Сенная палочка: свойства и характеристика, взаимодействие с человеком, роль

Содержание:

Сенная палочка — сапрофитный микроб, вызывающий большой интерес у микробиологов по причине повсеместного распространения, особенностей развития и необычной устойчивости спор к физико-химическим агентам. Латинское название бактерии – Bacillus subtilis. Изучением и описанием ее свойств в 1835 году занимался Эренберг, а в 1872 году Кон. Впервые микробы были выделены из прелого сена. Его экстракт необходим для накопления чистой культуры. Сено варили и выдерживали три дня, после чего в нем обнаруживали бактериальные клетки. Благодаря такой особенности палочка и получила свое название. Bacillus subtilis продуцирует некоторые антибактериальные вещества, полисахариды, аминокислоты и ферменты, а также целый набор химических микроэлементов – соединений азота, фосфора, калия в сбалансированном виде.

По своей микробиологической сущности сенная палочка является крупной бактериальной клеткой, которая положительно окрашивается по Грамму, растет и размножается в присутствии кислорода. Она обитает в почве и обладает способностью образовывать споры. Это безопасный микроорганизм, не обладающий патогенными свойствами.

Свойства

Молекулярно-биологические и структурно-функциональные особенности сенной палочки давно и подробно изучены. Бактерия относится к классу бацилл, семейству бацилиас, роду бацилус. Микроорганизмы, объединенные в вид бацилус субтилис, имеют ряд отличительных свойств: морфологических, тинкториальных, физиологических, культуральных, метаболических, биохимических.

• 

  Bacillus subtilis (споры окрашены в синий цвет)

  Морфология. Bacillus subtilis – палочка, геном которой представлен кольцевой двуцепочечной ДНК. Штаммы бактерий отличаются сочетанием генов, кодирующих синтез антибиотиков, клеточной стенки и отвечающих за процесс споруляции и прорастания спор. Микроорганизм имеет прямую, слегка вытянутую форму с тупыми закругленными концами. Эта достаточно крупная палочка бесцветна. Овальные споры располагаются центрально. Их размер не превышает диаметр клетки. Бактерия благодаря перитрихиально расположенным жгутикам обладает подвижностью.

• Тинкториальные свойства. Клетки хорошо воспринимают обычные анилиновые красители. Микроорганизмы окрашиваются по Грамму в синий цвет — являются грамположительными. Под микроскопом бактерии имеют вид тонких нитевидных образований. В мазке бациллы располагаются по-разному — одиночно, скоплениями или длинными цепочками.
• Физиология. Бактерии распространены повсеместно. Они являются обитателями почвы, воздушной пыли и воды. Из почвы бациллы контактным путем распространяется на растения, с которыми в виде корма попадают в организм животных. Возможно и прямое обсеменение продуктов растительного или животного происхождения. Сенная палочка — представитель биоценоза кишечника здорового человека, препятствующий росту и размножению таких опасных микробов, как сальмонелла, протей, энтеробактер, стафилококк. Хищные животные, поедая растительную пищу, не только обогащают свой организм клетчаткой и витаминами, в него попадают споры сенной палочки, которые предупреждают развитие инфекционного процесса и укрепляют иммунитет. Размножение бактерий происходит путем простого бинарного деления с образованием двух дочерних клеток, между которыми сохраняется тонкая нить. Микробы также способны плодиться споровыми формациями.
• Метаболизм. Бацилла — сапрофит, питающийся мертвыми органическими веществами. Бактерии относятся к группе гетеротрофов, которые не могут продуцировать пищу самостоятельно. Источником энергии для сенной палочки являются природный и животный углеводы — крахмал и гликоген соответственно. Микробы аммонифицируют белки и синтезируют органические кислоты, микроэлементы, витамины, ферменты.
• Споруляция. Способность Bacillus subtilis к спорообразованию помогает ей выжить в критической обстановке. Эндоспоры выдерживают экстремальные температуры и сухие среды. Процесс образования спор довольно сложный. Структура клетки приобретает некоторую зернистость. Самое крупное зернышко непрерывно растет и покрывается плотной оболочкой. Это будущая спора. Негативное воздействие различных факторов приводит к разрушению наружной микробной оболочки. Бактериальная клетка погибает, а спора выходит во внешнюю среду. При оптимальных условиях она трансформируется в неподвижную активную бактерию, которая начинает работать – защищать почву и растения от болезней. Споры резистенты к нагреванию до 100°С и более. При кипячении сена, из которого выделяют Bacillus subtilis, они не погибают.
• Культуральные свойства. Сенная палочка растет в аэробных условиях в большом диапазоне температур — от +5 до +45°С. Температурный оптимум для бактерии — 20-30°С. Некоторые штаммы не нуждаются в кислороде и являются факультативными анаэробами. На плотных питательных средам образуются сухие, мелкие, морщинистые, бархатистые колонии с волнистым краем розового, серого цвета или полностью прозрачные. На поверхности жидких сред после инкубации появляется тонкая пленка с беловатым налетом, а на дно пробирки выпадает осадок. Бактерии неприхотливы и хорошо растут на простом агаре, в бульоне, на средах с растительными остатками и синтетических питательных средах для гетеротрофов. Для самостоятельного выделения бактерий необходимо прокипятить сено и выдержать полученный отвар в тепле двое суток. На поверхности настоя вскоре появится пленка, состоящая исключительно из бактерий.
• Биохимия. Бацилла расщепляет некоторые сахара, накапливает ацетоин — продукт анаэробного превращения глюкозы, разлагает полисахариды и белки до простых мономеров, разжижает желатин, продуцирует каталазу и лецитиназу, участвует в процессе денитрификации, дает положительную реакцию с цитратом натрия, образует аммиак и сероводород.
• Антибиотикорезистентность. Микроорганизмы устойчивы к антибиотикам из группы полимиксина, рифампицина, линкозамидов, пенициллина.

Сенная палочка не является патогенным микроорганизмом. Она относится к группе санитарно-гигиенических показателей загрязнения пищевых продуктов.

Биологическая роль

Сенная палочка играет важную роль в жизнедеятельности животных и человека. Она выполняет целый ряд функций:

1. Пищеварительная — бактерия, попадая в живой организм вместе с растительной пищей, продуцирует в кишечнике ферменты, которые расщепляют пищевые ингредиенты: протеазы ферментируют белки, амилазы – полисахариды.
2. Антагонистическая – подавление роста болезнетворных микробов в кишке и профилактика острых кишечных инфекций. Споры сенной палочки в толстом кишечнике превращаются в активные формы, которые вырабатывают органические кислоты. Они изменяют рН среды, тем самым, подавляя рост патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.
3. Защитная – сенная палочка защищает растения от плесневых грибков и других вредных микроорганизмов.
4. Сенная палочка является низшим звеном длинной пищевой цепочки, включающей простейших, рыб, человека.
5. Бактерия насыщает живой организм сахарами и незаменимыми аминокислотами, которые образуются в ходе целого ряда химических реакций, протекающих под воздействием ферментов сенной палочки.
6. Витаминообразующая — участие бактерии вместе с другими представителями микрофлоры кишечника в синтезе витаминов группы В.
7. Омолаживающая – сенные бациллы выделяют оксид азота, который поступает в клетки и ускоряет обмен веществ в тканях.
8. Иммуномодулирующая – укрепление иммунитета и повышение неспецифической резистентности организма человека.
9. Противомикробная — бактерии подавляют размножение и вызывают гибель возбудителей гнойной инфекции.
10. Bacillus subtilis оказывает позитивное влияние на течение раневого процесса: она изменяет рН среды в кислую сторону, подавляет размножение патогенных микробов, расщепляет гной и продукты распада, очищает и обеззараживает рану, в результате чего она быстрее заживает.

цикл развития сенной палочки

B.subtilis продуцирует ряд биологически активных веществ, эффективно уничтожающих бактериальные, вирусные и грибковые клетки. Причем устойчивость к данным противомикробным средствам возникает крайне редко. Они обладают избирательным действием, вызывая гибель условных и безусловных патогенов. Антимикробные вещества являются нейтральными по отношению к аутохтонной полезной микрофлоре. Бактерии стимулируют иммунитет путем активации клеток макрофагального звена, выброса цитокинов в кровь, секреции витаминов и аминокислот. Лимфоциты, активизируясь, вырабатывают IgG и IgA. В кишечнике ускоряется рост и размножение «полезных» микроорганизмов – лактобактерий и бифидобактерий. Протеолитические ферменты, синтезируемые прямо в кишке, улучшают процессы пищеварения и всасывания образовавшихся питательных веществ.

Все эти механизмы действия сенной палочки в организме человека делают обоснованным ее применение для:

• Лечения кишечных инфекций и дисбактериоза,
• Профилактики респираторных инфекций,
• Коррекции пищеварительных расстройств различного генеза.

B.subtilis не вызывает побочных эффектов, являясь довольно эффективным и практически безопасным микроорганизмом.

Не смотря на такое многообразие положительных свойств сенной палочки, существуют и негативные моменты для человека, из-за которых некоторые ученые относят бактерию к группе условно-патогенных.

1. Бактерия при инфицировании роговицы и склеры приводит к развитию тяжелого воспаления.
2. Сенная палочка вызывает порчу некоторых пищевых продуктов и отравление у людей, употребивших их.
3. Bacillus subtilis — причина аллергических реакций, протекающих по типу крапивницы.
4. Бацилла, расщепляя компоненты пищи, усугубляет течение кишечного гельминтоза. Паразиты получают достаточное количество питательных веществ и активизируют процессы своей жизнедеятельности.

Сенная палочка не вызывает смертельно опасных заболеваний у человека. Она относится к транзиторной микрофлоре кишечника. Спустя месяц после поступления в организм, она самостоятельно выводится. Авторитетные американские ученые отнесли Bacillus subtilis в категорию безопасных организмов. Но не смотря на это, нельзя допускать появления бациллы в рыбных, мясных и растительных консервах. Если в них оказались жизнеспособные споры, значит при благоприятной температуре начнут размножаться микроорганизмы. Этот процесс можно заметить визуально — по наличию серого налета, неприятного запаха и консистенции продукта. Чтобы избежать подобных проблем, необходимо соблюдать все технологии и нормативы приготовления консервов.

Значение и применение

Огромное значение имеет Bacillus subtilis в различных отраслях промышленности. Сенная палочка представляет медицинский, хозяйственный и научный интерес. Она является  сельскохозяйственным и защитным инструментом.

• Ферменты, синтезируемые ею, используют при производстве моющих средств, которые удаляют жир и белки в процессе обработки шкур.
• Сенная палочка обладает антагонистическими свойствами против фитопатогенов, что широко применяется в биологической защите растений.
• Бактерии являются основным действующим веществом некоторых медикаментов, имеющих антимикробную направленность, а также пробиотиков и иммуномодуляторов. С помощью различных штаммов сенной палочки были получены лекарства для лечения инфекций, вызванных энтеробактериями, а также кишечного дисбиоза, гнойных осложнений у детей и лиц, которым запрещен прием антибиотиков. Наиболее популярные препараты – «Споробактерин», «Бактиспорин», «Биоспорин».
• Защита растений от бактериальных и паразитарных болезней осуществляется с помощью препаратов на основе палочки, абсолютно безвредных для человека – «Алирин-Б», «Гамаир», «Фитоспорин». Не зря дачники прозвали бациллу «палочкой-выручалочкой». Этот природный антибиотик защищает урожай от гнили. Ферменты, синтезируемые микробом, расщепляют продукты гниения, а аминокислоты и витамины, образующиеся в результате жизнедеятельности бактерии, идут на пользу растениям. В сравнении с ядохимикатами безопасная сенная палочка имеет явные преимущества.
• Сенная палочка представляет особый интерес с точки зрения экологической безопасности. В настоящее время ведутся работы, оценивающие состояние окружающей среды экотопа, в котором распространен этот уникальный микроорганизм. Его применение – основной метод борьбы с отходами в рамках «зеленой» экономики.
• Отдельные штаммы Bacillus subtilis применяют в кулинарии. Их используют для ферментации овса и бобов. Сброженные соевые бобы – основа национальных блюд в Японии.
• С помощью микробов проводят сложные молекулярно-генетические исследования, целью которых является изучение влияния космического ультрафиолета и других экстремальных факторов на живой организм.

Представители рода Bacillus имеют ряд характерных особенностей и отличаются от других бактерий основными морфолого-физиологическими признаками – палочковидной формой, способностью к спорообразованию, потребностью в свободном кислороде. Это свободноживущие, одноклеточные, нефотосинтезирующие аэробы.

Сенная палочка — безвредный для человека микроорганизм, который широко применяется в различных отраслях медицины, промышленности, хозяйства. Благодаря высокой активности продуцируемых ферментов она регулирует и стимулирует работу ЖКТ. Бактерия оказывает противовирусное, антиаллергенное, противоонкогенное и дезинтоксикационное действие. Она не теряет своих свойств при хранении и позволяет использовать в процессе производства более экономичные технологии. Палочка  обладает устойчивостью к некоторым антибиотикам, ферментам, широкому температурному диапазону. Bacillus subtilis является экологически безопасным организмом. Современные ученые-микробиологи вырастили множество штаммов этой бациллы с вполне определенными качествами.