Где человек использует бактерии

Пищевая индустрия

Наибольшее распространение в пищевой промышленности получили молочнокислые бактерии и дрожжи.

Механизм воздействия бактерий и дрожжей состоит в переработке молочного сахара в молочную кислоту, в результате чего нейтральный продукт превращается в молочнокислый.

К молочнокислым бактериям относят:

  • лактобактерии – грамположительные микроаэрофилы отряда Lactobacillales, неспорообразующие кокки или палочковидные бактерии;
  • бифидобактерии – спорообразующие термофильные аэробы рода Sporolactobacillus и Bacillus.

Молочнокислые бактерии и дрожжи используют при сквашивании молочных продуктов и овощей, переработке какао-бобов, изготовлении дрожжевого теста. Способность прокариотов оказывать влияние на продукты определяется их высокой ферментативной активностью и определяется выделяемыми ферментами.

В бродильной микрофлоре, помимо молочнокислых бактерий, присутствуют дрожжи, состоящие с бактериями в сложных симбиотических отношениях.

Подобная бродильная закваска с дрожжами используется в хлебопекарной промышленности, особенно при выпечке ржаных хлебов.

Одна из самых древних биотехнологий, используемых человеком, – производство сыров. Использование пропионовокислых бактерий при изготовлении твердых сычужных сыров позволяет получить продукт высокого качества с заданными свойствами.

Эти бактерии не обладают активностью к казеину, но имеют высокую липолитическую активность, в результате которой образуется ряд органических кислот:

  • уксусная;
  • изомасляная;
  • масляная;
  • изовалериановая;
  • валериановая;
  • и диацетил.

Состав продуктов метаболизма бактерий, который и определяет органолептические (вкусовые) свойства конечного продукта (сыра), зависит от штамма микроорганизмов.

Использование в технологической схеме пропионовокислых бактерий придает готовым сырам типичный для них цвет, вкус и аромат, обогащая продукт биологически активными веществами.

Кроме того, пропионовокислые бактерии обладают бактерицидными свойствами, являясь естественными консервантами казеина (молочный белок).

Если для крупных сыров пропионовокислые бактерии являются технологической необходимостью, то для мелких это нежелательная биофлора, наличие которой приводит к нарушению вкусовых характеристик.

Рост пропионовокислой микрофлоры в мелких сырах происходит только в случае нарушения технологических стандартов:

  • понижении уровня соли;
  • нарушении температурных условий при созревании.

Промышленность

Выщелачивание

Бактерии способны в процессе своей жизни избирательно извлекать вещества из сложных соединений, растворяя их в воде. Этот процесс носит название бактериального выщелачивания и имеет большое практическое значение:

  • позволяет извлекать полезные химические вещества из руд, производственных отходов;
  • удалять ненужные примеси – мышьяк из руд цветных и черных металлов.

Чаще всего в промышленности для бактериального выщелачивания применяют тионовые бактерии:

  • Thiobacillius ferrooxidans – железобактерии, окисляющие закисное железо и сульфидные минералы.
  • Thiobacillius thiooxidans – серобактерии, окисляющие серу.

Железо- и серобактерии являются хемоавтотрофами – процессы окисления сульфидов, оксида железа (ll) и серы для них являются единственным источником энергии.

В промышленности большое практическое значение имеет бактериальное выщелачивание полезных ископаемых (уран, медь) непосредственно на месторождениях.

Процесс не требует сложного оборудования и с учетом возврата в технологический процесс отработанного раствора, содержащего бактерии, имеет ряд значительных преимуществ:

  • позволяет значительно понизить себестоимость добычи;
  • значительно расширяет сырьевую базу за счет обедненных, забалансовых или потерянных руд, отходов обогащения, шлаков и др.

Железобактерии в реке

Использование биотехнологий при добыче полезных ископаемых является чрезвычайно перспективным, с целью расширения области применения ученые проводят исследовательские работы по следующим направлениям:

  • выщелачивание тионовыми бактериями различных металлов – Zn (цинк), Co (кобальт), Mn (марганец) и др.;
  • поиск бактерий других видов для извлечения полезных ископаемых.

Так, для извлечения золота, например, предлагается применять бактерии Aeromonas, которые выделены на золотоносных приисках в рудничных водах.

В будущем бактериальное выщелачивание позволит создать автоматизированное производство по извлечению металлов непосредственно из недр, минуя сложный и дорогостоящий процесс обогащения породы.

Медицинские препараты

Препараты, созданные при участии бактерий, широко применяются в современной медицине и спасли тысячи жизней. Революцией стало появление пенициллина – первого полученного антибиотика.

Антибиотики – вещества, способные подавить рост бактериальных клеток, при этом механизм воздействия может быть различным:

  • пенициллин разрушает саму оболочку бактерии;
  • стрептомицин подавляет рибосомы клеток патогенных микроорганизмов.

Поэтому в современной медицине антибиотики являются эффективным средством в борьбе с инфекционными заболеваниями человека, но практически неэффективны против вирусных инфекций.

Современная медицина успешно использует препараты, для производства которых применяются бактерии:

  • инсулин и интерферон получают с использованием генно-инженерных технологий на основе кишечной палочки Escherichia coli;
  • ферменты сенной палочки Bacillus subtilis разрушают продукты гнилостного разложения.

Современные биотехнологии позволяют осуществлять производство ферментов, гормонов, антибактериальных препаратов и витаминов.

Ферментативный спектр

Для каждого вида бактерий характерны свои наборы ферментов, что позволяет использовать ферментный спектр как важный метод идентификации бактерий.

Существует множество методик идентификации бактерий, которые решают одну задачу – определить таксономическое положение микроорганизма.

Бактериологическая практика идентифицирует бактерии по морфологическим, генотипическим, культурным, тинкториальным, патогенным и другим признакам, используя определители.

Одним из самых популярных является определитель Берджи – бактерии в определителе разделены на группы по различным признакам, внутри группы тоже происходит разделение по признакам.

Определитель микроорганизмов Берджи позволяет достаточно быстро провести идентификацию бактерии и установить ее таксономическое положение.

Другим методом идентификации бактерий является изучение ферментативной активности, чаще всего это исследования на сахаролитическую и протеолитическую активность.

Как экспресс-метод используют тест-системы для идентификации определенной группы микроорганизмов – анаэробов, энтеробактерий и других. Существуют специализированные тест-системы, разработанные для санитарно-микробиологических исследований.

Земледелие

Применение человеком методов биотехнологии в сельском хозяйстве успешно решает целый ряд вопросов:

  • создание болезнестойких и высокоурожайных сортов растений;
  • производство удобрений на основе бактерий (нитрагин, агрофил, азотобактерин и др.), в том числе компосты и сброженные (метановое брожение) отходы животноводства;
  • разработка безотходных технологий для сельского хозяйства.

Растениям в природе необходим азот, но усваивать азот из воздуха они не способны, а вот некоторые бактерии, клубеньковые и цианобактерии, в природе производят около 90% от общего числа связанного азота, обогащая им почву.

В сельском хозяйстве используют растения, содержащие на свои корнях клубеньковые бактерии:

  • люцерна;
  • люпин;
  • горох;
  • бобовые культуры.

Эти культуры используют в севообороте для обогащения почвы азотом.

Для борьбы с болезнетворными микроорганизмами в растениеводстве вместо фунгицидов используют пробиотики.

Биотехнология при участии генно-инженерных разработок предлагает для борьбы с патогенными микроорганизмами использовать бактерии с нужными свойствами, способные подавить рост патогенных микробов и не имеющие побочных негативных действий.

К ним относятся элитные штаммы бактерий Bacillus subtilis и Licheniformis, полученные в результате направленной селекции. Попадая в организм растения или животного, элитные штаммы микроорганизмов начинают быстро размножаться и подавляют патогенную микрофлору.

Элитные штаммы, как и антибиотики, нейтрализуют вредные микроорганизмы, но не имеют их негативных сторон:

  • не возникает зависимость или привыкание;
  • не происходит накопление в организме ядов или токсинов;
  • не вырабатывается иммунитет.

Применение в сельском хозяйстве пробиотиков успешно в отношении более 70 патогенных микроорганизмов, вызывающих заболевания растений, включая ранее не подлежащие лечению совсем. Помимо этого, элитные штаммы благотворно воздействуют на вегетацию растений в целом:

  • созревание плодов требует меньшего времени;
  • значительно уменьшается содержание в плодах нитратов и других токсинов;
  • сокращается необходимость в минеральных подкормках растений.

Генно-модифицированные бактерии и энергия

Генетики работают над вопросом альтернативного источника энергии. Основной задачей является создание химического сырья, а далее топлива как продукта бактериального метаболизма.

Одним из направлений получения человеком энергии от бактерий является работа с генно-модифицированными цианобактериями.

Биологи Тюбингенского университета обнаружили микроорганизмы, обладающие свойствами батарейки и способные как аккумулировать энергию, так и передавать ее другим бактериям.

Энергию, вырабатываемую этими бактериями, человек может использовать для наноприборов.

В Китае построен прибор, в котором бактерии получают водород из ацетатов, при этом внешнего источника энергии у аппарата нет, а сырьем служат дешевые отходы производства. В свою очередь водород является источником энергии для эко-автомобилей.

Микробиологи в университете Южной Каролины обнаружили бактерию, способную вырабатывать энергию, питаясь токсичными отходами, такими проблемными как полихлорированные бифенилы и агрессивные растворители.

Калифорнийские исследователи предложили методику переработки бурых водорослей модифицированной кишечной палочкой, получая на выходе этиловый спирт – прекрасный источник энергии.

Водород, как источник энергии, получили американские ученые при разложении анаэробными бактериями глюкозы.

Плюсы и минусы ГМО (генетически модифицированный организм)

Использование человеком в повседневной жизни генно-модифицированных бактерий и дрожжей для получения измененных организмов имеет как положительные, так и отрицательные стороны.

К плюсам генно-модифицированных организмов относят:

  • производство любых органов для трансплантации, которые не будут отторгаться;
  • производство исходного материала для биотоплива;
  • производство лекарственных препаратов;
  • создание растений для технических целей (производство тканей и т.д.).

Известные минусы генно-модифицированных продуктов:

  • себестоимость генно-модифицированных овощей и фруктов почти на 30% выше натуральных;
  • семена и плоды ГМ-растений нежизнеспособны;
  • поля с ГМ-посадками требуют повышенного количества пестицидов и гербицидов;
  • культурные ГМ-растения способны производить гибриды с дикими растениями.

Использование человеком микроорганизмов в повседневной жизни и на производствах может быть ограничено только свойствами самих бактерий. А чем больше ученые уделяют внимания бациллам, тем больше интересных и полезных свойств микроорганизмов обнаруживают.

Бактерии вырабатывают энергию, добывают полезные ископаемые, очищают воду и почву – недавно обнаружены бактерии, поедающие даже пластиковые пакеты (!) – катализируют производственные процессы, используются в синтезе фармацевтических препаратов и во многих других сферах жизни человека.

Человек использует бактерии для получения:

курса биологии, ответьте на вопросы.
1) Какие условия необходимы для получения простокваши?
2) Откуда берётся энергия для жизнедеятельности молочнокислых бактерий?
3) Почему молочнокислой бактерии для получения такого же количества
энергии необходимо переработать больше веществ, чем обыкновенной
амёбе?

ПОЛЕЗНЫЕ БАКТЕРИИ
Термин «анаэробы» ввёл в науку французский учёный Л. Пастер,
открывший в 1861 г. бактерии маслянокислого брожения. У анаэробов
расщепление органических веществ идёт без участия кислорода.
Бескислородное окисление происходит в клетках молочнокислых и многих
других бактерий. Именно так они получают энергию для своих жизненных
процессов. Такие бактерии очень распространены в природе. Каждый день,
съедая творог или сметану, выпивая кефир или йогурт, мы сталкиваемся
с молочнокислыми бактериями, – они участвуют в образовании
молочнокислых продуктов.
В 1 см3 парного молока находится больше 3 миллиардов бактерий. При
скисании молока коров получается йогурт. В нём можно найти бактерию под
названием «болгарская палочка», которая и совершила превращение молока
в кислый молочный продукт.
Болгарская палочка – вид молочнокислой бактерии, известный во всём
мире; она превращает молоко во вкусный и полезный йогурт. Всемирную
славу этой бактерии принёс русский учёный И.И. Мечников. Он
заинтересовался причиной необычного долголетия в некоторых деревнях
Болгарии. Мечников выяснил, что основным продуктом питания
долгожителей был йогурт. Учёному удалось выделить из продукта
молочнокислую бактерию, а затем он использовал её для создания особой
простокваши. Он показал, что достаточно добавить в свежее молоко немного
этих бактерий, и через несколько часов в тёплом помещении из молока
получится простокваша.
Болгарская палочка сбраживает лактозу молока, т.е. расщепляет
молекулу молочного сахара на молекулы молочной кислоты.
Молочнокислые бактерии для своей работы могут использовать не только
сахар молока, но и многие другие сахара, содержащиеся в овощах и фруктах.
Бактерии свежую капусту превращают в квашеную, яблоки – в мочёные, а
огурцы – в солёные. В любом случае из сахара образуется молочная кислота,
а энергия распада молекул сахара обеспечивает жизнедеятельность бактерий.
Процесс расщепления сахара без участия кислорода относят к реакциям
брожения. Расщепление веществ при участии кислорода более эффективно,
так как выделяется гораздо больше энергии, чем при брожении. Поскольку
энергия реакций бескислородного окисления заметно меньше, чем
кислородного, бактериям приходится перерабатывать бóльшие количества
веществ и выделять много продуктов обмена веществ.
Болгарскую палочку относят к факультативным (необязательным)
анаэробам. Это означает, что они могут использовать и кислород для
окисления углеводов.

Как человек использует бактерии?

Бактерии — это примитивные одноклеточные живые организмы. Они распространены повсеместно: на поверхности или внутри других организмов (животных, растений, человека), в большом количестве встречаются в почве, водоемах. Прямо или косвенно бактерии играют важную роль в жизни человека.Одной из сред жизни бактерий являются другие живые организмы, в том числе человек. Отношения, которые возникают при этом могут быть разными. Есть бактерии, которые приносят пользу. Так, в кишечнике человека живут бактерии (к примеру, кишечная палочка), которые способствуют процессам пищеварения, синтезируют некоторые витамины и препятствуют деятельности болезнетворных бактерий. В случае чрезмерного приема антибактериальных препаратов эти полезные бактерии погибают, что негативно отражается на здоровье. Сама же кишечная палочка, благодаря поселению в кишечнике человека, постоянно обеспечена питательными веществами.В кишечнике домашних жвачных животных, которые составляют основу животноводства, (коров, коз, овец) также живут бактерии. Жвачные животные употребляют растительную пищу, богатую на клетчатку, но самостоятельно переваривать клетчатку не способны. Эту функцию выполняют бактерии.Среди бактерий есть также немало паразитических видов, которые поселяясь в организме человека, растений и животных, провоцируют развитие разнообразных заболеваний. От больного в другой организм бактерии могут проникать вместе с едой, водой, воздухом, через покровы тела. Самый распространенный путь проникновения бактерий в организм человека – воздушно-капельный.Болезнетворные бактерии могут переносить и кровососущие насекомые. Так, возбудителя чумы переносят блохи, а сыпного тифа – вши.У человека бактерии вызывают такие заболевания, как ангину, дифтерию, туберкулез, тиф, дизентерию, холеру, и много других, у животных – бруцеллез, сибирскую язву, т.д. Бактериальные заболевания лечат с помощью антибиотиков и других лекарственных средств.Бактерии широко используются в хозяйстве человека. Так, с древних времен человек применяет способность некоторых бактерий вызывать брожение для получения определенных продуктов: молочнокислой продукции (йогуртов, сыров, кефира), масляной и уксусной кислот, т.д. Без бактерий невозможно дубление кожи и изготовление льняного волокна.Применяют определенные группы бактерий и в микробиологической промышленности для получения антибиотиков, витаминов и некоторых других веществ. В сельском хозяйстве их используют для силосования зеленых кормов.Одна из важных проблем современности – это очищение сточных вод. В очистных сооружениях используют бактерии, которые разлагают органические остатки. Кроме того, изучая численность и видовой состав бактерий в воде можно определить степень загрязненности водоемов. С помощью некоторых бактерий человек борется с кровососущими животными, вредителями сельского и лесного хозяйства. Изобретены специальные бактериальные препараты, которые поражают только определенные виды вредных бактерий.Бактерии могут наносить вред хозяйственной деятельности человека, к примеру, портить продукты питания. При этом бактерии вырабатывают ядовитые вещества, которые могут отравить организм человека или животного, если они будут употреблять в пищу испорченные продукты. Например, палочка ботулизма может развиваться в консервированных мясных и растительных продуктах, рыбе, колбасе, если при консервировании не придерживаться строгих правил технологического процесса. Чтобы полностью избавиться от бактерий в пищевых продуктах, предназначенных для длительного хранения, их стерилизуют либо пастеризуют.

Записи созданы 7201

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх