R1ILWIJ0jcSlI
Zdjęcie mikroskopowe przedstawia prątki gruźlicy. Podłużne komórki rozłożone są w skupiskach na podłożu.

Organizmy prokariotyczne

Zdjęcie SEM (skaningowa mikroskopia elektronowa) prątków gruźlicy Mycobacterium tuberculosis. Bakteria ta została odkryta przez Roberta Kocha w 1882 roku. Gruźlica do dziś stanowi poważny problem epidemiologiczny w wielu krajach.
Źródło: domena publiczna.

Znaczenie bakterii w przyrodzie i dla człowieka

Twoje cele

  • Określisz znaczenie archeowców.

  • Przedstawisz znaczenie bakterii w przyrodzie i dla człowieka.

  • Omówisz niektóre choroby człowieka wywołane przez bakterie.

Organizmy prokariotyczne powszechnie występują na kuli ziemskiej. Zasiedlają różnorodne środowiska: glebę, wodę i powietrze, żyją we wnętrzu organizmów żywych. Występują również w miejscach o skrajnych warunkach fizykochemicznych, takich jak gorące źródła, podmorskie kominy hydrotermalne, solanki, lód podbiegunowy i głęboko położone warstwy skalne. Powszechność występowania we wszystkich częściach biosfery oraz duża różnorodność komórkowych procesów metabolicznych sprawiają, że bakterie pełnią istotne funkcje w przyrodzie i gospodarce człowieka.

Znaczenie bakterii w przyrodzie

1
Obieg materii10

Bakterie odgrywają zasadniczą rolę w procesach obiegu materii, mając zdolność do rozkładu detrytusudetrytusdetrytusu. Dzięki ich działalności złożone związki organiczne obecne w martwych szczątkach roślinnych i zwierzęcych są rozkładane do prostych związków nieorganicznych, m.in. amoniaku, wody i dwutlenku węgla. Związki te są następnie wykorzystywane przez inne organizmy i tym samym zostają ponownie włączone w obieg materii. Przedstawiona zdolność bakterii klasyfikuje te organizmy w ekosystemach do poziomu troficznego destruentówdestruencidestruentów.

Rx6sCQkcRvWz21
Fotografia przedstawia leśną sadzawkę z powalonymi pniami drzew pokrytymi mchem. Dno sadzawki wyściełają jesienne liście. W tafli sadzawki odbijają się bezlistne drzewa.
Detrytus, czyli martwa materia organiczna tworzona przez szczątki roślin (powalone pnie drzew, opadłe gałęzie, suche liście) oraz zwierząt (padlina, odchody), gromadzące się na powierzchni gleby i dnie zbiorników wodnych.
Źródło: http://pixabay.com, domena publiczna.
Obieg pierwiastków40

Wynikiem obiegu materii jest obieg pierwiastków w przyrodzie. Bakterie, posiadając zdolność do przeprowadzania procesów polegających na przekształcaniu związków nieorganicznych do form przyswajalnych przez inne organizmy, przyczyniają się do krążenia azotu, węgla, fosforu i siarki w przyrodzie.

R29Q5L77RNLNT1
Ilustracja przedstawia obieg azotu w przyrodzie. Na ilustracji pochmurne niebo z piorunami. Pada deszcz. Poniżej warstwa zielona – trawa i dwa krzewy, pomiędzy którymi siedzi zając. Na dole warstwa gleby. Strzałka w dół od piorunów na niebie z napisem: wiązanie azotu. Od tego kolejne strzałki w dół do gleby: 1. bakterie azotowe w korzeniach roślin motylkowych Rhizobium, 2. bakterie azotowe żyjące w glebie Azotobacter, od tego strzałka w prawo Amoniak en ha cztery plus bakterie nitryfikacyjne Nitrosomonas, azotany trzy en o dwa minus bakterie nitryfikacyjne Nitrobacter. Kolejna strzałka w górę do azotany pięć en o trzy minus i strzałka w prawo do bakterii denitryfikacyjnych znajdujących się blisko powierzchni gleby. Od bakterii strzałka w górę w stronę chmur i na górze napis: azot atmosferyczny en dwa. Od azotanów pięć strzałka nad powierzchnię gleby z napisem: rośliny. Od roślin strzałka w dół pod powierzchnię ziemi, napis: mikroflora rozkładu – grzyby oraz bakterie tlenowe i beztlenowe. Od nich strzałka w dół z napisem amonifikacja do amoniaku en ha cztery plus. Od zająca strzałka w dół do mikroflory rozkładu.
Najwięcej azotu jest w atmosferze, występuje on w postaci cząsteczek N. Różne gatunki bakterii posiadają zdolność przekształcania związków azotu. Wiązanie azotu oznacza przemianę wolnego azotu atmosferycznego do przyswajalnego przez organizmy amoniaku i jonów amonowych. Odbywa się to z udziałem enzymu nitrogenazy. Proces ten przebiega w warunkach beztlenowych. Nitryfikacja jest procesem dwuetapowym, a w każdym z etapów biorą udział inne rodzaje bakterii glebowych. Amoniak i jony amonowe przekształcane są do NO, a następnie do NO. Denitryfikacją nazywa się proces redukcji NO do wolnego azotu N. W procesie amonifikacji organiczne związki azotu, np. mocznik czy związki pochodzące z martwych organizmów, przekształcane są do amoniaku i jonów amonowych.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Azot wchodzi w skład związków organicznych takich jak: białka i kwasy nukleinowe. Pierwiastek ten w formie cząsteczkowej w ilości 78% występuje w ziemskiej atmosferze. W tej postaci jest on nieprzyswajalny dla większości organizmów, za wyjątkiem niektórych bakterii. Bakterie glebowe z rodzaju Azotobacter mają zdolność do wiązania azotu cząsteczkowego NIndeks dolny 2 i redukowania go do amoniaku NHIndeks dolny 3. Związek ten rozpuszcza się w wodzie i przyjmuje postać jonu amonowego NHIndeks dolny 4Indeks górny +. Część jonów bakterie zużywają na własne potrzeby metaboliczne. Niewykorzystana część jonów amonowych trafia do gleby i może zostać pobrana przez korzenie roślin lub ulec dalszym przekształceniom.

RykVGQ8ULVGGo1
Fotografie przedstawiają glony występujące w sąsiedztwie niewidocznych cyjanobakterii. Na pierwszej fotografii widoczna jest sinica Anabaena w formie nitkowatej gałązki sterczącej z podłoża w zbiorniku wodnym. Druga fotografia przedstawia sinicę Nostoc. Ma ona postać galaretowatej warstwy, w której widoczne są kuliste i beczułkowate formy sinicy. Sinica Nostoc pokrywa wilgotne podłoże, na fotografii widoczny jest też mech, jesienne liście i gałązki.
Zdolność do wiązania azotu cząsteczkowego N2 i przekształcania go do formy przyswajalnej – amoniaku NH3 – mają także sinice (cyjanobakterie) z rodzaju Anabaena i Nostoc. Proces zachodzi w warunkach beztlenowych i jest katalizowany przez enzym o nazwie nitrogeneza. W tym celu sinice wytwarzają specjalne komórki – heterocysty, które są przystosowane do przeprowadzania przedstawionego procesu. Heterocysty otacza gruba ściana komórkowa nieprzepuszczająca tlenu. Komórki te posiadają uwsteczniony aparat fotosyntetyczny – w czasie fotosyntezy nie powstaje w nich tlen.
Źródło: Philippe Bourjon, YAMAMAYA, licencja: CC BY-SA 4.0.
Związki z roślinami40

Bakterie współtworzą związki symbiotyczne z organizmami roślinnymi. Na przykład bakterie brodawkowe z rodzaju Rhizobium wchodzą w symbiozę z roślinami motylkowymi – grochem, koniczyną czy łubinem. Bakterie brodawkowe przenikają z gleby przez włośniki do komórek korzenia rośliny, czego zewnętrznym przejawem jest wytwarzanie przez roślinę charakterystycznych brodawek korzeniowych. Bakterie te mają zdolność do wiązania azotu cząsteczkowego i przekształcania go do formy przyswajalnej przez rośliny, którą przekazują roślinnemu gospodarzowi. Z kolei roślina oddaje część produktów fotosyntezy bakteriom uzyskującym w ten sposób źródło pokarmu. Korzyść ze współpracy jest zatem obustronna.

Ryd4oCVmxCrMQ1
Fotografia przedstawia kwiaty komonicy błotnej. Na przybliżeniu widoczne są korzenie rośliny z brodawkami. Kwiaty mają rozgałęzioną łodygę, liście są podłużne, pięciolistkowe. Kwiaty komonicy błotnej to tzw. kwiaty motylkowe, żółte, łódeczki zaokrąglone na grzbiecie i stopniowo zwężające się w dzióbek. 
Komonica błotna Lotus uliginosus to gatunek rośliny z rodziny motylkowatych, która wchodzi w zależność symbiotyczną z bakteriami brodawkowymi z rodzaju Rhizobium. Na korzeniach rośliny powstają bulwkowate narośla zwane brodawkami.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., Frank Vincentz, www.flickr.com, https://commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.
Związki ze zwierzętami40

Bakterie współtworzą związki symbiotyczne z organizmami zwierzęcymi. Na przykład krętki z rodzaju Pillotina wchodzą w symbiozę z termitami. Owady te posiadają długie jelito w postaci komory fermentacyjnej, w której pobrany pokarm bogaty w celulozę ulega trawieniu. Rozkład pobranego pokarmu jest możliwy tylko przy udziale enzymów produkowanych przez krętki zasiedlające jelito owadów.

R3XwjstXXuR1Q1
Fotografia ukazująca gniazdo termitów. Ma kształt kopca. Zdjęcie przedstawia również przekrój gniazda termitów, które budują liczne korytarze wewnątrz termitiery.
Termitiera,  czyli gniazdo termitów, jest zbudowane z przeżutego drewna będącego pokarmem tych owadów.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Inne zwierzęta roślinożerne również korzystają z działalności symbiotycznych bakterii zdolnych do trawienia celulozy, np. krowa posiada bogatą florę bakteryjną w jednej z komór żołądka zwanej żwaczem. Ma on pojemność około 80 l i jego treść jest zasobna w symbiotyczne bakterie – w 1 ml może znajdować się do 100 mln komórek bakterii.

Bakterie jelitowe zasiedlają również przewody pokarmowe zwierząt mięsożernych i wszystkożernych, w tym człowieka. Dzięki ich obecności trawienie pokarmu jest ułatwione. Dostarczają one również gospodarzom witaminy K i B. Stosowanie antybiotyków prowadzi do wyjałowienia przewodu pokarmowego i skutkuje upośledzeniem trawienia pokarmu i niedoborem witamin.

Zakwit wód40

W sprzyjających warunkach świetlnych, termicznych i troficznych w zbiornikach wodnych obserwuje się gwałtowny wzrost fitoplanktonufitoplanktonfitoplanktonu, który nadaje wodzie charakterystyczne, zielone zabarwienie. W skład fitoplanktonu wchodzą cyjanobakterie i protisty roślinopodobne. Rozwój tych organizmów w krótkim czasie prowadzi do powstania na powierzchni wody zwartej biomasy, która odcina dostęp światła do głębszych warstw wody i tym samym hamuje fotosyntezę wodnych organizmów autotroficznych. Obumarłe mikroorganizmy z fitoplanktonu opadają na dno zbiornika i nasilają procesy rozkładu, prowadząc do zmniejszenia zawartości tlenu w wodzie. W czasie ich rozkładu wydzielane są substancje toksyczne.

R15fOYMJktDDk1
Zdjęcie zakwitów wody. Tafla wody pokryta jest breją.
Coraz powszechniejsze występowanie zakwitów wód świadczy o zaburzeniu równowagi ekologicznej. Przyczynia się do tego nieuporządkowana gospodarka wodno‑ściekowa.
Źródło: Agnieszka Kwiecień (Nova), http://commons.wikimedia.org, licencja: CC BY 2.5.
detrytus
destruenci
fitoplankton
bg‑blue

Przeanalizuj mapę pojęć i na jej podstawie wykonaj polecenie.

R5JfXo6I9DfXo1
Mapa myśli. Lista elementów:
  • Nazwa kategorii: Znaczenie bakterii w przyrodzie
      • Elementy należące do kategorii Znaczenie bakterii w przyrodzie
    • Nazwa kategorii: Zakwit wody
        • Elementy należące do kategorii Zakwit wody
      • Nazwa kategorii: Substancje toksyczne
          • Elementy należące do kategorii Substancje toksyczne
        • Nazwa kategorii: Zakaz spożycia wody
        • Nazwa kategorii: Zakaz kąpieli
          • Koniec elementów należących do kategorii Substancje toksyczne
        Koniec elementów należących do kategorii Zakwit wody
    • Nazwa kategorii: Związki ze zwierzętami
        • Elementy należące do kategorii Związki ze zwierzętami
      • Nazwa kategorii: Symbioza
          • Elementy należące do kategorii Symbioza
        • Nazwa kategorii: Bakterie jelitowe
            • Elementy należące do kategorii Bakterie jelitowe
          • Nazwa kategorii: Termity
          • Nazwa kategorii: Krowy (przeżuwacze)
            • Koniec elementów należących do kategorii Bakterie jelitowe
          Koniec elementów należących do kategorii Symbioza
      • Nazwa kategorii: Pasożytnictwo
          • Elementy należące do kategorii Pasożytnictwo
        • Nazwa kategorii: Bakterie chorobotwórcze
            • Elementy należące do kategorii Bakterie chorobotwórcze
          • Nazwa kategorii: Nosacizna
          • Nazwa kategorii: Gruźlica
            • Koniec elementów należących do kategorii Bakterie chorobotwórcze
          Koniec elementów należących do kategorii Pasożytnictwo
        Koniec elementów należących do kategorii Związki ze zwierzętami
    • Nazwa kategorii: Obieg
        • Elementy należące do kategorii Obieg
      • Nazwa kategorii: Pierwiastków
          • Elementy należące do kategorii Pierwiastków
        • Nazwa kategorii: Bakterie glebowe
            • Elementy należące do kategorii Bakterie glebowe
          • Nazwa kategorii: Wiązanie N[baseline‑shift: sub; font‑size: smaller;]2[/]
              • Elementy należące do kategorii Wiązanie N[baseline‑shift: sub; font‑size: smaller;]2[/]
            • Nazwa kategorii: Powstanie NH[baseline‑shift: sub; font‑size: smaller;]4[/][baseline‑shift: super; font‑size: smaller;]-[/]
              • Koniec elementów należących do kategorii Wiązanie N[baseline‑shift: sub; font‑size: smaller;]2[/]
            Koniec elementów należących do kategorii Bakterie glebowe
        • Nazwa kategorii: Bakterie nitryfikacyjne
            • Elementy należące do kategorii Bakterie nitryfikacyjne
          • Nazwa kategorii: Utlenianie NH[baseline‑shift: sub; font‑size: smaller;]4[/][baseline‑shift: super; font‑size: smaller;]+[/]
              • Elementy należące do kategorii Utlenianie NH[baseline‑shift: sub; font‑size: smaller;]4[/][baseline‑shift: super; font‑size: smaller;]+[/]
            • Nazwa kategorii: Powstanie NO[baseline‑shift: sub; font‑size: smaller;]3[/][baseline‑shift: super; font‑size: smaller;]-[/]
              • Koniec elementów należących do kategorii Utlenianie NH[baseline‑shift: sub; font‑size: smaller;]4[/][baseline‑shift: super; font‑size: smaller;]+[/]
            Koniec elementów należących do kategorii Bakterie nitryfikacyjne
          Koniec elementów należących do kategorii Pierwiastków
      • Nazwa kategorii: Materii
          • Elementy należące do kategorii Materii
        • Nazwa kategorii: Bakterie redukujące
            • Elementy należące do kategorii Bakterie redukujące
          • Nazwa kategorii: H[baseline‑shift: sub; font‑size: smaller;]2[/]O
          • Nazwa kategorii: CO[baseline‑shift: sub; font‑size: smaller;]2[/]
          • Nazwa kategorii: NH[baseline‑shift: sub; font‑size: smaller;]3[/]
            • Koniec elementów należących do kategorii Bakterie redukujące
          Koniec elementów należących do kategorii Materii
        Koniec elementów należących do kategorii Obieg
      Koniec elementów należących do kategorii Znaczenie bakterii w przyrodzie
Polecenie 1

Omów pozytywne i negatywne znaczenie bakterii dla funkcjonowania przyrody.

RFUU1VZ1Q3HJN
bg‑blue

Znaczenie bakterii dla człowieka

Wykorzystanie bakterii w przemyśle spożywczym

W przemyśle spożywczym bakterie są wykorzystywane do otrzymywania produktów nabiałowych, takich jak jogurty, kefiry, ser żółty czy twaróg oraz produktów kiszonych, np. ogórków i kapusty. W tym celu wykorzystuje się naturalne zdolności bakterii do prowadzenia fermentacji mlekowej polegającej na beztlenowym rozkładzie węglowodanów. W wyniku tego procesu mikroorganizmy uzyskują energię niezbędną do życia. Produktem reakcji jest kwas mlekowy. Opisany proces przeprowadzają bakterie mlekowe należące do rodzaju  Lactobacillus i Lactococcus.

R1BDMBRNKTNXE
Fotografia przedstawia garnek wypełniony płynem - serwatką, z której wyławiane są płaty kazeiny.
Świeże i niepasteryzowane mleko krowie naturalnie zawiera kultury bakterii Lactococcus lactis. P odstawieniu mleka na kilka dni w ciepłe miejsce, aby bakterie te mogły przeprowadzić fermentację mlekową i wytworzyć produkt spożywczy, jakim jest zsiadłe mleko. W czasie tego procesu bakterie zużywają cukier obecny w mleku – laktozę, a produkują kwas mlekowy, który zakwasza mleko do pH ok. 4. Kwaśny odczyn powoduje wytrącanie się białka mleka – kazeiny w postaci białawych płatów, które unoszą się w żółtawym płynie – serwatce.
Źródło: Joss D, www.flickr.com, licencja: CC BY-NC-SA 2.0.
R1UKQVNECFHM9
Fotografia przedstawia starty na tarce twardy żółty ser, tarkę oraz fragment kostki sera.
Produkty nabiałowe takie jak jogurt lub ser są otrzymywane na drodze fermentacji mleczanowej. W czasie tej reakcji powstaje tylko kwas mlekowy, który jednocześnie naturalnie konserwuje produkty spożywcze.
Źródło: http://pixabay.com, domena publiczna.
R1T2SR54UKJ6Z
Fotografia przedstawia słoik z ogórkami. Są one zanurzone w wodzie z solą i przykryte warstwą chleba. Na dnie słoja łodygi i baldachy kopru.
Produkty kiszone takie jak ogórki i kapusta są otrzymywane na drodze fermentacji mleczanowej. W czasie tej reakcji oprócz kwasu mlekowego powstają również niewielkie ilości kwasu octowego, etanolu i glicerolu. Mieszanina związków chemicznych nadaje tym produktom charakterystyczny smak i zapach.
Źródło: http://pixabay.com, domena publiczna.

Wykorzystanie bakterii w przemyśle farmaceutycznym i medycynie estetycznej

Rx5idIZnEtLZT
Pierwsza fotografia przedstawia probówkę ze stałym podłożem mikrobiologicznym. Na powierzchni podłoża widoczna jest warstwa promieniowców z rodzaju Streptomyces wykorzystywanych do produkcji antybiotyków. Druga fotografia przedstawia pałeczki E. coli widziane pod skaningowym mikroskopem elektronowym. Trzecia fotografia przedstawia twarz kobiety w trakcie zabiegu wstrzyknięcia kwasu botulinowego. Widoczne są dłonie lekarza w lateksowych rękawiczkach trzymające strzykawkę napełnioną kwasem botulinowym z igłą wbitą w okolicy żuchwy.
Źródło: El Bingle, NIAID, madamelenamazur, flickr.com, pixabay.com, licencja: CC BY-NC 2.0.

Wykorzystanie bakterii w rolnictwie i ochronie środowiska – biologiczne oczyszczanie ścieków, bioremediacja

W rolnictwie bakterie wykorzystywane są m.in. do biologicznego zwalczania szkodników upraw. Przykładem jest bakteria Bacillus thuringiensis Berliner, która w czasie tworzenia form przetrwalnikowych wytwarza romboidalne kryształy białkowe, działające toksycznie na larwy owadów.

R84F6DCAXXLP11
Na środku grafiki widoczna jest zielona gąsienica siedząca na łodydze i zjadająca zielony liść. Od poszczególnych elementów ilustracji odchodzą linie prowadzące do powiększeń w okręgach, opisujących proces krok po kroku: 1. Roślina żywicielska: Po lewej stronie znajduje się okrąg ze zdjęciem dojrzałej torebki bawełny z białym puchem, połączony linią z liściem, na którym żeruje gąsienica. Ilustracja ukazująca wykorzystanie form przetrwalnikowych bakteriiBacillus thuringiensis Berliner. Opis: Uprawa bawełny lub kukurydzy. Roślinę spryskuje się zawiesiną, która zawiera przetrwalniki bakteryjne. 2. Przetrwalniki i kryształy (góra): Nad liściem umieszczono napis „przetrwalniki (Bacillus thuringiensis)”. Wskazuje on dwa powiększone okręgi: jeden przedstawia niebieskawe, piramidalne kryształy białkowe, a drugi owalne, zielone komórki bakteryjne z widocznymi wewnątrz strukturami. Opis: PrzetrwalnikiBacillus thuringiensis Zawierają białkowe kryształy z owadobójczą toksyną. 3. Zatrucie gąsienicy: Strzałka pokazuje, że gąsienica zjada liść zanieczyszczony bakteriami i kryształami. Wewnątrz ciała gąsienicy schematycznie przedstawiono proces: kryształ toksyny (niebieski romb) łączy się z białkiem (czerwono‑żółta struktura przestrzenna pokazana w osobnym powiększeniu). Opis: Rozpuszczenie kryształów W zasadowym środowisku jelita kryształy są rozpuszczane, co powoduje aktywację toksycznego białka Cry. 4. Zniszczenie nabłonka jelita: Kolejna strzałka w ciele gąsienicy prowadzi do okręgu na dole z podpisem „perforacja błony jelitowej”. Schemat pokazuje komórki nabłonka jelita, na których osadza się toksyna, wywołując pęknięcie (perforację) bariery jelitowej. Opis: Perforacja błony jelitowej Cząsteczki białka Cry wbudowują się w błonę komórkową nabłonka jelita środkowego, tworząc w nim pory i niszcząc zwartą strukturę nabłonka. Zawartość jelita wypływa na zewnątrz, a larwa owada umiera. 5. Śmierć gąsienicy i namnażanie bakterii: Proces kończy się w tylnej części ciała gąsienicy. Strzałka prowadzi do ostatniego okręgu po prawej stronie, zawierającego fioletowe zdjęcie mikroskopowe, przedstawiające masowo namnażające się pałeczki bakterii w ciele martwego owada. Opis: Namnażanie bakterii w jelicie Wewnątrz jelita nadal następuje namnażanie bakterii Bacillus thuringiensis wraz z przetrwalnikami i kryształami.
Przetrwalniki Bacillus thuringiensis z białkowymi kryształami są nanoszone na uprawę roślinną w postaci zawiesiny, którą zjadają larwy owadów. Po spożyciu przez wrażliwą larwę białko Cry zostaje aktywowane w jej przewodzie pokarmowym. Następnie wiąże się z określonymi białkami błon komórek nabłonka jelita i może tworzyć w tych błonach pory, co prowadzi do uszkodzenia jelita i śmierci larwy.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W ochronie środowiska bakterie wykorzystywane są do bioremediacji. Stanowi ona zespół metod i technik wykorzystujących naturalne zdolności mikroorganizmów do całkowitego lub częściowego usuwania zanieczyszczeń. Przykładem praktycznego wykorzystania bakterii do usuwania zanieczyszczeń są biologiczne metody oczyszczania ścieków komunalnych i przemysłowych. Zanieczyszczona woda zawiera związki organiczne, które bakterie wykorzystują m.in. jako źródło pokarmu i rozkładają je do prostych związków nieorganicznych, np. wody i dwutlenku węgla. W wyniku tych procesów dochodzi do usunięcia zanieczyszczeń organicznych.

R1Ty5wGRLbZwU1
Schemat biologicznego oczyszczania ścieków za pomocą złoża zraszanego. Jedną z technik biologicznego oczyszczania ścieków jest tzw. złoże zraszane. Złoże ma postać kolumny wypełnionej żwirem, piaskiem lub substancjami syntetycznymi tworzącymi porowatą strukturę. Na powierzchni powstałych zagłębień rozwija się tzw. biofilm, czyli galaretowata masa składająca się z bakterii, grzybów, protistów i nicieni. Od góry złoże zraszane jest ściekami, a od dołu wtłaczane jest świeże powietrze. Dzięki mikroorganizmom obecnym w w biofilmie dochodzi do tlenowego rozkładu zanieczyszczeń organicznych. Procesy te prowadzą do usunięcia zanieczyszczeń z przepływającej wody.
Jedną z technik biologicznego oczyszczania ścieków jest tzw. złoże zraszane. Złoże ma postać kolumny wypełnionej żwirem, piaskiem lub substancjami syntetycznymi tworzącymi porowatą strukturę. Na powierzchni powstałych zagłębień rozwija się tzw. biofilm, czyli galaretowata masa składająca się z bakterii, grzybów, protistów i nicieni. Od góry złoże zraszane jest ściekami, a od dołu wtłaczane jest świeże powietrze. Dzięki mikroorganizmom obecnym w  biofilmie dochodzi do tlenowego rozkładu zanieczyszczeń organicznych. Procesy te prowadzą do usunięcia zanieczyszczeń z przepływającej wody.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Związki z roślinami i zwierzętami

Bakterie pasożytnicze wchodzą w związki antagonistycznezwiązki antagonistyczne (oddziaływania antagonistyczne)związki antagonistyczne z roślinami i zwierzętami, stanowiąc istotny czynnik chorobotwórczy. 

związki antagonistyczne (oddziaływania antagonistyczne)

Bakteriozy to choroby roślin wywołane zakażeniami bakteryjnymi. Ich objawem są m.in.: powstawanie narośli, więdnięcie i plamistość liści, upośledzenie wzrostu i rozwoju organizmów roślinnych.

RecodvbMiHEJv
Fotografia przedstawia kwiaty bzu lilaka zebrane w wiechy, otoczone liśćmi i rosnące na drzewie. Zbliżenie pokazuje liście zmienione przez bakteriozę - liście są pomarszczone i widoczne są na nich plamy.
Bez lilak i bakterioza bzu lilaka Syringa vulgaris – choroba bakteryjna objawiająca się powstawaniem brunatnych plam na liściach. Plamy te z czasem ciemnieją, a liść ulega skręceniu i obumarciu.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., Jerzy Opioła, commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 4.0.

Bakterie wywołują również choroby u zwierząt i ludzi. Wprowadzenie szczepień ochronnych, wykorzystanie antybiotyków w leczeniu zakażeń, stosowanie środków dezynfekcyjnych i podstawowych zasad higieny przynosi dobre rezultaty w walce z bakteriami chorobotwórczymi. Przykłady chorób bakteryjnych występujących u ludzi to: cholera, dur brzuszny, czerwonka bakteryjna, gruźlica, tężec, borelioza, salmonelloza, kiła i rzeżączka.

Ciekawostka

Epidemia „czarnej śmierci” w XIV–XV w. wywołana została prawdopodobnie przez bakterię pałeczki dżumy. Bakteria ta dotarła z Azji Środkowej do Europy wraz z kupcami podążającymi jedwabnym szlakiem handlowym.

Z kolei wywoływany przez prątki trąd wciąż stanowi realne zagrożenie – zachorowania na tę chorobę notuje się w wielu rejonach na świecie, np. w Indiach.

bg‑blue

Przeanalizuj mapę pojęć. Posługując się nią wykonaj polecenia.

RIfey1U4fQJJq1
Mapa myśli. Lista elementów:
  • Nazwa kategorii: Znaczenie bakterii dla człowieka
      • Elementy należące do kategorii Znaczenie bakterii dla człowieka
    • Nazwa kategorii: Pasożytnictwo
        • Elementy należące do kategorii Pasożytnictwo
      • Nazwa kategorii: Bakterie chorobotwórcze
          • Elementy należące do kategorii Bakterie chorobotwórcze
        • Nazwa kategorii: Kiła
        • Nazwa kategorii: Salmonelloza
          • Koniec elementów należących do kategorii Bakterie chorobotwórcze
        Koniec elementów należących do kategorii Pasożytnictwo
    • Nazwa kategorii: Przemysł spożywczy
        • Elementy należące do kategorii Przemysł spożywczy
      • Nazwa kategorii: Fermentacja mlekowa
          • Elementy należące do kategorii Fermentacja mlekowa
        • Nazwa kategorii: Bakterie
            • Elementy należące do kategorii Bakterie
          • Nazwa kategorii: Kefir
          • Nazwa kategorii: Jogurt
          • Nazwa kategorii: Kiszone ogórki
          • Nazwa kategorii: Kiszona kapusta
            • Koniec elementów należących do kategorii Bakterie
          Koniec elementów należących do kategorii Fermentacja mlekowa
        Koniec elementów należących do kategorii Przemysł spożywczy
    • Nazwa kategorii: Farmakologia
        • Elementy należące do kategorii Farmakologia
      • Nazwa kategorii: Antybiotyki
          • Elementy należące do kategorii Antybiotyki
        • Nazwa kategorii: [font‑style: italic]Strepomyces sp.[/]
            • Elementy należące do kategorii [font‑style: italic]Strepomyces sp.[/]
          • Nazwa kategorii: Tetracyklina
          • Nazwa kategorii: Erytromycyna
          • Nazwa kategorii: Strepotymycyna
            • Koniec elementów należących do kategorii [font‑style: italic]Strepomyces sp.[/]
          Koniec elementów należących do kategorii Antybiotyki
      • Nazwa kategorii: Produkcja hormonów
          • Elementy należące do kategorii Produkcja hormonów
        • Nazwa kategorii: [font‑style: italic]Escherichia coli[/]
            • Elementy należące do kategorii [font‑style: italic]Escherichia coli[/]
          • Nazwa kategorii: Cukrzyca
          • Nazwa kategorii: Karłowatość przysadkowa
            • Koniec elementów należących do kategorii [font‑style: italic]Escherichia coli[/]
          Koniec elementów należących do kategorii Produkcja hormonów
        Koniec elementów należących do kategorii Farmakologia
    • Nazwa kategorii: Medycyna estetyczna
        • Elementy należące do kategorii Medycyna estetyczna
      • Nazwa kategorii: Botoks
          • Elementy należące do kategorii Botoks
        • Nazwa kategorii: [font‑style: italic]Clostridium botulinum[/]
            • Elementy należące do kategorii [font‑style: italic]Clostridium botulinum[/]
          • Nazwa kategorii: Redukcja zmarszczek
            • Koniec elementów należących do kategorii [font‑style: italic]Clostridium botulinum[/]
          Koniec elementów należących do kategorii Botoks
        Koniec elementów należących do kategorii Medycyna estetyczna
    • Nazwa kategorii: Rolnictwo
        • Elementy należące do kategorii Rolnictwo
      • Nazwa kategorii: Zwalczanie szkodników
          • Elementy należące do kategorii Zwalczanie szkodników
        • Nazwa kategorii: [font‑style: italic]Bacillus thuringensis[/]
          • Koniec elementów należących do kategorii Zwalczanie szkodników
        Koniec elementów należących do kategorii Rolnictwo
    • Nazwa kategorii: Ochrona środowiska
        • Elementy należące do kategorii Ochrona środowiska
      • Nazwa kategorii: Oczyszczanie ścieków
          • Elementy należące do kategorii Oczyszczanie ścieków
        • Nazwa kategorii: Bakterie redukujące
            • Elementy należące do kategorii Bakterie redukujące
          • Nazwa kategorii: H[baseline‑shift: sub; font‑size: smaller;]2[/]O
          • Nazwa kategorii: CO[baseline‑shift: sub; font‑size: smaller;]2[/]
            • Koniec elementów należących do kategorii Bakterie redukujące
          Koniec elementów należących do kategorii Oczyszczanie ścieków
        Koniec elementów należących do kategorii Ochrona środowiska
    • Nazwa kategorii: Mutualizm
        • Elementy należące do kategorii Mutualizm
      • Nazwa kategorii: Bakterie jelitowe
          • Elementy należące do kategorii Bakterie jelitowe
        • Nazwa kategorii: Wit. K
        • Nazwa kategorii: Wit. B
        • Nazwa kategorii: Trawienie pokarmu
          • Koniec elementów należących do kategorii Bakterie jelitowe
        Koniec elementów należących do kategorii Mutualizm
      Koniec elementów należących do kategorii Znaczenie bakterii dla człowieka
Polecenie 2

Na mapie pojęć gram‑dodatnia laseczka Clostridium botulinum została przypisana do medycyny estetycznej, ponieważ może wytwarzać toksynę botulinową — silną neurotoksynę hamującą przekazywanie sygnałów z nerwów do mięśni. Odpowiednio oczyszczone i ściśle dawkowane preparaty tej toksyny są stosowane w leczeniu niektórych chorób oraz w medycynie estetycznej. Nieprawidłowe zastosowanie lub spożycie toksyny może prowadzić do ciężkiego zatrucia.

R1LHIlvV9DuC3
Na podstawie źródeł wiedzy naukowej określ przyczyny i objawy botulizmu, czyli zatrucia jadem kiełbasianym. Wskaż metody leczenia tej choroby oraz sposoby jej zapobiegania. Czy w świetle zebranych przez ciebie informacji należy zmienić położenie laseczki Clostridium botulinum na mapie pojęć? Uzasadnij swoją odpowiedź oraz podaj źródła wiedzy, na podstawie których została sformułowana. (Uzupełnij).
Polecenie 3
RzfA745RyKhX7
Na mapie pojęć bakteria Escherichia coli, czyli pałeczka okrężnicy, odpowiada pojęciu farmakologii, gdyż bakterię tę stosuje się do produkcji ludzkich hormonów, np. insuliny czy somatotropiny. Bazując na swojej wiedzy lub też odnosząc się do źródeł wiedzy naukowej, określ inne funkcje pełnione przez pałeczkę okrężnicy w przyrodzie i w gospodarce człowieka. Do jakich dziedzin na mapie pojęć można przypisać pałeczkę okrężnicy ze względu na te funkcje? A może należałoby stworzyć zupełnie nowe gałęzie pojęć? Powołaj się na źródła, na których oparłeś swoją wypowiedź. (Uzupełnij).
bg‑blue

Wybrane choroby bakteryjne człowieka

1

Nazwa bakterii

Nazwa choroby

Droga zakażenia

Objawy

Borrelia burgdorferi (krętek)

borelioza

ukąszenie przez kleszcza - nosiciela krętka

  • u niektórych rumień wędrujący, który może pojawić się nawet po 3 tygodniach od ukąszenia

  • objawy grypopodobne

  • objawy ze strony układu nerwowego, kostno‑stawowego i krążenia

Vibrio cholerae (przecinkowiec cholery)

cholera

droga pokarmowa, kontakt z chorym

  • biegunka

  • wymioty

  • charakterystyczny wygląd skóry (skóra pomarszczona, jak po umyciu rąk)

  • wyostrzenie rysów twarzy

Salmonella enteritidis (pałeczka salmonellozy)

salmonelloza

droga pokarmowa (fekalno‑oralna)

  • wysoka gorączka, dreszcze

  • kurczowe, silne bóle brzucha

  • biegunka

  • nudności i gwałtowne wymioty

  • bóle głowy oraz ogólne rozbicie i osłabienie mięśniowe

Mycobacterium tuberculosis (prątek gruźlicy)

gruźlica

droga kropelkowa, rzadziej droga pokarmowa

  • kaszel

  • gorączka

  • spadek masy ciała

  • guzki gruźlicze w zakażonych narządach

Clostridium tetani (laseczka tężca)

tężec

kontakt zranionej skóry z glebą, w której znajdują się laseczki tężca

  • zaburzenia czucia

  • szczękościsk

  • wzmożone napięcie mięśni

  • drgawki

Bacillus anthracis (laseczka wąglika)

wąglik

droga pokarmowa, droga oddechowa, kontakt zranionej skóry z glebą, w której znajdują się laseczki wąglika, kontakt ze zwierzętami zakażonymi laseczką

objawy zależne od postaci:

a) postać skórna:

  • czarna krosta

b) postać jelitowa:

  • ból brzucha

  • biegunka

  • gorączka

c) postać płucna:

  • ciężkie zapalenie płuc

Treponema pallidum (krętek blady)

kiła

stosunek seksualny

  • początkowo może być bezobjawowa

  • pierwszym objawem jest grudka w miejscu wniknięcia patogenu, która następnie przekształca się we wrzód twardy

  • w późniejszym etapie choroby występuje uogólniona wysypka i powiększenie węzłów chłonnych

  • w ostatnim etapie choroba dotyka OUN, kości i układu krążenia

Neisseria gonorrhoeae (dwoinka rzeżączki)

rzeżączka

stosunek seksualny

  • u mężczyzn najczęściej zapalenie cewki moczowej (ból, pieczenie i ropny wyciek z cewki)

  • u kobiet najczęściej bezobjawowo albo rzeżączkowe zapalenie szyjki macicy (ropne upławy z pochwy, pieczenie w pochwie, ból w podbrzuszu)

Chlamydia trachomatis (bakteria atypowa)

chlamydioza

stosunek seksualny

  • wywołuje zapalenie cewki moczowej (wyciek z cewki moczowej, ból i pieczenie)

  • u kobiet może także być przyczyną zapalenia szyjki macicy – najczęściej bezobjawowego

Leczenie infekcji bakteryjnych

Antybiotyki są substancjami hamującymi wzrost bakterii lub powodującymi ich śmierć. Część z nich jest naturalnie wytwarzana przez mikroorganizmy, zwłaszcza bakterie i grzyby, a wiele współczesnych leków przeciwbakteryjnych stanowią związki półsyntetyczne lub syntetyczne.

Różne antybiotyki działają na różne bakterie. W celu dobrania odpowiedniego antybiotyku wykonuje się antybiogram. Na szklaną szalkę pokrytą hodowlą danej bakterii nanosi się krążki nasączone różnymi antybiotykami:

RUlfTr5pQvMHs
Na zdjęciu Szalka Petriego, której powierzchnia pokryta jest pomarańczowo - brunatnym osadem, szczep bakterii. Na szkiełku rozmieszczono wiele różnych krążków nasączonych różnymi antybiotykami. W związku z tym wokół krążków osad cofnął się. Krążki otoczone są przezroczystymi okręgami. W przypadku niektórych krążków osad cofnął się bardziej, w przypadku innych mniej. To zależy od siły oddziaływania danego antybiotyku na dany szczep bakterii.
Antybiogram. Szalka Petriego z hodowlą bakterii Enterobacter sakazakii i nałożonymi krążkami, które nasączono antybiotykami. Lek hamuje rozwój bakterii, co objawia się obwódką wokół krążka (która wynika z braku bakterii). Im większa obwódka, tym większa wrażliwość bakterii na dany antybiotyk.
Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna.

Antybiotyki nie są jednak cudownymi lekami. Dzięki zmienności genetycznej bakterie mogą nabywać oporność na antybiotyki, na które wcześniej były wrażliwe. Przykładowe mechanizmy oporności to wykształcenie enzymu rozkładającego lek albo zmiany w budowie ściany komórkowej, które uniemożliwiają przedostawanie się antybiotyku do wnętrza komórki. Główną przyczyną rozwoju oporności bakterii jest nadużywanie tych farmaceutyków w leczeniu – np. stosowanie ich w przypadku infekcji wirusowej lub niestosowanie się do zaleceń lekarskich poprzez skracanie terapii.

Zapobieganie infekcjom bakteryjnym

Do najważniejszych metod zapobiegania chorobom bakteryjnym należą: szczepienia ochronne, unikanie kontaktu z osobami chorymi, zachowanie odpowiedniej higieny osobistej oraz higieny przyrządzania posiłków, obróbka termiczna żywności, stosowanie prezerwatyw podczas stosunków płciowych, sterylizacja i dezynfekcja. Istotne jest także zapobieganie rozprzestrzenianiu się antybiotykooporności wśród bakterii - antybiotyki należy stosować wyłącznie w uzasadnionych zakażeniach bakteryjnych, w dawce i przez czas zalecony przez lekarza.

Podsumowanie

  • Rola destruentów (reducentów): Bakterie rozkładają detrytus (martwą materię organiczną) do prostych związków nieorganicznych (woda, dwutlenek węgla, amoniak). Dzięki temu zamykają obieg materii w ekosystemach, umożliwiając ponowne wykorzystanie pierwiastków przez producentów.

  • Udział w obiegu azotu: Bakterie glebowe oraz symbiotyczne (np. Rhizobium) posiadają unikalną zdolność wiązania azotu cząsteczkowego z atmosfery i przekształcania go w formy przyswajalne dla roślin (amoniak, jony amonowe). Inne bakterie uczestniczą w procesach nitryfikacji i denitryfikacji.

  • Związki symbiotyczne ze zwierzętami: Bakterie zasiedlające układy pokarmowe przeżuwaczy (np. w żwaczu krowy) oraz termitów umożliwiają trawienie celulozy. U człowieka bakterie jelitowe ułatwiają trawienie oraz syntetyzują niezbędne witaminy z grup B i K.

  • Negatywny wpływ na ekosystemy wodne: Nadmierny rozwój bakterii (w tym sinic) prowadzi do zakwitu wód. Skutkuje to odcięciem dopływu światła, zahamowaniem fotosyntezy w głębszych warstwach, zużyciem tlenu podczas rozkładu biomasy oraz wydzielaniem toksyn, co prowadzi do śnięcia ryb.

  • Wykorzystanie w gospodarce i przemyśle:
    - Spożywczy: Produkcja jogurtów, serów i kiszonek dzięki fermentacji.
    - Rolnictwo: Biologiczne zwalczanie szkodników.
    - Ochrona środowiska: Biologiczne oczyszczanie ścieków oraz bioremediacja (usuwanie zanieczyszczeń z gleby i wody).
    - Farmacja: Produkcja antybiotyków, leków, witamin i hormonów (np. insuliny) przy użyciu bakterii zmodyfikowanych genetycznie.

  • Charakterystyka wybranych chorób bakteryjnych człowieka:
    - gruźlica - wywoływana przez prątki gruźlicy; atakuje głównie płuca; przenoszona drogą kropelkową.
    - tężec - wywoływany przez laseczki tężca (bytujące w glebie); zakażenie przez zabrudzenie rany; objawia się silnymi skurczami mięśni.
    - borelioza - przenoszona przez kleszcze; objawy to m.in. rumień wędrujący, bóle stawów i objawy neurologiczne.
    - salmonelloza - zatrucie pokarmowe wywołane spożyciem zakażonej żywności (mięso, jaja); objawy: biegunka, wymioty, gorączka.
    - kiła i rzeżączka - choroby przenoszone drogą płciową; profilaktyka obejmuje bezpieczne zachowania seksualne.

  • Zwalczanie i profilaktyka: Podstawą leczenia infekcji bakteryjnych są antybiotyki, dobierane często na podstawie antybiogramu. Ważnym problemem jest narastająca oporność na antybiotyki wynikająca z ich nadużywania. Profilaktyka obejmuje szczepienia ochronne, higienę osobistą, sterylizację narzędzi oraz właściwą obróbkę termiczną żywności.

Ćwiczenia utrwalające

Ćwiczenie 1
RZ5wkVl5AMCUo
Wskaż poprawne dokończenie zdania. Bakterie w przewodzie pokarmowym są dla gospodarza źródłem. Możliwe odpowiedzi: 1. witaminy A, 2. witamin z grupy Be i De, 3. witamin z grupy Be i Ka , 4. witaminy Ce.
Ćwiczenie 2
ROYZzBEZkSMPJ
Wskaż zdanie, które najlepiej określa formę współżycia roślin motylkowych z bakteriami brodawkowymi. Możliwe odpowiedzi: 1. Współżycie roślin motylkowych z bakteriami brodawkowymi jest korzystne dla obu gatunków., 2. Rośliny motylkowe odnoszą korzyści z interakcji z bakteriami brodawkowymi, natomiast dla bakterii współżycie z roślinami motylkowymi ma wartość obojętną – nie przynosi im ani pożytku, ani nie wyrządza szkody., 3. Bakterie brodawkowe pasożytują na korzeniach rośliny motylkowej., 4. Dzięki bakteriom brodawkowym roślina motylkowa ma łatwiejszy dostęp do azotu.
Ćwiczenie 3
R14C7E8KJOBOD
Wskaż zdania zawierające nieprawdziwe informacje. Możliwe odpowiedzi: 1. W przemyśle farmaceutycznym bakterie wykorzystywane są między innymi do otrzymywania antybiotyków. Zasadniczą rolę w tym procesie odgrywają bakterie należące do promieniowców z rodzaju Pillotina., 2. Bakterie z rodzaju Rhizobium wchodzą w symbiozę z roślinami motylkowymi – grochem, koniczyną i łubinem., 3. Pałeczka okrężnicy Escherichia coli to bakteria naturalnie występująca w jelicie grubym człowieka, w którym pełni rolę organizmu symbiotycznego., 4. W przemyśle spożywczym bakterie wykorzystywane są między innymi do otrzymywania produktów nabiałowych, dzięki ich zdolności do przeprowadzania fermentacji mlekowej. Proces ten przeprowadzają laseczki Lactobacillus casei i Lactobacillus plantarum oraz paciorkowce Streptococcus lactis i Streptococcus cremoris., 5. W rolnictwie bakterie wykorzystywane są między innymi do biologicznego zwalczania szkodników upraw. Przykładem jest bakteria Bacillus thuringiensis, która w czasie tworzenia form przetrwalnikowych wytwarza romboidalne kryształy białkowe, działające toksycznie na larwy owadów., 6. Bakterie glebowe z rodzaju Streptomyces mają zdolność do wiązania azotu cząsteczkowego N2 i redukowania go do amoniaku NH3.
1
Ćwiczenie 4

Chorobę tę wywołuje neurotoksyna produkowana przez laseczki jadu kiełbasianego. Przybiera różne formy: klasyczną (zatrucie pokarmowe), przyranną, wziewną, niemowlęcą oraz jatrogenną (przedawkowanie toksyny botulinowej stosowanej w zabiegach medycznych oraz medycyny estetycznej). Śmierć jest zwykle wynikiem paraliżu mięśni oddechowych.

R1U8KbfsIkhQ8
Na podstawie powyższego opisu choroby określ nazwę choroby i  (Uzupełnij).
Polecenie 4

Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.

Czynności życiowe i zmienność genetyczna bakterii
Sprawdź co umiesz