Onwaarschijnlijkheidstheorie: fecale bacteriën bij kinderen als nieuw probioticum. Pasteur's microbiële theorie in de biologie

Bacteriën zijn de oudste groep organismen die momenteel op aarde bestaan. De eerste bacteriën verschenen waarschijnlijk ruim 3,5 miljard jaar geleden en waren bijna een miljard jaar lang de enige levende wezens op onze planeet. Omdat dit de eerste vertegenwoordigers van de levende natuur waren, had hun lichaam een ​​primitieve structuur.

In de loop van de tijd werd hun structuur complexer, maar tot op de dag van vandaag worden bacteriën beschouwd als de meest primitieve eencellige organismen. Het is interessant dat sommige bacteriën nog steeds de primitieve kenmerken van hun oude voorouders behouden. Dit wordt waargenomen bij bacteriën die leven in hete zwavelbronnen en anoxische modder op de bodem van reservoirs.

De meeste bacteriën zijn kleurloos. Slechts een paar zijn paars of groen. Maar de kolonies van veel bacteriën hebben een heldere kleur, die wordt veroorzaakt door het vrijkomen van een gekleurde substantie in de omgeving of door pigmentatie van cellen.

De ontdekker van de wereld van bacteriën was Antony Leeuwenhoek, een Nederlandse natuuronderzoeker uit de 17e eeuw, die als eerste een perfecte vergrotende microscoop creëerde die objecten 160-270 keer vergroot.

Bacteriën worden geclassificeerd als prokaryoten en worden geclassificeerd in een apart koninkrijk: Bacteriën.

Lichaamsvorm

Bacteriën zijn talrijke en diverse organismen. Ze variëren in vorm.

Naam van de bacterie	Bacteriën vorm	Bacteriën afbeelding
Kokken		Bolvormig
Bacil		Staafvormig
Vibrio		Kommavormig
Spirillum		Spiraal
Streptokokken		Keten van kokken
Stafylokokken		Clusters van kokken
Diplococcus		Twee ronde bacteriën ingesloten in één slijmcapsule

Wijze van transport

Onder bacteriën zijn er mobiele en immobiele vormen. Motielen bewegen als gevolg van golfachtige samentrekkingen of met behulp van flagella (gedraaide spiraalvormige draden), die bestaan ​​uit een speciaal eiwit dat flagelline wordt genoemd. Er kunnen een of meer flagella zijn. Bij sommige bacteriën bevinden ze zich aan het ene uiteinde van de cel, bij andere aan twee of over het hele oppervlak.

Maar beweging is ook inherent aan veel andere bacteriën die flagellen missen. Bacteriën die aan de buitenkant met slijm bedekt zijn, zijn dus in staat tot glijdende bewegingen.

Sommige water- en bodembacteriën zonder flagella hebben gasvacuolen in het cytoplasma. Er kunnen 40-60 vacuolen in een cel aanwezig zijn. Elk van hen is gevuld met gas (vermoedelijk stikstof). Door de hoeveelheid gas in de vacuolen te reguleren, kunnen waterbacteriën in de waterkolom zinken of naar het oppervlak stijgen, en kunnen bodembacteriën zich in de bodemcapillairen verplaatsen.

Habitat

Vanwege hun eenvoud van organisatie en pretentieloosheid zijn bacteriën wijdverspreid van aard. Bacteriën worden overal aangetroffen: in een druppel van zelfs het zuiverste bronwater, in grondkorrels, in de lucht, op rotsen, in poolsneeuw, in woestijnzand, op de oceaanbodem, in olie gewonnen uit grote diepten, en zelfs in de bodem van de oceaan. water van warmwaterbronnen met een temperatuur van ongeveer 80ºC. Ze leven van planten, fruit, verschillende dieren en bij mensen in de darmen, mondholte, ledematen en op het oppervlak van het lichaam.

Bacteriën zijn de kleinste en meest talrijke levende wezens. Vanwege hun kleine formaat dringen ze gemakkelijk door in scheuren, spleten of poriën. Zeer winterhard en aangepast aan verschillende leefomstandigheden. Ze verdragen uitdroging, extreme kou en verwarming tot 90ºC zonder hun levensvatbaarheid te verliezen.

Er is vrijwel geen plek op aarde waar bacteriën niet voorkomen, maar dan in wisselende hoeveelheden. De levensomstandigheden van bacteriën zijn gevarieerd. Sommigen van hen hebben zuurstof uit de lucht nodig, anderen hebben dat niet nodig en kunnen in een zuurstofvrije omgeving leven.

In de lucht: bacteriën stijgen naar de bovenste atmosfeer tot op 30 km afstand. en meer.

Er zitten er vooral veel in de bodem. 1 gram aarde kan honderden miljoenen bacteriën bevatten.

In water: in de oppervlaktelagen van water in open reservoirs. Gunstige waterbacteriën mineraliseren organische resten.

In levende organismen: pathogene bacteriën komen het lichaam binnen vanuit de externe omgeving, maar veroorzaken alleen onder gunstige omstandigheden ziekten. Symbiotica leven in de spijsverteringsorganen en helpen voedsel af te breken en te absorberen, en vitamines te synthetiseren.

Externe structuur

De bacteriecel is bedekt met een speciale dichte schaal - een celwand die beschermende en ondersteunende functies vervult en de bacterie ook een permanente, karakteristieke vorm geeft. De celwand van een bacterie lijkt op de wand van een plantencel. Het is permeabel: hierdoor komen voedingsstoffen vrij de cel binnen en komen metabolische producten in de omgeving terecht. Vaak produceren bacteriën een extra beschermende laag slijm bovenop de celwand: een capsule. De dikte van de capsule kan vele malen groter zijn dan de diameter van de cel zelf, maar kan ook heel klein zijn. De capsule is geen essentieel onderdeel van de cel; hij wordt gevormd afhankelijk van de omstandigheden waarin de bacteriën zich bevinden. Het beschermt de bacteriën tegen uitdroging.

Op het oppervlak van sommige bacteriën bevinden zich lange flagellen (één, twee of veel) of korte dunne villi. De lengte van de flagella kan vele malen groter zijn dan de grootte van het lichaam van de bacterie. Bacteriën bewegen met behulp van flagella en villi.

Interne structuur

Binnenin de bacteriële cel bevindt zich een dicht, onbeweeglijk cytoplasma. Het heeft een gelaagde structuur, er zijn geen vacuolen, daarom bevinden zich in de substantie van het cytoplasma zelf verschillende eiwitten (enzymen) en reservevoedingsstoffen. Bacteriële cellen hebben geen kern. Een stof met erfelijke informatie is geconcentreerd in het centrale deel van hun cel. Bacteriën, - nucleïnezuur - DNA. Maar deze substantie wordt niet tot een kern gevormd.

De interne organisatie van een bacteriële cel is complex en heeft zijn eigen specifieke kenmerken. Het cytoplasma wordt door het cytoplasmamembraan van de celwand gescheiden. In het cytoplasma bevindt zich een hoofdsubstantie, of matrix, ribosomen en een klein aantal membraanstructuren die een verscheidenheid aan functies vervullen (analogen van mitochondriën, endoplasmatisch reticulum, Golgi-apparaat). Het cytoplasma van bacteriële cellen bevat vaak korrels in verschillende vormen en maten. De korrels kunnen zijn samengesteld uit verbindingen die dienen als energiebron en koolstof. In de bacteriecel worden ook vetdruppeltjes aangetroffen.

In het centrale deel van de cel is de nucleaire substantie gelokaliseerd: DNA, dat niet door een membraan van het cytoplasma wordt gescheiden. Dit is een analoog van de kern - een nucleoïde. De nucleoïde heeft geen membraan, nucleolus of set chromosomen.

Eetmethoden

Bacteriën hebben verschillende voedingsmethoden. Onder hen zijn er autotrofen en heterotrofen. Autotrofen zijn organismen die in staat zijn zelfstandig organische stoffen te produceren voor hun voeding.

Planten hebben stikstof nodig, maar kunnen zelf geen stikstof uit de lucht opnemen. Sommige bacteriën combineren stikstofmoleculen in de lucht met andere moleculen, waardoor stoffen ontstaan ​​die beschikbaar zijn voor planten.

Deze bacteriën nestelen zich in de cellen van jonge wortels, wat leidt tot de vorming van verdikkingen op de wortels, knobbeltjes genoemd. Dergelijke knobbeltjes vormen zich op de wortels van planten van de peulvruchtenfamilie en enkele andere planten.

De wortels leveren koolhydraten aan de bacteriën, en de bacteriën aan de wortels zorgen voor stikstofhoudende stoffen die door de plant kunnen worden opgenomen. Hun samenwoning is voor beide partijen voordelig.

Plantenwortels scheiden veel organische stoffen af ​​(suikers, aminozuren en andere) waar bacteriën zich mee voeden. Daarom nestelen vooral veel bacteriën zich in de grondlaag rond de wortels. Deze bacteriën zetten dode plantenresten om in voor planten beschikbare stoffen. Deze grondlaag wordt de rhizosfeer genoemd.

Er zijn verschillende hypothesen over de penetratie van knobbelbacteriën in wortelweefsel:

• door schade aan epidermaal en cortexweefsel;
• door wortelharen;
• alleen door het jonge celmembraan;
• dankzij begeleidende bacteriën die pectinolytische enzymen produceren;
• door stimulering van de synthese van B-indoolazijnzuur uit tryptofaan, altijd aanwezig in de wortelafscheidingen van planten.

Het proces van introductie van knobbelbacteriën in wortelweefsel bestaat uit twee fasen:

• infectie van wortelharen;
• proces van knobbelvorming.

In de meeste gevallen vermenigvuldigt de binnendringende cel zich actief, vormt zogenaamde infectiedraden en beweegt zich in de vorm van dergelijke draden in het plantenweefsel. Knobbelbacteriën die uit de infectiedraad komen, blijven zich vermenigvuldigen in het gastheerweefsel.

Plantencellen gevuld met zich snel vermenigvuldigende cellen van knobbelbacteriën beginnen zich snel te delen. De verbinding van een jonge knobbel met de wortel van een peulvruchtplant wordt uitgevoerd dankzij vaatvezelbundels. Tijdens de periode van functioneren zijn de knobbeltjes meestal dicht. Tegen de tijd dat optimale activiteit optreedt, krijgen de knobbeltjes een roze kleur (dankzij het leghemoglobinepigment). Alleen de bacteriën die beenhemoglobine bevatten, zijn in staat stikstof te fixeren.

Knobbelbacteriën creëren tientallen tot honderden kilo's stikstofkunstmest per hectare grond.

Metabolisme

Bacteriën verschillen van elkaar in hun metabolisme. Voor sommigen gebeurt het met de deelname van zuurstof, voor anderen - zonder.

De meeste bacteriën voeden zich met kant-en-klare organische stoffen. Slechts een paar van hen (blauwgroen of cyanobacteriën) zijn in staat organische stoffen te creëren uit anorganische stoffen. Ze speelden een belangrijke rol bij de ophoping van zuurstof in de atmosfeer van de aarde.

Bacteriën nemen stoffen van buitenaf op, scheuren hun moleculen in stukken, stellen uit deze delen hun omhulsel samen en vullen de inhoud aan (zo groeien ze) en gooien onnodige moleculen weg. Dankzij de schaal en het membraan van de bacterie kan deze alleen de noodzakelijke stoffen opnemen.

Als de schil en het membraan van een bacterie volledig ondoordringbaar zouden zijn, zouden er geen stoffen de cel binnendringen. Als ze doorlaatbaar zouden zijn voor alle stoffen, zou de inhoud van de cel zich vermengen met het medium – de oplossing waarin de bacterie leeft. Om te overleven hebben bacteriën een omhulsel nodig waar noodzakelijke stoffen doorheen kunnen, maar geen onnodige stoffen.

De bacterie absorbeert voedingsstoffen die zich in de buurt bevinden. Wat gebeurt er nu? Als het zelfstandig kan bewegen (door een flagellum te bewegen of slijm terug te duwen), beweegt het totdat het de benodigde stoffen vindt.

Als het niet kan bewegen, wacht het totdat diffusie (het vermogen van moleculen van de ene stof om in het struikgewas van moleculen van een andere stof door te dringen) de noodzakelijke moleculen naar zich toe brengt.

Bacteriën verrichten, samen met andere groepen micro-organismen, enorm chemisch werk. Door verschillende verbindingen om te zetten, ontvangen ze de energie en voedingsstoffen die nodig zijn voor hun leven. Metabolische processen, methoden om energie te verkrijgen en de behoefte aan materialen voor het bouwen van de stoffen van hun lichaam zijn divers bij bacteriën.

Andere bacteriën bevredigen al hun behoeften aan koolstof die nodig zijn voor de synthese van organische stoffen in het lichaam, ten koste van anorganische verbindingen. Ze worden autotrofen genoemd. Autotrofe bacteriën zijn in staat organische stoffen uit anorganische stoffen te synthetiseren. Onder hen zijn:

Chemosynthese

Het gebruik van stralingsenergie is de belangrijkste, maar niet de enige manier om organisch materiaal te creëren uit koolstofdioxide en water. Het is bekend dat bacteriën geen zonlicht gebruiken als energiebron voor een dergelijke synthese, maar de energie van chemische bindingen die optreden in de cellen van organismen tijdens de oxidatie van bepaalde anorganische verbindingen - waterstofsulfide, zwavel, ammoniak, waterstof, salpeterzuur, ijzerverbindingen daarvan. ijzer en mangaan. Ze gebruiken het organische materiaal dat wordt gevormd met behulp van deze chemische energie om de cellen van hun lichaam te bouwen. Daarom wordt dit proces chemosynthese genoemd.

De belangrijkste groep chemosynthetische micro-organismen zijn nitrificerende bacteriën. Deze bacteriën leven in de bodem en oxideren de ammoniak die ontstaat tijdens het verval van organische resten tot salpeterzuur. Deze laatste reageert met minerale verbindingen uit de bodem en verandert in zouten van salpeterzuur. Dit proces vindt plaats in twee fasen.

IJzerbacteriën zetten ferro-ijzer om in oxide-ijzer. Het resulterende ijzerhydroxide bezinkt en vormt het zogenaamde moerasijzererts.

Sommige micro-organismen bestaan ​​als gevolg van de oxidatie van moleculaire waterstof, waardoor een autotrofe voedingsmethode ontstaat.

Kenmerkend voor waterstofbacteriën is het vermogen om over te schakelen naar een heterotrofe levensstijl wanneer ze worden voorzien van organische verbindingen en de afwezigheid van waterstof.

Chemoautotrofen zijn dus typische autotrofen, omdat ze onafhankelijk de noodzakelijke organische verbindingen uit anorganische stoffen synthetiseren en deze niet kant-en-klaar uit andere organismen halen, zoals heterotrofen. Chemoautotrofe bacteriën verschillen van fototrofe planten in hun volledige onafhankelijkheid van licht als energiebron.

Bacteriële fotosynthese

Sommige pigmenthoudende zwavelbacteriën (paars, groen), die specifieke pigmenten bevatten - bacteriochlorofylen, kunnen zonne-energie absorberen, met behulp waarvan waterstofsulfide in hun lichaam wordt afgebroken en waterstofatomen vrijkomen om de overeenkomstige verbindingen te herstellen. Dit proces heeft veel gemeen met fotosynthese en verschilt alleen doordat bij paarse en groene bacteriën de waterstofdonor waterstofsulfide is (soms carbonzuren), en bij groene planten water. In beide wordt de scheiding en overdracht van waterstof uitgevoerd als gevolg van de energie van geabsorbeerde zonnestralen.

Deze bacteriële fotosynthese, die plaatsvindt zonder het vrijkomen van zuurstof, wordt fotoreductie genoemd. Fotoreductie van kooldioxide houdt verband met de overdracht van waterstof, niet uit water, maar uit waterstofsulfide:

6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О

De biologische betekenis van chemosynthese en bacteriële fotosynthese op planetaire schaal is relatief klein. Alleen chemosynthetische bacteriën spelen een belangrijke rol in het proces van zwavelcycli in de natuur. Zwavel wordt door groene planten opgenomen in de vorm van zwavelzuurzouten, wordt gereduceerd en wordt onderdeel van eiwitmoleculen. Wanneer dode planten- en dierenresten worden vernietigd door bederfelijke bacteriën, komt zwavel vrij in de vorm van waterstofsulfide, dat door zwavelbacteriën wordt geoxideerd tot vrij zwavel (of zwavelzuur), waardoor sulfieten in de bodem worden gevormd die toegankelijk zijn voor planten. Chemo- en foto-autotrofe bacteriën zijn essentieel in de stikstof- en zwavelcyclus.

Sporulatie

Sporen vormen zich in de bacteriecel. Tijdens het sporulatieproces ondergaat de bacteriecel een aantal biochemische processen. De hoeveelheid vrij water daarin neemt af en de enzymatische activiteit neemt af. Dit garandeert de weerstand van de sporen tegen ongunstige omgevingsomstandigheden (hoge temperatuur, hoge zoutconcentratie, uitdroging, enz.). Sporulatie is kenmerkend voor slechts een kleine groep bacteriën.

Sporen zijn een optionele fase in de levenscyclus van bacteriën. Sporulatie begint alleen met een gebrek aan voedingsstoffen of ophoping van metabolische producten. Bacteriën in de vorm van sporen kunnen lange tijd inactief blijven. Bacteriële sporen zijn bestand tegen langdurig koken en zeer lang invriezen. Wanneer gunstige omstandigheden zich voordoen, ontkiemt de spore en wordt levensvatbaar. Bacteriële sporen zijn een aanpassing om te overleven in ongunstige omstandigheden.

Reproductie

Bacteriën planten zich voort door één cel in tweeën te delen. Als de bacterie een bepaalde grootte heeft bereikt, deelt hij zich in twee identieke bacteriën. Dan begint elk van hen zich te voeden, te groeien, zich te delen, enzovoort.

Na celverlenging vormt zich geleidelijk een transversaal septum, waarna de dochtercellen zich scheiden; Bij veel bacteriën blijven de cellen na deling onder bepaalde omstandigheden in karakteristieke groepen verbonden. In dit geval ontstaan, afhankelijk van de richting van het scheidingsvlak en het aantal divisies, verschillende vormen. Voortplanting door knopvorming komt bij uitzondering voor bij bacteriën.

Onder gunstige omstandigheden vindt bij veel bacteriën elke 20-30 minuten celdeling plaats. Met zo'n snelle voortplanting is het nageslacht van één bacterie in vijf dagen in staat een massa te vormen die alle zeeën en oceanen kan vullen. Een eenvoudige berekening laat zien dat er per dag 72 generaties (720.000.000.000.000.000.000 cellen) kunnen worden gevormd. Indien omgezet in gewicht - 4720 ton. In de natuur gebeurt dit echter niet, aangezien de meeste bacteriën snel afsterven onder invloed van zonlicht, uitdroging, gebrek aan voedsel, verhitting tot 65-100ºC, als gevolg van strijd tussen soorten, etc.

De bacterie (1), die voldoende voedsel heeft opgenomen, wordt groter (2) en begint zich voor te bereiden op reproductie (celdeling). Zijn DNA (bij een bacterie zit het DNA-molecuul in een ring gesloten) verdubbelt (de bacterie maakt een kopie van dit molecuul). Beide DNA-moleculen (3,4) zitten vast aan de wand van de bacterie en bewegen, naarmate de bacterie langer wordt, uit elkaar (5,6). Eerst deelt het nucleotide zich, daarna het cytoplasma.

Na de divergentie van twee DNA-moleculen verschijnt er een vernauwing op de bacterie, die het lichaam van de bacterie geleidelijk in twee delen verdeelt, die elk een DNA-molecuul bevatten (7).

Het komt voor (bij Bacillus subtilis) dat twee bacteriën aan elkaar plakken en er een brug tussen ontstaat (1,2).

De jumper transporteert DNA van de ene bacterie naar de andere (3). Eenmaal in één bacterie verstrengelen DNA-moleculen zich, plakken op sommige plaatsen aan elkaar (4) en wisselen vervolgens secties uit (5).

De rol van bacteriën in de natuur

Gyre

Bacteriën zijn de belangrijkste schakel in de algemene kringloop van stoffen in de natuur. Planten creëren complexe organische stoffen uit kooldioxide, water en minerale zouten in de bodem. Deze stoffen keren met dode schimmels, planten en dierlijke lijken terug naar de bodem. Bacteriën breken complexe stoffen af ​​tot eenvoudige stoffen, die vervolgens door planten worden gebruikt.

Bacteriën vernietigen complexe organische stoffen van dode planten en lijken van dieren, uitscheidingen van levende organismen en verschillende soorten afval. Saprofytische bacteriën van bederf voeden zich met deze organische stoffen en veranderen ze in humus. Dit zijn een soort verplegers van onze planeet. Bacteriën nemen dus actief deel aan de kringloop van stoffen in de natuur.

Bodemvorming

Omdat bacteriën vrijwel overal verspreid zijn en in grote aantallen voorkomen, bepalen ze voor een groot deel verschillende processen die in de natuur plaatsvinden. In de herfst vallen de bladeren van bomen en struiken, bovengrondse scheuten van grassen sterven af, oude takken vallen af ​​en van tijd tot tijd vallen de stammen van oude bomen. Dit alles verandert geleidelijk in humus. Op 1 cm3. De oppervlaktelaag van bosgrond bevat honderden miljoenen saprofytische bodembacteriën van verschillende soorten. Deze bacteriën zetten humus om in verschillende mineralen die door plantenwortels uit de bodem kunnen worden opgenomen.

Sommige bodembacteriën zijn in staat stikstof uit de lucht op te nemen en te gebruiken in vitale processen. Deze stikstofbindende bacteriën leven zelfstandig of nestelen zich in de wortels van peulvruchten. Nadat ze de wortels van peulvruchten zijn binnengedrongen, veroorzaken deze bacteriën de groei van wortelcellen en de vorming van knobbeltjes daarop.

Deze bacteriën produceren stikstofverbindingen die planten gebruiken. Bacteriën halen koolhydraten en minerale zouten uit planten. Er bestaat dus een nauwe relatie tussen de peulvruchtplant en de knobbelbacterie, wat gunstig is voor zowel het ene als het andere organisme. Dit fenomeen wordt symbiose genoemd.

Dankzij de symbiose met knobbelbacteriën verrijken vlinderbloemige planten de bodem met stikstof, waardoor de opbrengst toeneemt.

Verspreiding in de natuur

Micro-organismen zijn alomtegenwoordig. De enige uitzonderingen zijn de kraters van actieve vulkanen en kleine gebieden in de epicentra van ontplofte atoombommen. Noch de lage temperaturen van Antarctica, noch de kokende stromen van geisers, noch verzadigde zoutoplossingen in zoutpoelen, noch de sterke zonnestraling van bergtoppen, noch de harde bestraling van kernreactoren interfereren met het bestaan ​​en de ontwikkeling van microflora. Alle levende wezens hebben voortdurend interactie met micro-organismen, die vaak niet alleen hun opslagplaatsen zijn, maar ook hun verspreiders. Micro-organismen zijn inheems op onze planeet en onderzoeken actief de meest ongelooflijke natuurlijke substraten.

Bodemmicroflora

Het aantal bacteriën in de bodem is extreem groot: honderden miljoenen en miljarden individuen per gram. Er zitten er veel meer in de bodem dan in water en lucht. Het totale aantal bacteriën in de bodem verandert. Het aantal bacteriën hangt af van het type bodem, hun toestand en de diepte van de lagen.

Op het oppervlak van bodemdeeltjes bevinden micro-organismen zich in kleine microkolonies (elk 20-100 cellen). Ze ontwikkelen zich vaak in de dikte van klonten organisch materiaal, op levende en stervende plantenwortels, in dunne haarvaten en in knobbels.

De bodemmicroflora is zeer divers. Hier zijn er verschillende fysiologische groepen bacteriën: verrottingsbacteriën, nitrificerende bacteriën, stikstofbindende bacteriën, zwavelbacteriën, enz. waaronder aerobe en anaerobe bacteriën, sporen- en niet-sporenvormen. Microflora is een van de factoren bij bodemvorming.

Het ontwikkelingsgebied van micro-organismen in de bodem is de zone grenzend aan de wortels van levende planten. Het wordt de rhizosfeer genoemd, en het geheel van micro-organismen dat zich daarin bevindt, wordt de rhizosfeermicroflora genoemd.

Microflora van reservoirs

Water is een natuurlijke omgeving waarin micro-organismen zich in grote aantallen ontwikkelen. Het grootste deel daarvan komt vanuit de bodem in het water terecht. Een factor die het aantal bacteriën in water en de aanwezigheid van voedingsstoffen daarin bepaalt. Het schoonste water komt uit geboorde bronnen en bronnen. Open reservoirs en rivieren zijn zeer rijk aan bacteriën. Het grootste aantal bacteriën wordt aangetroffen in de oppervlaktelagen van water, dichter bij de kust. Naarmate u zich van de kust verwijdert en in diepte toeneemt, neemt het aantal bacteriën af.

Schoon water bevat 100-200 bacteriën per ml, en vervuild water bevat 100-300 duizend of meer. In het bodemslib zitten veel bacteriën, vooral in de oppervlaktelaag, waar de bacteriën een laagje vormen. Deze film bevat veel zwavel- en ijzerbacteriën, die waterstofsulfide oxideren tot zwavelzuur en daardoor voorkomen dat vissen doodgaan. In slib komen meer sporendragende vormen voor, in water overheersen niet-sporendragende vormen.

De microflora van water is qua soortensamenstelling vergelijkbaar met de microflora van de bodem, maar er zijn ook specifieke vormen. Door verschillende soorten afval dat in het water terechtkomt te vernietigen, voeren micro-organismen geleidelijk de zogenaamde biologische zuivering van water uit.

Luchtmicroflora

De microflora van de lucht is minder talrijk dan de microflora van bodem en water. Bacteriën stijgen met stof de lucht in, kunnen daar een tijdje blijven en nestelen zich vervolgens op het aardoppervlak en sterven door gebrek aan voeding of onder invloed van ultraviolette straling. Het aantal micro-organismen in de lucht is afhankelijk van de geografische zone, het terrein, de tijd van het jaar, de stofvervuiling, enz. Elk stofje is een drager van micro-organismen. De meeste bacteriën bevinden zich in de lucht boven industriële bedrijven. De lucht op het platteland is schoner. De schoonste lucht bevindt zich boven bossen, bergen en besneeuwde gebieden. De bovenste luchtlagen bevatten minder microben. De luchtmicroflora bevat veel gepigmenteerde en sporendragende bacteriën, die beter bestand zijn tegen ultraviolette straling dan andere.

Microflora van het menselijk lichaam

Het menselijk lichaam, zelfs een volledig gezond lichaam, is altijd drager van microflora. Wanneer het menselijk lichaam in contact komt met lucht en grond, nestelen verschillende micro-organismen, waaronder pathogene (tetanusbacillen, gasgangreen, enz.), zich op kleding en huid. De meest blootgestelde delen van het menselijk lichaam zijn besmet. E. coli en stafylokokken worden op de handen aangetroffen. Er zijn meer dan 100 soorten microben in de mondholte. De mond is met zijn temperatuur, vochtigheid en voedingsresten een uitstekende omgeving voor de ontwikkeling van micro-organismen.

De maag reageert zuur, waardoor de meeste micro-organismen daarin afsterven. Beginnend vanuit de dunne darm wordt de reactie alkalisch, d.w.z. gunstig voor microben. De microflora in de dikke darm is zeer divers. Elke volwassene scheidt dagelijks ongeveer 18 miljard bacteriën uit in de ontlasting. meer individuen dan mensen op de aardbol.

Interne organen die niet verbonden zijn met de externe omgeving (hersenen, hart, lever, blaas, enz.) zijn meestal vrij van microben. Microben komen deze organen alleen binnen tijdens ziekte.

Bacteriën in de kringloop van stoffen

Micro-organismen in het algemeen en bacteriën in het bijzonder spelen een grote rol in de biologisch belangrijke cycli van stoffen op aarde, waarbij ze chemische transformaties uitvoeren die volledig ontoegankelijk zijn voor planten of dieren. Verschillende stadia van de cyclus van elementen worden uitgevoerd door organismen van verschillende typen. Het bestaan ​​van elke individuele groep organismen hangt af van de chemische transformatie van elementen die door andere groepen wordt uitgevoerd.

Stikstofcyclus

De cyclische transformatie van stikstofverbindingen speelt een primaire rol bij het leveren van de noodzakelijke vormen van stikstof aan organismen in de biosfeer met verschillende voedingsbehoeften. Meer dan 90% van de totale stikstoffixatie is te wijten aan de metabolische activiteit van bepaalde bacteriën.

Koolstof cyclus

De biologische transformatie van organische koolstof in koolstofdioxide, vergezeld van de reductie van moleculaire zuurstof, vereist de gezamenlijke metabolische activiteit van verschillende micro-organismen. Veel aerobe bacteriën voeren volledige oxidatie van organische stoffen uit. Onder aerobe omstandigheden worden organische verbindingen aanvankelijk afgebroken door fermentatie, en de organische eindproducten van de fermentatie worden verder geoxideerd door anaërobe ademhaling als er anorganische waterstofacceptoren (nitraat, sulfaat of CO 2 ) aanwezig zijn.

Zwavel cyclus

Zwavel is voor levende organismen voornamelijk beschikbaar in de vorm van oplosbare sulfaten of gereduceerde organische zwavelverbindingen.

Ijzeren cyclus

Sommige zoetwaterlichamen bevatten hoge concentraties gereduceerde ijzerzouten. Op dergelijke plaatsen ontwikkelt zich een specifieke bacteriële microflora: ijzerbacteriën, die gereduceerd ijzer oxideren. Ze nemen deel aan de vorming van ijzerertsen en waterbronnen die rijk zijn aan ijzerzouten.

Bacteriën zijn de oudste organismen en verschenen ongeveer 3,5 miljard jaar geleden in het Archean. Ongeveer 2,5 miljard jaar lang domineerden ze de aarde, vormden ze de biosfeer en namen ze deel aan de vorming van de zuurstofatmosfeer.

Bacteriën zijn een van de meest eenvoudig gestructureerde levende organismen (behalve virussen). Er wordt aangenomen dat ze de eerste organismen zijn die op aarde verschijnen.

Momenteel zijn er meer dan 2,5 miljoen soorten levende organismen op aarde beschreven. Het werkelijke aantal soorten op aarde is echter vele malen groter, omdat met veel soorten micro-organismen, insecten, enz. geen rekening wordt gehouden. Bovendien wordt aangenomen dat de huidige soortensamenstelling slechts ongeveer 5% bedraagt ​​van de soortendiversiteit van het leven tijdens zijn bestaan ​​op aarde.
Systematiek, classificatie en taxonomie worden gebruikt om een ​​dergelijke diversiteit aan levende organismen te organiseren.

Taxonomie - een tak van de biologie die zich bezighoudt met de beschrijving, aanduiding en classificatie van bestaande en uitgestorven organismen in taxa.
Classificatie - verdeling van de gehele reeks levende organismen volgens een bepaald systeem van hiërarchisch ondergeschikte groepen - taxa.
Taxonomie - een deel van de taxonomie dat de theoretische grondslagen van classificatie ontwikkelt. Een taxon is een groep organismen die kunstmatig door de mens zijn geïdentificeerd, die in een of andere graad van verwantschap verwant zijn, en tegelijkertijd voldoende geïsoleerd zijn om aan een bepaalde taxonomische categorie van een of andere rang te kunnen worden toegewezen.

In de moderne classificatie is er de volgende hiërarchie van taxa:

• koninkrijk;
• afdeling (type in dierentaxonomie);
• Klas;
• volgorde (volgorde in de taxonomie van dieren);
• familie;

Daarnaast worden tussenliggende taxa onderscheiden: super- en subrijken, super- en onderverdelingen, super- en subklassen, enz.

De taxonomie van levende organismen verandert en wordt voortdurend bijgewerkt. Momenteel ziet het er zo uit:

• Niet-cellulaire vormen
• Koninkrijksvirussen
• Cellulaire vormen
• Koninkrijk Prokaryota:
• koninkrijk Bacteriën ( Bacteriën, Bacteriobionta),
• koninkrijk Archaebacteria ( Archaebacteriën, Archaebacteriobionta),
• koninkrijk Prokaryotische algen
• afdeling Blauwgroene algen, of Cyanea ( Cyanobionta);
• afdeling Prochlorofytenalgen, oftewel Prochlorofyten ( Prochloorrhyta).
• Superkoninkrijk Eukaryoten (Eycariota)
• Koninkrijk der planten ( Vegetabilia, Phitobiota of Plantae):
• subkoninkrijk Bagryanka ( Rhodobionta);
• deelrijk Echte algen ( Phycobionta);
• subrijk Hogere planten ( Embryobionta);
• Koninkrijk der Paddenstoelen ( Schimmels, Mycobionta, Mycetalia of Mycota):
• subrijk Lagere schimmels (eencellig) ( Myxobionta);
• subrijk Hogere schimmels (meercellig) ( Mycobionta);
• koninkrijk Dieren ( Animalia, Zoobionta)
• subrijk Protozoa, of eencellig ( Protozoa, Protozoobionta);
• subrijk Meercellig ( Metazoa, Metazoobionta).

Een aantal wetenschappers onderscheidt in het superkoninkrijk van Prokaryoten één koninkrijk Drobyanka, dat drie subrijken omvat: bacteriën, archaebacteriën en cyanobacteriën.

Virussen, bacteriën, schimmels, korstmossen

Koninkrijk van virussen

Virussen bestaan ​​in twee vormen: onbeweeglijk(extracellulair), wanneer hun eigenschappen als levende systemen niet tot uiting komen, en intracellulair wanneer virussen zich voortplanten. Eenvoudige virussen (bijvoorbeeld het tabaksmozaïekvirus) bestaan ​​uit een nucleïnezuurmolecuul en een eiwitomhulsel - capside.

Sommige complexere virussen (influenza, herpes, enz.) Kunnen naast capside-eiwitten en nucleïnezuur een lipoproteïnemembraan, koolhydraten en een aantal enzymen bevatten. Eiwitten beschermen nucleïnezuur en bepalen de enzymatische en antigene eigenschappen van virussen. De vorm van de capside kan staafvormig, draadvormig, bolvormig, enz. zijn.

Afhankelijk van het in het virus aanwezige nucleïnezuur worden RNA-bevattende en DNA-bevattende virussen onderscheiden. Nucleïnezuur bevat genetische informatie, meestal over de structuur van capside-eiwitten. Het kan lineair of circulair zijn, in de vorm van enkel- of dubbelstrengs DNA, enkel- of dubbelstrengs RNA.

Het virus dat AIDS (acquired immunodeficiency syndrome) veroorzaakt, valt de bloedcellen aan die voor de immuniteit van het lichaam zorgen. Als gevolg hiervan kan een AIDS-patiënt aan elke infectie overlijden. AIDS-virussen kunnen het menselijk lichaam binnendringen tijdens geslachtsgemeenschap, tijdens injecties of operaties als de sterilisatievoorwaarden niet worden gevolgd. Preventie van AIDS bestaat uit het vermijden van losse seks, het gebruik van condooms en het gebruik van wegwerpspuiten.

Bacteriën

Alle prokaryoten behoren tot hetzelfde koninkrijk Drobyanka. Het bevat bacteriën en blauwgroene algen.

De structuur en activiteit van bacteriën.

Prokaryotische cellen hebben geen kern, het gebied waar DNA zich in het cytoplasma bevindt wordt een nucleoïde genoemd, het enige DNA-molecuul is in een ring gesloten en is niet geassocieerd met eiwitten, de cellen zijn kleiner dan eukaryotische cellen, de celwand bevat een glycopeptide - mureïne, een slijmlaag bevindt zich bovenop de celwand, die een beschermende functie vervult, er zijn geen membraanorganellen (chloroplasten, mitochondriën, endoplasmatisch reticulum, Golgi-complex), hun functies worden uitgevoerd door invaginaties van het plasmamembraan (mesosomen), ribosomen zijn klein, microtubuli ontbreken, daarom is het cytoplasma bewegingloos, er zijn geen centriolen en spindels, cilia en flagella hebben een speciale structuur. Celdeling wordt uitgevoerd door vernauwing (er is geen mitose of meiose). Dit wordt voorafgegaan door DNA-replicatie, waarna de twee kopieën uit elkaar bewegen, meegesleept door het groeiende celmembraan.

Er zijn drie groepen bacteriën: archaebacteriën, eubacteriën en cyanobacteriën.

Archebacteriën- oude bacteriën (methaanproducerende enz., in totaal zijn er ongeveer 40 soorten bekend). Ze hebben gemeenschappelijke structurele kenmerken van prokaryoten, maar verschillen aanzienlijk van eubacteriën in een aantal fysiologische en biochemische eigenschappen. Eubacteriën- echte bacteriën, een latere vorm in evolutionaire termen. Cyanobacteriën (cyanobacteriën, blauwgroene algen)- fototrofe prokaryote organismen die fotosynthese uitvoeren zoals hogere planten en algen met de afgifte van moleculaire zuurstof.

Op basis van de vorm van de cellen worden de volgende groepen bacteriën onderscheiden: bolvormig - kokken, staafvormig - bacillen, gebogen - vibrio's, spiraal - spirilla en spirocheten. Veel bacteriën zijn in staat tot onafhankelijke beweging als gevolg van flagella- of celcontractie. Bacteriën zijn eencellige organismen. Sommige zijn in staat kolonies te vormen, maar de cellen daarin bestaan ​​onafhankelijk van elkaar.

Onder ongunstige omstandigheden kunnen sommige bacteriën sporen vormen door de vorming van een dicht omhulsel rond een DNA-molecuul met een deel van het cytoplasma. Bacteriële sporen dienen niet voor de voortplanting, zoals bij planten en schimmels, maar om het lichaam te beschermen tegen de gevolgen van ongunstige omstandigheden (droogte, hitte, enz.).

Met betrekking tot zuurstof zijn bacteriën onderverdeeld in aëroben(noodzakelijkerwijs zuurstof nodig), anaëroben(sterven in aanwezigheid van zuurstof) en optionele formulieren.

Op basis van de manier waarop ze zich voeden, worden bacteriën onderverdeeld in autotroof(kooldioxide wordt gebruikt als koolstofbron) en heterotroof(gebruik organische stoffen). Autotrofen zijn op hun beurt onderverdeeld in fototrofen(gebruik energie uit zonlicht) en chemotrofen(gebruik de energie van oxidatie van anorganische stoffen). Fototrofen omvatten cyanobacteriën(blauwgroene algen), die net als planten fotosynthese uitvoeren, waarbij zuurstof vrijkomt, en groene en paarse bacteriën die fotosynthese uitvoeren zonder zuurstof vrij te geven. Chemotrofen oxideren anorganische stoffen ( nitrificerende bacteriën, stikstofbindende bacteriën, ijzerbacteriën, zwavelbacteriën, enz.).

Reproductie van bacteriën.

Bacteriën planten zich ongeslachtelijk voort - celverdeling(prokaryoten hebben geen mitose en meiose) met behulp van vernauwingen of septa, minder vaak door knopvorming. Deze processen worden voorafgegaan door de verdubbeling van het circulaire DNA-molecuul.

Bovendien worden bacteriën gekenmerkt door een seksueel proces - conjugatie. Tijdens conjugatie via een speciaal kanaal gevormd tussen twee cellen, wordt een DNA-fragment van de ene cel overgebracht naar een andere cel, dat wil zeggen dat de erfelijke informatie in het DNA van beide cellen verandert. Omdat het aantal bacteriën niet toeneemt, wordt voor de juistheid het concept van 'seksueel proces' gebruikt, maar niet 'seksuele voortplanting'.

De rol van bacteriën in de natuur en betekenis voor de mens

Dankzij hun zeer diverse metabolisme kunnen bacteriën in een grote verscheidenheid aan omgevingsomstandigheden voorkomen: water, lucht, bodem, levende organismen. De rol van bacteriën is groot bij de vorming van olie, steenkool, turf, aardgas, bij bodemvorming, in de cycli van stikstof, fosfor, zwavel en andere elementen in de natuur. Saprotrofe bacteriën nemen deel aan de afbraak van de organische resten van planten en dieren en aan hun mineralisatie tot CO 2, H 2 O, H 2 S, NH 3 en andere anorganische stoffen. Samen met paddenstoelen zijn het ontleders. Knobbelbacteriën(stikstoffixatie) vormen een symbiose met vlinderbloemige planten en nemen deel aan de fixatie van atmosferische stikstof in minerale verbindingen die beschikbaar zijn voor planten. Planten zelf hebben dit vermogen niet.

Mensen gebruiken bacteriën bij de microbiologische synthese, in, om een ​​aantal medicijnen (streptomycine) te produceren, in het dagelijks leven en in de voedingsindustrie (productie van gefermenteerde melkproducten, wijnbereiding).

koninkrijk paddestoelen

Algemene kenmerken van paddenstoelen. Paddestoelen worden geclassificeerd in een speciaal koninkrijk, dat ongeveer 100.000 soorten telt.

Verschillen tussen schimmels en planten:

• heterotrofe voedingswijze
• opslagvoedingsstof glycogeen
• aanwezigheid van chitine in celwanden

Verschillen tussen paddenstoelen en dieren:

• onbeperkte groei
• opname van voedsel door zuigkracht
• voortplanting met behulp van sporen
• aanwezigheid van een celwand
• gebrek aan vermogen om actief te bewegen
• De structuur van paddenstoelen is gevarieerd: van eencellige vormen tot complexe hoedvormen

Korstmossen

De structuur van korstmossen. Korstmossen tellen meer dan 20.000 soorten. Dit zijn symbiotische organismen gevormd door een schimmel en een alg. Bovendien zijn korstmossen een morfologisch en fysiologisch integraal organisme. Het lichaam van het korstmos bestaat uit met elkaar verweven schimmelhyfen, waartussen zich algen bevinden (groen of blauwgroen). Algen synthetiseren organische stoffen en schimmels absorberen water en minerale zouten. Afhankelijk van de carrosseriestructuur ( thalli ) Er zijn drie groepen korstmossen: schaal , of corticaal(de thallus ziet eruit als plaques of korsten, nauw versmolten met het substraat); bladvormig (in de vorm van platen die door bundels hyfen aan het substraat zijn bevestigd); bossig (in de vorm van stengels of linten, meestal vertakt en alleen aan de basis versmolten met het substraat). Korstmossen groeien extreem langzaam: slechts enkele millimeters per jaar.

Reproductie van korstmossen seksueel uitgevoerd (vanwege de schimmelcomponent) of aseksueel (vorming van sporen of het afbreken van stukken van de thallus).
De betekenis van korstmossen. Vanwege hun "dubbele" karakter zijn korstmossen erg winterhard. Dit wordt verklaard door de mogelijkheid van zowel autotrofe als heterotrofe voeding, evenals het vermogen om in een toestand van opgeschorte animatie te vervallen, waarin het lichaam ernstig uitgedroogd is. In deze toestand kunnen korstmossen de effecten van verschillende ongunstige omgevingsfactoren verdragen (ernstige oververhitting of onderkoeling, vrijwel volledige afwezigheid van vocht, enz.). Biologische kenmerken zorgen ervoor dat korstmossen de meest ongunstige habitats kunnen koloniseren. Zij zijn vaak de pioniers bij het vestigen van een bepaald landgebied, waarbij ze rotsen vernietigen en de primaire bodemlaag vormen, die vervolgens door andere organismen wordt gekoloniseerd.
Tegelijkertijd zijn korstmossen erg gevoelig voor milieuvervuiling door verschillende chemicaliën, waardoor ze kunnen worden gebruikt als bio-indicatoren milieu omstandigheden.
Korstmossen worden gebruikt om medicijnen, lakmoes, tannines en kleurstoffen te verkrijgen. Rendiermos (rendiermos) is het belangrijkste voedsel voor rendieren. Sommige volkeren eten korstmossen als voedsel. Omdat de groei van korstmossen erg langzaam is, zijn maatregelen om deze te beschermen noodzakelijk: regulering van het grazen van herten, ordelijk verkeer van voertuigen, enz.

THEORETISCH MATERIAAL
KONINKRIJK VAN BACTERIËN (= c. prokaryoten).

Ze zijn eencellig microscopisch organismen die geen gevormde kern hebben. De oudste organismen verschenen meer dan 3 miljard jaar geleden. Overal verspreid: vooral - in de bodem, minder - in water, nog minder - in de lucht. Er zijn er veel in levende organismen

1. Celstructuur:

De cel is bedekt met een plasmamembraan gevolgd door een celwand (van mureina).

De meeste hebben een slijmcapsule die de cel beschermt tegen uitdroging en gifstoffen bevat;

Er zijn geen membraanorganellen (hun functies worden uitgevoerd door mesosomen - membraaninvaginaties)

Er zijn ribosomen die kleiner zijn dan die in eukaryotische cellen;

- genetisch apparaat - NUCLEOÏDE- een circulair DNA-molecuul dat niet met eiwitten is geassocieerd (vervult de functie van een chromosoom;

In het cytoplasma bevinden zich plasmiden - kleine DNA-moleculen die de individuele kenmerken van bacteriën bepalen.

De bewegingsorganellen zijn flagellen en cilia.

2. Vormen van bacteriën

bolvormig - kokken (streptokokken, stafylokokken)

staafvormig - bacillen (aardappelbacillen, melkzuurbacteriën)

spiraalvormig ingewikkeld - spirilla en spirocheten (bleke spirocheet - de veroorzaker van syfilis)

kommavormig - vibrios (Vibrio cholerae)

Levensactiviteit

• voeding:

1. autotrofen (vormen organische stoffen)		heterotrofen (voeden met kant-en-klaar organisch materiaal)
   fototrofen	chemotrofen	saprofyten		symbionten
   (maakt gebruik van zonne-energie) *cyanobacteriën (blauw groene algen)	(gebruik de energie van chemische bindingen) bacteriën *ijzerbacteriën	Saprotrofen (voeden zich met niet-levend organisch materiaal) *melkzuurbacteriën	(gebruik biologisch stoffen in het gastlichaam) *pathogene bacteriën	(leven ten koste van andere organismen en daar baat bij hebben) *knobbelbacteriën (leven in symbiose met vlinderbloemige planten), * Escherichia coli (synthetiseert vitamine B, K)

• adem:

• reproductie: elke 20 minuten halveren
• Sporulatie- vorming van geschillen. Sporen - deel van de cel bedekt met een dicht membraan. Betekenis: langdurige ongunstige omstandigheden (kou, droogte).

De sporen kunnen tientallen jaren inactief blijven en kunnen door water en wind worden gedragen. Ze is niet bang voor uitdroging, kou, hitte. De dodelijke factor voor sporen is direct zonlicht of kunstmatige bestraling met ultraviolette straling (UVR). Bij blootstelling aan een gunstige omgeving vormt zich snel een bacterie uit de sporen.

Betekenis van bacteriën:

1. voordeel:

Schakel in de voedselketen (voedsel voor eencellige organismen)

Vervalbacteriën vormen humus

Bodembacteriën zetten humus om in minerale zouten

Knobbelbacteriën (op de wortels van peulvruchten) zetten luchtstikstof om in zouten, die in opgeloste vorm door de wortels worden opgenomen

Melkzuurbacteriën worden gebruikt in de zuivelindustrie, voerkuilvoer

Zwavelafzettingen worden gevormd door zwavelbacteriën, ijzerertsafzettingen door ijzerbacteriën

In de biotechnologie (insulinesynthese)

leed:

Ze bederven voedsel, boeken in boekendepots, hooi in stapels

Ziekteverwekkers veroorzaken ziekten: tyfus, cholera, difterie, tetanus, tuberculose, tonsillitis, miltvuur, brucellose, pest, botulisme, kinkhoest, geslachtsziekten

6. Manieren om bacteriën te bestrijden:

a) UFL-verwerking;

b) behandeling met hete stoom;

c) sterilisatie (verwarmen tot + 1200C onder druk)

d) desinfectie (behandeling met chemicaliën - antiseptica)

e) pasteurisatie - desinfectie bij 60-70 ° C gedurende 20-30 minuten.

f) thuis: inmaken in azijnzuur, zouten, koelen en invriezen van voedsel;

g) gebruik van antibiotica

KONINKRIJK VAN VIRUSSEN

Virussen (van het Latijnse virus - gif) zijn deeltjes die een overgangsvorm vormen tussen levende en niet-levende materie en geen cellulaire structuur hebben.

Geopend in 1892 Russische wetenschapper D. Ivanovsky. Hij ontdekte en beschreef het tabaksmozaïekvirus. Dit virus valt tabak aan en veroorzaakt de vernietiging van chlorofyl, waardoor sommige gebieden lichter van kleur lijken.

Verschillen met levenloze materie:

1. het vermogen om soortgelijke vormen als zichzelf te reproduceren (reproduceren)
2. bezit van erfelijkheid en variabiliteit.

Structuur van virussen:

een RNA- of DNA-molecuul ingesloten in een eiwitomhulsel, dat een capside wordt genoemd (Fig. 16).

Rijst. 18 Bacteriofaag

Kenmerken van het leven

1. Nadat het virus de cel is binnengedrongen, verandert het zijn metabolisme, waarbij al zijn activiteit wordt gericht op de productie van viraal nucleïnezuur en viraal nucleïnezuur. eiwitten .
2. Binnen de cel vindt zelfassemblage van virale deeltjes uit gesynthetiseerde nucleïnezuurmoleculen en eiwitten plaats.
3. Soms binnen viraal DNA is geïntegreerd in DNA l etki- gastheer door ervoor te zorgen dat cellulair DNA viraal DNA produceert.
4. Vóór de dood slaagt een groot aantal virale deeltjes erin om in de cel te worden gesynthetiseerd. Uiteindelijk sterft de cel, barst zijn omhulsel en verlaten de virussen de gastheercel (Fig. 17).

Virale ziekten:

Virusbetekenis:

Biologische mutagenen (veroorzaken mutaties).

Bacteriofagen worden in de geneeskunde tegen bacteriën gebruikt.

Gebruikt in genetische manipulatie.

Ziekteverwekkers van ziekten.

HIV is het humaan immunodeficiëntievirus.

De ziekte AIDS werd ontdekt in 1981 en in 1983. De ziekteverwekker werd gedetecteerd: HIV. HIV heeft een unieke variabiliteit, die vijf keer groter is dan de variabiliteit van het influenzavirus en 100 keer groter dan die van het hepatitis B-virus. Continue genetische en antigene variabiliteit van het virus in de menselijke populatie leidt tot de opkomst van nieuwe HIV-virionen , wat het probleem van het verkrijgen van een vaccin dramatisch compliceert en het moeilijk maakt om speciale AIDS-preventie toe te passen.

AIDS heeft een zeer lange incubatietijd. Bij volwassenen is dit gemiddeld 5 jaar. Er wordt aangenomen dat HIV levenslang in het menselijk lichaam kan blijven bestaan.

Overdrachtsroutes van HIV-infectie:

1. Seksueel (met sperma en vaginale afscheiding) - met een niet-reguliere seksuele partner en homoseksuele relaties; met kunstmatige inseminatie.

2. Bij gebruik van besmette medische instrumenten gebruiken drugsverslaafden één injectiespuit.

3. Van moeder op kind: in de baarmoeder, tijdens de bevalling, tijdens de borstvoeding.

4. Via bloed: tijdens bloedtransfusie, orgaan- en weefseltransplantatie.

Het virus valt dat deel van het menselijke immuunsysteem aan dat ermee geassocieerd is T - lymfocyten bloed, waardoor cellulaire en humorale immuniteit ontstaat. Als gevolg van de ziekte wordt het menselijk lichaam weerloos tegen infectieziekten en tumorziekten, waar het normale immuunsysteem mee omgaat.

Stadia van de AIDS-ziekte.

I. HIV-infectie: wekelijkse koorts, gezwollen lymfeklieren, huiduitslag. Na een maand worden antilichamen tegen het HIV-virus in het bloed gedetecteerd.

II. Verborgen periode(van enkele weken tot meerdere jaren): zweren van het slijmvlies, schimmelinfecties van de huid, gewichtsverlies, diarree, verhoogde lichaamstemperatuur.

III. AIDS: longontsteking, tumoren (Kaposi-sarcoom), sepsis en andere infectieziekten.

De AIDS-ziekteverwekker wordt gedood door:

50 - 70o alcohol → een paar seconden.

Koken → onmiddellijk.

Dan = 56oC → 30 minuten.

Desinfectiemiddelen (chlooramine, bleekmiddel) → onmiddellijk.

Bij binnenkomst in het maag-darmkanaal → vernietigd door spijsverteringsenzymen en zoutzuur.

Testtaken in OGE-formaat

Taak 3. Koninkrijk van bacteriën. Koninkrijk van virussen.

3.1 Bacteriën hebben geen gevormde kern en worden daarom geclassificeerd als

1) eukaryoten 2) prokaryoten 3) autotrofen 4) heterotrofen

3.2. Bacteriële cellen verschillen van planten- en dierencellen door de afwezigheid van:

1) celmembraan 2) cytoplasma 3) kern 4) ribosomen

3.3. Welke bacteriën worden beschouwd als ‘de verpleegsters van de planeet’?

1) rottend 2) azijnzuur 3) melkzuur 4) knobbeltje

3.4. De meeste bacteriën in de cyclus spelen een rol

1) producenten van organische stoffen 2) consumenten van organische stoffen

3) vernietigers van organische stoffen. 4) concentratoren van organische stoffen

3.5. NAAR Lubenbacteriën gaan een symbiose aan met vlinderbloemige planten, waardoor hun voeding verbetert

1) kalium 2) fosfor 3) stikstof 4) calcium

3.6. Bacteriën vermenigvuldigen zich

1) sporen 2) met behulp van kiemcellen 3) vegetatief 4) door celdeling

3.7. De meeste bacteriën door voedingsmethode

1) producenten van organische stoffen 2) symbiotische organismen

3) consumenten van anorganische stoffen. 4) vernietigers van organische stoffen

3.8. Knobbelbacteriën die in de wortels van peulvruchten leven, zijn dat wel

3.9.Het genetische materiaal van de bacterie zit in

gevormde kern 3) verschillende chromosomen

in een circulair DNA-molecuul 4) in een circulair RNA-molecuul

3.10. Bacteriën die zuurstof gebruiken om te ademen worden genoemd

3.11. Bacteriën die samenleven met andere organismen zijn dat wel

3.12. Fotosynthetische blauwgroene cyanobacteriën zijn dat wel

3.13. Bacteriële sporen zorgen voor

1) het verdragen van ongunstige omstandigheden 2) seksuele voortplanting

3) vegetatieve voortplanting 4) aseksuele voortplanting

3.14. Welk biologisch object is op de afbeelding te zien?

1) bacteriecel 2) schimmelsporen 3) HIV-virus 4) plantenzaad

3.15. Welke methode om ziekteverwekkende bacteriën te bestrijden is het meest effectief in de operatiekamer?

1) pasteurisatie 2) regelmatige ventilatie

3) bestraling met ultraviolette stralen 4) vloeren wassen met warm water

3.16. Tot welke groep levende wezens behoort het object in de figuur:

1) eukaryoten 2) nanorobots 3) prokaryoten 4) virussen

Taak 23. Kies drie juiste antwoorden uit zes en noteer de cijfers waaronder ze worden aangegeven.

1. 23.1. Kies omstandigheden waarin saprofytische bacteriën in de natuur kunnen gedijen

1) complexiteit van de interne structuur 4) vermogen tot fotosynthese

2) complexiteit van het metabolisme, 5) eenvoud van de interne structuur

3) het vermogen om zich snel voort te planten 6) voeding met organische stoffen

1. 23.2. Kies de juiste uitspraken

1) knobbelbacteriën verrijken de bodem met stikstof

2) Bacteriën maken het moeilijk voor planten om mineralen op te nemen

4) Vervalbacteriën voeden zich met de overblijfselen van planten en dieren

5) Het beitsen van kool en het inkuilen van voer wordt veroorzaakt door melkzuurbacteriën

6) Om te voorkomen dat voedsel bederft, hebben ze toegang tot zuurstof nodig

Taak 25. Match: selecteer voor elk element van de eerste kolom het overeenkomstige element uit de tweede kolom.

25.1. Overeenkomst

Tekenen van het koninkrijk der organismen

1) eukaryoten

2) gebruikt voor het bakken van brood A) champignons

3) eencellige en meercellige B) bacteriën

4) er is één chromosoom in de cel

5) sommige zijn in staat tot chemosynthese en fotosynthese

6) Velen zijn ziekteverwekkers

25.2. Overeenkomst

Kenmerken Celtype

1) er is geen gevormde kern A) prokarytisch

2) chromosomen bevinden zich in de kern B) eukaryotisch

3) er is een Golgi-apparaat

4) er is één ringchromosoom in de cel

5) ATP wordt gevormd in de mitochondriën

Taak 27. Selecteer uit de voorgestelde lijst en voeg de ontbrekende woorden in de tekst in, met behulp van hun numerieke aanduidingen. Schrijf de nummers van de geselecteerde woorden op de plaats van de gaten in de tekst.

27.1. VIRUSSEN

Virussen - ---------- (A) levensvormen die enkele kenmerken van levende organismen alleen in andere cellen vertonen. Een virus bestaat uit genetisch materiaal en -------(B). Genetisch materiaal wordt gevormd door ------(B): DNA of RNA. DNA-virussen integreren, nadat ze een cel zijn binnengekomen, hun DNA in het eigen genetische materiaal van de cel. RNA-bevattende virussen zetten, nadat ze de cel zijn binnengekomen, eerst de informatie van hun RNA om in DNA, door -------(D), en vervolgens wordt het geïntegreerd in het genetische materiaal van de cel.

Lijst met termen:

2) nucleïnezuur

3) celmembraan

4) eiwitcapside

5) omgekeerde transcriptie

6) uitzending

7) eencellig

8) niet-cellulair

Noteer de geselecteerde cijfers in de tabel onder de bijbehorende letters. Antwoord:

27.2. BACTERIËN

Bacteriën zijn in principe ______(A)-organismen. Onder ongunstige omstandigheden kunnen ze ______(B) vormen. Veel bacteriën hebben ______(B) waarmee ze zich verplaatsen. Erfelijke informatie in deze micro-organismen wordt opgeslagen in de vorm ______(D).

Lijst met termen:

2) nucleaire materie

3) pseudopode

7) eencellig

8) meercellig

Noteer de geselecteerde cijfers in de tabel onder de bijbehorende letters.

27.3. BIOTECHNOLOGIE

Biotechnologie is een discipline die de mogelijkheden bestudeert om biologische objecten te gebruiken om levende organismen met de noodzakelijke eigenschappen te creëren. De grootste successen zijn geboekt op het gebied van het veranderen van het genetische apparaat van bacteriën. Bacteriën hebben geleerd nieuwe genen in het genoom te introduceren met behulp van kleine cirkelvormige DNA-moleculen - _______(A), aanwezig in bacteriële cellen. De benodigde _______(B) worden erin “gelijmd” en vervolgens aan de bacteriecultuur toegevoegd, bijvoorbeeld _______(B). Hierna zal het hybride circulaire DNA _______(G) in de cel reproduceren, waarbij tientallen kopieën worden gereproduceerd, die de synthese van nieuwe eiwitten garanderen. 3.7

AAABBBB

ABBAB

Literatuur

Zayats RG, Butilovsky V.E., Davydov V.V. Biologie. Het hele schoolcurriculum staat in tabellen. Minsk: Open boek, 2016.-448 p.

Zayats RG, Rachkovskaya IV, Butilovsky V.E., Davydov V.V. Biologie voor aanvragers: vragen, antwoorden, tests, taken - Minsk: Unipress, 2011. - 768 p.

"Ik zal de OGE oplossen": biologie. Het trainingssysteem van Dmitry Gushchin [Elektronische hulpbron] - URL: http://oge.sdamgia.ru

Theorie ter voorbereiding op blok nr. 4 van het Unified State Exam in biologie: met systeem en diversiteit van de organische wereld.

Bacteriën

Bacteriën behoren tot prokaryotische organismen die geen kernmembranen, plastiden, mitochondriën en andere membraanorganellen hebben. Ze worden gekenmerkt door de aanwezigheid van één circulair DNA. De grootte van bacteriën is vrij klein, 0,15-10 micron. Op basis van de vorm van de cellen kunnen ze in drie hoofdgroepen worden verdeeld: bolvormig , of kokken , staafvormig En gekrompen . Bacteriën hebben, hoewel ze tot prokaryoten behoren, een tamelijk complexe structuur.

Structuur van bacteriën

De bacteriecel is bedekt met verschillende buitenlagen. De celwand is essentieel voor alle bacteriën en is het hoofdbestanddeel van de bacteriecel. De bacteriële celwand geeft vorm en stevigheid en vervult daarnaast een aantal belangrijke functies:

• beschermt de cel tegen schade
• neemt deel aan de stofwisseling
• giftig voor veel pathogene bacteriën
• neemt deel aan het transport van exotoxinen

Het hoofdbestanddeel van de bacteriële celwand is polysacharide mureïne . Afhankelijk van de structuur van de celwand worden bacteriën in twee groepen verdeeld: gram-positief (gekleurd door Gram bij het bereiden van preparaten voor microscopie) en gramnegatieve (niet gekleurd door deze methode) bacteriën.

Vormen van bacteriën: 1 - microkokken; 2 - diplokokken en tetracokken; 3 - sarcinen; 4 - streptokokken; 5 - stafylokokken; 6, 7 - staven of bacillen; 8 - vibrio's; 9 - spirilla; 10 - spirocheten

Structuur van een bacteriële cel: I - capsule; 2 - celwand; 3 - cytoplasmatisch membraan;4 - nucleoïde; 5 - cytoplasma; 6 - chromatoforen; 7 - thylakoïden; 8 - mesosoom; 9 - ribosomen; 10 - flagella; II - basaal lichaam; 12 - dronk; 13 - druppels vet

Celwanden van grampositieve (a) en gramnegatieve (b) bacteriën: 1 - membraan; 2 - mucopeptiden (mureïne); 3 - lipoproteïnen en eiwitten

Schema van de structuur van het bacteriële celmembraan: 1 - cytoplasmatisch membraan; 2 - celwand; 3 - microcapsule; 4 - capsule; 5 - slijmlaag

Er zijn drie verplichte cellulaire structuren van bacteriën:

1. nucleoïde
2. ribosomen
3. cytoplasmatisch membraan (CPM)

De bewegingsorganen van bacteriën zijn flagella, waarvan er 1 tot 50 of meer kunnen zijn. Kokken worden gekenmerkt door de afwezigheid van flagella. Bacteriën hebben het vermogen om bewegingsvormen te sturen: taxi's.

Taxi's zijn positief als de beweging naar de bron van de stimulus is gericht, en negatief als de beweging ervan af is gericht. Er kunnen de volgende typen taxi’s worden onderscheiden.

Chemotaxis- beweging gebaseerd op verschillen in de concentratie van chemicaliën in het milieu.

Aerotaxi's- over het verschil in zuurstofconcentraties.

Bij reactie op licht en een magnetisch veld ontstaan ​​ze respectievelijk fototaxi's En magnetotaxis.

Een belangrijk onderdeel in de structuur van bacteriën zijn derivaten van het plasmamembraan - pili (villi). Pili nemen deel aan de fusie van bacteriën tot grote complexen, de hechting van bacteriën aan het substraat en het transport van stoffen.

Voeding van bacteriën

Op basis van het type voeding worden bacteriën verdeeld in twee groepen: autotroof en heterotroof. Autotrofe bacteriën synthetiseren organische stoffen uit anorganische stoffen. Afhankelijk van de energie die autotrofen gebruiken om organische stoffen te synthetiseren, maken ze onderscheid tussen foto- (groene en paarse zwavelbacteriën) en chemosynthetische bacteriën (nitrificerende bacteriën, ijzerbacteriën, kleurloze zwavelbacteriën, enz.). Heterotrofe bacteriën voeden zich met kant-en-klare organische stoffen van dode overblijfselen (saprotrofen) of levende planten, dieren en mensen (symbionten).

Saprotrofen omvatten rottende en fermentatiebacteriën. De eerste breken stikstofhoudende verbindingen af, de laatste - koolstofhoudende verbindingen. In beide gevallen komt de energie vrij die nodig is voor hun leven.

Er moet gewezen worden op het enorme belang van bacteriën in de stikstofcyclus. Alleen bacteriën en cyanobacteriën zijn in staat atmosferische stikstof te assimileren. Vervolgens voeren bacteriën de reacties uit van ammonificatie (afbraak van eiwitten uit dood organisch materiaal tot aminozuren, die vervolgens worden gedeamineerd tot ammoniak en andere eenvoudige stikstofhoudende verbindingen), nitrificatie (ammoniak wordt geoxideerd tot nitrieten en nitrieten tot nitraten), denitrificatie (nitraten worden gereduceerd tot stikstofgas).

Ademhaling van bacteriën

Op basis van het type ademhaling kunnen bacteriën in verschillende groepen worden verdeeld:

• verplichte aëroben: groeien met vrije toegang tot zuurstof
• facultatieve anaëroben: ontwikkelen zowel met toegang tot zuurstof uit de lucht als bij afwezigheid ervan
• obligaat anaëroben: ontwikkelen zich in de volledige afwezigheid van zuurstof in de omgeving

Reproductie van bacteriën

Bacteriën planten zich voort door eenvoudige binaire celdeling. Dit wordt voorafgegaan door zelfduplicatie (replicatie) van DNA. Ontluiken komt bij uitzondering voor.

Bij sommige bacteriën zijn vereenvoudigde vormen van het seksuele proces gevonden. Bij E. coli lijkt het seksuele proces bijvoorbeeld op conjugatie, waarbij een deel van het genetische materiaal bij direct contact van de ene cel naar de andere wordt overgedragen. Hierna worden de cellen gescheiden. Het aantal individuen als resultaat van het seksuele proces blijft hetzelfde, maar er vindt een uitwisseling van erfelijk materiaal plaats, d.w.z. er vindt genetische recombinatie plaats.

Sporulatie is alleen kenmerkend voor een kleine groep bacteriën waarin twee soorten sporen bekend zijn: endogeen, gevormd in de cel, en microcysten, gevormd uit de hele cel. Wanneer zich sporen (microcysten) vormen in de bacteriecel, neemt de hoeveelheid vrij water af, neemt de enzymatische activiteit af, trekt de protoplast samen en wordt bedekt met een zeer dichte schil. Sporen bieden het vermogen om ongunstige omstandigheden te doorstaan. Ze zijn bestand tegen langdurig drogen, verwarmen boven de 100°C en afkoelen tot bijna het absolute nulpunt. In hun normale toestand zijn bacteriën onstabiel als ze uitdrogen, worden blootgesteld aan direct zonlicht, de temperatuur wordt verhoogd tot 65-80°C, enz. Onder gunstige omstandigheden zwellen de sporen op en ontkiemen ze, waarbij ze een nieuwe vegetatieve bacteriecel vormen.

Ondanks de voortdurende dood van bacteriën (opeten door protozoa, blootstelling aan hoge en lage temperaturen en andere ongunstige factoren), hebben deze primitieve organismen sinds de oudheid overleefd dankzij hun vermogen om zich snel te reproduceren (cellen kunnen zich elke 20-30 minuten delen), vormen sporen, uiterst stabiel voor omgevingsfactoren en hun wijdverbreide verspreiding.

Vaccinatie

Terugdenkend aan de verhitte debatten over kwesties als evolutie en vitalisme mogen we niet vergeten dat de belangstelling van mensen voor de theoretische biologie ontstond als gevolg van intensieve studies in de geneeskunde en aanhoudend onderzoek naar functionele stoornissen in het lichaam. Hoe snel de biologische wetenschap zich theoretisch ook ontwikkelde, hoe ver ze zich ook verwijderde van de dagelijkse behoeften van de praktijk, vroeg of laat moest ze terugkeren naar de behoeften van de geneeskunde.
De studie van de theorie is geenszins iets abstracts en ongerechtvaardigds, aangezien de introductie van de verworvenheden van de theoretische wetenschap het mogelijk maakt dat de praktijk snel vooruitgang boekt. En hoewel de toegepaste wetenschap zich puur empirisch kan ontwikkelen, verloopt deze ontwikkeling zonder theorie veel langzamer en onzekerder.
Neem als voorbeeld de geschiedenis van de studie van infectieziekten. Tot begin 19e eeuw. artsen waren in feite volkomen hulpeloos tijdens epidemieën van pest of andere infectieziekten die van tijd tot tijd op onze planeet uitbraken. Pokken is een van de ziekten waaraan de mensheid heeft geleden. Het tragische was dat de ziekte zich verspreidde als een echte natuurramp: elk derde van degenen die ziek werden, stierf, en degenen die het overleefden bleven de rest van hun leven misvormd: hun met lijsterbes bedekte gezichten vervreemdden zelfs hun dierbaren.
Er werd echter waargenomen dat het overleven van de ziekte immuniteit bood bij de volgende uitbraak. Daarom vonden velen het passender om de ziekte niet te vermijden, maar om deze te verdragen, maar in een zeer zwakke vorm, die niet levensbedreigend zou zijn en de patiënt niet zou misvormen. In dit geval zou de persoon gegarandeerd zijn tegen terugkerende ziekten. Landen als Turkije en China proberen al lang mensen te infecteren met de inhoud van puisten van patiënten met een milde vorm van pokken. Het risico was groot, omdat de ziekte soms erg ernstig was. Aan het begin van de 18e eeuw. soortgelijke vaccinaties werden in Engeland uitgevoerd, maar het is moeilijk te zeggen of deze meer voordeel of schade opleverden. Terwijl hij geneeskunde uitoefende, bestudeerde de Engelsman Edward Jenner (1749–1823) de beschermende eigenschappen van koepokken die bekend zijn in de volksgeneeskunde: mensen die de ziekte hebben gehad, zijn immuun geworden voor zowel koepokken als menselijke pokken. Na lange en zorgvuldige observaties inente Jenner op 14 mei 1796 voor het eerst een achtjarige jongen met koepokken, waarbij hij materiaal gebruikte van een vrouw die koepokken had. De vaccinatie ging gepaard met ziekte. En twee maanden later raakte de jongen besmet met pus uit de puist van een pokkenpatiënt - en bleef hij gezond. In 1798, na dit experiment vele malen te hebben herhaald, publiceerde Jenner de resultaten van zijn werk. Hij stelde voor om de nieuwe methode vaccinatie te noemen (van het Latijnse vaccinia - koepokken).
De angst voor de pokken was zo groot dat Jenners methode met enthousiasme werd aanvaard en de weerstand van de meest conservatieven snel werd gebroken. De vaccinatie verspreidde zich over heel Europa en de ziekte trok zich terug. In landen met een hoogontwikkelde geneeskunde voelden artsen zich niet langer hulpeloos in de strijd tegen de pokken. In de geschiedenis van de mensheid was dit het eerste geval van een snelle en radicale overwinning op een gevaarlijke ziekte.
Maar verder succes kon alleen worden gebracht door de ontwikkeling van de theorie. In die tijd kende niemand de veroorzakers van infectieziekten; er kon niet op worden gerekend dat milde vormen zouden worden gebruikt voor vaccinatiedoeleinden. Biologen stonden voor de taak om te leren hoe ze hun eigen ‘varianten’ van milde vormen van de ziekte konden ‘vervaardigen’, maar hiervoor moesten ze veel meer weten dan er in Jenners tijd bekend was.

Kiemtheorie van ziekte

Bacteriologie

Het is onmogelijk te hopen dat het ooit mogelijk zal zijn om mensen volledig te isoleren van pathogene microben. Vroeg of laat loopt iemand het risico besmet te raken. Hoe behandel je een patiënt? Natuurlijk beschikt het lichaam over een aantal eigen middelen om microben te bestrijden: zoals u weet herstelt een patiënt soms zelfs zonder hulp. De vooraanstaande Russische bioloog Ilya Iljitsj Mechnikov (1845–1916) slaagde erin een voorbeeld te laten zien van zo'n ‘antibacteriële strijd’ van het lichaam. Hij toonde aan dat leukocyten de functie vervullen van bescherming tegen ziekteverwekkers die het lichaam van dieren en mensen zijn binnengedrongen: ze verlaten de bloedvaten en haasten zich naar de plaats van infectie, waar de echte strijd van witte bloedcellen met bacteriën zich ontvouwt. Mechnikov noemde cellen die een beschermende rol spelen in het lichaam fagocyten.
Bovendien gaat herstel van veel ziekten gepaard met de ontwikkeling van immuniteit (immuniteit), hoewel er geen zichtbare veranderingen worden gedetecteerd. Dit zou heel logisch verklaard kunnen worden door het feit dat het lichaam van een persoon die hersteld is van de ziekte antilichamen produceert die het vermogen hebben om binnendringende microben te doden of te neutraliseren. Dit idee verklaart ook het effect van vaccinatie; In het lichaam van de gevaccineerde persoon worden antilichamen gevormd die actief zijn tegen zowel de koepokkenmicrobe als de zeer vergelijkbare pokkenmicrobe. Nu is de overwinning verzekerd, maar niet over de ziekte zelf, maar over de microbe die deze veroorzaakt.
Pasteur schetste manieren om miltvuur te bestrijden, een dodelijke ziekte die kuddes huisdieren verwoestte. Hij vond de veroorzaker van de ziekte en bewees dat deze tot een speciaal type bacterie behoorde. Pasteur verwarmde een preparaat van bacteriën om hun vermogen om ziekten te veroorzaken (pathogeniteit) te vernietigen. De introductie van verzwakte (verzwakte) bacteriën in het lichaam van het dier leidde tot de vorming van antilichamen die weerstand konden bieden aan de oorspronkelijke pathogene bacteriën.
In 1881 voerde Pasteur een uiterst onthullend experiment uit. Voor het experiment werd een kudde schapen genomen, waarvan een deel werd geïnjecteerd met verzwakte miltvuurbacteriën en het andere deel niet was gevaccineerd. Na enige tijd waren alle schapen besmet met pathogene stammen. De gevaccineerde schapen vertoonden geen ziekteverschijnselen; niet-gevaccineerde schapen liepen miltvuur op en stierven.
Pasteur gebruikte vergelijkbare methoden om kippencholera te bestrijden en, wat vooral belangrijk is, een van de meest verschrikkelijke ziekten: hondsdolheid (of hydrofobie), die door geïnfecteerde wilde of gedomesticeerde dieren op mensen wordt overgedragen.
Het succes van Pasteurs kiemtheorie deed de belangstelling voor bacteriën herleven. De Duitse botanicus Ferdinand Julius Kohn (1828–1898) bestudeerde plantencellen onder een microscoop. Hij toonde bijvoorbeeld aan dat de protoplasma's van planten- en dierencellen in wezen identiek zijn. In de jaren zestig van de 19e eeuw richtte hij zich op de studie van bacteriën. Cohns grootste prestatie was het vaststellen van de plantaardige aard van bacteriën. Hij was de eerste die bacteriën duidelijk scheidde van protozoa en probeerde bacteriën te systematiseren op geslacht en soort. Dit stelt ons in staat Cohn te beschouwen als de grondlegger van de moderne bacteriologie.
Cohn was de eerste die het talent van de jonge Duitse arts Robert Koch (1843–1910) opmerkte. In 1876 isoleerde Koch de bacterie die miltvuur veroorzaakt en leerde deze te kweken. De steun van Kohn, die kennis maakte met het werk van Koch, speelde een belangrijke rol in het leven van de grote microbioloog. Koch kweekte bacteriën op een vast medium - gelatine (later vervangen door agar, gewonnen uit zeewier), in plaats van in een vloeistof die in reageerbuizen werd gegoten. Deze technische verbetering heeft veel voordelen opgeleverd. In een vloeibare omgeving vermengen bacteriën van verschillende typen zich gemakkelijk, en het is moeilijk te bepalen welke een bepaalde ziekte veroorzaakt. Als de cultuur als een uitstrijkje op een vast medium wordt aangebracht, vormen individuele bacteriën, die zich herhaaldelijk delen, kolonies van nieuwe cellen, strikt gefixeerd op hun positie. Zelfs als de oorspronkelijke cultuur uit een mengsel van verschillende soorten bacteriën bestaat, is elke kolonie een pure celcultuur, waardoor het type pathogene microben nauwkeurig kan worden bepaald. Koch goot het medium aanvankelijk op een vlak stuk glas, maar zijn assistent Julius Richard Petri (1852–1921) verving het glas door twee platte, ondiepe glazen schalen, waarvan er één als deksel diende. Petrischalen worden nog steeds veel gebruikt in de bacteriologie. Met behulp van de ontwikkelde methode voor het isoleren van zuivere microbiële culturen isoleerden Koch en zijn collega's de veroorzakers van vele ziekten, waaronder tuberculose (1882).

Insecten

Voedingsfactoren

Gedurende het laatste derde deel van de vorige eeuw domineerde de kiemtheorie de hoofden van de meeste artsen, maar er waren ook mensen die er een andere mening op nahielden. De Duitse patholoog Virchow, de bekendste tegenstander van Pasteurs theorie, geloofde dat ziekten veroorzaakt werden door een stoornis in het lichaam zelf en niet door externe factoren. De verdienste van Virchow was dat hij gedurende tientallen jaren van werk in de Berlijnse gemeente en nationale wetgevende instanties zulke significante verbeteringen op het gebied van hygiëne tot stand bracht, zoals de zuivering van drinkwater en de creatie van een effectief systeem voor de desinfectie van afvalwater. Een andere wetenschapper, Pettenkofer, heeft ook veel op dit gebied gedaan. Hij en Virchow kunnen worden beschouwd als de grondleggers van de moderne sociale hygiëne (de studie van ziektepreventie in de menselijke samenleving).
Dergelijke maatregelen om de verspreiding van epidemieën te voorkomen waren uiteraard niet minder belangrijk dan de directe impact op de microben zelf.
Uiteraard behield de zorg voor reinheid, die Hippocrates predikte, zijn betekenis, zelfs toen de rol van microben voor iedereen duidelijk werd. Het advies van Hippocrates over de noodzaak van een voedzaam en gevarieerd dieet bleef ook van kracht, en het belang ervan werd niet alleen duidelijk voor het behoud van de gezondheid in het algemeen, maar ook als een specifieke methode om bepaalde ziekten te voorkomen. Het idee dat slechte voeding ziekten zou kunnen veroorzaken werd als ‘ouderwets’ beschouwd – wetenschappers waren gefascineerd door microben – maar er was goed bewijs om dit te ondersteunen.
Tijdens het tijdperk van grote geografische ontdekkingen brachten mensen lange maanden aan boord van schepen door en aten ze alleen dat voedsel dat goed bewaard kon worden, aangezien het gebruik van kunstmatige kou nog niet bekend was. De verschrikkelijke plaag van zeelieden was scheurbuik. De Schotse arts James Lind (1716–1794) vestigde de aandacht op het feit dat ziekten niet alleen aan boord van schepen voorkomen, maar ook in belegerde steden en gevangenissen - overal waar het voedsel eentonig is. Misschien wordt de ziekte veroorzaakt door de afwezigheid van een bepaald product in voedsel? Lind probeerde het dieet van zeelieden die aan scheurbuik leden te diversifiëren en ontdekte al snel de genezende werking van citrusvruchten. De grote Engelse navigator James Cook (1728–1779) introduceerde citrusvruchten in het dieet van de bemanning van zijn expedities in de Stille Oceaan in de jaren '70 van de 18e eeuw. Als gevolg hiervan stierf slechts één persoon aan scheurbuik. In 1795, tijdens de oorlog met Frankrijk, werd citroensap gegeven aan matrozen van de Britse marine, en er werd geen enkel geval van scheurbuik gemeld.
Dergelijke puur empirische verworvenheden werden echter, bij gebrek aan de noodzakelijke theoretische rechtvaardigingen, zeer langzaam geïntroduceerd. In de 19de eeuw Belangrijke ontdekkingen op het gebied van voeding hadden betrekking op het identificeren van de rol van eiwitten. Er werd vastgesteld dat sommige ‘complete’ eiwitten, aanwezig in de voeding, het leven kunnen ondersteunen, terwijl andere, ‘inferieure’ eiwitten, zoals gelatine, dit niet kunnen. Een verklaring kwam pas toen de aard van het eiwitmolecuul beter bekend werd. In 1820, na behandeling van een complex gelatinemolecuul met zuur, werd er een eenvoudig molecuul uit geïsoleerd, dat glycine werd genoemd. Glycine behoort tot de klasse van aminozuren. Aanvankelijk werd aangenomen dat het diende als bouwsteen voor eiwitten, net zoals eenvoudige suiker, glucose, de bouwsteen is waaruit zetmeel is opgebouwd. Echter, tegen het einde van de 19e eeuw. De inconsistentie van deze theorie werd duidelijk. Uit een grote verscheidenheid aan eiwitten werden andere eenvoudige moleculen verkregen - ze behoorden allemaal, slechts in details verschillend, tot de klasse van aminozuren. Het eiwitmolecuul bleek niet uit één, maar uit een aantal aminozuren te zijn opgebouwd. Rond 1900 waren er tientallen verschillende ‘bouwstenen’ van aminozuren bekend. Nu leek het niet langer ongelooflijk dat eiwitten verschillen in de verhouding van aminozuren die ze bevatten. De eerste wetenschapper die aantoonde dat een bepaald eiwit mogelijk een of meer aminozuren mist die een belangrijke rol spelen in het leven van het lichaam, was de Engelse biochemicus Frederick Gowland Hopkins (1861–1947). In 1903 ontdekte hij een nieuw aminozuur - tryptofaan - en ontwikkelde methoden voor de identificatie ervan. Zeïne, een eiwit geïsoleerd uit maïs, gaf een negatieve reactie en bevatte daardoor geen tryptofaan. Het bleek een onvolledig eiwit te zijn, omdat het, als het enige eiwit in de voeding, niet voor de vitale functies van het lichaam zorgde. Maar zelfs een kleine toevoeging van tryptofaan maakte het mogelijk de levensduur van proefdieren te verlengen.
Daaropvolgende experimenten die in het eerste decennium van de 20e eeuw werden uitgevoerd, toonden duidelijk aan dat sommige aminozuren in het zoogdierlichaam worden gesynthetiseerd uit stoffen die gewoonlijk in weefsels worden aangetroffen. Sommige aminozuren moeten echter uit voedsel komen. De afwezigheid van een of meer van deze “essentiële” aminozuren maakt het eiwit onvolledig, wat leidt tot ziekte en soms de dood. Dit is hoe het concept van aanvullende voedingsfactoren werd geïntroduceerd: verbindingen die niet kunnen worden gesynthetiseerd in het lichaam van dieren en mensen en die in voedsel moeten worden opgenomen om normale levensfuncties te garanderen.
Strikt genomen vormen aminozuren geen ernstig medisch probleem voor voedingsdeskundigen. Een tekort aan aminozuren treedt meestal alleen op bij een kunstmatig en eentonig dieet. Natuurlijke voedingsmiddelen, ook al zijn ze niet erg rijk, voorzien het lichaam van voldoende variatie aan aminozuren.
Aangezien een ziekte als scheurbuik kan worden genezen door citroensap, is het redelijk om aan te nemen dat citroensap het lichaam voorziet van een ontbrekende voedingsfactor. Het is onwaarschijnlijk dat het een aminozuur is. Allemaal bekend bij biologen uit de 19e eeuw. De samenstellende delen van citroensap, samen of afzonderlijk genomen, konden scheurbuik niet genezen. Deze voedingsfactor moest een stof zijn die slechts in zeer kleine hoeveelheden nodig was en chemisch verschillend was van gewone voedselbestanddelen.
Het ontdekken van de mysterieuze substantie bleek niet zo moeilijk. Na de ontwikkeling van de leerstelling van aminozuren die essentieel zijn voor het leven, werden subtielere voedingsfactoren geïdentificeerd die het lichaam slechts in minieme hoeveelheden nodig heeft, maar dit gebeurde niet tijdens het onderzoek naar scheurbuik.

Vitaminen

In 1886 werd de Nederlandse arts Christian Eijkman (1858–1930) naar Java gestuurd om de ziekte beriberi te bestrijden. Er was reden om te denken dat deze ziekte optreedt als gevolg van slechte voeding. Japanse zeelieden leden enorm onder beriberi en werden pas ziek toen melk en vlees in de jaren 80 van de 19e eeuw in hun dieet, dat bijna uitsluitend uit rijst en vis bestond, werden geïntroduceerd. Eickman was echter gefascineerd door Pasteurs kiemtheorie en was ervan overtuigd dat beriberi een bacteriële ziekte was. Hij bracht kippen mee, in de hoop ze met ziektekiemen te infecteren. Maar al zijn pogingen waren niet succesvol. In 1896 werden kippen echter plotseling ziek met een ziekte die leek op beriberi. Toen hij de omstandigheden van de ziekte ontdekte, ontdekte de wetenschapper dat kippen vlak voor het uitbreken van de ziekte gepolijste rijst kregen uit het voedselmagazijn van het ziekenhuis. Toen ze op hetzelfde voedsel werden overgeschakeld, begon het herstel. Gaandeweg raakte Eijkman ervan overtuigd dat deze ziekte veroorzaakt en genezen kon worden door eenvoudige veranderingen in het dieet.
Aanvankelijk besefte de wetenschapper de ware betekenis van de verkregen gegevens niet. Hij suggereerde dat de rijstkorrels een soort gifstof bevatten die wordt geneutraliseerd door iets dat zich in de schil van de korrel bevindt, en aangezien de schil wordt verwijderd wanneer de rijst wordt geschild, blijven er niet-geneutraliseerde gifstoffen in de gepolijste rijst achter. Maar waarom een ​​hypothese opstellen over de aanwezigheid van twee onbekende stoffen, een toxine en een antitoxine, als het veel eenvoudiger is om aan te nemen dat er een of andere voedingsfactor in minieme hoeveelheden nodig is? Deze mening werd gedeeld door Hopkins en de Amerikaanse biochemicus Casimir Funk (geboren in 1884). Ze suggereerden dat niet alleen beriberi, maar ook ziekten zoals scheurbuik, pellagra en rachitis, worden verklaard door de afwezigheid van kleine hoeveelheden van bepaalde stoffen in voedsel.
Nog steeds in de veronderstelling dat deze stoffen tot de klasse van de aminen behoorden, stelde Funk in 1912 voor om ze vitaminen (aminen van het leven) te noemen. De naam bleef hangen en is tot op de dag van vandaag bewaard gebleven, hoewel inmiddels duidelijk is geworden dat ze niets met aminen te maken hebben.
De Hopkins-Funk-vitaminehypothese was volledig geformuleerd in het eerste derde deel van de 20e eeuw. toonde aan dat verschillende ziekten kunnen worden genezen door het voorschrijven van een redelijk dieet en voedingsregime. De Amerikaanse arts Joseph Goldberger (1874–1929) ontdekte bijvoorbeeld (1915) dat de ziekte pellagra, die veel voorkomt in de zuidelijke staten van de Verenigde Staten, niet van microbiële oorsprong is. In feite werd het veroorzaakt door de afwezigheid van een bepaalde vitamine en verdween het zodra er melk aan het dieet van de patiënt werd toegevoegd. Aanvankelijk was het enige dat over vitamines bekend was, dat ze bepaalde ziekten konden voorkomen en behandelen. In 1913 stelde de Amerikaanse biochemicus Elmer Vernon McCollum (geb. 1879) voor om vitamines te benoemen met letters van het alfabet; Dit is hoe vitamine A, B, C en D verschenen, en vervolgens werden eraan toegevoegd vitamine E en K. Het bleek dat voedsel dat vitamine B bevat eigenlijk meer dan één factor bevat die meer dan één symptoomcomplex kan beïnvloeden. Biologen begonnen te praten over vitamine B1, B2, enz.
Het bleek dat het gebrek aan vitamine B1 beriberi veroorzaakte, en het gebrek aan vitamine B2 pellagra. Het gebrek aan vitamine C leidde tot scheurbuik (de aanwezigheid van kleine hoeveelheden vitamine C in citroensap verklaart hun genezende werking, waardoor Lind scheurbuik kon genezen), het gebrek aan vitamine D leidde tot rachitis. Gebrek aan vitamine A beïnvloedde het gezichtsvermogen en veroorzaakte nachtblindheid. Gebrek aan vitamine B12 veroorzaakte kwaadaardige bloedarmoede. Dit zijn de belangrijkste ziekten die worden veroorzaakt door vitaminegebrek. Naarmate de kennis over vitamines zich opstapelde, waren al deze ziekten niet langer een ernstig medisch probleem. Al in de jaren dertig van de 20e eeuw begonnen ze vitamines in hun pure vorm te isoleren en hun synthese uit te voeren.