Шта су бактерије и шта раде?

Бактерије су микроскопски једноћелијски организми који постоје у милионима, у сваком окружењу, како унутар тако и изван других организама.

Неке бактерије су штетне, али већина има корисну сврху. Подржавају многе облике живота, биљни и животињски, а користе се у индустријским и медицинским процесима.

Сматра се да су бактерије први организми који су се појавили на земљи, пре око 4 милијарде година. Најстарији познати фосили су организми слични бактеријама.

Бактерије могу да користе већину органских и неких неорганских једињења као храну, а неке могу преживети екстремне услове.

Растуће интересовање за функцију цревног микробиома баца ново светло на улогу бактерија у људском здрављу.

Шта су бактерије?

Бактерије су једноћелијски организми.

Бактерије су једноћелијски организми који нису ни биљке ни животиње.

Обично имају дужину од неколико микрометара и заједно постоје у милионским заједницама.

Грам тла обично садржи око 40 милиона бактеријских ћелија. У милилитру слатке воде обично се налази око милион бактеријских ћелија.

Процењује се да у земљи има најмање 5 неилионских бактерија, а сматра се да већи део земљине биомасе чине бактерије.

Врсте

Постоји много различитих врста бактерија. Један од начина класификације је облик. Постоје три основна облика.

• Сферна: Бактерије обликоване у облику лопте називају се коки, а појединачна бактерија је кокус. Примери укључују групу стрептококуса, одговорну за „стреп грло“.
• У облику штапића: Познати су као бацили (појединачни бацили). Неке бактерије у облику штапића су закривљене. Они су познати као вибрио. Примери бактерија у облику штапића укључују Бациллус антхрацис (Б. антхрацис), или антракс.
• Спирала: Они су познати као спирилла (сингулар спириллус). Ако им је завојница јако затегнута, познати су као спирохете. Лептоспирозу, лајмску болест и сифилис узрокују бактерије овог облика.

Постоје многе варијације унутар сваке групе облика.

Структура

Бактеријске ћелије се разликују од биљних и животињских. Бактерије су прокариоти, што значи да немају језгро.

Бактеријска ћелија укључује:

• Капсула: Слој који се налази на спољној страни ћелијског зида код неких бактерија.
• Ћелијски зид: Слој направљен од полимера који се назива пептидогликан. Ћелијски зид бактеријама даје облик. Налази се изван плазматске мембране. Ћелијски зид је код неких бактерија дебљи, који се називају грам позитивне бактерије.
• Плазма мембрана: Нађена унутар ћелијског зида, она генерише енергију и транспортује хемикалије. Мембрана је пропусна, што значи да супстанце могу проћи кроз њу.
• Цитоплазма: Желатинозна супстанца унутар плазматске мембране која садржи генетски материјал и рибосоме.
• ДНК: Садржи сва генетска упутства која се користе у развоју и функцији бактерије. Налази се унутар цитоплазме.
• Рибосоми: Овде се праве или синтетишу протеини. Рибосоми су сложене честице састављене од гранула богатих РНК.
• Флагеллум: Користи се за кретање за покретање неких врста бактерија. Постоје неке бактерије које могу имати више њих.
• Пили: Ови додаци попут длаке на спољној страни ћелије омогућавају јој да се лепи за површине и преноси генетски материјал у друге ћелије. Ово може допринети ширењу болести код људи.

Храњење

Бактерије се хране на различите начине.

Хетеротрофне бактерије, или хетеротрофи, добијају своју енергију трошењем органског угљеника. Већина упија мртви органски материјал, као што је месо које се распада. Неке од ових паразитских бактерија убијају свог домаћина, док им друге помажу.

Аутотрофне бактерије (или само аутотрофи) праве сопствену храну, било путем:

• фотосинтеза, користећи сунчеву светлост, воду и угљен-диоксид, или
• хемосинтеза, користећи угљен-диоксид, воду и хемикалије као што су амонијак, азот, сумпор и друге

Бактерије које користе фотосинтезу називају се фотоаутотрофи. Неке врсте, на пример цијанобактерије, производе кисеоник. Они су вероватно играли виталну улогу у стварању кисеоника у земљиној атмосфери. Други, попут хелиобактерија, не производе кисеоник.

Они који користе хемосинтезу познати су као хемоаутотрофи. Ове бактерије се често налазе у океанским отворима и у корену махунарки, попут луцерке, детелине, грашка, пасуља, сочива и кикирикија.

Где живе?

Бактерије могу успевати чак иу екстремним окружењима, попут ледника.

Бактерије се могу наћи у земљи, води, биљкама, животињама, радиоактивном отпаду, дубоко у земљиној кори, арктичком леду и глечерима и топлим изворима. У стратосфери има бактерија, између 6 и 30 миља горе у атмосфери и у океанским дубинама, дубоким до 32.800 стопа или 10.000 метара.

Аероби или аеробне бактерије могу да расту само тамо где има кисеоника. Неке врсте могу да изазову проблеме за човекову животну средину, попут корозије, нечистоћа, проблема са бистрином воде и лоших мириса.

Анаероби или анаеробне бактерије могу да расту само тамо где нема кисеоника. Код људи је то углавном у гастроинтестиналном тракту. Такође могу изазвати гасове, гангрену, тетанус, ботулизам и већину зубних инфекција.

Факултативни анаероби или факултативне анаеробне бактерије могу живети са кисеоником или без њега, али више воле средину у којој има кисеоника. Углавном их има у земљи, води, вегетацији и некој нормалној флори људи и животиња. Примери укључују Салмонела.

Мезофили, или мезофилне бактерије, су бактерије одговорне за већину људских инфекција. Успевају на умереним температурама, око 37 ° Ц. Ово је температура људског тела.

Примери укључују Листериа моноцитогенес, Песудомонас малтопхилиа, Тхиобациллус новелус, Стапхилоцоццус ауреус, Стрептоцоццус пирогенес, Стрептококус пнеумоние, Есцхерицхиа цоли, и Цлостридиум клуивери.

Људска цревна флора или цревни микробиом садржи корисне мезофилне бактерије, попут дијететских Лацтобациллус ацидопхилус.

Екстремофили или екстремофилне бактерије могу да поднесу услове који се сматрају сувише екстремним за већину облика живота.

Термофили могу да живе на високим температурама, до 75 до 80 ° Ц, а хипертермофили могу да преживе на температурама до 113 ° Ц.

Дубоко у океану, бактерије живе у потпуном мраку помоћу термалних отвора, где су и температура и притисак високи. Своју храну праве оксидацијом сумпора који долази дубоко из земље.

Остали екстремофили укључују:

• халофили, налазе се само у сланом окружењу
• ацидофили, од којих неки живе у киселом окружењу као пХ 0
• алкалифили, који живе у алкилинским срединама до пХ 10,5
• психрофили, који се налазе на хладним температурама, на пример, у глечерима

Екстремофили могу преживети тамо где то не може ниједан други организам.

Репродукција и трансформација

Бактерије се могу размножавати и мењати следећим методама:

• Бинарна фисија: Асексуални облик размножавања, у којем ћелија наставља да расте све док нови ћелијски зид не израсте кроз центар, формирајући две ћелије. Они се раздвајају, стварајући две ћелије са истим генетским материјалом.
• Трансфер генетског материјала: Ћелије стичу нови генетски материјал кроз процесе познате као коњугација, трансформација или трансдукција. Ови процеси могу учинити бактерије јачима и способнијима да се одупру претњама, као што су антибиотици.
• Споре: Када неке врсте бактерија имају мало ресурса, могу створити споре. Споре држе ДНК материјал организма и садрже ензиме потребне за клијање. Веома су отпорни на стресове у окружењу. Споре могу остати неактивне вековима, док се не појаве прави услови. Тада могу поново да се активирају и постану бактерије.
• Споре могу да преживе током периода стреса у окружењу, укључујући ултраљубичасто (УВ) и гама зрачење, исушивање, гладовање, хемијско излагање и екстремне температуре.

Неке бактерије производе ендоспоре, или унутрашње споре, док друге производе егзоспоре, које се ослобађају напољу. То су познате као цисте.

Цлостридиум је пример бактерије која ствара ендоспоре. Постоји око 100 врста Цлостридиум, укључујући Цлостридиум ботулиним (Ц. ботулиним) или ботулизам, одговоран за потенцијално фаталну врсту тровања храном, и Цлостридиум диффициле (Ц. Диффициле), што узрокује колитис и друге цревне проблеме.

Користи

Бактерије се често сматрају лошима, али многе су корисне. Без њих не бисмо постојали. Кисеоник који удишемо вероватно је створен активношћу бактерија.

Преживљавање човека

Многе бактерије у телу играју важну улогу у опстанку човека. Бактерије у дигестивном систему разграђују хранљиве материје, попут сложених шећера, у облике које тело може да користи.

Неопасне бактерије такође помажу у спречавању болести тако што заузимају места за која патогене или бактерије које изазивају болести желе да се прикаче. Неке бактерије нас штите од болести тако што нападају патогене.

Фиксирање азота

Бактерије узимају азот и ослобађају га за биљке када умру. Биљкама је потребан азот у тлу да би живеле, али то не могу саме. Да би се то осигурало, многа биљна семена имају малу посуду са бактеријама која се користи када биљка никне.

Прехрамбене технологије

Производња сира укључује бактерије.

Бактерије млечне киселине, као што су Лацтобациллус и Лацтоцоццус заједно са квасцем и плеснима, или гљивицама, користе се за припрему хране као што су сир, соја сос, натто (ферментисана соја), сирће, јогурт и кисели краставци.

Ферментација није корисна само за очување намирница, већ неке од ових намирница могу имати здравствене користи.

На пример, нека ферментисана храна садржи врсте бактерија које су сличне онима повезаним са здрављем гастроинтестиналног тракта. Неки процеси ферментације доводе до нових једињења, попут млечне киселине, за која се чини да имају противупални ефекат.

Потребно је више истрага како би се потврдиле здравствене користи ферментиране хране.

Бактерије у индустрији и истраживању

Бактерије могу разградити органска једињења. Ово је корисно за активности попут прераде отпада и чишћења изливених уља и токсичног отпада.

Фармацеутска и хемијска индустрија користе бактерије у производњи одређених хемикалија.

Бактерије се користе у молекуларној биологији, биохемији и генетским истраживањима, јер могу брзо да расту и њима је релативно лако манипулисати. Научници користе бактерије како би проучавали како раде гени и ензими.

Бактерије су потребне за производњу антибиотика.

Бациллус тхурингиенсис (Бт) је бактерија која се може користити у пољопривреди уместо пестицида. Нема непожељне последице по животну средину повезане са употребом пестицида.

Опасности

Неке врсте бактерија могу изазвати болести код људи, попут колере, дифтерије, дизентерије, бубонске куге, упале плућа, туберкулозе (ТБ), тифуса и многих других.

Ако је људско тело изложено бактеријама које тело не препознаје као корисне, имуни систем ће их напасти. Ова реакција може довести до симптома отока и упале које видимо, на пример, код заражене ране.

Отпор

1900. године упала плућа, ТБ и дијареја биле су три највеће убице у Сједињеним Државама. Технике стерилизације и антибиотски лекови довели су до значајног пада смртности од бактеријских болести.

Међутим, прекомерна употреба антибиотика отежава лечење бактеријске инфекције. Како бактерије мутирају, постају отпорније на постојеће антибиотике, што отежава лечење инфекција. Бактерије се природно трансформишу, али прекомерна употреба антибиотика убрзава овај процес.

„Чак и ако се развију нови лекови, без промене понашања, резистенција на антибиотике остаће главна претња.“

Светска здравствена организација (ВХО)

Из тог разлога, научници и здравствене власти позивају лекаре да не преписују антибиотике уколико то није неопходно и да људи увежбавају друге начине спречавања болести, попут добре хигијене хране, прања руку, вакцинације и употребе кондома.

Микробиом црева

Недавна истраживања довела су до новог и све већег сведока о томе како људско тело комуницира са бактеријама, а посебно са заједницама бактерија које живе у цревном тракту, познатом као цревни микробиом или цревна флора.

2009. године истраживачи су објавили налазе који сугеришу да су жене са гојазношћу вероватније да имају одређену врсту бактерија, Селеномонас нокиа (С. нокиа), у њиховим устима.

2015. године научници са Универзитета Северне Каролине открили су да црева људи са анорексијом садрже „веома различите“ бактерије или микробне заједнице, у поређењу са људима који немају такво стање. Они сугеришу да ово може имати психолошки утицај.

Историја

Пре више од 2000 година, римски аутор, Марк Терентиус Варро, сугерисао је да болест могу да изазову ситне животиње које су плутале у ваздуху. Саветовао је људима да избегавају мочварна места током грађевинских радова јер могу садржати инсекте премале да би их око ушло у тело кроз уста и ноздрве и узроковало болести.

У 17. веку, холандски научник Антоние ван Лееувенхоек створио је микроскоп са једним сочивима помоћу којег је видео оно што је назвао анималцулес, касније познат као бактерија. Сматра се првим микробиологом.

У 19. веку, хемичари Лоуис Пастеур и Роберт Коцх рекли су да су болести узроковане клицама. Ово је било познато као теорија клица.

Године 1910. научник Паул Ехрлицх најавио је развој првог антибиотика, Салварсана. Користио га је за лечење сифилиса. Такође је био први научник који је бактерије открио употребом мрља.

2001. Јосхуа Ледербург сковао је термин „микробиом црева“, а научници широм света тренутно настоје да прецизније опишу и разумеју структуру, врсте и употребу „цревне флоре“ или бактерија у људском телу.

Временом се очекује да ће овај рад осветлити широк спектар здравствених стања.