До недавнего времени оставалось загадкой, каким образом термитам удается жить (и даже процветать), питаясь одной древесиной. Было известно, что разложение потребленной ими целлюлозы осуществляют бактерии — внутриклеточные симбионты простейших, которые в свою очередь обитают в кишечнике термита. Но целлюлоза — малопитательный субстрат; кроме того, она не может служить источником азота, который термитам нужен в гораздо большем количестве, чем он содержится в растительных тканях. Однако к поразительному заключению пришла недавно группа японских исследователей, взявшихся за изучение состава генома симбиотических бактерий жгутиконосцев. Наряду с генами, отвечающими за синтез целлюлазы — фермента, разрушающего молекулы целлюлозы, в геноме оказались гены, кодирующие ферменты, ответственные за азотфиксацию — связывание свободного азота атмосферы N 2 и превращение его в форму, пригодную для использования не только самими бактериями, но также жгутиконосцами и термитами.

Люди, далекие от биологии, порой путают термитов с муравьями, поскольку и те и другие ведут колониальный образ жизни, возводят крупные постройки (термитники и муравейники), а кроме того, характеризуются разделением труда между отдельными группами особей: у них есть рабочие, солдаты, а также производящие потомство самки (царицы) и самцы.

Однако сходство муравьев с термитами — чисто внешнее, объясняющееся возникшим в обеих группах общественным образом жизни. На самом деле эти насекомые относятся к разным, далеко не родственным, отрядам. Муравьи — перепончатокрылые, родственники ос и пчел. Термиты же образуют особый отряд, причем, в отличие от перепончатокрылых, они относятся к насекомым с неполным превращением (у них нет куколки, а личинка через ряд последовательных линек постепенно становится всё более похожей на взрослое насекомое).

Термиты не встречаются в умеренных, тем более — северных широтах, но они чрезвычайно многочисленны в тропиках, где являются основными потребителями растительных остатков. В отличие от многих других животных термиты могут питаться одной древесиной — точнее, клетчаткой (целлюлозой), с которой справляются чрезвычайно быстро. Любая деревянная постройка, возведенная в тропиках, подвержена разрушающей деятельности термитов. Дом, не имеющий специальной защиты, может быть буквально съеден термитами за несколько лет.

Исследователей давно занимал вопрос: как термиты справляются с разложением клетчатки (ведь это всегда считалось прерогативой бактерий и грибов!) и как они вообще могут обходиться столь малопитательным кормом? Долгое время считалось, что в переработке клетчатки термитам помогают простейшие — представители особой группы жгутиконосцев, которые обитают в кишечнике термитов. Но позднее выяснилось, что жгутиконосцы сами нуждаются в помощи эндосимбионтов — живущих в их клетках бактерий (эндосимбионт подразумевает «живущий в клетке»), которые и вырабатывают целлюлазу — фермент, разлагающий целлюлозу.

Таким образом, вся эта симбиотическая система устроена по принципу матрешки: в кишечнике термита живут жгутиконосцы, а внутри жгутиконосца — бактерии. Термиты находят пищу (растительные остатки или деревянные постройки), измельчают древесную массу и доводят ее до мелкодисперсного состояния, в котором ее могут поглощать жгутиконосцы. Затем за дело берутся живущие внутри жгутиконосца бактерии, которые и проводят основные химические реакции по переработке исходно малосъедобного продукта во вполне усвояемую форму.

Однако многое в этой системе оставалось неясным. К примеру, неизвестно было, откуда термиты черпают необходимый им азот (а его относительное содержание в телах животных, в том числе — термитов, существенно выше, чем в растительных тканях). Однако недавние исследования японских ученых позволили ответить на этот вопрос.

Объектом исследования Юити Хонго (Yuichi Hongoh) и его коллег из Исследовательского института РИКЕН в Сайтаме (RIKEN Advanced Science Institute, Saitama) и других научных учреждений Японии стала симбиотическая система массового в Японии термита Coptotermes formosanus . Вид этот, ведущий подземный образ жизни, известен как злостный вредитель, наносящий огромный ущерб деревянным сооружениям, причем не только на своей родине, в Юго-Восточной Азии, но и в Америке, куда он случайно был завезен. На борьбу с Coptotermes formosanus в Японии ежегодно расходуется несколько сот миллионов долларов, а в США — около миллиарда.

Обитающие в заднем отделе кишечника термита жгутиконосцы Pseudotrichonympha grassii относятся к роду, представители которого часто встречаются у разных термитов, ведущих подземный образ жизни. В каждом жгутиконосце постоянно обитают около 100 тысяч бактерий, относящихся к отряду Bacteroidales и имеющих условное название «phylotype CfPt1-2».

В ходе работы жгутиконосцев извлекали из кишечника термита, разрушали мембраны их клеток и высвобождали из каждого по 10 3 -10 4 клеток эндосимбиотических бактерий. Полученную массу бактерий подвергали амплификации (увеличению числа копий имеющихся там молекул ДНК), после чего проводили поиск определенных последовательностей генов. В кольцевой хромосоме, содержащей 1 114 206 пар оснований, были выявлены 758 последовательностей, предположительно кодирующих белки, 38 генов транспортной РНК и 4 гена рибосомальной РНК. Обнаруженная совокупность генов позволила реконструировать в общих чертах всю систему метаболизма эндосимбиотической бактерии.

Самым поразительным стало обнаружение генов, ответственных за синтез тех ферментов, которые необходимы для азотфиксации (nitrogen fixation) — процесса связывания атмосферного N 2 и превращения его в форму, удобную для использования организмом. В частности, нашлись гены, отвечающие за синтез нитрогеназы — важнейшего фермента, осуществляющего расщепление прочной тройной связи в молекуле N 2 , а также гены, кодирующие другие необходимые для азотфиксации белки.

Авторы обсуждаемой работы отмечают, что на самом деле способность термитов к азотфиксации уже обнаруживалась ранее, но было неясно, какие симбиотические организмы за нее отвечают. Выявление ответственных за азотфиксацию генов у исследованных эндосимбиотических бактерий стало неожиданностью, поскольку раньше у бактерий этой группы (Bacteriodales) азотфиксация никогда не отмечалась. Помимо связывания N 2 и перевода его в NH 3 изученные бактерии по-видимому способны утилизировать и те продукты азотного обмена, которые образуются в ходе метаболизма самих простейших. Это важный момент, поскольку связывание N 2 требует больших энергетических затрат, и если в пище термитов азота хватает, то интенсивность азотфиксации можно и снизить.

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.

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:

1. 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.
2. 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.

У многих небобовых растений, как древесных и кустарниковых, так и травянистых, также существуют корневые кдубеньки, способные связывать молекулярный азот. Фиксация азота в таких случаях, как и у бобовых, основана на симбиозе с прокариотами. У древесной и кустарниковой растительности клубеньки чаше всего образуются азотфиксирующими актиномицетами, у травянистой - бактериями. В большинстве случаев симбионтами деревьев и кустарников служат актиномицеты рода Frankia (рис. 49). Это аэробные организмы с септированным мицелием, образующим спорангии.

Известны 17 родов древесных и кустарниковых покрытосеменных растений, образующих с Frankia клубеньки. Они относятся к порядкам Casuarinales, Coriariales, Fagales, Cucurbitales, Myricales , Rhamnales и Rosales. Среди растений, которые весьма эффективно связывают азот, казуарина (Casuarina ), ольха (Alnus ), облепиха {Hip- pophae), менее эффективны в этом отношении восковница {Myrica), куропаточья трава (Dryas), лох (Elaeagnus) и шефердия {Shepherdia).

Корневые клубеньки древесных растений довольно крупные, обычно они формируются на боковых корнях. Клубеньки бывают двух типов - коралловые (густые сплетения корней, разветвленных наподобие кораллов) и с прорастающими через дольки клубенька корнями (рыхлый пучок утолщенных корней), направленными

Рис. 49. Влияние заражения актиномицетами рода Frankia на рост ольхи: А. В - растения, инфицированные Frankia ; Ь - незараженное растение (no: С. О. Суэтин) вверх. Первый тип клубеньков наблюдается у ольхи и облепихи, второй - у казуарины. Установлено, что азотфиксирующие актино- мицеты обладают определенной специфичностью к растениям. Например, одна группа Frankia заражает ольху, восковник и «сладкий» папоротник (компония), другая - лох, облепиху и шефердию.

Актиномицеты-симбионты способны инфицировать только паренхимные клетки коры корня. Как и при заражении бобовых, микроорганизм проникает в корни из почвы через корневые волоски, которые в результате скручиваются. В месте инфицирования стенки корневого волоска утолщаются и гифы, проникшие внутрь клетки, покрываются толстым чехлом. По мере продвижения гиф по корневым волоскам чехол утоньшается, и вокруг гиф формируется капсула, которая, как считают, образуется как растением, так и актиномиистом.

Из корневого волоска гифы проникают в эпидермис и кору корня, вызывая деление и гипертрофию инфицированных клеток. Как правило, клубки гиф заполняют центр клеток растения, у клеточных стенок происходит расширение и деление концов гиф, в последнем случае формируются специфичные структуры, так называемые везикулы (рис. 50). В клубеньках образуется вещество, подобное леггемоглобину бобовых растений. В конце вегетации везикулы деградируют, но в клетках растений сохраняются гифы, зара-

Рис. 50. Везикулы, образованные мицелием Frankia в клубеньках ольхи (по: И. Гарднер) жаюшие весной новые ткани. Обычно при симбиозе с небобовыми растениями энергия азотфиксации актиномицетами рода Frankia больше, чем у клубеньковых бактерий бобовых растений.

Клубеньки обнаружены у большой группы травянистых растений - злаковых, осоковых, лютиковых и др. В клубеньках этих растений выявлены микробные ассоциации, состоящие из двух-трех видов микроорганизмов, которые представлены грамположительными и грамотрицательными бактериями. Установлено, что в клубеньках осуществляется азотфиксация, однако роль отдельных бактерий в нем пока не определена.

В последнее время из клубеньков на растениях, не относящихся к бобовым, - тропическом кустарнике Trema orientalis (семейство крапивных) и близком к нему Parasponia parviflora - выделены бактерии, близкие к клубеньковым бактериям бобовых. Указанные бактерии способны заражать бобовые растения и образовывать клубеньки. Их относят к роду Rhizobium. Из клубеньков на листьях тропических кустарников Pavetta и Psychotria выделены азотфиксирующие бактерии, отнесенные к роду Klebsiella (Klebsiella rubacearum). Листовые клубеньки также обогащают растение азотом. Поэтому в Индии, Шри-Ланке и других странах листья Pavetta используют как зеленое удобрение.

Азотфиксирующие симбионты обогащают почву азотом в следующей степени: однолетние бобовые (фасоль, соя, вика, бобы, горох, чечевица) накапливают 40-110 кг/га азота в год), многолетние (клевер, люцерна) - 150-220, тропическое бобовое - Sesbania ros- trata - от 324 (сухой сезон) до 458 (влажный сезон), небобовые растения - 150-300 кг/га азота в год.

Царство «Бактерии» состоит из бактерий и сине-зеленых водорослей, общая характеристика которых заключается в малой величине и отсутствии разделенного мембраной от цитоплазмы ядра.

Кто такие бактерии

В переводе с греческого «bakterion» – палочка. Большей частью, микробы – это невидимые невооруженным глазом одноклеточные организмы, размножающиеся делением.

Кто их открыл

Впервые увидеть мельчайших одноклеточных в самодельный микроскоп смог исследователь из Голландии, живший в 17 веке, Антони Ван Левенгук. Изучать окружающий мир через увеличительное стекло лупы он начал во время работы в галантерейном магазине.

Антони Ван Левенгук (1632 — 1723)

В дальнейшем Левенгук сосредоточился на изготовлении линз, способных к увеличению до 300 раз. В них он рассматривал мельчайшие микроорганизмы, описывая полученную информацию и перенося увиденное на бумагу.

В 1676 году Левенгук обнаружил и изложил сведения о микроскопических существах, которым дал название «анималькули».

Чем питаются

Мельчайшие микроорганизмы существовали на Земле задолго до появления человека. Они имеют повсеместное распространение, питаясь органической пищей и неорганическими веществами.

По способам усвоения питательных веществ бактерии принято делить на автотрофные и гетеротрофные. Для существования и развития гетеротрофы используют отходы жизнедеятельности, органического разложения живых организмов.

Представители бактерий

Биологами выделено около 2500 групп различных бактерий.

По форме их подразделяют на:

• кокки, имеющие шарообразные очертания;
• бациллы – в форме палочки;
• вибрионы, имеющие изгибы;
• спириллы – спиральной формы;
• стрептококки, состоящие из цепочек;
• стафилококки, образующие грозди, напоминающие виноградные.

По степени влияния на организм человека прокариотов можно разделить на:

• полезные;
• вредные.

К опасным для человека микробам относятся стафилококки и стрептококки, вызывающие гнойные заболевания.

Полезными считаются бактерии бифидо, ацидофилус, стимулирующие иммунитет и защищающие желудочно-кишечный тракт.

Как размножаются настоящие бактерии

Размножение всех видов прокариотов происходит в основном делением, с последующим ростом до исходной величины. Достигая определенного размера, взрослый микроорганизм распадается на две части.

Реже воспроизведение себе подобных одноклеточных выполняется почкованием и коньюгацией. При почковании на материнском микроорганизме вырастает до четырех новых клеток, с последующим отмиранием взрослой части.

Коньюгация считается простейшим половым процессом у одноклеточных. Чаще таким способом размножаются бактерии, обитающие в животных организмах.

Бактерии симбионты

Микроорганизмы, участвующие в пищеварении в кишечнике человека, это яркий пример бактерий симбионтов. Впервые симбиоз был открыт голландским микробиологом Мартином Виллемом Бейеринком. В 1888 году он доказал взаимовыгодное тесное сожительство одноклеточных и растений бобовых.

Обитая в корневой системе, симбионты, питаясь углеводами, снабжают растение атмосферным азотом. Таким образом, бобовые повышают плодородие, не обедняя почву.

Известно множество успешных симбиотических примеров с участием бактерий и:

• человека;
• водорослей;
• членистоногих;
• морских животных.

Микроскопические одноклеточные оказывают помощь системам человеческого организма, способствуют очищению сточных вод, участвуют в круговороте элементов и работают на достижение общих целей.

Почему бактерии выделяют в особое царство

Для этих организмов характерны мельчайшие размеры, отсутствие оформленного ядра и исключительное строение. Поэтому, несмотря на внешнее сходство, их нельзя отнести к эукариотам, обладающим оформленным клеточным ядром, ограниченным от цитоплазмы оболочкой.

Благодаря всем особенностям в XX веке ученые выделили их в отдельное царство.

Самые древние бактерии

Мельчайшие одноклеточные считаются первой зародившейся жизнью на Земле. Исследователи в 2016 году обнаружили в Гренландии сохранившиеся в погребенном состоянии цианобактерии возрастом около 3,7 миллиарда лет.

В Канаде найдены следы микроорганизмов, живших примерно 4 миллиарда лет назад в океане.

Функции бактерий

В биологии между живыми организмами и средой обитания бактерии выполняют следующие функции:

• переработка органических веществ в минеральные;
• фиксация азота.

В жизни человека одноклеточные микроорганизмы играют важную роль с первых минут рождения. Они обеспечивают сбалансированную микрофлору кишечника, оказывают влияние на иммунитет, занимаются поддержанием водно-солевого баланса.

Запасное вещество бактерий

Запасные питательные вещества у прокариота скапливаются в цитоплазме. Их накапливание происходит в благоприятных условиях, а потребляется в период голодания.

К запасным веществам бактерий относятся:

• полисахариды;
• липиды;
• полипептиды;
• полифосфаты;
• отложения серы.

Главный признак бактерий

Функцию ядра у прокариота выполняет нуклеоид.

Поэтому главным признаком бактерий является сосредоточение наследственного материала в одной хромосоме.

Почему представителей царства бактерии относят к прокариотам

Отсутствие оформленного ядра послужило причиной отнесения бактерий к прокариотным организмам.

Как бактерии переносят неблагоприятные условия

Микроскопические прокариоты способны длительное время переносить неблагоприятные условия, превращаясь в споры. Происходит потеря воды клеткой, значительное уменьшение объема и изменение формы.

Споры становятся нечувствительны к механическим, температурным и химическим воздействиям. Таким образом сохраняется свойство жизнеспособности и осуществляется эффективное расселение.

Заключение

Бактерии – древнейшая форма жизни на Земле, известная задолго до появления человека. Они присутствуют повсеместно: в окружающем воздухе, воде, в поверхностном слое земной коры. Местом обитания служат растения, животные, человек.

Активное изучение одноклеточных началось в XIX веке и продолжается по сей день. Данные организмы являются основной частью повседневной жизни людей и оказывают непосредственное влияние на существование человека.