Какво представляват бактериите и какво правят?

Бактериите са микроскопични, едноклетъчни организми, които съществуват в милиони, във всяка среда, както вътре, така и извън другите организми.

Някои бактерии са вредни, но повечето имат полезна цел. Те поддържат много форми на живот, както растителен, така и животински и се използват в индустриални и медицински процеси.

Смята се, че бактериите са първите организми, които се появяват на земята, преди около 4 милиарда години. Най-старите известни фосили са от бактериоподобни организми.

Бактериите могат да използват повечето органични и някои неорганични съединения като храна, а някои могат да оцелеят в екстремни условия.

Нарастващият интерес към функцията на чревния микробиом хвърля нова светлина върху ролята на бактериите в човешкото здраве.

Какво представляват бактериите?

Бактериите са едноклетъчни организми.

Бактериите са едноклетъчни организми, които не са нито растения, нито животни.

Обикновено те са с дължина няколко микрометра и съществуват заедно в милионни общности.

Грам почва обикновено съдържа около 40 милиона бактериални клетки. Един милилитър прясна вода обикновено съдържа около един милион бактериални клетки.

Смята се, че земята съдържа най-малко 5 нелилионни бактерии и се смята, че голяма част от земната биомаса се състои от бактерии.

Видове

Има много различни видове бактерии. Един от начините за класифицирането им е по форма. Има три основни форми.

• Сферични: Бактериите, оформени като топка, се наричат ​​коки, а една бактерия е кок. Примерите включват стрептококова група, отговорна за „стрептокок в гърлото“.
• Пръчковидна форма: Те са известни като бацили (единични бацили). Някои пръчковидни бактерии са извити. Те са известни като вибрион. Примерите за пръчковидни бактерии включват Bacillus anthracis (Б. антрацис) или антракс.
• Спирала: Те са известни като спирила (единствено спирилус). Ако бобината им е много стегната, те са известни като спирохети. Лептоспирозата, лаймската болест и сифилисът се причиняват от бактерии с тази форма.

Има много вариации във всяка група форми.

Структура

Бактериалните клетки се различават от растителните и животинските клетки. Бактериите са прокариоти, което означава, че нямат ядро.

Бактериалната клетка включва:

• Капсула: Слой, открит от външната страна на клетъчната стена в някои бактерии.
• Клетъчна стена: слой, който е направен от полимер, наречен пептидогликан. Клетъчната стена придава на бактериите формата. Той се намира извън плазмената мембрана. Клетъчната стена е по-дебела при някои бактерии, наречени Грам положителни бактерии.
• Плазмена мембрана: Намира се в клетъчната стена и генерира енергия и транспортира химикали. Мембраната е пропусклива, което означава, че веществата могат да преминават през нея.
• Цитоплазма: Желатиново вещество вътре в плазмената мембрана, което съдържа генетичен материал и рибозоми.
• ДНК: Това съдържа всички генетични инструкции, използвани при развитието и функционирането на бактерията. Той се намира вътре в цитоплазмата.
• Рибозоми: Тук се произвеждат или синтезират протеини. Рибозомите са сложни частици, изградени от богати на РНК гранули.
• Флагелум: Използва се за движение, за задвижване на някои видове бактерии. Има някои бактерии, които могат да имат повече от една.
• Пили: Тези подобни на косми придатъци от външната страна на клетката й позволяват да се придържа към повърхностите и да пренася генетичен материал в други клетки. Това може да допринесе за разпространението на болестта при хората.

Хранене

Бактериите се хранят по различни начини.

Хетеротрофните бактерии или хетеротрофите получават енергията си чрез консумация на органичен въглерод. Повечето абсорбират мъртъв органичен материал, като разлагаща се плът. Някои от тези паразитни бактерии убиват своя гостоприемник, докато други им помагат.

Автотрофните бактерии (или просто автотрофи) правят своя храна, или чрез:

• фотосинтеза, използвайки слънчева светлина, вода и въглероден диоксид, или
• хемосинтеза, като се използва въглероден диоксид, вода и химикали като амоняк, азот, сяра и други

Бактериите, които използват фотосинтеза, се наричат ​​фотоавтотрофи. Някои видове, например цианобактерии, произвеждат кислород. Те вероятно са изиграли жизненоважна роля за създаването на кислород в земната атмосфера. Други, като хелиобактериите, не произвеждат кислород.

Тези, които използват хемосинтеза, са известни като хемоавтотрофи. Тези бактерии често се намират в океанските отвори и в корените на бобовите растения, като люцерна, детелина, грах, боб, леща и фъстъци.

Къде живеят?

Бактериите могат да процъфтяват дори в екстремни среди, като ледници.

Бактериите могат да бъдат намерени в почвата, водата, растенията, животните, радиоактивните отпадъци, дълбоко в земната кора, арктическия лед и ледниците и горещите извори. В стратосферата има бактерии, между 6 и 30 мили нагоре в атмосферата и в океанските дълбини, дълбоки до 32 800 фута или 10 000 метра.

Аероби или аеробни бактерии могат да растат само там, където има кислород. Някои видове могат да причинят проблеми за човешката среда, като корозия, замърсяване, проблеми с бистротата на водата и лоши миризми.

Анаеробните или анаеробните бактерии могат да растат само там, където няма кислород. При хората това е най-вече в стомашно-чревния тракт. Те също могат да причинят газове, гангрена, тетанус, ботулизъм и повечето зъбни инфекции.

Факултативните анаероби или факултативните анаеробни бактерии могат да живеят с или без кислород, но предпочитат среда, в която има кислород. Те се срещат най-вече в почвата, водата, растителността и някои нормални флори на хора и животни. Примерите включват Салмонела.

Мезофилите или мезофилните бактерии са бактериите, отговорни за повечето човешки инфекции. Те процъфтяват при умерени температури, около 37 ° C. Това е температурата на човешкото тяло.

Примерите включват Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novelus, Стафилококус ауреус, Streptococcus pyrogenes, пневмокок, Ешерихия коли, и Clostridium kluyveri.

Човешката чревна флора или чревният микробиом съдържа полезни мезофилни бактерии, като диетични Lactobacillus acidophilus.

Екстремофилите или екстремофилните бактерии могат да издържат на условия, считани за твърде екстремни за повечето форми на живот.

Термофилите могат да живеят при високи температури, до 75 до 80 ° C, а хипертермофилите могат да оцелеят при температури до 113 ° C.

Дълбоко в океана бактериите живеят в пълен мрак от термоотвори, където температурата и налягането са високи. Те правят собствена храна чрез окисляване на сяра, която идва от дълбокото земно пространство.

Други екстремофили включват:

• халофили, открити само в солена среда
• ацидофили, някои от които живеят в кисела среда като рН 0
• алкалифили, живеещи в алкилинова среда до рН 10,5
• психрофили, открити при ниски температури, например в ледници

Екстремофилите могат да оцелеят там, където не може друг организъм.

Възпроизвеждане и трансформация

Бактериите могат да се размножават и променят, като се използват следните методи:

• Двоично делене: Безполова форма на размножаване, при която клетката продължава да расте, докато нова клетъчна стена расте през центъра, образувайки две клетки. Те се разделят, като правят две клетки с един и същ генетичен материал.
• Трансфер на генетичен материал: Клетките придобиват нов генетичен материал чрез процеси, известни като конюгация, трансформация или трансдукция. Тези процеси могат да направят бактериите по-силни и по-способни да се противопоставят на заплахи, като антибиотични лекарства.
• Спори: Когато някои видове бактерии имат малко ресурси, те могат да образуват спори. Спорите задържат ДНК материала на организма и съдържат ензимите, необходими за покълване. Те са много устойчиви на стрес от околната среда. Спорите могат да останат неактивни в продължение на векове, докато настъпят подходящите условия. Тогава те могат да се активират отново и да станат бактерии.
• Спорите могат да оцелеят през периоди на стрес в околната среда, включително ултравиолетово (UV) и гама лъчение, изсушаване, глад, химическо излагане и екстремни температури.

Някои бактерии произвеждат ендоспори или вътрешни спори, докато други произвеждат екзоспори, които се освобождават навън. Те са известни като кисти.

Клостридий е пример за ендоспорообразуваща бактерия. Има около 100 вида Клостридий, включително Clostridium botulinim (C. botulinim) или ботулизъм, отговорен за потенциално фатален вид хранително отравяне, и Clostridium difficile (В. Difficile), което причинява колит и други чревни проблеми.

Използва

Бактериите често се смятат за лоши, но много са полезни. Без тях не бихме съществували. Кислородът, който дишаме, вероятно е създаден от активността на бактериите.

Оцеляването на човека

Много от бактериите в тялото играят важна роля за оцеляването на човека. Бактериите в храносмилателната система разграждат хранителните вещества, като сложни захари, до форми, които тялото може да използва.

Неопасните бактерии също помагат за предотвратяване на болести, като заемат места, към които патогенните или причиняващи болести бактерии искат да се прикрепят. Някои бактерии ни предпазват от болести, като атакуват патогените.

Фиксиране на азот

Бактериите поемат азот и го освобождават за растителна употреба, когато умрат. Растенията се нуждаят от азот в почвата, за да живеят, но те не могат да направят това сами. За да се гарантира това, много растителни семена имат малък контейнер с бактерии, който се използва, когато растението поникне.

Хранителна технология

Производството на сирене включва бактерии.

Млечнокисели бактерии, като напр Лактобацилус и Лактококи заедно с дрожди и плесени или гъбички се използват за приготвяне на храни като сирене, соев сос, натто (ферментирал соев боб), оцет, кисело мляко и кисели краставички.

Ферментацията не само е полезна за запазване на храни, но някои от тези храни могат да предложат ползи за здравето.

Например, някои ферментирали храни съдържат видове бактерии, които са подобни на тези, свързани със здравето на стомашно-чревния тракт. Някои ферментационни процеси водят до нови съединения, като млечна киселина, които изглежда имат противовъзпалителен ефект.

Необходими са повече проучвания, за да се потвърдят ползите за ферментиралите храни за здравето.

Бактерии в промишлеността и научните изследвания

Бактериите могат да разграждат органичните съединения. Това е полезно за дейности като преработка на отпадъци и почистване на нефтени разливи и токсични отпадъци.

Фармацевтичната и химическата промишленост използват бактерии при производството на определени химикали.

Бактериите се използват в молекулярната биология, биохимията и генетичните изследвания, тъй като те могат да растат бързо и са относително лесни за манипулиране. Учените използват бактерии, за да проучат как работят гените и ензимите.

За производството на антибиотици са необходими бактерии.

Bacillus thuringiensis (Bt) е бактерия, която може да се използва в селското стопанство вместо пестициди. Той няма нежеланите последици за околната среда, свързани с употребата на пестициди.

Опасности

Някои видове бактерии могат да причинят заболявания при хората, като холера, дифтерия, дизентерия, бубонна чума, пневмония, туберкулоза (туберкулоза), тиф и много други.

Ако човешкото тяло е изложено на бактерии, които тялото не разпознава като полезни, имунната система ще ги атакува. Тази реакция може да доведе до симптомите на подуване и възпаление, които наблюдаваме например при заразена рана.

Съпротива

През 1900 г. пневмонията, туберкулозата и диарията са трите най-големи убийци в САЩ. Стерилизационните техники и антибиотичните лекарства доведоха до значителен спад на смъртните случаи от бактериални заболявания.

Прекомерната употреба на антибиотици обаче прави бактериалната инфекция по-трудна за лечение. Тъй като бактериите мутират, те стават по-устойчиви на съществуващите антибиотици, което прави инфекциите по-трудни за лечение. Бактериите се трансформират по естествен път, но прекалената употреба на антибиотици ускорява този процес.

„Дори и да се разработят нови лекарства, без промяна в поведението, устойчивостта на антибиотици ще остане основна заплаха.“

Световна здравна организация (СЗО)

Поради тази причина учените и здравните власти призовават лекарите да не предписват антибиотици, освен ако не е необходимо, и хората да практикуват други начини за предотвратяване на болести, като добра хигиена на храните, измиване на ръцете, ваксинация и използване на презервативи.

Чревният микробиом

Последните изследвания доведоха до нова и все по-голяма известност за това как човешкото тяло взаимодейства с бактериите, и по-специално с общностите на бактериите, живеещи в чревния тракт, известни като чревен микробиом или чревна флора.

През 2009 г. изследователите публикуваха открития, според които жените със затлъстяване са по-склонни да имат определен вид бактерии, Selenomonas noxia (S. noxia), в устата им.

През 2015 г. учени от Университета на Северна Каролина установиха, че червата на хората с анорексия съдържат „много различни“ бактерии или микробни съобщества, в сравнение с хора, които нямат заболяване. Те предполагат, че това може да има психологическо въздействие.

История

Преди повече от 2000 години римски автор Марк Теренций Варо предположи, че болестта може да бъде причинена от малки животни, които се носят във въздуха. Той посъветва хората да избягват блатисти места по време на строителните работи, тъй като те могат да съдържат насекоми, твърде малки, за да може окото да види, че навлиза в тялото през устата и ноздрите и причинява заболявания.

През 17-ти век холандски учен Антони ван Левенхук създава микроскоп с една леща, с който вижда това, което той нарича животни, познати по-късно като бактерии. Той се смята за първия микробиолог.

През 19 век химиците Луи Пастьор и Робърт Кох казват, че болестите се причиняват от микроби. Това беше известно като Теорията за зародиша.

През 1910 г. ученият Пол Ерлих обявява разработването на първия антибиотик, Salvarsan. Той го използва за лечение на сифилис. Той е и първият учен, който открива бактерии с помощта на петна.

През 2001 г. Джошуа Ледербург въведе термина „чревен микробиом“, а учените по света в момента се опитват да опишат и разберат по-точно структурите, видовете и употребите на „чревната флора“ или бактериите в човешкото тяло.

С времето тази работа се очаква да хвърли нова светлина върху широк спектър от здравословни състояния.