Микроорганизмы как симбиотические партнеры реферат микробиология

Обновлено: 07.07.2024

В естественной среде обитания в процессе эволюции сформировались весьма сложные и многообразные взаимоотношения между определенными видами и группами микроорганизмов. Совместное существование различных организмов получило название симбиоза, в широком смысле слова — сожительства. Симбиотические отношения можно подразделить на конкурентные и ассоциативные (взаимно благоприятствующие).

Ассоциативные взаимоотношения.

Ассоциативные взаимоотношения микроорганизмов в природе встречаются очень часто. Среди них можно выделить несколько еще более узких смысловых форм.

1. Метабиоз — взаимоотношения, при которых один микроорганизм своей жизнедеятельностью создает условия для развития другого, как правило, продолжающего процесс, начатый первым. Именно метабиотические отношения микроорганизмов лежат в основе круговорота основных биогенных элементов в природе. (амонификаторы в почве существуют рядом с нитрификаторами).

2. Симбиоз в – совместное проживание, приносящее взаимопользу. Симбионты совместно всегда развиваются лучше, чем каждый из них в отдельности. Иногда симбиоз становится настолько глубоким, что организмы утрачивают способность развиваться самостоятельно, например молочнокислые бактерии и дрожжи, образующие кефирные зерна. Молочнокислые бактерии, образуя молочную кислоту, подкисляют среду и тем самым стимулируют развитие дрожжей. Последние синтезируют аминокислоты и витамины, необходимые для питания молочнокислых бактерий.

3. комменсализм, при котором взаимная польза совместно существующих микроорганизмов не выражена отчетливо, но они и не причиняют вреда друг другу. Примером комменсалов может служить нормальная микрофлора кишечника человека и животного.

4. Сателлизм–—разновидность ассоциативных взаимоотношений, предусматривающая стимуляцию одного микроорганизма другим. Так, дрожжевые грибы и сарцины, продуцирующие различные аминокислоты и витамины, очень часто способствуют росту и размножению других, более требовательных к питательному субстрату бактерий, молочнокислых или уксуснокислых.

Конкурентные взаимоотношения.

1. антагонизма, при котором один микроорганизм своей жизнедеятельностью подавляет развитие другого. Антагонистические отношения между микроорганизмами возникают в борьбе за вещества питательного субстрата, за использование молекулярного кислорода, за экологическую нишу.

2. антибиоз, в основе которого лежит выделение одним микроорганизмом вещества, токсичного для другого. Именно на этом свойстве микроорганизмов основано применение арсенала современных антибиотических препаратов.

3. паразитизм. При паразитизме один микроорганизм использует другой как источник питательного субстрата, что нередко сопровождается гибелью жертвы.

АНТИБИОТИКИ

Антибиотики — высокоактивные метаболиты микроорганизмов, избирательно подавляющие рост многих бактерий, единичных вирусов и некоторых опухолей.

Продуцентами антибиотических веществ являются актиномице-ты, плесневые грибы и бактерии.

Большая часть антибиотиков, вошедших в клиническую практику, получена из актиномицетов (стрептомицин, левомицетин, тетрациклины, канамицин, эритромицин, нистатин и др.).

Продуцентами пенициллинов и цефалосноринов являются плесневые грибы рода Penicillium и рода Cephalosporium.

Механизм действия антибиотиков на микроорганизмы различен.

По характеру антимикробного эффекта выделяют антибиотики узкого и широкого спектра действия.

Антибиотики с узким спектром действия, например пенициллины, подавляют рост грамположительных кокков и бактерий, грамотрицательных кокков и спирохет, но не действуют на кислотоустойчивые и грамотрицательные бактерии, микоплазмы, риккетсии и простейших.
Антибиотики широкого спектра действия, например тетрациклины, подавляют рост многих грамположительных, грамотрицательных и кислотоустойчивых бактерий, а также рост риккетсии, хламидий и микоплазм.

К настоящему времени выделено свыше 2000 различных антибиотических веществ. Однако в медицинской практике применение нашли пока всего несколько десятков. Учитывая лекарственную устойчивость патогенных микроорганизмов, человеку приходится постоянно получать новые терапевтические препараты.

ВЗАИМООТНОШЕНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ С РАСТЕНИЯМИ

Микрофлора ризосферы. Растения выделяют во внешнюю среду различные органические соединения — сахара, органические кислоты, нуклеотиды, аминокислоты, витамины, стимуляторы роста, представляющие собой легкодоступный и весьма разнообразный субстрат для питания микроорганизмов. Поэтому не случайно, что корневая система и наземные органы растений обильно населены микроорганизмами. В свою очередь, микрофлора ризосферы, принимая участие в процессах трансформации органических веществ в почве, обеспечивает растения необходимыми элементами минерального питания, а также и некоторыми биологически активными веществами. Кроме того, микроорганизмы ризосферы разлагают многие токсичные для растений соединения, обеззараживая почву. Степень взаимного влияния растений и бактерий определяется их контактом.

Фитопатогенные микроорганизмы. Практически во всех группах микроорганизмов имеются возбудители болезней растений. Первое место среди фитопатогенных микробов принадлежит грибам, второе место занимают вирусы и бактерии и лишь небольшой процент болезней растений вызывают актиномицеты.

Большинство фитопатогенных микроорганизмов активно синтезируют гидролитические ферменты (пектипазы, целлюлазы, протеазы и др.), вызывающие мацерацию растительных тканей и разрушение клеточных оболочек, что приводит к проникновению возбудителя болезни внутрь клетки. Проникнув в клетку, фитопатогенные микробы нарушают нормальный ход физиологических процессов, прежде всего фотосинтеза и дыхания. Токсины, выделяемые возбудителем болезни, инактивируют ферменты растительной клетки, что в конечном счете приводит ее к гибели.

ВЗАИМООТНОШЕНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ С ЧЕЛОВЕКОМ И ЖИВОТНЫМИ

Нормальная микрофлора человека и животных.

Совокупность микроорганизмов, приспособившихся к жизни в организме человека и животных и не вызывающих каких-либо нарушений физиологических функций макроорганизма, носит название нормальной микрофлоры.

Нормальную микрофлору человека и животных подразделяют на облигатную и факультативную. К облигатной микрофлоре относятся относительно постоянные сапрофитные и условно – патогенные микроорганизмы, максимально приспособленные к существованию в организме хозяина. Факультативная микрофлора является случайной и временной. Она определяется поступлением микроорганизмов из окружающей среды, а также состоянием иммунной системы макроорганизма.

В ротовой полости человека и животных основная масса бактерий локализуется а зубном налете. В 1 г сухой массы зубного налета содержится не менее 250 млн. микробных клеток.

В желудке человека микроорганизмы почти отсутствуют, что обусловливается бактерицидным действием желудочного сока и кислой реакцией рН.

В тонком кишечнике обитает сравнительно мало бактерий (10 2 —10^), преимущественно аэробные формы. Зато в толстом кишечнике имеется колоссальное количество микробов, включающих более 260 разных видов факультативных и облигатных анаэробов.

Из окружающего воздуха вместе с пылью в дыхательные пути человека и животных поступает масса микробов. Благодаря защитной функции эпителия и бактерицидного действия лизоцима и муцина слизистой носа большая часть микроорганизмов задерживается в верхних дыхательных путях. Бронхи и альвеолы легких практически стерильны. В составе микрофлоры верхних дыхательных путей содержатся относительно постоянные микробы, представленные стафилококками, коринебактериями, стрептококками, бактероидами, капсульнымн грамотрицательными бактериями и др.

Субстратом для питания бактерий на поверхности кожи служат выделения потовых и сальных желез, а также отмирающие клетки эпителия. Наиболее богата микроорганизмами кожа открытых частей тела — рук, лица, шеи. Подавляющая масса микроорганизмов кожи представлена сапрофитными бактериями — стафилококками, бациллами, микобактериями, коринебактериями и дрожжевыми грибами и только в 5% анализов выделяется условно-патогенный микроб — золотистый стафилококк.

Нормальная микрофлора в организме человека и животных играет важную роль в формировании естественного иммунитета. Установлено, что облигатные микроорганизмы, продуцирующие вещества типа антибиотиков, молочную кислоту, спирты, пероксид водорода и другие соединения, обладают ярко выраженными антагонистическими свойствами в отношении многих патогенных бактерий. Качественные и количественные нарушения в составе микро-боиенозов в организме человека получили название дисбактериоза. Последний возникает чаще всего в результате длительного приема антибиотиков, а также при хронических инфекциях, радиации и действии экстремальных факторов. Развитие дисбактериоза объясняется подавлением облигатной микрофлоры макроорганизма и соответственно активным размножением условно-патогенных бактерий (Proteus, Pseudomonas) и дрожжевых грибов Candida al-bicans.

Патогенные микроорганизмы.

Патогенными (от греч. patos — болезнь) называются микроорганизмы, способные вызывать заболевания человека, животных и растений.

Основным свойством патогенных бактерий является специфичность их действия, которая проявляется в локализации возбудителя в определенных органах и тканях организма, клинической картине инфекционного процесса, механизмах выделения и передаче микроба.

Вирулентность патогенных микроорганизмов теснейшим образом связана с образованием ими экзо- и эндотоксинов, способностью к инвазии (проникновению в организм хозяина), формированием капсульной слизи, а также выделением агрессинов (веществ, подавляющих защитные силы организма).

Внедрение патогенных микробов, нарушающих физиологическое равновесие и физиологические функции макроорганизма, приводит к развитию инфекции. Общими наиболее типичными признаками инфекции являются воспаление, лихорадка, поражение вегетативной и центральной нервной системы, нарушение сердечно-сосудистой и дыхательной функций, а при некоторых заболеваниях появление накожной сыпи. В ходе инфекционного процесса возбудители из перзичного очага могут поступать в кровь и разноситься по всему организму, что приводит к развитию сепсиса. При благоприятном течении инфекционный процесс заканчивается выздоровлением. В борьбе с инфекционными заболеваниями существенную роль играют защитные силы организма.

Иммунитет.

Защита организма от инфекционных и других генетически чужеродных для него агентов (микробов или их токсинов) получила название иммунитета. По происхождению различают врожденный и приобретенный иммунитет.

Врожденный иммунитет является одним из видовых генетических признаков организма, передаваемых по наследству. Он выражается в невосприимчивости какого-либо вида животных или человека к микроорганизму, вызывающему заболевание у других видов. Так, человек невосприимчив к чуме собак и крупного рогатого скота, куриной холере, инфекционной анемии лошадей. В свою очередь, животные не поражаются такими инфекциями человека, как гонорея, сифилис, брюшной тиф, скарлатина, корь и др.

Приобретенный иммунитет формируется в процессе жизни организма и не передается по наследству. Он вырабатывается в организме после перенесенного заболевания или искусственного введения вакцины либо готовых антител. Приобретенный иммунитет является высокоспецифичным. Так, человек, переболевший оспой, приобретает иммунитет только к ней и сохраняет чувствительность к другим инфекциям.

Механизмы иммунитета сложны и разнообразны. Важным факто-том защиты, освобождающим организм от патогенных микробов и других чужеродных агентов, является фагоцитоз. Значение фагоцитоза в иммунитете обосновано И. И. Мечниковым. Процесс фагоцитоза заключается в активном поглощении и переваривании чужеродного агента специализированными клетками организма, получившими название фагоцитов. Фагоцитарной активностью обладают микро-и макрофаги. К микрофагам относятся гранулоциты (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы). Они первыми проникают в очаг воспаления. Среди макрофагов различают подвижные (моноциты крови, полибласты, гистиоциты) и неподвижные (клетки селезенки, лимфатической ткани, клетки Купфера печени) клетки.

Процесс фагоцитоза проходит в несколько стадий: 1) приближение фагоцита к чужеродному объекту; 2) захват фагоцитируемого объекта; 3) внутриклеточное ферментативное переваривание объекта фагоцитом. Фагоцитарная активность организма в значительной мере определяет его сопротивляемость инфекции.

Специфическим механизмом приобретенного иммунитета служит образование антител в ответ на внедрение в организм того или иного антигена. В роли антигенов выступают чужеродные для организма патогенные микробы, их токсины, а также белки, нуклеиновые кислоты, липиды, полисахариды и т. д. Антигены обладают способностью индуцировать образование антител и вступать с ними в специфическое взаимодействие.

Антитела представляют собой иммуноглобулины — специфические гетерогенные белки с характерными химическими и биологическими свойствами. Для синтеза иммуноглобулинов необходима кооперация трех типов клеток в организме — Т- и В-лимфоцитов и макрофагов. Первыми в контакт с антигеном вступают макрофаги. Они захватывают антиген, частично гидролизуют его, а оставшуюся часть выделяют на свою клеточную поверхность. Далее макрофаги вступают в кооперацию с Т- и В-лимфоцитами, передавая им информацию для иммуногенеза. Под влиянием антигенов В-лимфоциты дифференцируются в плазматические клетки, синтезирующие антитела. Т-лимфоциты выполняют функцию контроля и регуляции этого процесса. Среди популяции Т-лимфо-цитов имеются клетки-хелперы (помощники), усиливающие процесс антителообразования; клетки-сунрессоры, вызывающие торможение синтеза антител; клетки-киллеры (убийцы), способные разрушать чужеродные клетки; клетки-активаторы макрофагов, усиливающие процесс фагоцитоза. Синтезирующиеся в плазматических клетках антитела накапливаются в сыворотке крови, лимфе, экстрактах тканей и реагируют с гомологичными антигенами. О наличии антител в организме судят по лизису антигена и потере им токсичности. Способность антител связынзть и нейтра-лизовывать антигены и обеспечивает формирование иммунитета в организме.

Стоит отметить, что между различными микроорганизмами существуют разнообразные взаимоотношения, относящиеся к разным типам. В процессе эволюции произошла выработка отношений зависимости, односторонней или взаимной, выходящее далеко за пределы связей, которые в свою очередь обуславливаются пищевыми цепями.
Следует иметь в виду, что после того как эукариотические и прокариотические микроорганизмы достигли своего современного уровня совершенствования, появились высшие формы жизни, а также потенциально новые местообитания для низших. Отметим, что растения и животные совершенствовались в такой среде, в которой уже находились все типы метаболизма, которые являются свойственными для прокариотов.
Отсюда отмечается создание множества партнерских отношений между микроорганизмами, с одной стороны, и растениями, и животными с иной. В достаточной степени тесное сожительство двух разных организмов имеет название – симбиоз. Все вышеизложенное позволяет сказать, что данная тема является актуальной на сегодняшний день.
Цель работы – изучить и описать микроорганизмы, как симбиотические партнеры.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Изучить понятие микроорганизмов
Рассмотреть симбиотические взаимоотношения микроорганизмов

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

Важно отметить, что на сегодняшний день под микроорганизмами принято понимать, ни что иное, как мельчайшие организмы, которые имеют разнообразное строение и различные биологические свойства. Следует иметь в виду, что непосредственным изучением строения микроорганизмов, их физиологии и морфологии, систематики и жизненных циклов, изменчивости и наследственности, взаимоотношений микроорганизмов с организмом человека или животного и внешней средой в целом, занимается такая наука, как микробиология.
Отметим, что микроорганизмы, которые имеют клеточную организацию, могут быть отнесены к прокариотам или эукариотам. При этом первая группа – это бактерии, вторая группа – это грибы и простейшие. В тоже время к микроорганизмам следует отнести также неклеточные формы жизни – прионы, вироиды и вирусы.
Немаловажно, что микроорганизмы имеют очень широкое распространение в окружающей природе. Их нахождение можно отмечать в воде, почве, воздухе, в организме и на поверхности тела животного или человека, на различных предметах, на растениях, в пищевых продуктах.
В тоже время, стоит сказать, что микроорганизмы играют одну из важных ролей в круговороте веществ в природе. Так как в частности благодаря микроорганизмам почвы происходит осуществление биологического круговорота углерода, фосфора, азота, фиксации молекулярного азота воздуха, также с помощью их непосредственной жизнедеятельности происходит процесс разложения и минерализации растительных остатков и животных, которые попадают в почву, процесс ее самостоятельного очищения от отбросов и нечистот.
Важно, что микроорганизмы, местом обитаниях которых является вода, участвуют в круговороте серы, железа и иных элементов, в свою очередь осуществляющих разложение органических веществ растительного и животного происхождения, обеспечивают очищение воды в водоемах.
Немаловажно, что микрофлора, которая заселяет организм человека и животных, играет одну из важных ролей в их жизнедеятельности . При этом большая часть микроорганизмов применяют для получения биологически активных соединений, разнообразных пищевых, к примеру, кисломолочных продуктов.
Отметим, что в сельском хозяйстве используют бактериальные удобрения, благодаря которым микроорганизмы производят консервирование кормов.
Стоит сказать, то относительно маленькая часть микроорганизмов считается патогенной или условно-патогенной для животных и человека.
Ряд некоторых микроорганизмов способны вызывать поражение сельскохозяйственных продуктов, обеднению почвы азотом, обладают деструктивным действием на объекты окружающей среды, производственные и иные сооружения, санитарно- технические вызывают загрязнение и цветение водоемов, накопление ядовитых веществ.
Следует иметь в виду, что микроорганизмы, как правило, отличаются достаточно хорошей приспособляемостью к действию факторов внешней среды. Разные микроорганизмы могут расти при различных температурных режимах от -6° до +50—75°, повышенном уровне ионизирующего излучения, любом значении рН, при 25% концентрации хлорида натрия, в условиях различного содержания кислорода.
Микроорганизмы как симбиотические партнёры

Отметим, что с незапамятных времен образовались достаточно сложные взаимные отношения, между высшими организмами животного и растительного царства, с одной стороны и окружающей средой – с другой.
Стоит сказать, что тесное сожительство двух разных организмов, в том числе макроорганизмов и микроорганизмов, называют симбиозом. В тоже время непосредственных участников симбиоза называют симбионтами.
При этом симбиоз может быть охарактеризован разными типами биотических взаимоотношений по отношению к клеткам своего хозяина и друг к другу.
Мутуализм — это такая форма сожительства, когда оба симбионта хозяин и микроорганизм получают взаимную выгоду. При мутуализме сожительство создает благоприятные условия для обоих партнеров, то есть это взаимовыгодный симбиоз. Бактерии многих видов продуцируют витамины В6, В12, а также витамин К. Примером мутуализма служит сожительство растений с клубеньковыми бактериями, которые питаются веществами из соков растения (например, бобовых - гороха, вики), а растения, в свою очередь, используют азотистые соединения, синтезированные клубеньковыми бактериями, которые являются фиксаторами азота.
Комменсализм — это такая форма сожительства, когда один из симбионтов (в данном случае микроб) живет за счет хозяина, пользуется его защитой, но не причиняет хозяину никакого вреда. При комменсализме партнерство может быть выгодно одному из организмов без оказания вредного воздействия на другого. Микробы-комменсалы (стафилококки, стрептококки) населяют в качестве нормальной микрофлоры кожные покровы и слизистые оболочки человека и животных. Однако следует признать, что комменсализм в этом случае довольно относительное понятие, потому что среди представителей условно-патогенной микрофлоры имеются такие, которые при определенных условиях могут вызывать тяжелые заболевания.
Паразитизм — это такая форма сожительства, когда микроорганизмы паразиты питаются компонентами тканей хозяина, при этом причиняют ему вред, вызывая инфекционную болезнь, и не могут существовать без него.
Такие микроорганизмы называются патогенными

Между разными микроорганизмами существуют взаимоотношения различного типа. В процессе эволюции выработались отношения зависимости, взаимной или односторонней, выходящие далеко за пределы связей, обусловленных пищевыми цепями. После того как прокариоты и многие эукариотические микроорганизмы достигли своего современного уровня развития, появились высшие формы жизни - новые потенциальные местообитания для низших. Животные и растения развивались в такой среде, в которой уже существовали почти все типы метаболизма, свойственные прокариотам. Естественно, что создалось множество партнерских отношений между микроорганизмами, с одной стороны, и животными и растениями - с другой. Тесное сожительство двух различных организмов называется симбиозом.

Если говорить об относительной пользе, извлекаемой партнерами из симбиоза, то здесь можно выделить несколько вариантов: 1) сожительство создает благоприятные моменты для обоих партнеров (взаимовыгодный симбиоз - мутуализм); 2) один из партнеров по симбиозу испытывает вредное воздействие другого (в этом случае говорят о паразитизме); 3) во многих случаях партнеры могут не оказывать друг на друга никакого влияния (нейтрализм).

Различными могут быть и пространственные отношения между партнерами. Если один партнер находится вне клеток другого, говорят об эктосимбиозе, а если внутри клеток - об эндосимбиозе. Более крупного из партнеров обычно называют хозяином.

Можно различать функциональные типы симбиоза в зависимости от рода пользы, которую один или оба партнера извлекают из сожительства. Иногда тесная ассоциация улучшает питание, например благодаря тому, что один из партнеров фиксирует молекулярный азот, расщепляет целлюлозу, доставляет основные питательные вещества, витамины и т. п. Симбионт может выполнять сигнальную функцию, как в случае ассоциации светящихся бактерий и рыб. Возможна и защитная роль симбионта. Организм хозяина часто служит просто прибежищем для экто- и эндосимбиотических микроорганизмов; иногда, однако, последние защищают хозяина от других - паразитических или патогенных - микробов (например, в кишечном тракте или на поверхности тела).

Поскольку в разделах, посвященных типам метаболизма, уже говорилось о ряде симбиотических ассоциаций, мы дадим здесь лишь краткий обзор некоторых важных форм симбиоза.

17.2.1 Мутуалистичесний симбиоз

Ассоциации между микроорганизмами. В мире микробов можно найти многочисленные случаи синтрофии - взаимного снабжения необходимыми веществами. Синтрофную ассоциацию образуют, например, Desulfuromonas acetoxidans с Chlorobium или Desulfovibrio с Chromatium. В обоих случаях партнер, названный первым, поставляет второму донор водорода, а второй первому - акцептор водорода (разд. 9.3). Синтрофия может касаться и снабжения витаминами или их предшественниками. Гриб Mucor ramannianus и дрожжи Rhodotorula rubra нуждаются в витамине В₁ (тиамине). Первый из этих видов может синтезировать пиримидиновый компонент, но не способен к синтезу тиазола; второй продуцирует тиазол, но не способен к синтезу пиримидина. Если оба организма выращивать в смешанной культуре, то первый вид будет выделять пиримидиновый, а второй - тиазоловый компонент, так что потребности обоих видов будут удовлетворены.

Рис. 17.4. Разрез через таллом лишайника. В - водоросль (фикобионт); Г - гифы гриба (микобионта); ВК и НК - верхний и нижний корковые слои.

Примером высокоразвитого эктосимбиоза между микроорганизмами могут служить лишайники. В талломе лишайника гриб и водоросль (или цианобактерия) так тесно связаны между собой, что образуют единое растительное тело (рис. 17.4). Из такого симбиоза извлекают пользу оба партнера. Как правило, формообразующим компонентом является грибная часть лишайника - микобионт. Гриб получает от клеток водоросли органические вещества (продукты фиксации СO₂), а сам снабжает водоросль минеральными солями и защищает ее от неблагоприятных воздействий, в особенности от высыхания. Фикобионтами в лишайнике могут быть зеленые водоросли и цианобактерии. Можно разделить партнеров и культивировать их по отдельности, а также создавать искусственные лишайники. Эти комбинированные организмы заселяют экстремальные местообитания, в которых ни один из партнеров не мог бы жить в одиночку.

Если из симбиоза извлекает выгоду только один партнер, не принося вреда другому, то говорят о комменсализме. Поясним это на примере. В приготовлении гарцского сыра используются один гриб и одна бактерия. Из данной ассоциации пользу извлекает только бактерия; гриб окисляет кислоты, содержащиеся в твороге, и тем самым создает для нее подходящие условия. Еще один пример - ассоциация аэробных и анаэробных бактерий, в которой первые путем быстрого восстановления O₂ делают местообитание пригодным для анаэробов. В других случаях определенные микроорганизмы могут выделять деполимеразы, расщепляющие полисахариды, белки или нуклеиновые кислоты, благодаря чему эти вещества становятся доступны и для других видов.

Микроорганизмы и растения. В ризосфере (зоне, окружающей корни) многих растений часто бывает больше бактерий, чем в остальной почве. По-видимому, росту бактерий способствуют здесь питательные вещества, выделяемые корнями. Полезность для растений этой довольно слабой ассоциации трудно установить. Но все же, поскольку многие почвенные бактерии выполняют важные для растений функции, например связывают азот или делают легко усвояемыми труднорастворимые питательные соли, можно думать о мутуалистических отношениях. В последние годы азотфиксаторами были признаны некоторые бактерии, постоянно сопутствующие определенным травянистым растениям (бактерия Azotobacter paspali в ризосфере Paspalum notatum; Azospirillum lipoferum в прикорневой области Digitaria и кукурузы).

У многих растений существует тесная ассоциация корней с грибами - микориза. Многие почвенные грибы, в том числе агариковые, могут проникать в корни растений и внедряться в их клетки; при этом они стимулируют рост корней, выделяя ауксины. Опытные грибники знают, что некоторые съедобные грибы растут только вблизи определенных видов деревьев (ель, лиственница, сосна, дуб), которые в микоризе играют роль растения-хозяина. Гриб, проникший в клетки корневой коры, образует в ней разветвления в виде пузырьков и веточек (везикулярно-арбускулярная микориза). Польза такой ассоциации для гриба состоит в том, что он получает от растения продукты ассимиляции, а для растения - в более эффективном поглощении минеральных веществ (фосфата, связанного азота) из почвы.

Мы уже рассматривали ассоциацию растений с азотфиксирующими эндо- или эктосимбиотическими бактериями (разд. 13.1). Симбиоз видов Rhizobium с клетками бобовых растений в корневых клубеньках относится к наиболее дифференцированным симбиотическим взаимоотношениям. Он служит прекрасным примером развития тесной ассоциации внутриклеточного симбионта с клеткой-хозяином; это один из важнейших фактов, подкрепляющих гипотезу об эндосимбиотическом происхождении некоторых клеточных органелл (с. 26).

Микроорганизмы и животные. Существует огромное множество симбиотических связей между микроорганизмами и животными. Лишь в некоторых случаях функция партнеров так же очевидна, как в случае с рубцом жвачных (разд. 14.1). При изучении симбиотических отношений, особенно у низших животных, включая простейших, возникает много трудных проблем. Главный вопрос нередко состоит в том, содержит ли кишечный тракт специфическое микробное сообщество, которое обеспечивает определенную защиту от патогенных микроорганизмов или выполняет специальную пищеварительную функцию. Из массы примеров мы остановимся лишь на некоторых.

Простейшие-как свободноживущие, так и обитающие в пищеварительном тракте жвачных, термитов и тараканов (инфузории, жгутиковые, амебы) - часто сосуществуют с экто- и эндосимбиотическими бактериями.

Многие простейшие служат прибежищем для зеленых, коричневых или желтых одноклеточных водорослей - зоохлорелл и зооксантелл; другие простейшие, например жгутиконосец Cyanophora, содержат цианобактерии, называемые цианеллами. Польза фотосинтезирующих партнеров для простейших очевидна: они предоставляют в распоряжение хозяина полный фотосинтетический аппарат для построения углеводов, подобно тому как и в лишайниках фикобионт снабжает микобионт продуктами ассимиляции.

У многих насекомых в кишечнике или в особых его придатках обитают в качестве симбионтов инфузории, дрожжи и бактерии. Они могут быть там внеклеточными симбионтами или же находиться в клетках специализированных тканей. О функции этих микроорганизмов нетрудно догадаться, особенно в тех случаях, когда их хозяева питаются трудно разлагаемыми веществами (как, например, термиты, питающиеся древесиной) или же потребляют несбалансированную пищу (как многие тли и клопы, сосущие соки растений). Симбионты либо выполняют пищеварительную функцию, либо поставляют хозяину необходимые ему дополнительные вещества (стероиды, витамины, аминокислоты). В то время как морфолого-анатомическое изучение симбиоза у насекомых продвинулось далеко вперед (в основном благодаря работам П. Бюхнера), физиолого-биохимические исследования пока мало что дали - в основном из-за того, что не удавалось выращивать симбиотические микроорганизмы вне хозяина.

У многих насекомых содержащие эндосимбионтов органы (мицетомы) образуются из придатков задней кишки. В отличие от этого упоминавшийся уже рубец жвачных представляет собой орган переднего отдела кишечного тракта. Однако придатки заднего отдела встречаются и у млекопитающих: у многих растительноядных животных переваривание пищи с участием микроорганизмов происходит в выростах заднего отдела кишечника. При локализации симбионтов близко к концу кишечного тракта животное не может извлечь всю пользу из симбиоза; становится понятно, почему некоторые животные поедают собственные фекалии (копрофагия): таким образом они полнее используют все питательные вещества.

О составе кишечной флоры человека уже говорилось в разделе 8.2. Мутуалистический характер взаимоотношений между нашим организмом и его бактериальной флорой становится очевидным, когда эти отношения нарушаются и популяции бактерий гибнут под действием антибиотиков и химиотерапевтических средств. Особенно четко выявляется функция кишечной флоры у животных, выращенных в стерильных условиях. При надлежащем питании эти животные развиваются совершенно нормально, но их восприимчивость к инфекционным заболеваниям оказывается резко повышенной. Таким образом, нормальная бактериальная флора играет решающую роль в защите от патогенных и других посторонних микроорганизмов.

Подобного рода взаимоотношения существуют также между организмом человека и его кожной флорой. Нашей коже свойственна характерная бактериальная флора, которая состоит в основном из микобактерий, стрептококков, стафилококков и пропионовых бактерий и потребляет питательные вещества, содержащиеся в поте. Нормальная кожная флора не вызывает никаких нежелательных явлений, если не считать выработки пахучих веществ. Полезные функции кожной флоры становятся очевидными тогда, когда при наружном применении бактериостатических антибиотиков или внутреннем перенасыщении ими организма поражаются и кожные бактерии. В этом случае начинается размножение дрожжей (Candida albicans) и других патогенных грибов.

Многие морские рыбы имеют особые светящиеся органы. В морфологическом отношении это очень сильно дифференцированные структуры, в которых растут светящиеся бактерии (Photobacterium fisheri).

17.2.2 Антагонистический симбиоз

Симбиотические отношения, при которых хозяину наносится более или менее выраженный вред, существуют между самими микроорганизмами и между микробами, с одной стороны, и животными и растениями - с другой. Мы уже останавливались на различных формах паразитизма, когда говорили, например, о бактерии Bdellovibrio bacteriovorus, паразитирующей на других бактериях (разд. 3.14); о риккетсиях и хламидиях-облигатных внутриклеточных паразитах (разд. 3.18), о возбудителях болезней у растений (Erwinia, Corynebacterium, Pseudomonas, Uredo, Ustilago, Puccinia, Claviceps) и у животных. Теоретические аспекты паразитизма и вопросы вмешательства в равновесие между паразитическими микроорганизмами и их хозяевами исследует ветеринарная и медицинская микробиология, а также фитопатология.

Биологическая библиотека - материалы для студентов, учителей, учеников и их родителей.

Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.

Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.

Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.

Взаимоотношения бактерий. Типы взаимоотношений микробов в биоценозах. Симбиоз. Мутуализм. Комменсализм.

Микроорганизмы жёстко конкурируют между собой. Это связано с тем, что обитающие в конкретном биоценозе микробы обладают принципиально сходными потребностями в источниках энергии и питания. Каждый микроорганизм приспосабливается не только к неживым субстратам, но и к другим окружающим его организмам. Подобная адаптация иногда приводит к приобретению особых метаболических свойств, наделяющих обладателя способностью занимать специфические ниши. Например, нитрифицирующие бактерии могут расти без органических источников энергии, окисляя аммиак или нитриты в качестве источника энергии в отсутствие света; другие организмы в подобных условиях не развиваются. Поэтому нитрифицирующие бактерии не испытывают биологической конкуренции. Значительная часть бактерий участвует в конкурентной борьбе, адаптируясь к сосуществованию с другими формами жизни либо вступая с ними в противодействие.

Симбиоз

Симбиоз [от греч. symbiosis, совместное проживание] — совместное длительное существование микроорганизмов в долгоживущих сообществах. Взаимоотношения, при которых микроорганизм располагается вне клеток хозяина (более крупного организма), известны как эктосимбиоз; при локализации внутри клеток — как эндосимбиоз.

Типичные эктосимбиотические микробы — Escherichia coli, бактерии родов Bacteroides и Bifidobacterium, Proteus vulgaris, a также другие представители кишечной микрофлоры. Как пример эндосимбиоза можно рассматривать плазмиды, обеспечивающие, например, резистентность бактерий к ЛС. Симбиотические отношения также разделяют по выгоде, получаемой каждым из партнёров.

Мутуализм [от лат. mutuus, взаимный] — взаимовыгодные симбиотические отношения. Так, микроорганизмы вырабатывают БАБ, необходимые организму хозяина (например, витамины группы В). При этом обитающие в макроорганизмах эндо- и эктосимбионты защищены от неблагоприятных условий среды (высыхания и экстремальных температур) и имеют постоянный доступ к питательным веществам. Из всех видов мутуализма наиболее удивительно культивирование некоторых грибов насекомыми (жуками и термитами). С одной стороны, это способствует более широкому распространению грибов, с другой — обеспечивает постоянный источник питательных веществ для личинок. Это напоминает выращивание человеком полезных растений и микроорганизмов.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Симбиоз – это взаимоотношение двух различных видов существ (симбионтов), приносящие пользу обоим видам или хотя бы одному из них [2] .

При симбиотических взаимоотношениях организмы стимулируют и поддерживают развитие друг друга. Совместно все члены симбиотической ассоциации (или их часть) развиваются гораздо продуктивнее, чем в отдельности. Между ними закрепляется соответствующее разделение функций, при котором становится неизбежным обмен продуктами жизнедеятельности [3] . Симбиотические взаимоотношения формируют возможность выигрышного положения в борьбе за существование у одного или всех его членов. Основа для возникновения симбиозов – наличие различных типов связей: трофических, пространственных, защитных [2] .

Мутуалистичекий симбиоз бактерий с макрорганизмами

Ризобиевые бактерии (род Rhizobium) с люцерной [5]

Симбиотические отношения между микробами

Симбиоз является более редкой формой взаимоотношений в мире микробов, чем конкуренция. При наличии наибольшей степени связей формируется консорциум – структурированная симбиотическая ассоциация двух или более видов, предполагающая тесную интеграцию их метаболизма [2] .

Основные признаки симбиоза между микробами

Границы между различными типами симбиозов микробов в природе часто трудно различимы. Различные формы симбиотических отношений могут переходить друг в друга [2] .

Симбиозы классифицируют по нескольким признакам:

1. По обязательности симбиотической связи выделяют:

факультативный симбиоз – каждый организм может существовать самостоятельно;
облигатный симбиоз – один или оба симбионта сильно зависимы друг от друга, и развиваться раздельно не могут [2] .

2. По расположению партнеров различаются:

экзосимбиоты – микроорганизмы существуют раздельно друг от друга;
эндосимбиоты – один из микробов развивается в клетке другого [2] .

Типы симбиоза по характеру взаимоотношений между микробами

Характер образующихся между микроорганизмами взаимоотношений позволяет выделять несколько основных типов симбиозов:

Собственно симбиоз – тип взаимоотношений между микробами, при котором два или более вида при совместном развитии создают друг для друга взаимовыгодные условия жизнедеятельности [2] .
Метабиоз – тип взаимоотношений, когда пользу извлекает только один партнер, не причиняя вреда другому. Чаще всего наблюдается развитие одного организма за счет продуктов метаболизма другого [2] .
Сателлитизм – разновидность метабиоза. В данном случае развитие одного микроба стимулируется другим в результате выделения фактора роста (витаминов, аминокислот, азотистых веществ) [2] .
Синергизм – тип взаимоотношений между членами ассоциации, при которых они стимулируют развитие друг друга за счет выделения продуктов жизнедеятельности [2] .

Паразитический симбиоз

Взаимоотношения микробов с макроорганизмами

Характер взаимоотношений микробов с макроорганизмами определяется путем формирования биотических связей. При этом один многоклеточный организм вступает в связь одновременно с несколькими микроорганизмами одновременно [2] .

В данном случае симбиоз – это тесное сожительство микроорганизмов с животными или растениями [1] .

Особенности симбиоза микробов с макроорганизмами

При длительном сосуществовании между симбионтами происходит процесс их совместной коэволюции. Это влечет за собой увеличение генетической пластичности популяции, переносу генов. На примере энтеробактерий доказано, что в симбиотических популяциях бактериальные клетки более разнообразны, чем в свободноживущих. Так же установлено, что хозяин обычно оказывает более сильное влияние на структуру популяций бактерии, чем условия внешней среды [1] [2] .

Иногда при симбиозе микробные клетки дифференцируются на две формы:

участвующие в образовании симбиоза;
ответственные за размножение популяции [2] .

Одновременно в симбиозах у микроорганизмов наблюдается появление свойств и признаков не нужных для них самих, но приводящих к повышению жизнеспособности хозяина [2] .

В силу совместной коэволюции микробы – облигатные симбионты не могут развиваться вне организма хозяина [2] .

Кроме того, между макро и микроорганизмами, живущими в симбиотической связи, формируется общий поток энергии, совместная регуляция экспрессии генов, наличие взаимной передачи физиологической, клеточной, организменной информации через регуляторные системы организмов [2] .

Типы симбиозов микробов с макроорганизмами

По относительной пользе, извлекаемой партнерами из ассоциативных взаимоотношений между микро- и макроорганизмами выделяют несколько типов симбиоза:

мутуалистичекий симбиоз (мутуализм) – оба партнера извлекают пользу от взаимосуществования, при этом они не могут существовать раздельно;
паразитизм (паразитический симбиоз) – один из партнеров испытывает вредоносное влияние другого;
комменсализм – микробы питаются за счет хозяина, но сами не оказывают на него, ни какого влияния [1] .

В зависимости от пространственного расположения микробов по отношению к макроорганизму (хозяину) различают:

экзосимбиоз – микроорганизм находится вне клеток макроорганизма;
эндосимбиоз – микроорганизм находится внутри клеток и тканей макроорганизма [2] .

Очень часто точный вид симбиоза определить достаточно трудно, поскольку наблюдаются переходные формы взаимоотношений. Особенно трудно определяется разница между мутуалистическими и паразитическими взаимоотношениями. Степень пользы или вреда, получаемого каждым из партнеров, оценивается исходя из сравнения их состояния при независимом существовании с их состоянием при жизни в ассоциации [2] .

Одновременно отмечается, что природа взаимоотношений изменяется при смене условий окружающей среды. Взаимоотношения начинавшиеся, как взаимовыгодные становятся паразитическими и наоборот [2] .

Читайте также: