Карина Кочарова ;
Наталья Лысенко
Исследование микробной загрязненности воздуха в помещении школы.
Научно-экспериментальная работа
Ни у кого не вызывает сомнений чрезвычайно важная роль микроорганизмов в жизни человека. Несмотря на малые размеры, они составляют в целом биомассу больше, чем все остальные организмы на Земле. К микроорганизмам относятся бактерии, археи, микроскопические водоросли, низшие грибы. Микроорганизмы населяют все экологические ниши, в том числе и организм человека, при этом они бывают как полезными для человека (нормальная микрофлора желудочно-кишечного тракта и кожи), так и патогенными. Возбудители многих болезней, как и любые другие биологические виды, возникли независимо от человека и существуют в природе как естественные со-члены экосистем.
Для одних микроорганизмов основной средой обитания служат наземные животные, для других – водные беспозвоночные или растения. Но и те, и другие способны стать причиной заболевания человека. Поэтому таким важным, на наш взгляд, представляется мониторинг среды проживания человека на предмет присутствия в ней патогенных микроорганизмов.
В своей работе мы хотели проанализировать состав микрофлоры воздуха школы и по возможности определить присутствующие в ней микроорганизмы.
Главной задачей было получить представление о степени общей обсемененности воздуха, количественном и качественном соотношении микроорганизмов в различных помещениях школы. Это дало бы возможность своевременно выявить некоторых возбудителей и предупредить развитие локальных вспышек инфекции и даже эпидемии.
Краткий обзор некоторых групп микроогранизмов
Бактерии
Бактерии – широко распространенная в природе группа одноклеточных микроорганизмов с примитивной формой клеточной организации.
Интенсивное изучение бактерий и их роли в биосфере началось в середине XIX в., когда появились работы французского ученого Л.Пастера, немецкого ученого Р.Коха и английского ученого Д.Листера. Название «бактерии» ввел в употребление Х.Эренберг в 1828 г.
Луи Пастер в 1850-е гг. положил начало изучению физиологии и метаболизма бактерий, а также открыл их болезнетворные свойства. Дальнейшее развитие медицинская микробиология получила в трудах Р.Коха, который сформулировал общие принципы определения возбудителя болезни (постулаты Коха). Основы общей микробиологии и изучения роли бактерий в природе заложили М.В. Бейеринк и С.Н. Виноградский.
Формы одноклеточных бактерий. 1 –
микрококки; 2 – диплококки; 3 – стрептококки; 4 –
стафилококки;
5 – сарцины; 6 – палочковидные бактерии; 7 –
спириллы; 8 – вибрионы
Морфология
Бактерии гораздо мельче клеток многоклеточных растений и животных. Диаметр их обычно составляет 0,5–2,0 мкм, а длина – 1,0–8,0 мкм. По форме это могут быть: кокки (более или менее сферические), бациллы (палочки с закругленными концами), а также извитые формы – вибрионы, спириллы и спирохеты (тонкие и гибкие волосовидные формы). Клетки бактерий могут образовывать устойчивые сочетания – пары палочек и кокков (диплококки), короткие и длинные цепочки (стрептококки), тетрады и пакеты из 4, 8 и более кокковидных клеток (сарцины), гроздья (стафилококки), розетки, сети и трихомы.
Строение клеток
У бактерий отсутствует оформленное ядро, и наследственный аппарат представлен всего одной очень длинной кольцевой молекулой ДНК, прикрепленной в одной точке к клеточной мембране. У них нет митохондрий и хлоропластов, но обязательно присутствуют рибосомы, необходимые для синтеза белка, зерна питательных веществ, ферменты. Снаружи от клеточной мембраны большинство бактерий (кроме микоплазм) одето клеточной стенкой, которая предохраняет клетку от внешних воздействий и придает ей определенную форму и жесткость. Вода, другие малые молекулы и ионы легко проникают через крошечные поры в клеточной стенке, но через них не проходят крупные молекулы белков и нуклеиновых кислот, кроме того, клеточная стенка обладает антигенными свойствами за счет содержащихся в ней белков и полисахаридов.
Схема организации клеточной стенки у
грам (+) (слева) и грам (–) (справа) бактерий:
1 – ЦПМ; 2 – муреин; 3 – периплазма; 4 – наружная
мембрана; 5 – ДНК
По строению клеточной стенки бактерии делятся на грамположительные (окрашиваются по Граму) и грамотрицательные. Основу клеточной стенки и тех и других составляет гетерополимер – пептидогликан муреин. Его параллельно расположенные полисахаридные цепи сшиты между собой с помощью пептидных мостиков, так что образуется гигантская молекула – сетевидный муреиновый мешок. У грамположительных, например молочнокислых, бактерий в муреиновую сетку встраиваются полисахариды и белки, образуя толстую и жесткую клеточную стенку. У грамотрицательных бактерий (Escherichia coli, Azotobacter) клеточная стенка гораздо тоньше, но устроена сложнее. Муреиновый слой покрыт снаружи слоем липидов, а поверх клеточной стенки часто находится слизистая капсула – все это служит дополнительной защитой для клеток. Так, например, инкапсулированные штаммы пневмококков свободно размножаются в организме человека и вызывают воспаление легких, а некапсулированные легко атакуются и уничтожаются фагоцитами и поэтому совершенно безвредны. Многие бактерии снабжены жгутиками, с помощью которых они активно плавают. У многих бактерий есть химические рецепторы, которые регистрируют изменения кислотности среды и концентрацию различных веществ. Некоторые бактерии (в основном из родов Clostridium и Bacillus) образуют эндоспоры, т.е. споры, находящиеся внутри клетки. Это толстостенные долгоживущие образования, крайне устойчивые к нагреванию и коротковолновому излучению. Они по-разному располагаются внутри клетки, что служит очень важным признаком для идентификации таких бактерий. Если покоящаяся, устойчивая структура образуется из целой клетки, она называется цистой. Цисты образуют некоторые виды Azotobacter.
Схема строения клеточной стенки грамотрицательных бактерий
Метаболизм
Бактерии по-разному относятся к свободному кислороду. По этому признаку они делятся на аэробов, анаэробов и факультативных анаэробов (могут развиваться как в кислородной, так и в бескислородной среде).
Бактерии бывают автотрофами и гетеротрофами. Автотрофы в качестве главного или единственного источника углерода используют его диоксид (СО2). Гетеротрофы («питающиеся другим») используют в качестве основного источника углерода органические вещества, синтезированные другими организмами. Если для синтеза клеточных компонентов используется в основном световая энергия (фотоны), то способные к нему виды называются фототрофами, среди которых различают фотогетеротрофов и фотоавтотрофов, в зависимости от того, какие соединения – органические или неорганические – служат для них главным источником углерода.
Если основной источник энергии в клетке – окисление химических веществ, бактерии называются хемогетеротрофами, или хемоавтотрофами.
Бактерии в повседневной жизни
Количество клеток прокариот оценивается в 4–6 х1030, их суммарная биомасса составляет 350–550 млрд т, в ней запасено 60–100% от углерода всех растений, а запас азота и фосфора существенно превосходит запас этих элементов в фитомассе Земли. Многие бактерии находятся в мутуалистических и даже симбиотических отношениях с другими организмами. Растения, например, выделяют поверхностью корней низкомолекулярные органические вещества. Преобразованная таким образом часть почвы (ризосфера) благоприятна для развития бактерий, в том числе азотфиксирующих. Увеличение интенсивности азотфиксации (называемой в таком случае ассоциативной) улучшает условия минерального питания растений.
Бактерии населяют желудочно-кишечный тракт животных и человека и необходимы для нормального пищеварения. Особенно они важны для травоядных, которые питаются не сколько растительной пищей, сколько продуктами ее преобразования. В кишечнике человека в норме обитает от 300 до 1000 видов бактерий общей массой до 1 кг при том, что численность их клеток на порядок превосходит численность клеток человеческого организма. Они играют важную роль в переваривании углеводов, синтезируют витамины, вытесняют патогенные бактерии.
Издавна человек использовал бактерии, осуществляющие различные виды брожений, для производства продуктов питания (сыр, кефир, квашения), сейчас они используются также для производства ферментов, витаминов, токсинов, получения вакцин, обогащения руд, очистки и переработки промышленных и бытовых отходов, как модели и инструмент научных исследований и т.д. В то же время бактерии известны своей негативной деятельностью: порча продуктов, микробная коррозия, загрязнение почвы, воды и воздуха, болезнетворность для человека, растений и животных.
По данным южнокорейского Бюро защиты прав потребителей, количество бактерий на ручках тележек крупных магазинов достигает 1100 колоний на 10 см2. Второе место занимают компьютерные «мышки» в Интернет-кафе (690 колоний на ту же площадь). Ручки кабинок общественных уборных содержат лишь 340 колоний вредных микробов. Чтобы уберечься от всех видов микроорганизмов, которые были обнаружены на предметах общественного пользования, достаточно регулярно мыть руки с мылом.
Научные руководители:
В.В. КОРЧАГИНА,
Л.В. КОЗАДАЕВА,
Научный консультант:
Е.С. ЗУБКОВА,
Гимназия № 14, г. Одинцово, Моск. обл.