Znaczenie wirusów i bakterii w przyrodzie i gospodarce człowieka.

Bakterie

Bakterie są to drobnoustroje stojące na pograniczu świata roślinnego i zwierzęcego. Zaliczamy do nich 1500 gatunków. Są najmniejszymi żywymi organizmami na kuli ziemskiej.

Istnieją dwie zasadniczo różne grupy bakterii: Archaebakteria i Eubakteria.

1. Archaebakteria bardzo różnią się od innych bakterii pod względem biochemicznym - brak peptydoglikogenu w ścianie komórki; lipidów; specyficznych enzymów oraz rybosomów RNA Występują w ekstremalnych warunkach, podobnych do tych, które panowały kiedyś na Ziemi. Dziś występują rzadko, są dowodem na istnienie bakterii, od początku świata.
Do Archaebakterii zaliczamy trzy grupy: Halofilne - żyją wyłącznie w bardzo zasolonych środowiskach; Metanogeny - zamieszkują ścieki i bagna oraz układ pokarmowy ludzi i zwierząt, są to beztlenowce, wytwarzają metan z CO2 i wodoru. Termoacidofilne - żyją w środowiskach gorących i kwaśnych np: gorące źródła siarkowe.

2. Eubakterie, inaczej zwane "właściwe bakterie" - do tej grupy zaliczamy większość bakterii.

Obejmują niezwykle różnorodne organizmy, ich morfologia: metabolizm są bardzo zróżnicowane.
Bakterie mają różnorodne kształty.
- kulisty (ziarniaki)
- wydłużony (pałeczki i laseczki)
- spiralny (przecinkowce, śrubowce i krętki)
- nitkowaty
- rozgałęziony (promieniowce):

Wyróżnia się następujące typy:
- ziarniaki - kuliste lub owalne,
- pałeczki - krótkie cylindry,
- laseczki - wydłużone cylindry,
- przecinkowce - krótkie wygięte wałeczki,
- kredki i śrubowce - wydłużone formy spiralne.

Mogą występować pojedynczo lub tworzyć kolonie.
Zależnie od ułożenia komórek bakteryjnych w koloni wyróżnia się skupienia typu:
- paciorkowce - o układzie łańcuszkowatym,
- gronkowce - o układzie nieregularnym,
- dwoinki -zespół dwóch bakterii
- a także czworaczki i sześcianki.

Budowa bakterii

To co odróżnia komórki bakteryjne od pozostałych komórek to przede wszystkim brak właściwego jądra komórkowego. Zastępuje je twór zwany nukleoidem występuje pojedynczo lub podwójnie w komórce.Zbudowany jest ze splątanej nici nukleinowej zwanej genoforem, a składającej się z kwasu dezoksyrybonukleinowego, nie oddzielonej od reszty protoplastu podwójny ścianą lipidowo-białkową. Funkcją odpowiada chromosmowi, ale różni się od niego składem chemicznym. Wnętrze komórki osłonięte jest błoną cytoplazmatyczną i wraz z nią stanowi protoplast. Błona cytoplazmatyczna zbudowana jest z białek i lpidów. Odgrywa ona bardzo ważną rolę w pobieraniu i wydalaniu różnych substancji przez komórkę. W cytoplazmie występują kuliste twory zwane rybosomami, zbudowane z kwasu rybonukleinowego i białek. Tu odbywa się synteza białek. Funkcje oddechowe w komórce spełniają mezosomy, zbudowane z współśrodkowo ułożonych uwypukleń błony cytoplazmatycznej. Natomiast u fotosyntetyzujących bakterii uwypuklenia te oderwały się od błony cytoplazmatycznej, zawierają barwniki asymilacyjne zwane tylakoidami lub ciałkami chromatoforowymi. Mają kształt spłaszczonych woreczków i umieszczone są na obwodzie komórki. Komórki bakteryjne są przeważnie powleczone warstwą śluzu, które chroni ciało bakterii, przed niesprzyjającymi warunkami zewnętrznymi.

Bakterie w porównaniu z innymi organizmami, mają stosunkowo prostą budowę, ale spełniają one wszystkie charakterystyczne dla swojego świata ożywionego funkcje życiowe - odżywianie, oddychanie, rozmnażanie.

ODŻYWIANIE SIĘ BAKTERII

Pod względem sposobu odżywiania się bakterii dzielimy je na formy cudzożywne
heterotrofy i samożywne - autotrofy.
Przeważająca większość bakterii to organizmy cudzożywne. Bakterie te nie mają zdolności do samodzielnego syntetyzowania materii organicznej z prostych składników mineralnych. Odżywianie się tych bakterii polega na wydzieleniu przez nie do środowiska odpowiednich enzymów rozkładających materią organiczną w podłożu. Powstałe w ten sposób proste związki organiczne są osmotycznie wchłaniane przez komórkę bakteryjną. Wyróżniamy tu sapnafity i pasożyty.

Bakterie samożywne są zdolne do wytworzenia substancji organicznych ze związków nieorganicznych. Stanowią one nieliczną grupę. Są to bakterie fotosyntetyzujące i chemosyntetyzujące. Bakterie fotosyntetyzujące zawierają chlorofil i podobnie jak rośliny zielone na drodze fotosyntezy wytwarzają związki organiczne. Bakterie chenosyntetyzujące produkują substancje organiczne przez utlenienie różnych związków nieorganicznych: siarkowodór, amoniak, związki żelaza i inne.

ODDYCHANIE BAKTERII

Proces oddychania dostarczona organizmowi energii niezbędnej do życia. Pod względem sposobu uwalniania tej energii wyróżniamy bakterie tlenowe- aerobowe i beztlenowe - anaerobowe. Proces tlenowego oddychania bakterii jest taki sam jak roślin zielonych. Część wytworzonej lub pobranej materii organicznej ulega rozkładowi pod wpływem odpowiednich enzymów, a następnie utlenianiu z udziałem tlenu atmosferycznego. W wyniku oddychania tego typu powstają proste związki nieorganiczne CO2 i H2O, a uwalniana energia zużyta jest na potrzeby życiowe komórki. Bakteriom oddychającym beztlenowo czyli tzw. fermentacją, tlen atmosferyczny nie jest potrzebny, a wręcz może mieć działanie zabójcze. Efektem fermentacji jest przetwarzanie substancji organicznej na inne związki organiczne o prostszej budowie i wydzielaniu CO2. Na przykład węglowodany ulegają przetworzeniu na alkohol i kw. mlekowy.

ROZMNAŻANIE BAKTERII

Bakterie rozmnażają się bezpłciowo
- przez podział komórki macierzystej, na dwie komórki potomne. Podział cytoplazmy poprzedzony jest podwojeniem nukleoidu. Dzielą się na drodze przerężenia lub powstawania w środku nowej komórki.
- niektóre bakterie rozmnażają się przez pączkowanie. W sprzyjających warunkach rozmnażają się bardzo szybko, ich liczba może się podwajać co 15-20 minut. Natomiast w warunkach niesprzyjających większość bakterii ginie, a tylko niektóre, potrafią tworzyć formy przetrwalnikowe -cytoplazma ulega odwodnieniu i zagęszczeniu przybierają postać grudki. W takim stanie życia utajonego mogą zachować żywotność do 30 lat.

WPŁYW BAKTERII NA CZŁOWIEKA

Działalność bakterii pod kątem wpływu na różne dziedziny życia człowieka, może być oceniany jako negatywna i pozytywna.
Negatywny wpływ na człowieka, rośliny i zwierzęta mają przede wszystkim bakterie chorobotwórcze. Są to bakterie pasożytnicze. Opanowując organizm żywiciela powodując wystąpienie wielu schorzeń doprowadzających niekiedy aż do śmierci gospodarza. Istnieją trzy przyczyny ujawniania się objawów chorobowych:

1. Obciążenie organizmu ogromną ilością obcych ciał w wyniku szybkiego namnażania się bakterii.
2. Niszczenie przez bakterie tkanek żywiciela, wykorzystanych jako substrat pokarmowy.
3. Wytwarzanie toksyn bakteryjnych zatruwających tkanki i narządy organizmu gospodarza.

Wprawdzie walka z nimi jest prowadzona na szeroką skalę przez wprowadzenie szczepień ochronnych, odpowiednią antybiotykoterapię, stosowanie środków dezynfekujących i odpowiedniej higieny przynosi coraz lepsze rezultaty, to jednak stale istnieje niebezpieczeństwo masowych zachorowań np: na czerwonkę, tak jak to miało miejsce w szczecińskim przedszkolu i szkole podstawowej w ostatnim czasie.

Poza tym istnieją bakterie, które mają powinowactwo do roślin. Istnieje ok.200 gatunków bakterii zwanych bakteriozy powodujące schorzenia roślin, co może prowadzić do dużych strat w gospodarce rolnej.

Ofiarami bakterii chorobotwórczych padają wszystkie grupy zwierząt. Powodują choroby epidemiologiczne zwierząt hodowlanych tzw. Epizocje, czyniąc wielkie szkody. Do bardzo niebezpiecznych chorób chorób bakteryjnych zwierząt należy nosacizna, węglik, gruźlica. Choroby te mogą przenosić się na ludzi. Schorzenia bakteryjne rozprzestrzeniają się wśród ludzi i zwierząt przez kontakt bezpośredni, za pośrednictwem skażonych przedmiotów, bądź też są przenoszone przez owady - muchy, karaluchy, pchły, wszy, pluskwy.

Poza bakteriami chorobotwórczymi dla roślin, zwierząt i ludzi istnieją bakterie symbiotyczne, które żyjąc w organizmie żywiciela przynoszą swojemu gospodarzowi korzyści. Przykładem takim może być symbioza roślin motylkowych z bakteriami brodawkowymi, występującymi w korzeniach tych roślin. Jak również bakterie zasiedlające przewód pokarmowy zwierząt i człowieka, gdzie ułatwiają, a niekiedy wręcz umożliwiają trawienie i wchłanianie pokarmu oraz są źródłem witaminy B i K.

ZNACZENIE BAKTERII W PRZYRODZIE

Duże znaczenie ma istnienie bakterii dla przyrody. Procesy życiowe bakterii przyczyniają się do bezustannego krążenia materii. Dla zapewnienia ciągłości życia jest zatem niezbędna zapewnienie uwalniania pierwiastków z obumarłej masy organicznej. Te niezmiernie ważne przemiany dokonują się głównie dzięki bakteriom. Powodują one rozkład różnych złożonych substancji organicznych np: białka, błonnik na proste związki organiczne, wyłączając je do cyklu obiegu materii. Tylko niewielka część przetwarzanych związków bakterie wykorzystują na własne potrzeby. Proces krążenia pierwiastków w przyrodzie uzupełnia działalność bakterii przeprowadzanych różnego rodzaju fermentację.

Bakterie spełniają również rolę sanitarną w przyrodzie. Uczestniczą w oczyszczaniu środowiska z licznych, często szkodliwych dla innych organizmów, metabolitów i innych nieczystości, rozkładając je na nieszkodliwe produkty - wykorzystano to w oczyszczalniach wody i ścieków, oraz naturalnych ciekach wodnych. Należy również pamiętać, że te bakterie mogą spowodować ogromne zanieczyszczenia gotowych już produktów spożywczych.

Działalność bakterii ma duże znaczenie w rolnictwie, gdzie rozkładając kompost i obornik wzbogacając gleby o związki przyswajalne dla roślin- podnoszą żyzność gleby. Biorąc udział w wytwarzaniu próchnicy, zmieniając strukturę gleby na gruzełkowatą, a tym samym zwiększają jej walory.

Bakterie fermentując wykorzystywane są do produkcji kiszonek np: ogórki, kapusta, pasza dla zwierząt. Zdolności fermentacyjne bakterii wykorzystuje się w przemyśle mleczarskim, do produkcji octu, acetonu, alkoholu, kw. mlekowego i cytrynowego. Poza tym w przemyśle farmaceutycznym, do produkcji witaminy B12, C oraz antybiotyków.

Tak jak powszechna jest występowanie bakterii w biosferze naszej planety, tak ogromne jest ich działalność na polu wielu dziedzin życia człowieka i na oddziaływanie przyrody zarówno w sensie pozytywnym jak i negatywnym.

Wirusy

Wirusy, znajdują się na pograniczu pomiędzy materią ożywioną i nieożywioną. Wykazują one kilka cech wyróżniających organizmy żywe, jak reprodukcja, ale nie prowadzą procesów metabolicznych i nie są zdolne do reprodukcji na zewnątrz komórki gospodarza.

BUDOWA WIRUSÓW

Wirusy nie mają budowy komórkowej, nie potrafią samodzielnie poruszać. Wszystkie komórkowe formy życia zawierają zarówno DNA i RNA, wirusy posiadają albo DNA albo RNA nigdy równocześnie. Wirusy nie mają rybosomów ani enzymów potrzebnych do syntezy białek. W pewnym sensie wirusy stają się ożywione jedynie po zakażeniu komórki. Są one doskonale przystosowane do trybu pasożytniczego.

Ze względu na brak budowy komórkowej nie zostały zakwalifikowane do żadnego królestwa istot żywych.

Wirusy grupowane są na podstawie 4 kryteriów: wielkość, kształt, obecności osłonki i rodzaju kwasu.

Wirus jest małą cząstką zbudowaną z kwasu nukleinowego otoczonego płaszczem białkowym- kapsyd. Bez względu na to jaki wirus zawiera kwas służy on jako materiał genetyczny czyli genom. Genom zawiera od 5 do kilkuset genów, nie mogą zawierać dziesiątków tysięcy genów. Pojedyncze cząstki wirusów mają średnicę mniejszą niż 0,25um.

Kształt wirusa określany jest przez układ podjednostek białkowych tworzących kapsyd. Kapsydy mają zwykle kształt pałeczkowaty lub wielościenny.Wirusy można oczyścić i otrzymać w postaci krystalicznej. W tej postaci układają się w określony, powtarzający się wzór, będący z zewnątrz symetryczny o płaskich powierzchniach. Jeżeli takie nieczynne kryształki wprowadzi się do komórek gospodarza, namarzają się powodując wystąpienie objawów chorobowych.

Bakteriofagi jest to bardzo złożony wirus, zakaża on bakterie. Najczęstsza struktura bakeriofaga to długa cząstka kwasu nukleinowego zwiniętego wewnątrz wielościennej główki. Większość zawiera jako materiał genetyczny DNA. Wiele fagów ma do główki doczepiony ogonek. Włókna odchodzące od ogonka służą do przyczepiania się do bakterii. Bakteriofagi atakują głównie zwykle swoiste dla danego gatunku. Fagi można łatwo hodować w laboratorium wewnątrz żywych bakterii- większość wiedzy o wirusach pochodzi z badań na fagami.

Bakteriofagi zjadliwe niszczą komórkę gospodarza, natomiast łagodne nie zabijają komórki niszczyciela. Łagodne mogą rewertować do cyklu litycznego i wtedy niszczą gospodarza. Niektóre łagodne doprowadzają do integracji swojego kwasu z DNA gospodarza tak że DNA wirusa ulega replikacji wraz z DNA gospodarza.

Infekcja komórki przebiega w 5 etapach:
1. Absorpcja - wniknięcie wirionu do wnętrza komórki.
2. Wnikanie - uwalnianie kwasu nukleinowego z osłonki (faza eklisy).
3. Replikacja - powoduje zmiany w metabolizmie komórki- komórka syntezuje kwas nukleinowy i białko swoje z komórką zainfekowaną.
4. Składanie - teraz produkowane są nowe wiriony o takich samych właściwościach co macierzysty wirion.
5. Uwolnienie - ściana ulega rozerwaniu, uwalniane zostają wtedy ok. 100 bakteriofagów; nowe infekują następne komórki. Cały proces trwa ok. 30min.

Jako całkowity pasożyt nie wykazuje cech życia poza komórką żywiciela. Żywicielem wirusów w zależności od ich rodzajów są komórki roślinne, zwierzęce lub bakteryjne. Do ich wnętrza wirusy dostają się reagując chemicznie ze ścianą komórkową, wykorzystują już istniejące uszkodzenia lub są wprowadzane przez owady. Ciałem czynnym wirusa jest kwas nukleinowy. Osłonka białkowa często nie wnika do zakażonej komórki. W zaatakowanej komórce namnażają się nici wirusowego kwasu nukleinowego, otaczają się właściwymi sobie osłonkami poczym są zdolne do dalszych infekcji, wydostają się ze zwykle już zniszczonej komórki.

ROZMNAŻANIE SIĘ WIRUSÓW

Szybkość rozmnażania się wirusów i łatwość ich rozprzestrzeniania się sprawiają, że choroby wirusowe stanowią bardzo poważne zagrożenie dla upraw rolnych. Szczególnie groźne są choroby wirusowe zwierząt takie jak wścieklizna, przenoszące się na ludzi, czy pryszczyca- choroba bydła.

ZNACZENIE WIRUSÓW DLA CZŁOWIEKA

Właściwie jak do tej pory nie stwierdzono pozytywnego oddziaływania wirusów na wszelkie dziedziny życia człowieka i przyrody. Wirusy wywołują głównie choroby wśród roślin, zwierząt i ludzi.
Wśród ludzi choroby, których przyczyną są wirusy to min grypa, odra, ospa wietrzna, paraliż dziecięcy, świnkę, różyczkę. Powodują one, także powstawanie niektórych chorób nowotworowych. Wirus HIV- ludzki wirus upośledzenia odporności powoduje chorobę AIDS- zespół nabytego upośledzenia odporności. HIV jest zaliczany do retrowirusów- wykorzystują one zależną od RNA polimerazę DNA, zwaną odwrotną transkryptazą by przepisać genowy RNA na DNA. Występuje we krwi, wydzielinie pochwowej, spermie.

Głównymi objawami AIDS są: gorączka, suchy kaszel, zapalenie płuc, silne pocenie, gorączka, bóle mięśni i stawów, powiększenie węzłów chłonnych, duszność, zapalenie jamy ustnej, pleśniawki, wychudnięcie. W Polsce zarażonych HIV jest ok. 20 000 a chorych na AIDS 450 z czego 263 nie żyje. Według WHO na świecie 8mln chorych na AIDS i 28mln zakażonych HIV.
Rodzaj cząstek receptorowych na powierzchni wirusa decyduje o tym, jaki rodzaj komórek dany wirus może zainfekować. Niektóre wirusy wyposażone są w wystające na zewnątrz kapsydu włókna, które ułatwiają adsorpcję wirusa do miejsc receptorowych na komórce gospodarza. Inne wirusy otoczone są lipoproteinową osłonką wyposażoną w sterczące na zewnątrz glikoproteinowe wypustki jako receptory. Wirusy odry i wysypki zakaźnej mogą infekować wiele różnych rodzajów tkanek, gdyż ich receptory łączą się z miejscami receptorowymi na wielu różnych komórkach. Zaś np. receptory porażenia dziecięcego łączą się z komórkami pewnych tkanek.

Wirusy w różny sposób wnikają do komórki np. w procesie endocytozy- błona komórki ulega inwaginacji, z wytworzeniem otoczonego błoną pęcherzyka zawierającego wirus; następny sposób polega na fuzji osłonki wirusa z błoną cytoplazmatyczną- pozwala to na wniknięcie kapsydu i kwasu nukleinowego.

Dlatego w akcji przeciw wirusom chorobotwórczym ogromne znaczenie ma dziś profilaktyka- zapobieganie zakażeniom. Wykonuje się to przez izolowanie chorych osobników, likwidowanie nosicieli wirusów- owady i wreszcie stosowanie szczepionek. Ten ostatni sposób okazał się w wielu przypadkach bardzo skuteczny. Produkcja skutecznych szczepionek doprowadziła prawie do całkowitego wytępienia wirusa ospy. Jednak nadal wirusy są przyczynami wielu chorób a nawet zgonów.

Znaczenie wirusów dla człowieka ma przede wszystkim charakter negatywny, gdyż w wielu przypadkach są one czynnikiem chorobotwórczym, wywołującym różne, czasem bardzo groźne schorzenia u człowieka, roślin i zwierząt. Dlatego wiele wysiłków człowieka skierowanych jest na zwalczanie tych chorób lub zapobieganie im. Niestety, zwalczanie chorób wirusowych, ze względu na brak skutecznych leków, polega głównie na leczeniu objawowym. To samo dotyczy zwierząt i roślin. Dlatego w akcji przeciw wirusom chorobotwórczym ogromne znaczenie ma dzisiaj profilaktyka - zapobieganie zakażeniu. Realizuje się to przez izolowanie osobników chorych, likwidowanie nosicieli wirusów (np. owadów przenoszących wirusy chorobotwórcze roślin) i wreszcie stosowanie szczepionek. Ten ostatni sposób w wielu przypadkach okazał się bardzo skuteczny. Skutecznie zapobiega się ospie, paraliżowi dziecięcemu, a u zwierząt - wściekliźnie i pryszczycy. Również negatywne dla człowieka w wielu przypadkach jest działanie bakteriofagów atakujących bakterie przynoszące pożytek gospodarce ludzkiej. Odczuwa się to w niektórych działach przemysłu spożywczego i fermentacyjnego, które produkcję swą opierają na działalności bakterii. Również szkodliwa dla gospodarki ludzkiej jest infekcja bakteriofagami bakterii glebowych oraz bakterii brodawkowych (asymilujących azot atmosferyczny); zachodzi wówczas zjawisko tzw. zmęczenia gleby.

Bakteriofagi mogą być jednak również użyteczne dla człowieka. Stosuje się je do zwalczania niektórych bakterii chorobotwórczych, a także w diagnostyce niektórych zakażeń bakteryjnych.

Warto jeszcze dodać, że wirusy, ze względu na bardzo prostą budowę i łatwość przeprowadzania na nich doświadczeń, są bardzo dobrym obiektem dla badań genetycznych.