Mitä bakteerit ovat ja mitä ne tekevät?

Bakteerit ovat mikroskooppisia, yksisoluisia organismeja, joita esiintyy miljoonina, kaikissa ympäristöissä, sekä muiden organismien sisällä että ulkopuolella.

Jotkut bakteerit ovat haitallisia, mutta useimmilla niistä on hyödyllinen tarkoitus. Ne tukevat monia elämän muotoja, sekä kasvien että eläinten, ja niitä käytetään teollisissa ja lääketieteellisissä prosesseissa.

Bakteerien uskotaan olleen ensimmäisiä organismeja, jotka ilmestyivät maan päälle, noin 4 miljardia vuotta sitten. Vanhimmat tunnetut fossiilit ovat bakteerimaisia ​​organismeja.

Bakteerit voivat käyttää useimpia orgaanisia ja joitain epäorgaanisia yhdisteitä ruokana, ja jotkut voivat selviytyä äärimmäisissä olosuhteissa.

Kasvava kiinnostus suoliston mikrobiomin toimintaan tuo uutta valoa bakteerien rooliin ihmisten terveydessä.

Mitä bakteerit ovat?

Bakteerit ovat yksisoluisia organismeja.

Bakteerit ovat yksisoluisia organismeja, jotka eivät ole kasveja eikä eläimiä.

Ne mittaavat yleensä muutaman mikrometrin pituuden ja esiintyvät yhdessä miljoonissa yhteisöissä.

Gramma maaperää sisältää tyypillisesti noin 40 miljoonaa bakteerisolua. Millilitraan makeaa vettä mahtuu yleensä noin miljoona bakteerisolua.

Maapallon arvioidaan pitävän vähintään 5 ei-miljardia bakteeria, ja suurimman osan maapallon biomassasta uskotaan muodostuvan bakteereista.

Tyypit

On olemassa monia erilaisia ​​bakteereja. Yksi tapa luokitella ne on muodon mukaan. On olemassa kolme perusmuotoa.

• Pallomainen: Pallon muotoisia bakteereita kutsutaan kokkeiksi, ja yksi bakteeri on koksi. Esimerkkejä ovat streptokokkiryhmä, joka on vastuussa "strep-kurkusta".
• Tangonmuotoiset: Nämä tunnetaan basillina (yksittäinen bacillus). Jotkut sauvan muotoiset bakteerit ovat kaarevia. Nämä tunnetaan nimellä vibrio. Esimerkkejä sauvanmuotoisista bakteereista ovat Bacillus anthracis (B. anthracis) tai pernarutto.
• Spiraali: Nämä tunnetaan nimellä spirilla (singular spirillus). Jos niiden kela on erittäin tiukka, ne tunnetaan spirokeetina. Leptospiroosi, Lymen tauti ja kuppa aiheuttavat tämän muotoiset bakteerit.

Jokaisessa muotoryhmässä on monia muunnelmia.

Rakenne

Bakteerisolut eroavat kasvi- ja eläinsoluista. Bakteerit ovat prokaryooteja, mikä tarkoittaa, että niillä ei ole ydintä.

Bakteerisolu sisältää:

• Kapseli: Kerros, joka löytyy soluseinän ulkopuolelta joistakin bakteereista.
• Soluseinä: Kerros, joka on valmistettu peptidoglykaaniksi kutsutusta polymeeristä. Soluseinä antaa bakteereille muodon. Se sijaitsee plasmakalvon ulkopuolella. Soluseinä on paksumpi joissakin bakteereissa, joita kutsutaan gram-positiivisiksi bakteereiksi.
• Plasmakalvo: Löytyy soluseinästä, mikä tuottaa energiaa ja kuljettaa kemikaaleja. Kalvo on läpäisevä, mikä tarkoittaa, että aineet voivat kulkea sen läpi.
• Sytoplasma: Plasmamembraanin sisällä oleva hyytelömäinen aine, joka sisältää geneettistä materiaalia ja ribosomeja.
• DNA: Tämä sisältää kaikki geneettiset ohjeet, joita käytetään bakteerin kehittymisessä ja toiminnassa. Se sijaitsee sytoplasman sisällä.
• Ribosomit: Tässä proteiinit valmistetaan tai syntetisoidaan. Ribosomit ovat monimutkaisia ​​hiukkasia, jotka koostuvat RNA-rikkaista rakeista.
• Flagellum: Tätä käytetään liikkumiseen tiettyjen bakteerityyppien kuljettamiseksi. On joitain bakteereja, joilla voi olla useampi kuin yksi.
• Pili: Nämä solun ulkopinnalla olevat hiusten kaltaiset lisäosat antavat sen tarttua pintoihin ja siirtää geneettistä materiaalia muihin soluihin. Tämä voi edistää ihmisten sairauksien leviämistä.

Ruokinta

Bakteerit ruokkivat eri tavoin.

Heterotrofiset bakteerit tai heterotrofit saavat energiansa kuluttamalla orgaanista hiiltä. Suurin osa imee kuolleita orgaanisia aineita, kuten hajoavan lihan. Jotkut näistä loisbakteereista tappavat isäntänsä, kun taas toiset auttavat heitä.

Autotrofiset bakteerit (tai vain autotrofit) tekevät omat ruokansa joko joko:

• fotosynteesi käyttämällä auringonvaloa, vettä ja hiilidioksidia tai
• kemosynteesi käyttäen hiilidioksidia, vettä ja kemikaaleja, kuten ammoniakkia, typpeä, rikkiä ja muita

Bakteereja, jotka käyttävät fotosynteesiä, kutsutaan fotoautotrofeiksi. Jotkut tyypit, esimerkiksi syanobakteerit, tuottavat happea. Näillä oli todennäköisesti tärkeä rooli hapen luomisessa maan ilmakehään. Toiset, kuten heliobakteerit, eivät tuota happea.

Ne, jotka käyttävät kemosynteesiä, tunnetaan kemoautotrofeina. Näitä bakteereja esiintyy yleisesti meren aukoissa ja palkokasvien juurissa, kuten sinimailasessa, apilassa, herneissä, pavuissa, linsseissä ja maapähkinöissä.

Missä he asuvat?

Bakteerit voivat menestyä jopa äärimmäisissä ympäristöissä, kuten jäätiköt.

Bakteereja löytyy maaperästä, vedestä, kasveista, eläimistä, radioaktiivisesta jätteestä, syvältä maankuoresta, arktisesta jäästä ja jäätiköistä sekä kuumista lähteistä. Stratosfäärissä on bakteereja, 6-30 mailia ylöspäin ilmakehässä, ja meren syvyydessä jopa 32800 jalkaa tai 10000 metriä syvälle.

Aerobit tai aerobiset bakteerit voivat kasvaa vain siellä, missä on happea. Jotkut tyypit voivat aiheuttaa ongelmia ihmisten ympäristölle, kuten korroosio, likaantuminen, ongelmat veden kirkkaudelle ja pahalle hajulle.

Anaerobit tai anaerobiset bakteerit voivat kasvaa vain siellä, missä happea ei ole. Ihmisillä tämä tapahtuu enimmäkseen ruoansulatuskanavassa. Ne voivat myös aiheuttaa kaasua, gangreenia, tetanusta, botulismia ja useimpia hammasinfektioita.

Fakultatiiviset anaerobit tai fakultatiiviset anaerobibakteerit voivat elää joko hapen kanssa tai ilman happea, mutta ne suosivat ympäristöjä, joissa on happea. Niitä esiintyy enimmäkseen maaperässä, vedessä, kasvillisuudessa ja joissakin ihmisten ja eläinten normaalissa kasvistossa. Esimerkkejä ovat Salmonella.

Mesofiilit tai mesofiiliset bakteerit ovat bakteereja, jotka ovat vastuussa useimmista ihmisen infektioista. Ne menestyvät kohtalaisissa lämpötiloissa, noin 37 ° C. Tämä on ihmiskehon lämpötila.

Esimerkkejä ovat Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia colija Clostridium kluyveri.

Ihmisen suolistofloora eli suoliston mikrobiomi sisältää hyödyllisiä mesofiilisiä bakteereja, kuten ruokavaliota Lactobacillus acidophilus.

Extremofiilit tai ekstremofiiliset bakteerit kestävät olosuhteita, joita pidetään liian äärimmäisinä useimmille elämänmuodoille.

Termofiilit voivat elää korkeissa lämpötiloissa, jopa 75-80 ° C, ja hypertermofiilit voivat selviytyä jopa 113 ° C: n lämpötiloissa.

Syvällä meressä bakteerit elävät täydellisessä pimeydessä lämpöaukkojen kautta, joissa sekä lämpötila että paine ovat korkeat. He tekevät omat ruokansa hapettamalla rikkiä, joka tulee syvältä maan sisältä.

Muita ekstremofiilejä ovat:

• halofiilit, joita esiintyy vain suolaisessa ympäristössä
• asidofiilit, joista osa elää niin happamassa ympäristössä kuin pH 0
• alkalifiilit, elävät alkiliiniympäristöissä, joiden pH on enintään 10,5
• psykrofiilit, joita esiintyy kylmissä lämpötiloissa, esimerkiksi jäätiköissä

Extremofiilit voivat selviytyä siellä, missä kukaan muu organismi ei voi.

Lisääntyminen ja muuntaminen

Bakteerit voivat lisääntyä ja muuttua seuraavilla menetelmillä:

• Binaarifissio: Aseksuaalinen lisääntymismuoto, jossa solu jatkaa kasvuaan, kunnes uusi soluseinä kasvaa keskuksen läpi muodostaen kaksi solua. Nämä erottuvat ja muodostavat kaksi solua samalla geneettisellä materiaalilla.
• Geneettisen materiaalin siirto: Solut hankkivat uuden geneettisen materiaalin prosesseilla, jotka tunnetaan konjugaationa, transformaationa tai transduktiona. Nämä prosessit voivat tehdä bakteereista vahvempia ja pystyä vastustamaan uhkia, kuten antibioottilääkitystä.
• Itiöt: Kun joillakin bakteerityypeillä on vähän resursseja, ne voivat muodostaa itiöitä. Itiöt pitävät organismin DNA-materiaalia ja sisältävät itämiseen tarvittavia entsyymejä. Ne kestävät hyvin ympäristökuormituksia. Itiöt voivat pysyä passiivisina vuosisatojen ajan, kunnes oikeat olosuhteet tapahtuvat. Sitten he voivat aktivoida uudelleen ja tulla bakteereiksi.
• Itiöt voivat selviytyä ympäristörasituksesta, mukaan lukien ultravioletti (UV) ja gammasäteily, kuivuminen, nälkä, kemiallinen altistuminen ja äärimmäiset lämpötilat.

Jotkut bakteerit tuottavat endosporeja tai sisäisiä itiöitä, kun taas toiset tuottavat eksosporioita, jotka vapautuvat ulkona. Nämä tunnetaan kysta.

Clostridium on esimerkki endosporeja muodostavasta bakteerista. On noin 100 lajia Clostridiummukaan lukien Clostridium botulinim (C. botulinim) tai botulismi, joka on vastuussa mahdollisesti kuolemaan johtavasta ruokamyrkytyksestä, ja Clostridium difficile (C. vaikea), joka aiheuttaa koliittia ja muita suolisto-ongelmia.

Käyttää

Bakteereja pidetään usein huonona, mutta monet ovat hyödyllisiä. Emme olisi olemassa ilman heitä. Hengittämä happi on luultavasti syntynyt bakteerien toiminnasta.

Ihmisen selviytyminen

Monilla kehon bakteereilla on tärkeä rooli ihmisen selviytymisessä. Ruoansulatuskanavassa olevat bakteerit hajottavat ravintoaineet, kuten monimutkaiset sokerit, kehon käyttämiin muotoihin.

Vaarattomat bakteerit auttavat myös ehkäisemään sairauksia viemällä paikkoja, joihin taudinaiheuttajat tai tauteja aiheuttavat bakteerit haluavat kiinnittyä. Jotkut bakteerit suojaavat meitä taudeilta hyökkäämällä taudinaiheuttajia vastaan.

Typen kiinnitys

Bakteerit imevät typpeä ja vapauttavat sen kasvien käyttöön kuollessaan. Kasvit tarvitsevat maaperässä typpeä elääkseen, mutta he eivät voi tehdä sitä itse. Tämän varmistamiseksi monissa kasvien siemenissä on pieni bakteerisäiliö, jota käytetään, kun kasvi itää.

Ruokateknologia

Juustotuotantoon liittyy bakteereja.

Maitohappobakteerit, kuten Lactobacillus ja Lactococcus yhdessä hiivan ja homeiden tai sienien kanssa valmistetaan elintarvikkeita, kuten juustoa, soijakastiketta, nattoa (fermentoituja soijapapuja), etikkaa, jogurttia ja suolakurkkua.

Käyminen ei ole vain hyödyllistä elintarvikkeiden säilyttämiselle, mutta jotkut näistä elintarvikkeista voivat tarjota terveysvaikutuksia.

Esimerkiksi jotkut fermentoidut elintarvikkeet sisältävät bakteerityyppejä, jotka ovat samanlaisia ​​kuin ruoansulatuskanavan terveyteen liittyvät bakteerit. Jotkut käymisprosessit johtavat uusiin yhdisteisiin, kuten maitohappoon, joilla näyttää olevan anti-inflammatorinen vaikutus.

Enemmän tutkimusta tarvitaan fermentoitujen elintarvikkeiden terveysvaikutusten vahvistamiseksi.

Bakteerit teollisuudessa ja tutkimuksessa

Bakteerit voivat hajottaa orgaanisia yhdisteitä. Tästä on hyötyä esimerkiksi jätteiden käsittelyssä, öljyvuotojen ja myrkyllisten jätteiden puhdistamisessa.

Lääke- ja kemianteollisuus käyttää bakteereja tiettyjen kemikaalien tuotannossa.

Bakteereja käytetään molekyylibiologiassa, biokemiassa ja geenitutkimuksessa, koska ne voivat kasvaa nopeasti ja niitä on suhteellisen helppo käsitellä. Tutkijat tutkivat bakteerien avulla geenien ja entsyymien toimintaa.

Bakteereja tarvitaan antibioottien valmistamiseen.

Bacillus thuringiensis (Bt) on bakteeri, jota voidaan käyttää maataloudessa torjunta-aineiden sijaan. Sillä ei ole haitallisia torjunta-aineiden käyttöön liittyviä ympäristövaikutuksia.

Vaarat

Jotkut bakteerityypit voivat aiheuttaa ihmisillä sairauksia, kuten kolera, kurkkumätä, punatauti, bubonirutto, keuhkokuume, tuberkuloosi (tuberkuloosi), lavantauti ja monet muut.

Jos ihmiskeho altistuu bakteereille, joita keho ei tunnista hyödyllisiksi, immuunijärjestelmä hyökkää niitä vastaan. Tämä reaktio voi johtaa turvotuksen ja tulehduksen oireisiin, joita näemme esimerkiksi tartunnan saaneessa haavassa.

Vastus

Vuonna 1900 keuhkokuume, tuberkuloosi ja ripuli olivat Yhdysvaltojen kolme suurinta tappajaa. Sterilointitekniikat ja antibioottilääkkeet ovat johtaneet bakteeritautien aiheuttamien kuolemien merkittävään vähenemiseen.

Antibioottien liikakäyttö tekee kuitenkin bakteeri-infektion hoidon vaikeammaksi. Kun bakteerit mutatoituvat, niistä tulee vastustuskykyisempiä olemassa oleville antibiooteille, mikä vaikeuttaa infektioiden hoitoa. Bakteerit muuttuvat luonnollisesti, mutta antibioottien liikakäyttö nopeuttaa tätä prosessia.

"Vaikka uusia lääkkeitä kehitettäisiin, ilman käyttäytymisen muutosta antibioottiresistenssi on edelleen suuri uhka."

Maailman terveysjärjestö (WHO)

Tästä syystä tutkijat ja terveysviranomaiset kehottavat lääkäreitä olemaan määräämättä antibiootteja, ellei se ole välttämätöntä, ja että ihmiset harjoittavat muita tapoja estää sairauksia, kuten hyvä ruokahygienia, käsinpesu, rokotukset ja kondomien käyttö.

Suolen mikrobiomi

Viimeaikaiset tutkimukset ovat johtaneet uuteen ja kasvavaan kokemukseen siitä, kuinka ihmiskeho on vuorovaikutuksessa bakteerien kanssa, ja erityisesti suolistossa elävien bakteerien yhteisöjen, jotka tunnetaan suoliston mikrobiomina tai suolistofloorana.

Vuonna 2009 tutkijat julkaisivat havainnot, joiden mukaan liikalihavilla naisilla on todennäköisemmin tietyntyyppisiä bakteereja, Selenomonas noxia (S. noxia), heidän suuhunsa.

Vuonna 2015 Pohjois-Carolinan yliopiston tutkijat havaitsivat, että anoreksiaa sairastavien ihmisten suolet sisältävät "hyvin erilaisia" bakteereita tai mikrobien yhdistelmiä verrattuna ihmisiin, joilla ei ole sairautta. He ehdottavat, että tällä voi olla psykologinen vaikutus.

Historia

Yli 2000 vuotta sitten roomalainen kirjailija Marcus Terentius Varro ehdotti, että taudin voivat aiheuttaa pienet eläimet, jotka kelluvat ilmassa. Hän neuvoi ihmisiä välttämään soisia paikkoja rakennustöiden aikana, koska ne saattavat sisältää liian pieniä hyönteisiä, jotta silmä näkisi kehoon suun ja sieraimien kautta pääsemästä ja aiheuttaisi sairauksia.

1600-luvulla hollantilainen tiedemies Antonie van Leeuwenhoek loi yhden linssin mikroskoopin, jolla hän näki sen, mitä hän kutsui eläinpakkauksiksi, joita myöhemmin kutsutaan bakteereiksi. Häntä pidetään ensimmäisenä mikrobiologina.

1800-luvulla kemistit Louis Pasteur ja Robert Koch sanoivat, että taudit johtuivat bakteereista. Tätä kutsuttiin itus teoriaksi.

Vuonna 1910 tiedemies Paul Ehrlich kertoi ensimmäisen antibiootin, Salvarsanin, kehityksestä. Hän käytti sitä parantamaan kuppa. Hän oli myös ensimmäinen tutkija, joka havaitsi bakteerit tahrojen avulla.

Vuonna 2001 Joshua Lederburg loi termin "suolen mikrobiomi", ja tutkijat ympäri maailmaa pyrkivät kuvaamaan ja ymmärtämään tarkemmin "suolistoflooran" tai bakteerien rakenteita, tyyppejä ja käyttötapoja ihmiskehossa.

Ajan myötä tämän työn odotetaan tuovan uutta valoa monenlaisiin terveysolosuhteisiin.