Бациллы
Бациллы
Систематика и эволюция
Бациллы представляют собой обширный род палочковидных бактерий. На современном этапе развития биологической науки к данному роду относят 217 видов. В прошлом систематика бацилл строилась преимущественно на морфологических признаках, из-за чего в род включались практически все бактерии палочковидной формы со схожим образом жизни. Однако по мере развития молекулярной генетики классификация была пересмотрена, и многие виды были выделены в отдельные таксоны на основании генетических различий. Систематика бактерий продолжает непрерывно совершенствоваться по мере появления новых данных. Бациллы являются достаточно древними микроорганизмами, эволюционно хорошо приспособленными к обитанию в почвенной среде. Исторически представители данного рода сыграли важную роль в развитии микробиологии. Сенная палочка была описана в 1835 году, а в 1877 году сибиреязвенная палочка стала первым в истории микроорганизмом, для которого была научно доказана способность вызывать заболевания.
Анатомия и физиология
Морфологически бациллы имеют форму палочек, длина которых в среднем составляет от 3 до 5 микрометров. По типу строения клеточной стенки они относятся к грамположительным микроорганизмам, что свидетельствует о ее высокой структурной сложности по сравнению с грамотрицательными бактериями. В отношении кислорода бациллы являются аэробами либо факультативными анаэробами, способными определенное время существовать и размножаться в бескислородных условиях, в том числе внутри организма-хозяина. Большинство видов бацилл обладают подвижностью за счет жгутиков, расположенных по бокам клетки, однако существуют и неподвижные исключения. Жизненный цикл бацилл включает способность к образованию спор. Спорообразование происходит при наступлении неблагоприятных условий, например, при понижении температуры. Споры отличаются чрезвычайно высокой устойчивостью к внешним воздействиям, включая кипячение, и могут сохранять жизнеспособность потенциально бесконечное время, ожидая попадания в благоприятную температурную или питательную среду. В процессе жизнедеятельности бациллы формируют колонии, которые могут иметь розовый цвет и волнистые или волокнистые края. Физиологическая активность включает расщепление белков, крахмала и гликогена, для чего бактерии вырабатывают широкий спектр ферментов. Некоторые патогенные виды способны образовывать защитные капсулы, которые уничтожают фагоциты и препятствуют работе иммунных клеток макроорганизма. Также для бацилл характерно выделение различных токсинов, служащих для защиты от конкурентов в среде обитания или поражающих организм хозяина.
Экология и значение
В естественной среде обитания бациллы являются преимущественно почвенными микроорганизмами и выполняют экологическую функцию редуцентов, разлагая мертвую органику. Они повсеместно распространены в земле и могут переноситься по воздуху вместе с пылью. Оптимальное развитие этих бактерий происходит при нормальных для почвы температурах в диапазоне от плюс 5 до плюс 45 градусов. Благодаря широкому спектру вырабатываемых ферментов бациллы активно применяются в различных отраслях биотехнологии и промышленности. Они используются для производства антибиотиков, а также таких ферментов, как амилаза и протеиназа, которые применяются при создании стиральных порошков. В сельском хозяйстве бациллы играют роль агентов биозащиты растений. Выделяемые ими токсины губительны для возбудителей болезней растений и мелких насекомых, что позволяет использовать эти бактерии в качестве биоинсектицидов и средств фитопротекции. Существуют виды, применяемые для разрушения силикатов и апатитов, называемые силикатными бактериями. Кроме того, благодаря хорошей изученности генетического аппарата и наличию множества разработанных векторов, бациллы являются крайне перспективными объектами в генной инженерии и широко применяются для клонирования ДНК.
Особенности
Среди многообразия представителей рода выделяются несколько видов с уникальными характеристиками. Типичным представителем является сенная палочка, непатогенная почвенная бактерия, получившая свое название благодаря методу ее выделения из кипяченого настоя сена. Особенностью данного вида является способность к каннибализму, то есть к уничтожению клеток собственного вида, что представляет собой крайне редкое явление в природе. В отличие от сенной палочки, существуют патогенные виды. Возбудитель сибирской язвы выделяет опасный токсин, вызывающий у человека тяжелое заболевание, сопровождающееся воспалениями, отеками и потенциально приводящее к летальному исходу. Споры этой бактерии обладают исключительной выживаемостью, могут проникать в организм через дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт или при прямом контакте, что делает этот микроорганизм объектом, рассматриваемым в контексте создания биологического оружия. Еще один вид бацилл способен вызывать пищевые токсикоинфекции, сопровождающиеся рвотой и диареей. Заражение обычно происходит при употреблении недостаточно термически обработанного риса, а инкубационный период составляет от 1 до 12 часов. Хотя для взрослого человека с нормальным иммунитетом данная инфекция не представляет смертельной угрозы и ограничивается действием токсинов, у младенцев с неразвитой иммунной системой этот патоген способен вызывать менингит с высоким риском летального исхода.