Симбиоз тли и бактерий

Обновлено: 07.07.2024

На первый взгляд может показаться, что в мире живой природы, где все подчинено беспощадным законам борьбы за существование, положительные формы межвидовых взаимоотношений — большая редкость и возникновение их возможно лишь при уникальном стечении обстоятельств. Однако чем глубже мы познаем законы этого мира, тем яснее становится, что стратегия выживания, основанная на взаимовыгодном сотрудничестве со своими соседями, нередко оказывается чрезвычайно успешной для видов-участников, принося им стабильность и процветание. Поэтому кооперация и конкуренция естественным образом дополняют и уравновешивают друг друга, пронизывая все уровни организации живой материи.

И все же наиболее широкие возможности для кооперации имеются у организмов, занимающих разные трофические уровни и, как правило, чрезвычайно далеко отстоящих друг от друга эволюционно. Классическим примером симбиоза являются лишайники, представляющие собой комплексные организмы, состоящие из гриба (гетеротрофа) и водоросли (автотрофа). Достаточно часто клетки водорослей-симбионтов обнаруживаются в тканях животных: моллюсков, асцидий, кишечнополостных. Одним из замечательных событий в биологии середины XX века стала разгадка особенностей взаимоотношений так называемых мадрепоровых коралловых полипов и одноклеточных жгутиковых водорослей зооксантелл, присутствие которых придает тканям полипов желтоватую или зеленоватую окраску. Как оказалось, водоросли поглощают углекислый газ и соединения азота и фосфора, выделяющиеся в процессе жизнедеятельности полипов, то есть являются как бы дополнительными органами выделения животного, а полипы получают дополнительный кислород — продукт фотосинтетической деятельности водоросли. Именно необходимостью этого союза объясняется то, что мощные коралловые постройки образуются только в условиях хорошего освещения — на глубинах до 200 метров.

Растения, составляющие основу трофических цепей, сами нуждаются для нормальной жизнедеятельности в азоте, запасы которого в почве в виде соединений, доступных для растений, обычно весьма ограниченны. Много азота в воздухе, но способностью связывать свободный азот обладают лишь примитивные прокариотические организмы — азотфиксирующие бактерии и синезеленые водоросли. Это обстоятельство лежит в основе того, что не только наиболее известные в этом плане бобовые, но и около 200 видов других представителей высших растений, включая папоротники и голосемянные, имеют на своих корнях или надземных вегетативных органах клубеньки, заполненные симбиотическими азотфиксирующими бактериями.

Широко известен симбиоз высших растений с грибами, при котором мицелий грибов буквально срастается с корнями растения, образуя микоризу. В результате этого союза гриб получает продукты фотосинтеза, а растение — продукты разложения органических веществ. Для некоторых растений микориза желательна, но не обязательна, а, например, семена орхидных настолько бедны запасами органических веществ, что не могут прорасти без помощи мицелия. Чрезвычайно большое значение приобретает этот симбиоз в функционировании экосистемы влажного тропического леса, позволяя растениям практически мгновенно, минуя стадию переработки ее свободно живущими организмами-редуцентами, усваивать поступающую в почву органику, которая в противном случае была бы вымыта из нее дождями и потеряна для растений.

Симбиозу цветковых растений с их опылителями, в роли которых могут выступать не только насекомые и другие беспозвоночные, но и птицы, и даже млекопитающие (летучие мыши), посвящены тома научной и популярной литературы. Тема эта поистине неисчерпаема, а потому мы остановимся лишь на одном из самых интересных примеров подобных взаимоотношений, поражающих целесообразностью взаимных приспособлений растения и животного. Соцветие смоковницы представляет собой грушевидную емкость, внутренняя поверхность которой усеяна мелкими невзрачными цветами. На верхушке емкости есть прикрытое чешуйками отверстие, пробраться через которое могут только крохотные осы бластофаги, являющиеся единственными опылителями смоковницы. В отличие от большинства растений у смоковницы существуют цветки трех типов. Женские цветки с длинными столбиками развиваются в соцветиях, которые после созревания превращаются в сочные соплодия — фиги, или инжир, заполненные массой семян. Мужские цветки развиваются в более мелких и остающихся жесткими и несъедобными соцветиях-каприфигах, и здесь же развиваются женские цветки с короткими столбиками. Осы откладывают яички в семязачатки этих цветков, где и развиваются их личинки. Выведшиеся взрослые самцы оплодотворяют самок своей генерации, и те, осыпанные пыльцой, отправляются на поиск цветков, где они могли бы отложить яйца. При этом осы посещают соцветия с длинностолбиковыми цветками, опыляя их, но отложить яйца в их завязи осам не позволяет слишком короткий яйцеклад. Таким образом, каприфиги не только служат для производства пыльцы, но и являются инкубаторами для развития насекомого-опылителя.

Еще один пример удивительно сложных симбиотических связей между растениями и животными — весьма распространенный в тропических и субтропических районах союз муравьев с растениями-мирмекофитами. Например, обитающие в Мексике муравьи Psevdomyrmex устраивают гнезда исключительно в полых сросшихся основаниями колючках акации шиповатой. То же дерево предоставляет своим постояльцам и пищу: специальные нектарники на черешках листьев вырабатывают сахаристую жидкость, которой питаются муравьи-рабочие, а богатые белками округлые выросты на верхушках листочков (так называемые тельца Бельта) служат основным кормом для личинок. Взамен дерево оказывается надежно защищено не только от листогрызущих насекомых и их личинок, но и от позвоночных животных-фитофагов, ведь стоит прикоснуться к ветке, как на обидчика посыплется град разъяренных муравьев. Кроме того, муравьи способствуют выживанию акации, обгрызая побеги тянущихся к дереву лиан и уничтожая проростки растений-паразитов.

1. Особенности экологической стратегии и биотических связей у микроорганизмов

• Экология микроорганизмов изучает популяции и
взаимоотношения популяций в их экологических
нишах.
• Наиболее полно и глубоко изучена микробная
пищевая цепь рубца жвачных животных,
приводящая к образованию метана.
• Микробные процессы, приводящие к
перевариванию целлюлозы в рубце, стали также
примером взаимоотношений микроорганизмов и
животных.

• Впоследствии аналогичное взаимоотношение было
обнаружено при изучении пищевой цепи термиты
– ассоциации микробов – высшие организмы.
Pseudotrichonympha grassi —
представитель симбиотических
простейших (жгутиковых гипемастигин), обитающих в
кишечнике термита.

Обитающие в заднем отделе кишечника термита
жгутиконосцы Pseudotrichonympha grassii относятся к
роду, представители которого часто встречаются у
разных термитов, ведущих подземный образ жизни. В
каждом жгутиконосце постоянно обитают около 100
тысяч бактерий, относящихся к отряду Bacteroidales.
Pseudotrichonympha grassi
при использовании окраски
по методу FISH (fluorescence in
situ hybridization). Зеленым
цветом окрашены бактерии
— внутриклеточные
симбионты простейших,
желтым — масса
перерабатываемой
древесины.
10 мкм

5. Схема, показывающая систему симбиотических взаимоотношений внутри клетки жгутиконосца Pseudotrichonympha grassii, живущего в

кишечнике термита
Coptotermes formosanus
Наружный контур —
просвет заднего отдела
кишечника термита;
голубой овал — клетка
жгутиконосца; желтым
цветом внутри
жгутиконосца показана
симбиотическая
бактерия (CfPt1-2
symbiont).
Частицы древесины из кишечника термита заглатываются простейшим и
находятся далее в пищевой вакуоли (food vacuole), где и происходит лизис
целлюлозы и гемицеллюлозы. Моносахариды и водород, образующиеся при
разложении целлюлозы, используются как источники энергии для
азотфиксации (N2 fixation), которую проводят бактерии.

• Нейтрализм — взаимоотношения, при которых
микроорганизмы, развиваясь в составе одного ценоза, не
оказывают друг на друга непосредственного влияния.
Косвенная взаимозависимость организмов при этом
неизбежна, поскольку они являются элементами одного
сообщества.
• Конкуренция — взаимоотношения между организмами одного
или разных видов, соревнующихся за одни и те же ресурсы
внешней среды при недостатке последних. Конкуренция может
быть пассивной—потребление ресурсов внешней среды,
необходимых обоим организмам или активной—подавление
одного другим в результате образования определенных
продуктов обмена. В микробиологии понятие конкуренции
обычно распространяют лишь на взаимоотношения между
микроорганизмами, хотя возможны конкурентные отношения
между микро- и макроорганизмами, например почвенные
микроорганизмы конкурируют с высшими растениями за
элементы минерального питания.

• Синтрофия — способность двух или более видов бактерий
осуществлять такой процесс, который ни один из них не может
осуществлять по отдельности. Синтрофия является частным
случаем симбиотических взаимоотношений между бактериями.
• Симбиоз — различные формы совместного существования
разноименных организмов, составляющих симбиотическую
систему. В этих системах один из партнеров или оба, в
определенной степени возлагают на другого (или друг на друга)
задачу регуляции своих отношений с внешней средой. Основой
для возникновения симбиоза могут быть трофические,
пространственные и другие типы взаимоотношений. Один из
партнеров системы или оба вместе приобретают возможность
выигрыша в борьбе за существование.
• Симбиоз бывает факультативным, когда каждый из организмов
при отсутствии партнера может жить самостоятельно, и
облигатным, когда один из организмов (или оба) оказывается в
такой зависимости от другого, что самостоятельное
существование невозможно. По характеру взаимоотношений
между партнерами выделяют несколько типов симбиоза:
комменсализм, паразитизм и мутуализм.

8. Симбиоз

• Клубеньковые бактерии образуют на корнях (чаще бобовых) растений
наросты, заселенные бактериями. С течением времени бактерии
разрушаются в клубеньках и растение использует вещества, запасенные
микробами (паразитизм растения на бактериях).
• В пищеварительном тракте насекомых (муравьи и термиты) имеется
свой неповторимый ценоз (ассоциация микробных видов),
перерабатывающий целлюлозу.
• Питание жвачных животных теснейшим образом связано с активной
деятельностью сообщества строгих анаэробов — бактерий в рубце
(отделе желудка), где они участвуют в переработке растительных
кормов.
• Клещи, питающиеся кровью высших животных, имеют в своем теле
специальный орган, переполненный симбиотическими бактериями,
призванными переваривать кровь. Подобными органами обладают все
сосущие соки растений насекомые (цикадки). Они имеют в своем теле
до пяти разных симбиотических микробов. Удаление симбиотических
бактерий может привести к гибели высший организм, так как
нарушается обеспечение разными источниками пищи.

9. Симбиоз тля – бактерия Rickettsiella

• У гороховой тли от симбионтов зависит не
только способность синтезировать многие
необходимые для жизни вещества,
приспосабливаться к колебаниям температуры
и защищаться от паразитических наездников, но
и окраска тела.
• Новооткрытый симбионт тлей, бактерия из рода
Rickettsiella, придает зеленую окраску
насекомым, которые без этой бактерии были бы
красными.

Тля, красная от рождения, становится с возрастом зеленой, если в
ней живет симбиотическая бактерия Rickettsiella. Другой
симбионт, Hamiltonella, не влияет на окраску насекомого.

Эмбрион тли (его клетки окрашены синим) содержит
крупные специализированные клетки —
бактериоциты, в которых живут симбиотические
бактерии Buchnera (зеленые). Один из
бактериоцитов населен риккетсиеллами (красные).
Справа — бактериоцит с риккетсиеллами при
большем увеличении.

12. Тройной симбиоз: вирус помогает бактерии защищать тлю от врагов

• Американские энтомологи экспериментально
показали, что эффективную защиту тлей от
наездников обеспечивают не любые бактерии
Hamiltonella defensa, а только зараженные
вирусом-бактериофагом APSE (A. pisum
secondary endosymbiont).
• Гены токсичных белков, необходимых для
уничтожения личинок наездника, находятся в
геноме вируса, а не бактерии.

• Это один из первых описанных случаев, когда
мутуалистические (взаимовыгодные) отношения двух
организмов (в данном случае — тли и бактерии)
обеспечиваются благодаря вирусу, выступающему в роли
необходимого третьего компонента симбиотической
системы.
• Гамильтонелла, как и многие другие внутриклеточные
симбионты, наследуется по материнской линии в ряду
поколений насекомых-хозяев (бактерия проникает в яйца,
откладываемые зараженной самкой).
• Данное исследование интересно тем, что в нем впервые
продемонстрирована роль бактериофагов в
регулировании мутуалистических отношений между
симбиотическими бактериями и их хозяевами.

15. Тройной симбиоз термостойкая трава Dichanthelium lanuginosum - эндофитный (произрастающий в тканях растения) гриб Curvularia

Тройной симбиоз термостойкая трава Dichanthelium lanuginosum эндофитный (произрастающий в тканях растения) гриб Curvularia
protuberata - вирус
Растение
Dichanthelium
lanuginosum
(родственник просо)
прекрасно растет на
почве, нагретой до
65°C, но погибает
(справа) в тех же
условиях, если его
лишить
симбиотического
гриба Curvularia
protuberata.

• Если выращивать растение и
гриб по отдельности друг от
друга, ни тот, ни другой
организм не выдерживает
длительного нагревания
свыше 38°C, однако вместе
они прекрасно растут на
почве с температурой 65°C.
• Вскоре был обнаружен
третий обязательный
участник симбиоза — РНКсодержащий вирус,
обитающий в клетках гриба.

18. Симбиоз морской червь - протеобактерии

• Морской червь Olavius algarvensis, обитающий в
Средиземном море не имеет ни пищеварительной,
ни выделительной систем. Как выяснилось, под его
наружными покровами обитают симбионты —
бактерии четырех видов, два из которых относятся к
группе гамма-протеобактерий, а два другие — к
дельта-протеобактериям.

20. Азот-фиксирующие симбиотические бактерии Rhizobium

• Антагонизм — термин, применяемый к таким
взаимоотношениям между микроорганизмами,
когда один вид задерживает или полностью
подавляет рост другого.
• Если угнетение взаимно, говорят об
аменсализме.
Подавление продуцентами
антибиотиков (в первую очередь
грибами и актиномицетами) других
организмов и изменение
кислотности среды в зонах
обитания организма при
разложении органического
вещества.

• Комменсализм (сотрапезничество) - форма
симбиоза, при которой один из партнеров
системы (комменсал) возлагает на другого
(хозяин) регуляцию своих отношений с
внешней средой, но не вступает с ним в
тесные отношения.
• Основой для комменсальных отношений могут
быть общее пространство, cyбстрат, кров,
пища. Присутствие комменсала для хозяина
остается обычно безразличным, т. е. понятие
комменсализм сейчас понимается шире, чем
сотрапезничество.

• Мутуализм - форма симбиоза, при которой
отношения между партнерами
характеризуются взаимовыгодностью и ни
один из них не может существовать без
другого.
• Хищничество - такое отношение двух групп
организмов, при котором одна использует
другую в пищу. Примером может служить
род Clostridium (патогенные виды), который
сначала своими токсинами приводит к
гибели животное, а затем использует труп в
качестве источника питания.

• Паразитизм (греч. parasitоs—нахлебник)—
форма антагонистических взаимоотношений
двух различных организмов, при которой один
из них (паразит) использует другого (хозяина) в
качестве среды обитания (среда 1-го порядка)
или источника пищи, возлагая на него регуляцию
своих отношений с внешней средой (среда 2-го
порядка).
• Наблюдается различная степень специализации
паразитов (приуроченность к различным
органам и тканям) и специфичность паразитов
(приуроченность определенного вида паразита к
определенным видам хозяина).

• Считают, что узкая специфичность указывает на давнее
происхождение системы. В процессе эволюции
паразитической системы наблюдается тенденция к
сглаживанию антагонистических отношений между
партнерами. Однако даже в самых стабильных системах
паразит — хозяин отношения между партнерами
построены по принципу неустойчивого равновесия,
нарушения которого могут привести к распаду системы и
гибели одного или обоих партнеров.
• Паразиты принимают участие в регуляции численности
популяций хозяев, а иногда определяют направленность
микроэволюционных процессов. Паразиты
подразделяются на облигатные (обязательные) и
факультативные (необязательные).

В роли паразитов бактерий выступают
внутриклеточные паразитические бактерии из
рода Bdellovibrio и вирусы бактерий —
бактериофаги.

• Паразитический симбиоз среди микробов
встречается очень часто, например: на
одноклеточной водоросли хлорелле
паразитирует мелкий вибрион
Vampirovibrio chlorellavorus (эктопаразит).
Этот облигатный паразит прикрепляется к
оболочке водоросли и существует за счет
поступления из ее клетки веществ.

• Известны многочисленные примеры
паразитирования бактерий на мицелии грибов,
хищных грибов, активно захватывающих и
лизирующих мелких почвенных червей
(нематод).

29. Микофильные грибы в культурах макро- и микромицетов

• Гифы микофила на
поверхности гиф гриба
р. Trametes
• Гифы микофила с
присосками в колонии
гриба р. Pleurotus
29

• Мицелий микофила на
поверхности колонии
гриба р. Aspergillus
• Гифа микофила внутри
конидиеносца гриба р.
Aspergillus
30

31. Антагонизм

В общей биологии:
Наиболее распространённые виды антагонизма:
• борьба за существование в парах:
– Хищник-жертва (хищничество)
– хозяин — паразит (паразитизм)
• конкурентные взаимоотношения (конкуренция)
–
–
–
–
за источники энергии
за источники питания
за территорию
за продолжение рода и др.
В микробиологии:
– антагонизм микробов (антибиоз), впервые описан Л. Пастером
(1877), связан с выделением микробами антагонистами
антибиотических веществ (антибиотиков).
• подавление чумной палочкой синегнойной палочки
• угнетение роста дрожжей актиномицетами, продуцирующими
нистатин.

Антибиоз или микробный антагонизм
- это явление противодействия одной микробной популяции
относительно другой, проявляющееся при совместном
культивировании на питательных средах или между
компонентами ассоциаций в естественных условиях.
Контроль
Опыт
Зоны угнетения
роста

33. Антибиотики

• Антибио́тики (от др.греч. ἀντί — anti — против, βίος — bios — жизнь) —
вещества природного или полусинтетического происхождения,
подавляющие рост живых клеток, чаще всего прокариотических, или
вызывающие их гибель.
• Антибиотики природного происхождения чаще всего продуцируются
актиномицетами и плесневыми грибами, реже — немицелиальными
бактериями.
• Некоторые антибиотики используются в качестве цитостатических
(противоопухолевых) препаратов при лечении онкологических
заболеваний.
• В качестве лекарственных средств применяются антибиотики,
оказывающие сильное подавляющее действие на рост и размножение
бактерий и при этом относительно мало повреждающие или вовсе не
повреждающие клетки макроорганизма.

(продолжение)
• Образование антибиотиков - наследственно закреплённая особенность
метаболизма организмов.
• Каждый вид (или штамм) способен образовывать один или несколько
определенных, строго специфичных для него антибиотических веществ.
• Одинаковые антибиотики могут образовываться несколькими видами
организмов (свидетельство того, что данные микроорганизмы имеют общего
предка).
• Образование антибиотика обусловлено определённым характером обмена
веществ, возникающим и закреплённым в процессе эволюции организма.
• К антибиотикам в широком смысле относят также антимикробные вещества
тканей высших растений (фитонциды) и животных.

Таким образом:
• Антибиотики - специфические продукты
жизнедеятельности различных групп микроорганизмов
(низших и высших растений и животных), обладающие
высокой физиологической активностью в отношении
определённых групп микроорганизмов или
злокачественных опухолей, избирательно
задерживающие их рост или подавляющие развитие.
• Антибиотики возникли в конкурентной борьбе за
существование микроорганизмов как средство
нападения и защиты.

36. Основные исторические этапы открытия и применения антибиотиков:

ФЛЕМИНГ (Fleming),
Александер
6 августа 1881 г. – 11 марта 1955
г., шотландский микробиолог.
Открыл лизоцим
(антибактериаль-ный фермент,
вырабатыва-емый
человеческим организмом) и
впервые выделил пенициллин
из плесневых грибов Penicillium
notatum — исторически первый
антибиотик.
Флеминг недооценил своё открытие, считая, что получить лекарство будет очень
трудно. Его работу продолжили Говард Флори и Эрнст Борис Чейн, разработавшие
методы очистки пенициллина.
Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1945 г.
получена им совместно с Э.Б.Чейном и Х. Флори за открытие пенициллина и
лизоцима. Массовое производство пенициллина было налажено во время Второй
мировой войны.

ЧЕЙН, ЭРНСТ БОРИС (Chain, Ernst Boris)
(1906–1979), английский биохимик,
удостоенный в 1945 Нобелевской премии по
физиологии и медицине (совместно с А.
Флемингом и Х.Флори) за открытие и синтез
пенициллина.
ФЛОРИ, ХОУАРД УОЛТЕР (Florey, Howard Walter)
(1898–1968), английский патолог и микробиолог. В 1945
удостоен Нобелевсой премии по физиологии и
медицине (совместно с Э.Чейном и А.Флемингом) за
открытие и получение в чистом виде пенициллина.
Родился 24 сентября 1898 в Аделаиде (Австралия).
Заслуги ученого отмечены золотой медалью
И.Берцелиуса, золотой медалью М.В.Ломоносова. В
1944 он был возведен в рыцарское достоинство. Флори
– один из авторов книги Антибиотики (Antibiotics, vol.
2, 1949), автор книги Общая патология (General
Pathology, 1957).

советский микробиолог и бактериохимик,
академик АМН СССР, заслуженный деятель
науки РСФСР (1970). Основные труды по
изучению холеры и антибиотикам. Изучила и
ввела в практику (1931) лечебный препарат
лизоцим. Получила первые образцы
отечественных препаратов антибиотиков —
пенициллина (1942), стрептомицина (1947), а
также, в более позднее время, такие
препараты, как интерферон,
экмоновоциллин, бициллины, экмолин,
дипасфен.
• В 1942 г. впервые в СССР получила пенициллин (крустозин ВИЭМ),
впоследствии активно участвовала в организации его промышленного
производства в Советском Союзе, что особенно важно было в военные
годы.

42. Количество антибиотиков, обнаруженных у представителей различных таксономических групп

Группа организмов
Количество обнаруженных
антибиотиков
Микроорганизмы
17 000
Водоросли + лишайники
1 000
Высшие растения
10 000 – 12 000
Простейшие
Около 50
Морские беспозвоночные
3 000 – 4 000
Насекомые
150 - 200
Позвоночные
1 000

Изучение взаимодействия бактерий с другими организмами – один из основных разделов микробиологии. Благодаря получению и освоению знаний об этом взаимодействии человек может определить границы влияния бактерий на окружающую среду, соответственно, и на безопасность человеческого сообщества. Симбиоз, характерный для клубеньковых бактерий, разнообразные бактериальные эндосимбиозы и экзосимбиозы – все эти процессы являются неотъемлемой частью окружающего человека органического мира и принципиально влияют на состояние объектов неорганической природы.

Виды взаимодействий

Микробиология дает несколько классификаций бактериальных симбиозов:

По входящим компонентам (макро- и микросимбиоз).
По расположению компонентов друг относительно друга: эндосимбиоз (внутриорганизменный) и экзосимбиоз (внешнее расположение взаимодействующих организмов).
По характеру взаимоотношений, в которые вступают организмы (взаимовыгодный муталистический, подавляющий паразитизм, безразличный нейтрализм).
По зависимости друг от друга (облигатный – партнеры не могут существовать вне симбиоза, факультативный – каждый симбионт может жить отдельной жизнью).

Отдельным порядком стоит комменсализм. Это такая связь между бактерией и другим организмом, при которой один из участников получает выгоду, а другой безразличен к установленной связи и к ее продуктам.

Указанные свойства симбиозов нельзя назвать стабильной характеристикой, поскольку при определенных условиях вид совместного сожительства может меняться. Так, муталистическое сожительство может перейти в паразитизм или в нейтрализм и наоборот.

Растения и бактерии

Совместное существование растений и бактерий представлено практически всеми видами симбиозов. Один из самых распространенных – факультативное сожительство азотфиксирующих микроорганизмов и бобовых растений.

Представители семейства азотфиксирующих бактерий Rhizobiaceae образуют на корнях бобовых растений так называемые корневые клубеньки, в которых атмосферный азот преобразуется в органические азотсодержащие соединения. Благодаря деятельности азотфиксирующих микроорганизмов ризосфера (почва вокруг корней бобовых растений) насыщается азотсодержащей органикой. Кроме того, сами бобовые растения (например, горох) потребляют продукты жизнедеятельности азотфиксирующих бактерий.

Вследствие высокого содержания органического азота в бобовых, горох, фасоль и другие продукты этой группы рекомендуются для употребления при заболеваниях кишечника и для профилактики онкологических заболеваний системы пищеварения.

Горох, богатый растительным белком, является незаменимым диетическим продуктом в тех случаях, когда пациентам не рекомендуется употреблять в пищу продукты, содержащие белок животного происхождения.Также горох улучшает обмен веществ, нормализует уровень сахара в крови, улучшает работу почек и печени.

Изучив механизм взаимодействия клубеньковых бактерий, человек определил природу полезных свойств гороха и других бобовых, и сегодня все полезные продукты данного симбиоза могут быть произведены синтетическим путем в фармацевтических и промышленных лабораториях.

Взаимодействие с человеком

Человек постоянно живет в содружестве с многочисленным бактериальным сообществом, представленным нескольким десятком основных семейств. Отсутствуют микробы только в крови и лимфе. Все остальные органы и ткани, так или иначе, вступают в контакт либо с самими бактериями, либо с продуктами их жизнедеятельности.

Желудочно-кишечный тракт

ЖКТ населен симбионтами семейства Энтеробактерии (Enterobacteriaceae). Это самое многочисленное сообщество, которое включает в себя роды кишечных патогенных и условно патогенных микроорганизмов. Также в ЖКТ имеется большое количество представителей семейства Лактобацилл (Lactobacillus) – эти микроорганизмы создают кислотную среду, которая подавляет деятельность бактериальных и вирусных патогенов; также лактобактерии очищают кишечник от гнили.

Кожные покровы

Кожа человека населена микроорганизмами в не меньшей степени, нежели ЖКТ. На коже присутствуют стафилококки эпидермидис, коринеформные бактерии, протеи, пропионибактерии, псевдомонады, кишечные микробы и другие.

Активность микробов, которые населяют кожу, зависит от наличия многих подавляющих факторов, а также факторов, которые стимулируют развитие благоприятной среды для роста определенного вида бактерий. Как только такая среда создается, сразу в этом бактериальном сообществе начинает преобладать определенная бактериальная форма, что чаще всего сопровождается инфицированием кожных покровов. При нормальных условиях, когда одна группа сдерживает другую, подобное взаимодействие является естественным биологическим щитом.

Ротовая полость

Во рту также установлено наличие бактериального симбиоза, который регулирует внутреннюю среду ротовой полости и не дает возможности активизироваться патогенной микрофлоре, тем самым защищая ткани самой ротовой полости и верхних дыхательных путей от инфекционных заражений.

Такое взаимодействие и фактическая работа бактериального сообщества по защите человека от патогенов являются универсальным саморегулирующим природным механизмом, который очень аккуратно и оперативно реагирует на все изменения внутри самого организма и в окружающей среде. Поддержание этой естественной защиты является одним из основных аспектов охраны здоровья.

Симбиоз грибов и синезеленых водорослей

Одними из самых ярких симбиозов бактерий и грибов являются примеры сожительства синезеленых водорослей (цианобактерий) и грибов. Такой симбиоз имеет форму хорошо известного лишайника.

Тело гриба является защитным корпусом для бактериального сообщества синезеленых водорослей. Оно обеспечивает защиту от высыхания и осуществляет регулярную поставку воды к бактериальным клеткам, а сами водоросли, которые являются фотосинтезирующими организмами, обеспечивают гриб органическими веществами, необходимыми ему для питания.

Такое взаимовыгодное сотрудничество синезеленых водорослей и грибов позволило лишайникам распространиться в самых сложных климатических условиях и стать одним из обязательных структурных элементов экосистем суровых районов Крайнего Севера.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

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: