Введение
Тип бактерий
Симбиотические бактерии – это бактерии, живущие в симбиозе с другим организмом или с другими бактериями. Например, ризобии, обитающие в корневых клубеньках бобовых растений, обеспечивают фиксацию азота для этих растений.
Symbiotic bacteria are bacteria living in symbiosis with another organism or each other. For example, rhizobia living in root nodules of legumes provide nitrogen fixing activity for these plants.
Типы симбиоза
Типы симбиотических отношений — мутуализм, комменсализм, паразитизм и аменсализм.
Эндосимбиоз
Эндосимбионты живут внутри других организмов, будь то их тела или клетки. Теория эндосимбиоза, также известная как симбиогенез, объясняет эволюцию эукариотических организмов. Согласно теории эндосимбиоза о происхождении эукариотических клеток, ученые полагают, что эукариоты возникли в результате взаимоотношений между двумя или более прокариотическими клетками около 2,7 миллиардов лет назад. Предполагается, что предки митохондрий и хлоропластов вступили в эндосимбиотические отношения с другой прокариотической клеткой, в конечном счете эволюционировав в те эукариотические клетки, которые известны сегодня.
Эктосимбиоз
Эктосимбиоз определяется как симбиотическое взаимодействие, при котором один организм обитает на внешней поверхности другого организма.
Симбиотические отношения
Некоторые растения устанавливают симбиотические отношения с бактериями, что позволяет им формировать клубеньки, облегчающие превращение атмосферного азота в аммиак. В связи с этим было обнаружено, что цитокинины играют роль в развитии клубеньков, фиксирующих азот на корнях. По-видимому, растение должно не только нуждаться в азотфиксирующих бактериях, но и быть способным синтезировать цитокинины, стимулирующие образование корневых клубеньков, необходимых для фиксации азота. Симбиотические бактерии способны жить в или на растительных и животных тканях. В пищеварительных системах симбиотические бактерии помогают расщеплять пищу, содержащую волокна. Они также способствуют выработке витаминов. Симбиотические бактерии могут обитать вблизи гидротермальных источников. Обычно они находятся во взаимовыгодных отношениях с другими бактериями. Некоторые живут в трубчатых червях.
Трансмиссия
Существует два основных способа передачи симбиотических бактерий. Первый – горизонтальная передача, при которой микробы приобретаются из окружающей среды, и либо окружающая среда, либо популяция хозяина служат источником инокуля для симбиоза. Примером горизонтальной передачи является глубоководный трубчатый червь и его симбионт. Кораллы эволюционировали в олиготрофных водах, которые обычно бедны азотом. Поэтому кораллы должны формировать мутуалистические отношения с организмами, фиксирующими азот, в данном случае, объектом данного исследования – Symbiodinium. Помимо этого динофлагеллята, кораллы также формируют отношения с бактериями, археями и грибами. Проблема заключается в том, что эти динофлагелляты также испытывают дефицит азота и должны формировать симбиотические отношения с другим организмом; предполагается, что это диазотрофы. Кроме того, было обнаружено, что цианобактерии обладают генами, позволяющими им осуществлять фиксацию азота. Виды Holospora способны сохранять свою инфекционную активность в течение ограниченного времени и формировать симбиотические отношения с видами Paramecium.
Растения и ризобиальные бактерии
Существует взаимовыгодное (мутуалистическое) взаимодействие между бобовыми растениями и ризобиальными бактериями, позволяющее растениям выживать в среде, бедной азотом. Соэволюция определяется как ситуация, когда два организма эволюционируют в ответ друг на друга. В исследовании, опубликованном в журнале Functional Ecology, ученые изучили, предоставляет ли такое взаимовыгодное взаимодействие эволюционное преимущество либо растению, либо симбионту. Они не обнаружили, чтобы изученные ризобиальные бактерии имели какое-либо эволюционное преимущество во взаимодействии с хозяином, но выявили значительную генетическую изменчивость среди исследованных популяций ризобиальных бактерий.
Химиосинтетические бактерии и мидии
Симбиотические, хемосинтетические бактерии, обнаруженные у мидий (Bathymodiolus), обитающих вблизи гидротермальных источников, имеют ген, позволяющий им использовать водород в качестве источника энергии, предпочитая его сере или метану для выработки энергии. Трихонимфа – эндосимбионт, живущий внутри термитов и одновременно являющийся хозяином для бактериальных симбионтов. Бактерии внутри трихонимфы в термитах производят целлюлазу. Ферменты целлюлазы используются для расщепления целлюлозы, содержащейся в клеточных стенках растений. Термиты, кишечный простейший трихонимфа и бактерии, производящие целлюлазу, участвуют в трехстороннем облигатном симбиотическом мутуализме. Термиты получают выгоду от этих двух видов, поскольку они преобразуют древесину в питательные вещества, которые термиты могут переваривать. Кроме того, трихонимфа получает выгоду от термитов, так как те предоставляют место обитания и доступ к пище. Трихонимфа также получает выгоду от бактерий, поскольку они помогают расщеплять целлюлозу в древесине, которую потребляет простейший. Наконец, бактерии получают место обитания и необходимые для выживания питательные вещества.
Кишечные бактерии
Человеческий кишечник содержит приблизительно тридцать восемь триллионов микробов. Кишечник – это динамичная экосистема, поскольку он состоит как из постоянных, так и из временных компонентов: одни бактерии заселяют кишечник и остаются в нём на протяжении всей жизни человека, а другие попадают с пищей и выводятся с фекалиями. Новорожденные рождаются без бактерий в кишечнике, однако сразу после рождения начинают заселять его микрофлорой через пищу и другие источники. Большинство бактерий, обитающих в организме человека, полезны и участвуют в поддержании жизненно важных процессов. Кишечные бактерии часто помогают расщеплять пищу и синтезируют важные витамины, которые организм человека не может усвоить самостоятельно. Поэтому при приеме антибиотиков необходимо соблюдать осторожность. Антибиотики не различают полезные и вредные бактерии и уничтожают их все. Неосторожное применение антибиотиков может привести к проблемам с желудочно-кишечным трактом из-за нарушения баланса микрофлоры. Поэтому некоторые врачи рекомендуют принимать пробиотики во время курса антибиотиков для восстановления полезных бактерий.
Польза бактериального симбиоза
Организмы обычно устанавливают симбиотические отношения из-за ограниченной доступности ресурсов в их среде обитания или из-за недостатка источников пищи. Триатоминовые переносчики имеют только одного хозяина и поэтому должны устанавливать отношения с бактериями, чтобы получать необходимые питательные вещества для поддержания жизнедеятельности. Симбиотические бактерии используются в паратрансгенезе для борьбы с важными переносчиками заболеваний, такими как передача болезни Шагаса триатомовыми клопами-поцелуями. Симбиотические бактерии в корнях бобовых обеспечивают растения аммиаком в обмен на углерод и безопасное место обитания.