Бактериялар әртүрлі ортада қандай көрінеді

Микроскопиялық әлемді көзге көрінбейтін, планетадағы өмірдің негізін қалыптастыратын организмдер мекендейді. Бактериялар өмір сүрудің ең экстремалды жағдайларына бейімделе алатын бір жасушалы жандарды білдіреді. Осы микроорганизмдердің сыртқы түрі тіршілік ету ортасына және қолжетімді ресурстарға байланысты түбірімен өзгереді. Жасушалардың морфологиясы миллиардтаған жылдар эволюциясымен өңделген тіршілік ету стратегияларын көрсетеді. Бактериялық форманың өзгергіштігін түсіну ғалымдарға патогендермен күресудің жаңа әдістерін әзірлеуге және пайдалы микробтарды пайдалануға көмектеседі.

Бактериялық жасушалардың негізгі пішіндері

Морфология бойынша жіктеу прокариоттық организмдердің құрылысының бірнеше базалық түрлерін бөледі. Кокктер диаметрі 0,5-тен 2 микрометрге дейін сфералық немесе сопақша пішінге ие. Мұндай конфигурация көлемге қатысты бетінің ауданын азайтады, бұл шектеулі ресурстар жағдайында тиімді.

Таяқша тәрізді бактериялар немесе бациллалар ұзындығы 1-ден 10 микрометрге дейін созылған. Цилиндрлік пішін кокктермен салыстырғанда бетінің көлемге қатынасын ұлғайтады. Мембрананың үлкен ауданы қоршаған ортадан қоректік заттарды неғұрлым тиімді жұтуға мүмкіндік береді. Ішек таяқшасы Escherichia coli бацилланың классикалық мысалын білдіреді.

Спиральді иілген пішіндер әртүрлі иілу дәрежесінің вибриондарын, спирилаларды және спирохеттерді қамтиды. Мұндай морфология тұтқыр сұйықтықтар арқылы бұрама тәрізді қозғалысты қамтамасыз етеді. Холера вибрионы ішектің шырышты қабықтарында алға жылжу үшін иілген пішінді пайдаланады. Спирохеттер аса жұқа болып қалып, ұзындығы 250 микрометрге жетеді.

Су ортасындағы өзгерістер

Тұщы су және теңіз биотоптары микробтық өмір үшін әртүрлі жағдайлар жасайды. Тұздардың концентрациясы жасуша мембранасының осмостық қысымына әсер етеді. Теңіз түрлері су балансын ұстап тұру үшін арнайы бейімделулерді дамытады.

Планктондық бактериялар жиі қалқуды ұлғайту үшін созылған өсінділер түзеді. Caulobacter су ағынындағы қатты беттерге бекіту үшін сабақша өсіреді. Кейбір су микроорганизмдері жасушаның тығыздығын төмендететін газ вакуольдарын синтездейді. Бетке қалқу оттегі мен жарықтың көбіне қолжетімділікті қамтамасыз етеді.

Биоқабықтар микробтар қауымдастықтарының су асты объектілерін отарлауында қалыптасады. Жасушалар өздерін полисахаридтер мен ақуыздардан қорғаныш матрицасымен қоршайды. Қабық ішінде бактериялар тығыз байланыс салдарынан неғұрлым дөңгелек пішінге ие болады. Биоқабықтың қалыңдығы қоректенудің қолайлы жағдайларында бірнеше миллиметрге жетеді.

Топырақ ортасына бейімделу

Топырақ экожүйелері микроскопиялық деңгейде жағдайлардың гетерогендігімен ерекшеленеді. Ылғалдылық жоғарғы қабаттарда қанығуынан іс жүзінде толық кебуге дейін ауытқиды. Бактериялар қолайсыз жағдайлардың кезеңдерін өткізу механизмдерін дамытты.

Спора түзілуі жасушалық құрылымның радикалды трансформациясын білдіреді. Спора түзілу үдерісі келесі кезеңдерді қамтиды:

1. ДНҚ репликациясы ана жасушасы ішінде болашақ спора үшін генетикалық материалдың көшірмесін жасайды. Хромосома қалған құрамынан преспораны бөлетін қос мембранамен қоршалады. ДНҚ тұрақтандыру үшін арнайы қорғаныш ақуыздары және диапиколин қышқылы синтезделеді.
2. Кортекстің қалыптасуы дамып келе жатқан спораның ішкі және сыртқы мембраналары арасында жүреді. Қалың пептидогликан қабаты механикалық беріктікті және қысымға төзімділікті қамтамасыз етеді. Цитоплазманың сусыздануы ерітілген заттардың концентрациясын экстремалды мәндерге дейін арттырады.
3. Спораның жетілуі кортекстің айналасында ақуыздар мен липидтерден көп қабатты қабықты түзумен аяқталады. Дайын эндоспора қайнау температурасын, сәулеленуді, уытты химикаттарды және толық кебуді көтереді. Bacillus anthracis топырақта ондаған жыл өміршеңдігін сақтайтын споралар түзеді.

Жіпті актинобактериялар саңырауқұлақтарды еске түсіретін тармақталған мицелий қалыптастырады. Streptomyces топырақ бөлшектерін тесетін диаметрі шамамен 1 микрометр гифалардың желісін түзеді. Мұндай ұйымдастыру қатты субстраттан қоректік заттарды алу үшін тиімді. Ауалық гифалар бет үстіне көтеріліп, таралу үшін споралар шығарады.

Экстремалды жағдайлардағы бактериялар

Экстремофилдер өмірдің көпшілік формаларына жарамсыз орталарды мекендейді. Термофильді түрлер 60 градус Цельсийден жоғары температурада гүлденеді. Гипертермофилдер қысым астында судың қайнау нүктесінен асатын температурада тіршілік етеді.

Жоғары температураларға морфологиялық бейімделулер келесілерді қамтиды:

• жасуша қабырғасының қалыңдауы құрылымдық компоненттердің термотұрақтылығын арттырады;
• жасушаның өлшемін азайту қоршаған ортамен жылу алмасуды жеделдетеді;
• мембраналардың липидтік құрамын өзгерту қыздырған кезде шамадан тыс текіс болуының алдын алады;
• термотұрақты ақуыздарды синтездеу жасушалық құрылымдарды денатурациядан қорғайды.

Галофильді микроорганизмдер қаныққан тұздылықтардағы тұздың жоғары концентрацияларына бейімделді. Halobacterium сыртқы осмостық қысымды балансқа келтіру үшін жасушаның ішінде калий иондарын жинақтайды. Жасушалар сипаттамалық таяқша тәрізді немесе дискі тәрізді пішінге ие болады. Мәдениеттердің қызыл түсі ультракүлгіннен қорғайтын каротиноидты пигменттермен шартталған.

Ацидофилдер кен суларында кездесетін pH 3-тен төмен қышқыл орталарда тұрады. Ішкі жасушалық pH протондарды белсенді шығаруының арқасында бейтарапқа жақын ұсталады. Жасуша қабырғасы қышқылдың қиратушы әрекетіне төзімділік үшін модификацияланған. Мұндай бейімделулер организмнің айтарлықтай энергетикалық шығындарын талап етеді.

Қожайын организміндегі патогендік түрлер

Ауру туғызатын бактериялар тіндерге басып кіру кезінде морфологиялық өзгерістерге ұшырайды. Қожайынның иммундық жүйесі қысым көрсетіп, микробтарды жасырынуға мәжбүр етеді. Кейбір патогендер планктондық және бекітілген өмір сүру формалары арасында ауысады.

Mycobacterium tuberculosis миколды қышқылдардан қалың балауыз қабығын түзеді. Гидрофобты бет қожайынның макрофагтарымен фагоцитоздан қорғайды. Фагосомдар ішінде бактериялар лизосомалармен бірігуін блоктап, тіршілік етеді. Жасушалар ұзындығы 2-4 микрометр сәл иілген таяқша тәрізді пішінге ие болады.

L-формаларының қалыптасуы антибиотиктердің әсерінен жасуша қабырғасын жоғалтуды білдіреді. Қабырғасыз нұсқалар өлшемдері мен пішіндерінің алуандығымен плеоморфтылыққа ие болады. Сферопласттар мен протопласттар бета-лактамды препараттардың әрекетінен аулақ болып, өміршеңдікті сақтайды. Қалыпты морфологияға оралу антибиотикотерапияны тоқтатқаннан кейін мүмкін.

Медициналық имплантаттардағы биоқабықтар өзгертілген физиологиялық күйдегі бактерияларды қамтиды. Staphylococcus epidermidis катетерлердің бетінде көп жасушалы агрегаттар қалыптастырады. Қабықтың тереңдігіндегі жасушалар баяу өсу мен метаболизм күйіне өтеді. Мұндай персистентті формалар емдік концентрацияларды мың есе асыратын антибиотиктерге төзімді.

Симбиоттық қатынастар

Эукариоттық организмдермен өзара тиімді бірге өмір сүру бірегей морфологиялық бейімделулерге әкеледі. Азот бекітетін ризобийлер бұршақ тәрізділердің тамырларына түбір түктері арқылы енеді. Мамандандырылған түйінді жасушалардың ішінде бактериялар бактероидтарға трансформацияланады.

Бактероидтер өлшемдері ұлғайып, тармақталған және полиморфты болады. Бөліну қабілетінің жоғалуы азот бекітуші белсенділіктің күшеюімен сүйемелденеді. Өсімдік-қожайын симбионттарды көмірсулармен қамтамасыз етіп, орнына байланысқан азотты алады. Өмірлік цикл түйіннің бұзылуында қалыпты жасушаларды босатумен аяқталады.

Ішек микробиотасы әртүрлі морфологиясы бар жүздеген түрлерді қамтиды. Bacteroides адамның тоқ ішегінде үстемдік ететін плеоморфты таяқшалар түзеді. Bifidobacterium біркелкі емес бөліну салдарынан Y-тәрізді немесе тармақталған пішінге ие болады. Симбионттар ішек эпителийінің бетінде патогендердің отарлануына кедергі келтіретін тығыз қабат қалыптастырады.

Бактериялардың морфологиялық икемділігін зерттеу прокариоттық өмірдің бейімделу мүмкіндіктері туралы түсінікті кеңейтеді. Микроскопияның қазіргі заманғы әдістері нақты уақыт режимінде жасушалық форманың динамикалық өзгерістерін бақылауға мүмкіндік береді. Микроорганизмдердің морфогенезін басқаратын факторларды білу жаңа буынның антибактериялық стратегияларын әзірлеу перспективаларын ашады. Формалардың бактериялық алуандығы тірі материяның ұйымдасуының қарапайым деңгейінде эволюциялық биологияның іргелі принциптерін көрсетеді.