Kas yra bakterijos ir ką jos veikia?
Bakterijos yra mikroskopiniai, vienaląsčiai organizmai, kurių yra milijonai, kiekvienoje aplinkoje tiek kitų organizmų viduje, tiek už jų ribų.
Kai kurios bakterijos yra kenksmingos, tačiau daugumai jos yra naudingos. Jie palaiko daugybę gyvybinių formų, tiek augalinės, tiek gyvulinės, ir yra naudojami pramoniniuose ir medicininiuose procesuose.
Manoma, kad bakterijos buvo pirmieji organizmai, atsiradę žemėje, maždaug prieš 4 milijardus metų. Seniausios žinomos fosilijos yra į bakterijas panašių organizmų.
Bakterijos kaip maistą gali naudoti daugumą organinių ir kai kurių neorganinių junginių, o kai kurios gali išgyventi ekstremaliomis sąlygomis.
Didėjantis susidomėjimas žarnyno mikrobiomo funkcija išryškina bakterijų vaidmenį žmogaus sveikatoje.
Kas yra bakterijos?
Bakterijos yra vienaląsčiai organizmai.
Bakterijos yra vienos ląstelės organizmai, kurie nėra nei augalai, nei gyvūnai.
Paprastai jų ilgis yra keli mikrometrai ir jie egzistuoja kartu milijoninėse bendruomenėse.
Grame dirvožemio paprastai yra apie 40 milijonų bakterijų ląstelių. Mililitras gėlo vandens paprastai talpina apie milijoną bakterijų ląstelių.
Manoma, kad žemėje telpa mažiausiai 5 nonilijonai bakterijų, ir manoma, kad didžiąją dalį žemės biomasės sudaro bakterijos.
Tipai
Yra daug skirtingų bakterijų tipų. Vienas iš jų klasifikavimo būdų yra forma. Yra trys pagrindinės formos.
- Sferinis: bakterijos, panašios į rutulį, vadinamos kokais, o viena bakterija yra kokas. Pavyzdžiui, streptokoko grupė, atsakinga už „streptokoką“.
- Strypo formos: Tai yra žinoma kaip bacilos (vienaskaitos bacilos). Kai kurios lazdelės formos bakterijos yra išlenktos. Tai vadinama vibrio. Strypo formos bakterijų pavyzdžiai yra Bacillus anthracis (B. anthracis) arba juodligės.
- Spiralinė: Tai yra žinoma kaip spirilla (vienaskaitos spirillus). Jei jų ritė yra labai įtempta, jie vadinami spirochetomis. Leptospirozę, Laimo ligą ir sifilį sukelia tokios formos bakterijos.
Kiekvienoje figūrų grupėje yra daug variantų.
Struktūra
Bakterijų ląstelės skiriasi nuo augalų ir gyvūnų ląstelių. Bakterijos yra prokariotai, o tai reiškia, kad jie neturi branduolio.
Bakterijų ląstelė apima:
- Kapsulė: kai kuriose bakterijose ląstelės sienelės išorėje randamas sluoksnis.
- Ląstelių siena: sluoksnis, pagamintas iš polimero, vadinamo peptidoglikanu. Ląstelės sienelė suteikia bakterijoms savo formą. Jis yra už plazmos membranos. Kai kurių bakterijų, vadinamų gramteigiamomis, ląstelių sienelė yra storesnė.
- Plazmos membrana: randama ląstelės sienelėje, ji generuoja energiją ir transportuoja chemines medžiagas. Membrana yra pralaidi, o tai reiškia, kad per ją gali praeiti medžiagos.
- Citoplazma: želatinos medžiaga plazmos membranoje, turinti genetinės medžiagos ir ribosomų.
- DNR: jame yra visos genetinės instrukcijos, naudojamos vystantis ir veikiant bakterijai. Jis yra citoplazmos viduje.
- Ribosomos: čia gaminami arba sintetinami baltymai. Ribosomos yra kompleksinės dalelės, sudarytos iš turtingų RNR granulių.
- Flagellum: tai naudojama judėjimui, kai kurių rūšių bakterijoms varyti. Yra keletas bakterijų, kurios gali turėti daugiau nei vieną.
- Pili: Šie į plauką panašūs priedai ląstelės išorėje leidžia jai prilipti prie paviršių ir pernešti genetinę medžiagą į kitas ląsteles. Tai gali prisidėti prie žmonių ligų plitimo.
Maitinimas
Bakterijos maitinasi įvairiai.
Heterotrofinės bakterijos arba heterotrofai gauna energiją vartodamos organinę anglį. Dauguma absorbuoja negyvas organines medžiagas, pavyzdžiui, suyra minkštimas. Kai kurios iš šių parazitinių bakterijų užmuša savo šeimininką, o kitos jiems padeda.
Autotrofinės bakterijos (arba tik autotrofai) patys gamina maistą:
- fotosintezė, naudojant saulės šviesą, vandenį ir anglies dioksidą, arba
- chemosintezė, naudojant anglies dioksidą, vandenį ir chemines medžiagas, tokias kaip amoniakas, azotas, siera ir kt
Bakterijos, naudojančios fotosintezę, vadinamos fotoautotrofais. Kai kurios rūšys, pavyzdžiui, cianobakterijos, gamina deguonį. Jie tikriausiai atliko gyvybiškai svarbų vaidmenį kuriant deguonį žemės atmosferoje. Kiti, pavyzdžiui, heliobakterijos, negamina deguonies.
Tie, kurie naudoja chemosintezę, yra žinomi kaip chemoautotrofai. Šios bakterijos dažniausiai būna vandenyno angose ir ankštinių augalų šaknyse, tokiose kaip liucerna, dobilai, žirniai, pupelės, lęšiai ir žemės riešutai.
Kur jie gyvena?
Bakterijų galima rasti dirvožemyje, vandenyje, augaluose, gyvūnuose, radioaktyviose atliekose, giliai žemės plutoje, arktiniame lede ir ledynuose bei karštuose šaltiniuose. Stratosferoje, nuo 6 iki 30 mylių aukštyn atmosferoje, ir vandenyno gylyje yra bakterijos iki 32 800 pėdų arba 10 000 metrų gylio.
Aerobai arba aerobinės bakterijos gali augti tik ten, kur yra deguonies. Kai kurie tipai gali sukelti problemų žmogaus aplinkai, pavyzdžiui, koroziją, užterštumą, vandens skaidrumo problemas ir blogus kvapus.
Anaerobai arba anaerobinės bakterijos gali augti tik ten, kur nėra deguonies. Žmonėms tai dažniausiai būna virškinimo trakte. Jie taip pat gali sukelti dujas, gangreną, stabligę, botulizmą ir daugumą dantų infekcijų.
Fakultatyviosios anaerobos arba fakultatyviosios anaerobinės bakterijos gali gyventi tiek su deguonimi, tiek be jo, tačiau jos labiau mėgsta aplinką, kurioje yra deguonies. Jų daugiausia yra dirvožemyje, vandenyje, augmenijoje ir tam tikroje įprastoje žmonių ir gyvūnų floroje. Pavyzdžiai: Salmonelės.
Mesofilai arba mezofilinės bakterijos yra bakterijos, atsakingos už daugumą žmogaus infekcijų. Jie klesti esant vidutinei temperatūrai, maždaug 37 ° C. Tai yra žmogaus kūno temperatūra.
Pavyzdžiai: Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coliir Clostridium kluyveri.
Žmogaus žarnyno floroje arba žarnyno mikrobiomoje yra naudingų mezofilinių bakterijų, pavyzdžiui, dietinių Lactobacillus acidophilus.
Ekstremofilai arba ekstremofilinės bakterijos gali atlaikyti sąlygas, kurios laikomos pernelyg ekstremaliomis daugumai gyvybės formų.
Termofilai gali gyventi aukštoje temperatūroje, iki 75–80 ° C, o hipertermofilai gali išgyventi iki 113 ° C.
Giliai vandenyne bakterijos gyvena visiškoje tamsoje prie šiluminių angų, kur tiek temperatūra, tiek slėgis yra aukšti. Jie patys gamina maistą oksiduodami sierą, gaunamą giliai žemės viduje.
Kiti ekstremofilai yra:
- halofilai, randami tik druskingoje aplinkoje
- acidofilai, kai kurie gyvena tokioje rūgščioje aplinkoje kaip pH 0
- alkalifilai, gyvenantys alkilino aplinkoje iki pH 10,5
- psichrofilai, aptinkami šaltoje temperatūroje, pavyzdžiui, ledynuose
Ekstremofilai gali išgyventi ten, kur negali joks kitas organizmas.
Reprodukcija ir transformacija
Bakterijos gali daugintis ir keistis taikant šiuos metodus:
- Dvejetainis dalijimasis: nelytinė dauginimosi forma, kai ląstelė toliau auga, kol per centrą išauga nauja ląstelės sienelė, formuojanti dvi ląsteles. Šie atsiskiria, sudarydami dvi ląsteles su ta pačia genetine medžiaga.
- Genetinės medžiagos perdavimas: ląstelės naują genetinę medžiagą įgyja vykstant procesams, vadinamiems konjugavimu, transformavimu ar perdavimu. Šie procesai gali padaryti bakterijas stipresnes ir labiau atsparias grėsmėms, pavyzdžiui, vaistams nuo antibiotikų.
- Sporos: Kai kai kurių rūšių bakterijoms trūksta išteklių, jos gali formuoti sporas. Sporos laiko organizmo DNR medžiagą ir juose yra daiginimui reikalingų fermentų. Jie yra labai atsparūs aplinkos stresams. Sporos gali likti neaktyvios šimtmečius, kol atsiras tinkamos sąlygos. Tada jie gali vėl suaktyvėti ir tapti bakterijomis.
- Sporos gali išgyventi patyrus aplinkos stresą, įskaitant ultravioletinę (UV) ir gama spinduliuotę, išdžiūvimą, badavimą, cheminį poveikį ir kraštutinę temperatūrą.
Vienos bakterijos gamina endosporas arba vidines sporas, o kitos - egzosporas, kurios išsiskiria lauke. Tai vadinama cistomis.
Clostridium yra endosporą formuojančios bakterijos pavyzdys. Yra apie 100 rūšių Clostridium, įskaitant Clostridium botulinim (C. botulinimas) arba botulizmas, galintis sukelti mirtiną apsinuodijimą maistu, ir Clostridium difficile (C. Sunku), kuris sukelia kolitą ir kitas žarnyno problemas.
Naudoja
Dažnai manoma, kad bakterijos yra blogos, tačiau daugelis yra naudingos. Mes be jų neegzistuotume. Deguonis, kuriuo kvėpuojame, tikriausiai atsirado dėl bakterijų veiklos.
Žmogaus išlikimas
Daugelis organizmo bakterijų vaidina svarbų vaidmenį išgyvenant žmogų. Virškinimo sistemos bakterijos skaido maistines medžiagas, tokias kaip kompleksinis cukrus, į organizmo naudojamas formas.
Nepavojingos bakterijos taip pat padeda išvengti ligų užimdamos vietas, prie kurių patogeniškos ar ligas sukeliančios bakterijos nori prisirišti. Kai kurios bakterijos apsaugo mus nuo ligų, atakuodamos ligos sukėlėjus.
Azoto fiksavimas
Bakterijos pasisavina azotą ir numirusios jį išleidžia augalams naudoti. Augalams reikia dirvožemyje azoto, kad jie galėtų gyventi, tačiau patys to padaryti negali. Norėdami tai užtikrinti, daugelyje augalų sėklų yra nedidelis bakterijų indas, kuris naudojamas augalui dygstant.
Maisto technologija
Pieno rūgšties bakterijos, tokios kaip Lactobacillus ir Laktokokas kartu su mielėmis ir pelėsiais arba grybais naudojami tokie maisto produktai kaip sūris, sojos padažas, natto (fermentuotos sojos pupelės), actas, jogurtas ir marinuoti agurkai.
Fermentacija naudinga ne tik norint išsaugoti maisto produktus, bet ir kai kurie iš šių maisto produktų gali būti naudingi sveikatai.
Pavyzdžiui, kai kuriuose fermentuotuose maisto produktuose yra bakterijų rūšių, panašių į tas, kurios susijusios su virškinimo trakto sveikata. Kai kurie fermentacijos procesai sukelia naujus junginius, tokius kaip pieno rūgštis, kurie, atrodo, turi priešuždegiminį poveikį.
Norint patvirtinti fermentuoto maisto naudą sveikatai, reikia atlikti daugiau tyrimų.
Bakterijos pramonėje ir tyrimuose
Bakterijos gali skaidyti organinius junginius. Tai naudinga atliekant atliekų tvarkymą, naftos išsiliejimų ir nuodingų atliekų valymą.
Farmacijos ir chemijos pramonė naudoja bakterijas tam tikrų cheminių medžiagų gamybai.
Bakterijos naudojamos molekulinėje biologijoje, biochemijoje ir genetiniuose tyrimuose, nes jos gali greitai išaugti ir jomis palyginti lengva manipuliuoti. Mokslininkai naudoja bakterijas tirdami, kaip veikia genai ir fermentai.
Antibiotikams gaminti reikalingos bakterijos.
Bacillus thuringiensis (Bt) yra bakterija, kuri gali būti naudojama žemės ūkyje vietoj pesticidų. Tai neturi nepageidaujamų padarinių aplinkai, susijusių su pesticidų naudojimu.
Pavojai
Kai kurios bakterijų rūšys gali sukelti žmonių ligas, tokias kaip cholera, difterija, dizenterija, buboninis maras, pneumonija, tuberkuliozė (vidurių šiltinė) ir daugybė kitų.
Jei žmogaus organizmas susiduria su bakterijomis, kurių organizmas nepripažįsta naudingomis, imuninė sistema jas užpuls. Ši reakcija gali sukelti patinimų ir uždegimo simptomus, kuriuos matome, pavyzdžiui, užkrėstoje žaizdoje.
Pasipriešinimas
1900 m. Plaučių uždegimas, tuberkuliozė ir viduriavimas buvo trys didžiausi žudikai JAV. Sterilizavimo metodai ir vaistai nuo antibiotikų labai sumažino mirčių nuo bakterinių ligų skaičių.
Tačiau per didelis antibiotikų vartojimas apsunkina bakterinės infekcijos gydymą. Bakterijoms mutavus, jos tampa atsparesnės esamiems antibiotikams, todėl infekcijas sunkiau gydyti. Bakterijos natūraliai transformuojasi, tačiau besaikis antibiotikų vartojimas pagreitina šį procesą.
„Net jei bus sukurti nauji vaistai, nepakitus elgesiui, atsparumas antibiotikams išliks pagrindine grėsme“.
Pasaulio sveikatos organizacija (PSO)
Dėl šios priežasties mokslininkai ir sveikatos priežiūros institucijos ragina gydytojus neskirti antibiotikų, jei tai nėra būtina, ir žmones praktikuoti kitais būdais, kaip užkirsti kelią ligoms, pavyzdžiui, gerą maisto higieną, rankų plovimą, skiepijimą ir prezervatyvų naudojimą.
Žarnyno mikrobiomas
Naujausi tyrimai lėmė vis didėjančią baimę, kaip žmogaus kūnas sąveikauja su bakterijomis, ypač su žarnyno trakte gyvenančių bakterijų bendrijomis, žinomomis kaip žarnyno mikrobiomas arba žarnyno flora.
2009 m. Mokslininkai paskelbė išvadas, rodančias, kad nutukusios moterys dažniau turi tam tikros rūšies bakterijas, Selenomonas noxia (S. noxia), jų burnoje.
2015 m. Šiaurės Karolinos universiteto mokslininkai nustatė, kad žmonių, sergančių anoreksija, žarnyne yra „labai skirtingų“ bakterijų arba mikrobinių junginių, palyginti su žmonėmis, kurie neturi šios būklės. Jie teigia, kad tai gali turėti psichologinį poveikį.
Istorija
Daugiau nei prieš 2000 metų romėnų rašytojas Marcusas Terentiusas Varro pasiūlė, kad ligą gali sukelti maži gyvūnai, sklandantys ore. Jis patarė žmonėms vengti pelkėtų vietų atliekant statybos darbus, nes jose gali būti per maži vabzdžiai, kad akis matytų, kurie pateko į kūną per burną ir šnerves ir sukelia ligas.
XVII amžiuje olandų mokslininkas Antonie van Leeuwenhoek sukūrė vieno objektyvo mikroskopą, kuriuo pamatė vadinamąsias gyvūnų žvakes, vėliau žinomas kaip bakterijos. Jis laikomas pirmuoju mikrobiologu.
XIX amžiuje chemikai Louisas Pasteuras ir Robertas Kochas teigė, kad ligas sukelia mikrobai. Tai buvo žinoma kaip gemalų teorija.
1910 m. Mokslininkas Paulas Ehrlichas nurodė pirmojo antibiotiko - Salvarsano - sukūrimą. Jis jį naudojo sifiliui gydyti. Jis taip pat buvo pirmasis mokslininkas, aptikęs bakterijas naudodamas dėmes.
2001 m. Joshua Lederburgas sukūrė terminą „žarnyno mikrobiomas“, o mokslininkai visame pasaulyje šiuo metu siekia tiksliau apibūdinti ir suprasti „žarnyno floros“ arba bakterijų struktūras, tipus ir panaudojimą žmogaus organizme.
Tikimasi, kad laikui bėgant šis darbas išaiškins įvairias sveikatos sąlygas.
