Što su bakterije i što rade?

Bakterije su mikroskopski jednostanični organizmi koji postoje u milijunima, u svakom okruženju, kako unutar tako i izvan drugih organizama.

Neke su bakterije štetne, ali većina ima korisnu svrhu. Podržavaju mnoge oblike života, biljni i životinjski, a koriste se u industrijskim i medicinskim procesima.

Smatra se da su bakterije prvi organizmi koji su se pojavili na zemlji, prije oko 4 milijarde godina. Najstariji poznati fosili su organizmi slični bakterijama.

Bakterije mogu koristiti većinu organskih i nekih anorganskih spojeva kao hranu, a neke mogu preživjeti ekstremne uvjete.

Rastući interes za funkciju crijevnog mikrobioma baca novo svjetlo na ulogu bakterija u ljudskom zdravlju.

Što su bakterije?

Bakterije su jednoćelijski organizmi.

Bakterije su jednoćelijski organizmi koji nisu ni biljke ni životinje.

Obično mjere duljinu od nekoliko mikrometara i zajedno postoje u milijunskim zajednicama.

Gram tla obično sadrži oko 40 milijuna bakterijskih stanica. U mililitru slatke vode obično se nalazi oko milijun bakterijskih stanica.

Procjenjuje se da u zemlji ima najmanje 5 nonilijskih bakterija, a smatra se da veći dio zemljine biomase čine bakterije.

Vrste

Postoji mnogo različitih vrsta bakterija. Jedan od načina klasifikacije je oblik. Tri su osnovna oblika.

• Sferne: Bakterije u obliku kugle zovu se koki, a jedna bakterija je kokus. Primjeri uključuju skupinu streptokokusa, odgovornu za "strep grlo".
• U obliku štapića: Poznati su kao bacili (pojedinačni bacili). Neke bakterije u obliku štapića su zakrivljene. Oni su poznati kao vibrio. Primjeri bakterija u obliku štapića uključuju Bacillus anthracis (B. antracis), ili antraksa.
• Spirala: Poznate su kao spirilla (singular spirillus). Ako im je zavojnica jako zategnuta, poznati su kao spirohete. Leptospirozu, Lymeovu bolest i sifilis uzrokuju bakterije ovog oblika.

Postoje mnoge varijacije unutar svake skupine oblika.

Struktura

Bakterijske stanice razlikuju se od biljnih i životinjskih stanica. Bakterije su prokarioti, što znači da nemaju jezgru.

Bakterijska stanica uključuje:

• Kapsula: Sloj koji se nalazi na vanjskoj strani stanične stijenke kod nekih bakterija.
• Stanični zid: Sloj izrađen od polimera koji se naziva peptidoglikan. Stanični zid bakterijama daje oblik. Nalazi se izvan plazmatske membrane. Stanični je zid deblji kod nekih bakterija, koje se nazivaju gram pozitivne bakterije.
• Plazma membrana: nalazi se unutar staničnog zida i stvara energiju i prenosi kemikalije. Membrana je propusna, što znači da tvari mogu prolaziti kroz nju.
• Citoplazma: Želatinozna tvar unutar plazmatske membrane koja sadrži genetski materijal i ribosome.
• DNA: Sadrži sve genetske upute korištene u razvoju i funkciji bakterije. Smješteno je unutar citoplazme.
• Ribosomi: Tu se stvaraju ili sintetiziraju proteini. Ribosomi su složene čestice sastavljene od granula bogatih RNA.
• Flagellum: Koristi se za kretanje za pokretanje nekih vrsta bakterija. Postoje neke bakterije koje mogu imati više od jedne.
• Pili: Ovi dodaci poput dlake na vanjskoj strani stanice omogućuju joj da se lijepi za površine i prenosi genetski materijal u druge stanice. To može pridonijeti širenju bolesti kod ljudi.

Hraniti

Bakterije se hrane na različite načine.

Heterotrofne bakterije ili heterotrofi dobivaju svoju energiju trošenjem organskog ugljika. Većina upija mrtvi organski materijal, poput mesa koje se raspada. Neke od ovih parazitskih bakterija ubijaju svog domaćina, dok im druge pomažu.

Autotrofne bakterije (ili samo autotrofi) proizvode vlastitu hranu, bilo putem:

• fotosinteza, koristeći sunčevu svjetlost, vodu i ugljični dioksid, ili
• kemosinteza, koristeći ugljični dioksid, vodu i kemikalije poput amonijaka, dušika, sumpora i drugih

Bakterije koje koriste fotosintezu nazivaju se fotoautotrofi. Neke vrste, na primjer cijanobakterije, proizvode kisik. Oni su vjerojatno igrali vitalnu ulogu u stvaranju kisika u zemaljskoj atmosferi. Drugi, poput heliobakterija, ne proizvode kisik.

Oni koji koriste kemosintezu poznati su kao kemoautotrofi. Te se bakterije obično nalaze u oceanskim otvorima i u korijenu mahunarki, poput lucerne, djeteline, graška, graha, leće i kikirikija.

Gdje oni žive?

Bakterije mogu uspjeti čak iu ekstremnim okruženjima, poput ledenjaka.

Bakterije se mogu naći u tlu, vodi, biljkama, životinjama, radioaktivnom otpadu, duboko u zemljinoj kori, arktičkom ledu i ledenjacima i vrućim izvorima. U stratosferi ima bakterija, između 6 i 30 milja gore u atmosferi i u oceanskim dubinama, dubokim do 32.800 stopa ili 10.000 metara.

Aerobi ili aerobne bakterije mogu rasti samo tamo gdje ima kisika. Neke vrste mogu uzrokovati probleme za čovjekov okoliš, poput korozije, nečistoća, problema s prozirnošću vode i loših mirisa.

Anaerobi ili anaerobne bakterije mogu rasti samo tamo gdje nema kisika. U ljudi je to uglavnom u gastrointestinalnom traktu. Također mogu uzrokovati plinove, gangrenu, tetanus, botulizam i većinu zubnih infekcija.

Fakultativni anaerobi ili fakultativne anaerobne bakterije mogu živjeti s kisikom ili bez njega, ali preferiraju okruženja u kojima ima kisika. Najviše ih ima u tlu, vodi, vegetaciji i nekoj normalnoj flori ljudi i životinja. Primjeri uključuju Salmonela.

Mezofili ili mezofilne bakterije su bakterije odgovorne za većinu ljudskih infekcija. Uspijevaju na umjerenim temperaturama, oko 37 ° C. Ovo je temperatura ljudskog tijela.

Primjeri uključuju Listeria monocytogenes, Maludofilija pesudomonas, Thiobacillus novelus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli, i Clostridium kluyveri.

Crijevna flora čovjeka ili mikrobiom crijeva sadrži korisne mezofilne bakterije, poput prehrambenih Lactobacillus acidophilus.

Ekstremofili ili ekstremofilne bakterije mogu izdržati uvjete koji se smatraju previše ekstremnima za većinu oblika života.

Termofili mogu živjeti na visokim temperaturama, do 75 do 80 ° C, a hipertermofili mogu preživjeti na temperaturama do 113 ° C.

Duboko u oceanu, bakterije žive u potpunom mraku pomoću termalnih otvora, gdje su i temperatura i tlak visoki. Svoju hranu stvaraju oksidacijom sumpora koji dolazi duboko iz zemlje.

Ostali ekstremofili uključuju:

• halofili, nalaze se samo u slanom okruženju
• acidofili, od kojih neki žive u kiselim sredinama poput pH 0
• alkalifili, koji žive u alkilinskim sredinama do pH 10,5
• psihrofili, pronađeni na hladnim temperaturama, na primjer u ledenjacima

Ekstremofili mogu preživjeti tamo gdje to ne može nijedan drugi organizam.

Reprodukcija i transformacija

Bakterije se mogu razmnožavati i mijenjati pomoću sljedećih metoda:

• Binarna fisija: Aseksualni oblik razmnožavanja, u kojem stanica nastavlja rasti sve dok novi stanični zid ne naraste kroz središte, tvoreći dvije stanice. Oni se odvajaju, čineći dvije stanice istim genetskim materijalom.
• Prijenos genetskog materijala: Stanice stječu novi genetski materijal kroz procese poznate kao konjugacija, transformacija ili transdukcija. Ovi procesi mogu učiniti bakterije jačima i sposobnijima da se odupru prijetnjama, poput antibiotika.
• Spore: Kad neke vrste bakterija imaju malo resursa, mogu stvarati spore. Spore drže DNK materijal organizma i sadrže enzime potrebne za klijanje. Vrlo su otporni na stresove u okolišu. Spore mogu ostati neaktivne stoljećima, sve dok se ne pojave pravi uvjeti. Tada se mogu reaktivirati i postati bakterije.
• Spore mogu preživjeti kroz razdoblja stresa u okolišu, uključujući ultraljubičasto (UV) i gama zračenje, isušivanje, gladovanje, kemijsku izloženost i ekstremne temperature.

Neke bakterije proizvode endospore ili unutarnje spore, dok druge proizvode egzospore koje se oslobađaju vani. To su poznate kao ciste.

Clostridium je primjer bakterije koja stvara endosporu. Postoji oko 100 vrsta Clostridium, uključujući Clostridium botulinim (C. botulinim) ili botulizam, odgovoran za potencijalno fatalnu vrstu trovanja hranom, i Clostridium difficile (C. Difficile), što uzrokuje kolitis i druge crijevne probleme.

Koristi

Bakterije se često smatraju lošima, ali mnoge su korisne. Bez njih ne bismo postojali. Kisik koji udišemo vjerojatno je stvoren djelovanjem bakterija.

Ljudsko preživljavanje

Mnoge bakterije u tijelu igraju važnu ulogu u ljudskom preživljavanju. Bakterije u probavnom sustavu razgrađuju hranjive sastojke, poput složenih šećera, u oblike koje tijelo može koristiti.

Neopasne bakterije također pomažu u prevenciji bolesti zauzimajući mjesta na koja se patogene ili bakterije koje izazivaju bolesti žele povezati. Neke nas bakterije štite od bolesti napadajući patogene.

Fiksacija dušika

Bakterije uzimaju dušik i puštaju ga za biljnu upotrebu kad umru. Biljkama je potreban dušik u tlu da bi živjeli, ali to ne mogu sami. Da bi se to osiguralo, mnoga biljna sjemena imaju malu posudu s bakterijama koja se koristi kad biljka nikne.

Tehnologija hrane

Proizvodnja sira uključuje bakterije.

Mliječnokiselinske bakterije, kao što su Lactobacillus i Laktokok zajedno s kvascem i plijesnima ili gljivicama koriste se za pripremu hrane kao što su sir, umak od soje, natto (fermentirani grah od soje), ocat, jogurt i kiseli krastavci.

Fermentacija nije samo korisna za očuvanje hrane, već neka od tih namirnica može donijeti zdravstvene koristi.

Na primjer, neka fermentirana hrana sadrži vrste bakterija koje su slične onima koje su povezane sa zdravljem probavnog sustava. Neki procesi fermentacije dovode do novih spojeva, poput mliječne kiseline, koji kao da djeluju protuupalno.

Potrebno je više istraga kako bi se potvrdile zdravstvene prednosti fermentirane hrane.

Bakterije u industriji i istraživanju

Bakterije mogu razgraditi organske spojeve. Ovo je korisno za aktivnosti poput obrade otpada i čišćenja izljeva ulja i otrovnog otpada.

Farmaceutska i kemijska industrija koriste bakterije u proizvodnji određenih kemikalija.

Bakterije se koriste u molekularnoj biologiji, biokemiji i genetskim istraživanjima, jer mogu brzo rasti i s njima je relativno lako manipulirati. Znanstvenici koriste bakterije kako bi proučavali kako rade geni i enzimi.

Bakterije su potrebne za stvaranje antibiotika.

Bacillus thuringiensis (Bt) je bakterija koja se može koristiti u poljoprivredi umjesto pesticida. Nema nepoželjne posljedice na okoliš povezane s uporabom pesticida.

Opasnosti

Neke vrste bakterija mogu uzrokovati bolesti kod ljudi, poput kolere, difterije, dizenterije, bubonske kuge, upale pluća, tuberkuloze (TB), tifusa i mnogih drugih.

Ako je ljudsko tijelo izloženo bakterijama koje tijelo ne prepoznaje kao korisne, imunološki sustav će ih napasti. Ova reakcija može dovesti do simptoma otekline i upale koje vidimo, na primjer, u zaraženoj rani.

Otpornost

1900. godine upala pluća, TBC i proljev bile su tri najveće ubojice u Sjedinjenim Državama. Tehnike sterilizacije i antibiotski lijekovi doveli su do značajnog pada smrtnosti od bakterijskih bolesti.

Međutim, pretjerana upotreba antibiotika otežava liječenje bakterijske infekcije. Kako bakterije mutiraju, postaju otpornije na postojeće antibiotike, što otežava liječenje infekcija. Bakterije se prirodno transformiraju, ali prekomjerna upotreba antibiotika ubrzava ovaj proces.

"Čak i ako se razviju novi lijekovi, bez promjene ponašanja, rezistencija na antibiotike i dalje će ostati glavna prijetnja."

Svjetska zdravstvena organizacija (WHO)

Iz tog razloga znanstvenici i zdravstvene vlasti pozivaju liječnike da ne prepisuju antibiotike, osim ako to nije potrebno, i da ljudi prakticiraju druge načine prevencije bolesti, poput dobre higijene hrane, pranja ruku, cijepljenja i upotrebe kondoma.

Mikrobiom crijeva

Nedavna istraživanja dovela su do novog i sve većeg svjedoka o tome kako ljudsko tijelo komunicira s bakterijama, a posebno zajednicama bakterija koje žive u crijevnom traktu, poznatom kao crijevni mikrobiom ili crijevna flora.

2009. godine istraživači su objavili nalaze koji sugeriraju da žene s pretilošću imaju veću vjerojatnost da imaju određenu vrstu bakterija, Selenomonas noxia (S. noxia), u njihovim ustima.

2015. znanstvenici sa Sveučilišta Sjeverne Karoline otkrili su da crijeva osoba s anoreksijom sadrže "vrlo različite" bakterije ili mikrobne zajednice, u usporedbi s ljudima koji nemaju takvo stanje. Sugeriraju da ovo može imati psihološki utjecaj.

Povijest

Prije više od 2000 godina, rimski autor, Marcus Terentius Varro, sugerirao je da bolest mogu uzrokovati sitne životinje koje su plutale zrakom. Savjetovao je ljudima da tijekom građevinskih radova izbjegavaju močvarna mjesta jer mogu sadržavati insekte premale da bi ih oko vidjelo koji ulaze u tijelo kroz usta i nosnice i uzrokuju bolesti.

U 17. stoljeću, nizozemski znanstvenik Antonie van Leeuwenhoek stvorio je mikroskop s jednom lećom pomoću kojeg je vidio ono što je nazvao animalcules, kasnije poznat kao bakterija. Smatra se prvim mikrobiologom.

U 19. stoljeću kemičari Louis Pasteur i Robert Koch rekli su da bolesti uzrokuju klice. To je bilo poznato kao teorija klica.

Godine 1910. znanstvenik Paul Ehrlich najavio je razvoj prvog antibiotika, Salvarsana. Upotrijebio ga je za liječenje sifilisa. Također je bio prvi znanstvenik koji je bakterije otkrio pomoću mrlja.

2001. Joshua Lederburg skovao je pojam "crijevni mikrobiom", a znanstvenici širom svijeta trenutno nastoje preciznije opisati i razumjeti strukture, vrste i uporabu "crijevne flore" ili bakterija u ljudskom tijelu.

Vremenom se očekuje da će ovaj rad baciti novo svjetlo na širok raspon zdravstvenih stanja.