Какие есть процессы с участием бактерий?

Вот куда «впрягаются» бактерии — от природы до промышленности и медицины:

1) Биогеохимические циклы

• Азотный цикл: фиксация атмосферного N₂ (ризобии, азотобактер), аммонификация, нитрификация (Nitrosomonas/Nitrobacter), денитрификация (Pseudomonas) и анаммокс — удаление азота без кислорода в очистных.

• Углеродный цикл: разложение органики до CO₂ и органических кислот; синтрофия; окисление метана метанотрофами (метан же чаще образуют археи, но бактерии участвуют в цепочке).

• Серный и железный циклы: сульфатредукция (образование H₂S), сероокисляющие бактерии (Thiobacillus), железоокисляющие/восстанавливающие — формируют руды, участвуют в кислотном дренажа шахт.

• Фосфорный цикл: минерализация органофосфатов, высвобождение доступного фосфора в почве.

• Биоминерализация и выветривание: образование карбонатов, строматолитов; растворение минералов.

2) Пищевые технологии и ферментации

• Молочнокислая ферментация: йогурт, кефир (в паре с дрожжами), сметана, ряженка, сыры; квашеная капуста, кимчи, соленья.

• Уксуснокислое брожение: производство уксуса, комбучи (уксуснокислые бактерии).

• Пропионовокислое брожение: дырки и аромат в швейцарских сырах.

• Маслянокислое брожение: силосование кормов; иногда — порча продуктов.

• Закваски и стартеры: бактериальные культуры для колбас, какао, кофе (ферментация зерен).

3) Сельское хозяйство и экосервисы

• Ризосферные PGPR: стимуляция роста растений, продукция фитогормонов, растворение фосфатов.

• Биологическая защита: Bacillus thuringiensis (Bt-токсины) против насекомых; антагонизм к фитопатогенам.

• Силосование и консервирование кормов молочнокислыми бактериями.

• Биоудобрения: инокулянты с азотфиксирующими/фосфатмобилизующими штаммами.

4) Очистка и экология

• Активационный ил, биопленки, MBBR: аэробное окисление БПК, нитрификация/денитрификация на очистных сооружениях.

• Анаммокс-реакторы: экономичное удаление азота в безкислородных условиях.

• Биоремедиация: разложение нефти, ароматических и хлорорганических загрязнителей; деструкция пластиковых добавок.

• Биовыщелачивание металлов: извлечение меди, золота, урана бактериями-окислителями серы и железа.

• Микробно-индуцированная коррозия (MIC): разрушение труб, резервуаров сульфатредукторами.

5) Медицина и здоровье

• Микробиота человека: ферментация пищевых волокон, синтез витаминов (K, B-группа), защита от патогенов, обучение иммунитета.

• Пробиотики и трансплантация микробиоты: коррекция дисбиоза, профилактика диареи после антибиотиков.

• Патогенез: инфекции, формирование биопленок, кворум-сенсинг, горизонтальный перенос генов и антибиотикорезистентность.

• Производство лекарств: антибиотики (стрептомицеты и др.), противоопухолевые молекулы, иммуносупрессоры; рекомбинантные белки (инсулин, гормоны роста) на E. coli.

• Диагностика и инструменты: CRISPR-системы бактериального происхождения; бактериальные векторы, адъюванты вакцин.

6) Промышленная биотехнология и материалы

• Ферментеры и синтез метаболитов: органические кислоты (молочная, янтарная), растворители (ацетон-бутанол), аминокислоты (L-лизин, глутамат).

• Биополимеры: полигидроксиалканоаты (PHA/PHB) — биоразлагаемые пластики; ксантановая камедь; бактериальная целлюлоза (пленки, повязки).

• Энзимы: протеазы, амилазы, целлюлазы для моющих средств, пищевой и текстильной отраслей.

• Энергетика: микробные топливные элементы (выработка тока из отходов), участие в выработке биотоплива и биогаза (совместные консорциумы).

• Биоразложение и порча: скисание, слизистость, газообразование в продуктах — тоже бактериальные процессы.

7) Технологические явления

• Биопленки на любых поверхностях — от зубного налета до мембран фильтров.

• Кворум-сенсинг: химическая «связь» между клетками для координации поведения.

• Иммобилизованные клетки/ферменты: колонны и реакторы для непрерывного синтеза.

Итого: бактерии задействованы почти во всех циклах вещества на планете, формируют здоровье человека, портят и создают продукты, очищают воду и почву, производят лекарства, материалы и энергию — и, увы, вызывают болезни.