • Для беременных: жар, усталость и мышечные боли. У беременных женщин также могут отсутствовать симптомы, но у них может наблюдаться гибель плода, преждевременные роды или инфицирование новорожденного.
  • Для всех остальных: ригидность шеи, спутанность сознания, потеря равновесия и судороги в дополнение к лихорадке и мышечным болям.
Продолжительность болезни Дней в недель
Кто подвержен риску
  • Взрослые от 65 лет и старше
  • Беременные и их новорожденные
  • Люди, иммунная система которых ослаблена в результате болезни или лечения
Что делать При инвазивном листериозе своевременное введение антибиотиков может вылечить инфекцию.Беременным женщинам назначают антибиотики, чтобы предотвратить инфицирование будущего ребенка.
Профилактика
  • Не пейте сырое (непастеризованное) молоко и не ешьте мягкие сыры, приготовленные из него, например, queso fresco.
  • Нагрейте хот-доги, мясное ассорти и мясные деликатесы до внутренней температуры 165 ° F или до горячего пара перед едой.
  • Сразу съешьте разрезанную дыню или поставьте ее в холодильник.
  • Люди из группы повышенного риска не должны есть следующие продукты:
    • Охлажденные паштеты или мясные пасты из гастронома или мясного прилавка или из охлаждаемой части магазина
    • Охлажденные копченые морепродукты, если они не консервированные, не предназначенные для длительного хранения или не находятся в готовом блюде, таком как запеканка
    • Сырые или слегка приготовленные проростки любых видов
    • Мягкий сыр, такой как queso fresco, queso blanco, panela, short, камамбер, с голубыми прожилками или фета, если на этикетке не указано, что он изготовлен из пастеризованного молока
  • Люди из группы повышенного риска должны знать, что латиноамериканские сыры, приготовленные из пастеризованного молока, такие как queso fresco, вызвали инфекцию Listeria , скорее всего, потому, что они были заражены во время сыроделия.
.

Типы, характеристики, места обитания, опасности и многое другое

Бактерии - это микроскопические одноклеточные организмы, которые существуют миллионами в любой среде, как внутри, так и вне других организмов.

Некоторые бактерии вредны, но большинство служат полезным целям. Они поддерживают многие формы жизни, как растений, так и животных, и используются в промышленных и медицинских процессах.

Считается, что бактерии были первыми организмами, появившимися на Земле около 4 миллиардов лет назад.Самые старые известные окаменелости относятся к организмам, подобным бактериям.

Бактерии могут использовать большинство органических и некоторые неорганические соединения в качестве пищи, а некоторые могут выжить в экстремальных условиях.

Растущий интерес к функции микробиома кишечника проливает новый свет на роль бактерий в здоровье человека.

Бактерии - одноклеточные организмы, которые не являются ни растениями, ни животными.

Они обычно имеют длину несколько микрометров и существуют вместе миллионными сообществами.

В грамме почвы обычно содержится около 40 миллионов бактериальных клеток. В миллилитре пресной воды обычно содержится около миллиона бактериальных клеток.

По оценкам, на Земле обитает не менее 5 нониллионов бактерий, и большая часть биомассы Земли, как полагают, состоит из бактерий.

Есть много разных типов бактерий. Один из способов их классификации - по форме. Есть три основных формы.

  • Сферические: Бактерии в форме шара называются кокками, а отдельная бактерия - кокком.Примеры включают группу стрептококков, ответственных за «стрептококковое горло».
  • Палочковидная форма: они известны как бациллы (особые палочки). Некоторые палочковидные бактерии изогнуты. Они известны как вибрионы. Примеры палочковидных бактерий включают Bacillus anthracis ( B. anthracis ) или сибирскую язву.
  • Спираль: Они известны как спириллы (единичные спириллы). Если их спираль очень тугая, их называют спирохетами. Бактерии этой формы вызывают лептоспироз, болезнь Лайма и сифилис.

Внутри каждой группы форм существует множество вариантов.

Бактериальные клетки отличаются от клеток растений и животных. Бактерии - прокариоты, а это значит, что у них нет ядра.

Бактериальная клетка включает:

  • Капсула: слой, находящийся на внешней стороне клеточной стенки у некоторых бактерий.
  • Клеточная стенка: слой, состоящий из полимера, называемого пептидогликаном. Клеточная стенка придает бактериям форму. Он расположен за пределами плазматической мембраны.Клеточная стенка у некоторых бактерий, называемых грамположительными бактериями, толще.
  • Плазменная мембрана: находится внутри клеточной стенки, она генерирует энергию и переносит химические вещества. Мембрана проницаема, а значит, через нее могут проходить вещества.
  • Цитоплазма: студенистое вещество внутри плазматической мембраны, которое содержит генетический материал и рибосомы.
  • ДНК: содержит все генетические инструкции, используемые в развитии и функционировании бактерии. Он находится внутри цитоплазмы.
  • Рибосомы: здесь производятся или синтезируются белки. Рибосомы - это сложные частицы, состоящие из гранул, богатых РНК.
  • Жгутик: он используется для движения, чтобы продвигать некоторые виды бактерий. Есть некоторые бактерии, которых может быть больше одной.
  • Пили: Эти похожие на волосы отростки на внешней стороне клетки позволяют ей прилипать к поверхностям и передавать генетический материал другим клеткам. Это может способствовать распространению болезней среди людей.

Бактерии питаются разными способами.

Гетеротрофные бактерии или гетеротрофы получают энергию за счет потребления органического углерода. Большинство из них поглощают мертвые органические вещества, например разлагающуюся плоть. Некоторые из этих паразитических бактерий убивают своего хозяина, а другие помогают им.

Автотрофные бактерии (или просто автотрофы) производят себе пищу либо посредством:

  • фотосинтеза, используя солнечный свет, воду и углекислый газ, либо хемосинтеза
  • , используя углекислый газ, воду и химические вещества, такие как аммиак, азот, сера и др.

Бактерии, использующие фотосинтез, называются фотоавтотрофами.Некоторые виды, например цианобактерии, производят кислород. Вероятно, они сыграли жизненно важную роль в создании кислорода в атмосфере Земли. Другие, например гелиобактерии, не производят кислород.

Те, кто использует хемосинтез, известны как хемоавтотрофы. Эти бактерии обычно встречаются в океанских жерлах и в корнях бобовых, таких как люцерна, клевер, горох, фасоль, чечевица и арахис.

Бактерии можно найти в почве, воде, растениях, животных, радиоактивных отходах, глубоко в земной коре, во льдах и ледниках Арктики, а также в горячих источниках.Бактерии обитают в стратосфере на высоте от 6 до 30 миль в атмосфере и в глубинах океана на глубине до 32 800 футов или 10 000 метров.

Аэробы, или аэробные бактерии, могут расти только там, где есть кислород. Некоторые типы могут вызвать проблемы для окружающей человека среды, такие как коррозия, загрязнение, проблемы с прозрачностью воды и неприятный запах.

Анаэробы, или анаэробные бактерии, могут расти только там, где нет кислорода. У людей это в основном в желудочно-кишечном тракте.Они также могут вызывать газы, гангрену, столбняк, ботулизм и большинство стоматологических инфекций.

Факультативные анаэробы или факультативные анаэробные бактерии могут жить как с кислородом, так и без него, но они предпочитают среду, в которой есть кислород. В основном они встречаются в почве, воде, растительности и некоторой нормальной флоре людей и животных. Примеры включают Salmonella .

Мезофилы, или мезофильные бактерии, являются бактериями, вызывающими большинство инфекций человека. Они хорошо себя чувствуют при умеренных температурах, около 37 ° C.Это температура человеческого тела.

Примеры включают Listeria monocytogenes , Pesudomonas maltophilia , Thiobacillus novellus , Staphylococcus aureus , Streptococcus pyrogenes , Streptococcus pneumoniae , Escherridichia coli , Escherridichia coli.

Кишечная флора человека, или микробиом кишечника, содержит полезные мезофильные бактерии, такие как диетические Lactobacillus acidophilus .

Экстремофилы, или экстремофильные бактерии, могут выдерживать условия, которые считаются слишком экстремальными для большинства форм жизни.

Термофилы могут жить при высоких температурах, до 75–80 ° C, а гипертермофилы - при температурах до 113 ° C.

Глубоко в океане бактерии живут в полной темноте у термальных источников, где и температура, и давление высоки. Они сами производят пищу, окисляя серу, поступающую из глубины земли.

Другие экстремофилы включают:

  • галофилов, обнаруженных только в соленой среде
  • ацидофилов, некоторые из которых живут в таких кислых средах, как pH 0
  • алкалифилов, живущих в щелочных средах до pH 10.5
  • психрофилов, обнаруженных при низких температурах, например, в ледниках

Экстремофилы могут выжить там, где не могут выжить никакие другие организмы.

Бактерии могут воспроизводиться и изменяться, используя следующие методы:

  • Бинарное деление: бесполая форма размножения, при которой клетка продолжает расти до тех пор, пока новая клеточная стенка не прорастет через центр, образуя две клетки. Они разделяются, образуя две клетки с одинаковым генетическим материалом.
  • Передача генетического материала: клетки приобретают новый генетический материал посредством процессов, известных как конъюгация, трансформация или трансдукция.Эти процессы могут сделать бактерии более сильными и более способными противостоять угрозам, таким как лечение антибиотиками.
  • Споры: Когда у некоторых видов бактерий мало ресурсов, они могут образовывать споры. Споры содержат материал ДНК организма и ферменты, необходимые для прорастания. Они очень устойчивы к стрессам окружающей среды. Споры могут оставаться неактивными в течение столетий, пока не будут созданы подходящие условия. Затем они могут реактивироваться и стать бактериями.
  • Споры могут выжить в периоды стресса окружающей среды, включая ультрафиолетовое (УФ) и гамма-излучение, высыхание, голод, химическое воздействие и экстремальные температуры.

Некоторые бактерии производят эндоспоры или внутренние споры, в то время как другие производят экзоспоры, которые выходят наружу. Они известны как кисты.

Clostridium является примером бактерии, образующей эндоспоры. Существует около 100 видов Clostridium , включая Clostridium botulinim ( C. botulinim ) или ботулизм, ответственных за потенциально смертельный вид пищевого отравления, и Clostridium difficile ( C.Difficile ), вызывающий колит и другие кишечные проблемы.

Бактерии часто считаются вредными, но многие из них полезны. Без них нас бы не было. Кислород, которым мы дышим, вероятно, был создан в результате деятельности бактерий.

Выживание человека

Многие бактерии в организме играют важную роль в выживании человека. Бактерии в пищеварительной системе расщепляют питательные вещества, такие как сложные сахара, в формы, которые организм может использовать.

Неопасные бактерии также помогают предотвратить болезни, занимая места, в которых патогенные или вызывающие болезни бактерии хотят прикрепиться.Некоторые бактерии защищают нас от болезней, нападая на болезнетворные микроорганизмы.

Фиксация азота

Бактерии поглощают азот и выделяют его для использования в растениях после смерти. Для жизни растениям необходим азот в почве, но они не могут этого сделать сами. Чтобы обеспечить это, у многих семян растений есть небольшой контейнер с бактериями, который используется, когда растение прорастает.

Пищевая технология

Молочнокислые бактерии, такие как Lactobacillus и Lactococcus вместе с дрожжами и плесенью или грибами, используются для приготовления таких пищевых продуктов, как сыр, соевый соус, натто (ферментированные соевые бобы), уксус, йогурт и соленья.

Брожение не только полезно для сохранения продуктов, но некоторые из этих продуктов могут быть полезны для здоровья.

Например, некоторые ферментированные продукты содержат бактерии, которые схожи с бактериями, влияющими на здоровье желудочно-кишечного тракта. Некоторые процессы ферментации приводят к появлению новых соединений, таких как молочная кислота, которые обладают противовоспалительным действием.

Необходимы дополнительные исследования, чтобы подтвердить пользу для здоровья ферментированных продуктов.

Бактерии в промышленности и исследованиях

Бактерии могут расщеплять органические соединения.Это полезно для таких видов деятельности, как переработка отходов и очистка разливов нефти и токсичных отходов.

В фармацевтической и химической промышленности бактерии используются при производстве некоторых химикатов.

Бактерии используются в молекулярной биологии, биохимии и генетических исследованиях, поскольку они могут быстро расти и ими относительно легко манипулировать. Ученые используют бактерии, чтобы изучить, как работают гены и ферменты.

Бактерии необходимы для производства антибиотиков.

Bacillus thuringiensis (Bt) - это бактерия, которую можно использовать в сельском хозяйстве вместо пестицидов.Он не имеет нежелательных последствий для окружающей среды, связанных с использованием пестицидов.

Некоторые виды бактерий могут вызывать заболевания у людей, такие как холера, дифтерия, дизентерия, бубонная чума, пневмония, туберкулез (ТБ), брюшной тиф и многие другие.

Если человеческий организм подвергается воздействию бактерий, которые организм не считает полезными, иммунная система атакует их. Эта реакция может привести к появлению симптомов отека и воспаления, которые мы видим, например, в инфицированной ране.

В 1900 году пневмония, туберкулез и диарея были тремя крупнейшими убийцами в Соединенных Штатах. Методы стерилизации и прием антибиотиков привели к значительному снижению смертности от бактериальных заболеваний.

Однако чрезмерное использование антибиотиков затрудняет лечение бактериальной инфекции. По мере мутации бактерий они становятся более устойчивыми к существующим антибиотикам, что затрудняет лечение инфекций. Бактерии трансформируются естественным путем, но чрезмерное использование антибиотиков ускоряет этот процесс.

«Даже если будут разработаны новые лекарства, без изменения поведения, устойчивость к антибиотикам останется серьезной угрозой».

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ)

По этой причине ученые и органы здравоохранения призывают врачей не прописывать антибиотики, если в этом нет необходимости, и чтобы люди применяли другие способы предотвращения болезней, такие как соблюдение правил гигиены пищевых продуктов и рук. мытье, вакцинация и использование презервативов.

Недавние исследования привели к новому и растущему осознанию того, как человеческий организм взаимодействует с бактериями, и особенно с сообществами бактерий, живущих в кишечном тракте, известных как микробиом кишечника или кишечная флора.

В 2009 году исследователи опубликовали результаты, свидетельствующие о том, что женщины с ожирением чаще имеют во рту особый вид бактерий, Selenomonas noxia ( S. noxia ) , .

В 2015 году ученые из Университета Северной Каролины обнаружили, что кишечник людей с анорексией содержит «очень разные» бактерии или микробные сообщества по сравнению с людьми, не страдающими этим заболеванием. Они предполагают, что это может иметь психологическое воздействие.

Более 2000 лет назад римский автор Марк Теренций Варрон предположил, что болезнь может быть вызвана крошечными животными, которые летают в воздухе. Он посоветовал людям избегать заболоченных мест во время строительных работ, потому что они могут содержать слишком маленьких для глаза насекомых, которые попадают в тело через рот и ноздри и вызывают болезни.

В 17 веке голландский ученый Антони ван Левенгук создал однолинзовый микроскоп, с помощью которого он увидел то, что он назвал анималкулами, позже известными как бактерии.Он считается первым микробиологом.

В 19 веке химики Луи Пастер и Роберт Кох говорили, что болезни вызываются микробами. Это было известно как теория зародыша.

В 1910 году ученый Пауль Эрлих объявил о разработке первого антибиотика сальварсана. Он использовал его для лечения сифилиса. Он также был первым ученым, обнаружившим бактерии с помощью пятен.

В 2001 году Джошуа Ледербург ввел термин «микробиом кишечника», и в настоящее время ученые всего мира стремятся описать и понять более точно структуры, типы и использование «кишечной флоры» или бактерий в организме человека.

Ожидается, что со временем эта работа прольет новый свет на широкий спектр заболеваний.

.

Какие продукты полезны для здорового микробиома кишечника?

Новое исследование обнаруживает связь между здоровым бактериальным составом и определенными моделями питания и группами продуктов. Более того, результаты показывают, что «диета, вероятно, станет важным и серьезным средством лечения» таких состояний, как болезнь Крона, язвенный колит и синдром раздраженного кишечника.


Новое исследование изучает различные группы продуктов питания и их влияние на здоровье кишечника.

Для получения дополнительной подтвержденной исследованиями информации о микробиоме и его влиянии на ваше здоровье, пожалуйста, посетите наш специализированный центр.

Термин «кишечная микробиота» описывает триллионы микроорганизмов, которые живут внутри нашего кишечника, влияя на то, насколько хорошо мы усваиваем питательные вещества из пищи, насколько эффективно работает наша иммунная защита и даже насколько мы чувствуем беспокойство или расслабление.

Как показывает все больше данных, баланс между полезными и вредными бактериями в нашем кишечнике влияет на гораздо более широкий спектр факторов здоровья, чем считали ученые ранее.К ним относятся такие разные аспекты, как артериальное давление, процесс старения и вероятность развития тревоги или депрессии.

Итак, поддержание здоровья кишечника важно не только для здоровья пищеварительной системы, но и для общего физического здоровья и даже психического благополучия.

В этом контексте исследователи из Университетского медицинского центра Гронингена (UMCG) в Нидерландах решили изучить, какие диеты и группы продуктов питания оказывают наиболее благоприятное влияние на здоровье кишечника.

Лаура Болте из UMCG является ведущим исследователем исследования, которое команда представила на Неделе Единой европейской гастроэнтерологии (UEG) в Барселоне, Испания.

В частности, Болт и его коллеги сгруппировали 160 диетических факторов по семи схемам питания и изучили их противовоспалительное действие в четырех группах участников: люди с болезнью Крона, люди с язвенным колитом, население в целом и люди с синдромом раздраженного кишечника. .

«Мы тщательно изучили связь между режимами питания или отдельными продуктами и микробиотой кишечника», - комментирует Болте. «Связь диеты с микробиомом кишечника дает нам больше информации о связи между диетой и кишечными заболеваниями», - добавляет она.

Как объясняют авторы в аннотации исследования, «растет интерес к противовоспалительным свойствам отдельных питательных веществ», но медицинское сообщество еще не изучило и не выяснило так много о «связи между режимами питания или отдельными продуктами кишечные микробные особенности ».

Чтобы исправить это, Болт и команда собрали образцы стула у каждого участника и попросили их заполнить анкету по частоте приема пищи.

Команда определила 61 отдельный продукт питания, который они связали со 123 таксонами бактерий и 249 молекулярными путями, и обнаружили «49 корреляций между структурами питания и группами микробов.”

Они сделали это, выделив микробную ДНК и выполнив анализ метагеномной последовательности для восстановления состава микробиоты в образцах стула.

Как видно из резюме результатов, которыми поделились UEG и исследователи, Болт и его команда разделили структуру питания на следующие группы:

  • Растительная диета
  • Растительный белок
  • Животный белок
  • Низкожирные ферментированные молочные продукты
  • Средиземноморская диета, которая включала «растительный белок, хлеб, бобовые, овощи, рыбу, орехи [и] вино»
  • Хлеб и бобовые, плюс рыба и орехи
  • Мясо, картофель и соус плюс сладости, сахар, фастфуд и безалкогольные напитки

В целом, как сообщает Bolte, исследование показало, что «диета, характеризующаяся орехами, фруктами, большим потреблением овощей и бобовых, чем животного белка, в сочетании с умеренным потреблением продуктов животного происхождения, таких как рыба, нежирное мясо, птица, ферментированные обезжиренные молочные продукты и красное вино, а также более низкое потребление красного мяса, обработанного мяса и сладостей благоприятно связаны с экосистемой кишечника.

В частности, команда связала диеты, богатые хлебом, бобовыми, рыбой и орехами, с более низким уровнем вредных бактерий и маркеров воспаления в стуле.

Они также связали потребление красного вина, бобовых, овощей, фруктов, злаков, рыбы и орехов с более высоким уровнем противовоспалительных бактерий.

Диеты на основе растений были связаны с высоким уровнем короткоцепочечных жирных кислот (SCFA) - «основных питательных веществ, продуцируемых бактериальной ферментацией», которые имеют несколько положительных эффектов на метаболизм.Исследователи обнаружили низкий уровень SCFAs у людей с язвенным колитом и другими воспалительными состояниями кишечника.

Исследователи также обнаружили, что растительный белок помогает биосинтезу витаминов и аминокислот.

Напротив, высокое потребление красного мяса, фаст-фуда и рафинированного сахара было связано с более низким уровнем полезных бактерий и более высоким уровнем маркеров воспаления.

«Мы показываем, что определенные продукты связаны с обилием кишечных бактерий, способных к биосинтезу основных питательных веществ и ферментации углеводов в SCFAs», - заключают авторы, «делая вывод, что определенные продукты могут оказывать защиту слизистой оболочки, вызывая бактерии с анти- воспалительные свойства.»

« Наша работа подтверждает идею о том, что диета представляет собой терапевтическую стратегию [для] кишечных заболеваний посредством модуляции микробиома кишечника », - добавляют они.

«Результаты показывают, что диета, вероятно, станет важным и серьезным направлением лечения или контроля заболеваний кишечника - путем изменения микробиома кишечника».

Лаура Болте

По последним оценкам Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), около 3 миллионов взрослых в США живут либо с болезнью Крона, либо с язвенным колитом.

.

Смотрите также