Bakterie to mikroskopijne, jednokomórkowe organizmy, które kwitną w różnych środowiskach. Organizmy te mogą żyć w glebie, oceanie i w jelitach człowieka.
Relacje ludzi z bakteriami są złożone. Czasami bakterie pomagają nam, na przykład zsiadając mleko w jogurcie lub pomagając w trawieniu. W innych przypadkach bakterie są niszczące, powodując choroby takie jak zapalenie płuc i oporność na metycylinę Staphylococcus aureus (MRSA).
Struktura
Bakterie (liczba pojedyncza: bakteria) są klasyfikowane jako prokarioty, które są organizmami jednokomórkowymi o prostej strukturze wewnętrznej pozbawionej jądra i zawierającej DNA, które albo swobodnie unosi się w skręconej, nitkowatej masie zwanej nukleoidem, lub w osobnych, okrągłe kawałki zwane plazmidami. Rybosomy to sferyczne jednostki w komórce bakteryjnej, w których białka są składane z poszczególnych aminokwasów przy użyciu informacji zakodowanych w rybosomalnym RNA.
Komórki bakteryjne są zwykle otoczone dwoma ochronnymi osłonami: zewnętrzną ścianą komórkową i wewnętrzną błoną komórkową. Niektóre bakterie, takie jak mykoplazmy, w ogóle nie mają ściany komórkowej. Niektóre bakterie mogą nawet mieć trzecią, najbardziej zewnętrzną warstwę ochronną zwaną kapsułką. Rozszerzenia przypominające bicz często pokrywają powierzchnie bakterii - długie zwane wici lub krótkie zwane pilami - które pomagają bakteriom poruszać się i przyczepiać do żywiciela.
Klasyfikacja
Do klasyfikacji bakterii stosuje się kilka różnych kryteriów. Organizmy można odróżnić na podstawie charakteru ścian komórkowych, kształtu lub różnic w składzie genetycznym.
Barwienie metodą Grama jest testem stosowanym do identyfikacji bakterii na podstawie składu ich ścian komórkowych, nazwanym na cześć Hansa Christiana Grama, który opracował tę technikę w 1884 roku. Test barwi bakterie Gram-dodatnie lub bakterie, które nie mają błony zewnętrznej. Bakterie Gram-ujemne nie zbierają plamy. Na przykład, Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae), która powoduje zapalenie płuc, jest bakterią Gram-dodatnią, ale Escherichia coli (E coli) i Vibrio cholerae, który powoduje cholera, są bakteriami Gram-ujemnymi.
Istnieją trzy podstawowe kształty bakterii: bakterie okrągłe zwane cocci (liczba pojedyncza: coccus), cylindryczne, w kształcie kapsułek, znane jako pałeczki (liczba pojedyncza: Bacillus); i bakterie spiralne, trafnie zwane spirilla (liczba pojedyncza: spirillum). Kształty i konfiguracje bakterii są często odzwierciedlone w ich nazwach. Na przykład zsiadłe mleko Lactobacillus acidophilus są bakteriami powodującymi zapalenie płuc S. pneumoniae są łańcuchem cocci. Niektóre bakterie przyjmują inne kształty, takie jak łodygi, kwadraty lub gwiazdy.
Reprodukcja
Według Cornell University College of Agriculture and Life Sciences większość bakterii namnaża się przez proces zwany rozszczepieniem binarnym. W tym procesie pojedyncza komórka bakteryjna, zwana „rodzicem”, tworzy kopię DNA i powiększa się, podwajając zawartość komórkową. Komórka następnie dzieli się, wypychając powielony materiał na zewnątrz i tworząc dwie identyczne komórki „potomne”.
Niektóre gatunki bakterii, takie jak sinice i firmy, rozmnażają się przez pączkowanie. W tym przypadku komórka potomna rośnie jako odgałęzienie rodzica. Zaczyna się jako mały guzek, rośnie, aż osiągnie ten sam rozmiar co jego rodzic, i rozdziela się.
DNA znalezione u rodziców i potomstwa po binarnym rozszczepieniu lub pączkowaniu jest dokładnie takie samo. Dlatego komórki bakteryjne wprowadzają zmiany do swojego materiału genetycznego poprzez integrację dodatkowego DNA, często z otoczenia, w genomie. Jest to znane jako poziomy transfer genów; wynikająca z tego zmienność genetyczna zapewnia bakteriom zdolność adaptacji i przeżycia wraz ze zmianą środowiska.
Istnieją trzy sposoby horyzontalnego transferu genów: transformacja, transdukcja i koniugacja.
Transformacja jest najczęstszym procesem poziomego transferu genów i zachodzi, gdy krótkie fragmenty DNA są wymieniane między dawcami a biorcami. Transdukcja, która zwykle występuje tylko między blisko spokrewnionymi bakteriami, wymaga od dawcy i biorcy przeniesienia DNA poprzez dzielenie receptorów na powierzchni komórki. Koniugacja wymaga fizycznego kontaktu między ścianami komórkowymi bakterii; DNA przenosi się z komórki dawcy do biorcy. Poprzez sprzężenie komórka bakteryjna może przenosić DNA do komórek eukariotycznych (organizmów wielokomórkowych). Koniugacja pomaga w rozprzestrzenianiu się genów oporności na antybiotyki.
Bakterie w zdrowiu i chorobach człowieka
Bakterie mogą być korzystne, a także szkodliwe dla zdrowia ludzkiego. Bakterie komensalne lub „przyjazne” dzielą przestrzeń i zasoby w naszych ciałach i zwykle są pomocne. W naszym ciele jest około 10 razy więcej komórek drobnoustrojów niż komórek ludzkich; Według mikrobiologa Davida A. Relmana z 2012 r. w Nature, najwyższa liczba gatunków drobnoustrojów znajduje się w jelitach.
Ludzkie jelita to wygodne środowisko dla bakterii, z dużą ilością składników odżywczych dostępnych do ich odżywiania. W artykule przeglądowym z 2014 r. Opublikowanym w American Journal of Gastroenterology autorzy wspominają, że bakterie jelitowe i inne mikroorganizmy, takie jak pomocne szczepy E coli i Paciorkowiec, pomagają w trawieniu, zapobiegają kolonizacji przez szkodliwe patogeny i pomagają w rozwoju układu odpornościowego. Co więcej, zaburzenie bakterii jelitowych jest powiązane z niektórymi stanami chorobowymi. Na przykład pacjenci z chorobą Leśniowskiego-Crohna mają zwiększoną odpowiedź immunologiczną na bakterie jelitowe, według przeglądu z 2003 roku opublikowanego w czasopiśmie The Lancet.
Inne bakterie mogą powodować infekcje. Kilka bakterii - od tak zwanej grupy A. Paciorkowiec, Clostridium perfringens (C. perfringens), E coli i S. aureus może powodować rzadką, ale ciężką infekcję tkanek miękkich, zwaną martwiczym zapaleniem powięzi (czasami nazywaną bakteriami jedzącymi mięso). Według Centers for Disease Control and Prevention (CDC), ta infekcja wpływa na tkanki otaczające mięśnie, nerwy, tłuszcz i naczynia krwionośne; można go leczyć, zwłaszcza gdy zostanie wcześnie złapany.
Odporność na antybiotyki
Antybiotyki są zwykle stosowane w leczeniu infekcji bakteryjnych. Jednak w ostatnich latach niewłaściwe i niepotrzebne stosowanie antybiotyków sprzyja rozprzestrzenianiu się kilku szczepów bakterii opornych na antybiotyki.
W przypadkach oporności na antybiotyki bakterie zakaźne nie są już podatne na skuteczne wcześniej antybiotyki. Według CDC co najmniej 2 miliony osób w Stanach Zjednoczonych są zakażane bakteriami opornymi na antybiotyki każdego roku, co prowadzi do śmierci co najmniej 23 000 osób.
„Prawie każda infekcja, o której myślisz teraz, została zidentyfikowana jako związana z pewnym poziomem odporności” - powiedział dr Christopher Crnich, lekarz chorób zakaźnych i epidemiolog szpitalny na Uniwersytecie Wisconsin Hospitals i Madison Veterans Affairs Hospital. „Obecnie leczymy bardzo niewiele infekcji, w przypadku których infekcje wywołane przez oporne bakterie nie stanowią problemu klinicznego”.
Na przykład MRSA jest jednym z bardziej znanych szczepów bakteryjnych opornych na antybiotyki; jest odporny na metycylinę i inne antybiotyki stosowane w leczeniu Staphylococcus infekcje, które są nabywane przede wszystkim przez kontakt ze skórą. Zakażenia MRSA występują w placówkach służby zdrowia, takich jak szpitale i domy opieki, gdzie mogą prowadzić do zapalenia płuc lub zakażeń krwi. MRSA rozprzestrzenia się również w społeczności, szczególnie w sytuacjach, w których występuje dużo odsłoniętej skóry, inny kontakt fizyczny i korzystanie ze wspólnego sprzętu - na przykład wśród sportowców, w salonach tatuażu oraz w przedszkolach i szkołach. Nabyte przez społeczność MRSA najczęściej powoduje poważne infekcje skóry.
Ważnym aspektem walki z opornością na antybiotyki jest ostrożność przy ich stosowaniu. „Bardzo ważne jest dla nas inteligentne stosowanie antybiotyków”, powiedział Crnich dla LiveScience. „Chcesz stosować antybiotyk tylko wtedy, gdy masz wyraźne zakażenie bakteryjne”.
Ten artykuł został zaktualizowany 25 kwietnia 2019 r. Przez autorkę Live Science, Rachel Ross.
