Hvad er bakterier, og hvad gør de?

Bakterier er mikroskopiske, encellede organismer, der findes i deres millioner, i ethvert miljø, både inden for og uden for andre organismer.

Nogle bakterier er skadelige, men de fleste tjener et nyttigt formål. De understøtter mange former for liv, både planter og dyr, og de bruges i industrielle og medicinske processer.

Bakterier menes at have været de første organismer, der dukkede op på jorden for omkring 4 milliarder år siden. De ældste kendte fossiler er af bakterielignende organismer.

Bakterier kan bruge de fleste organiske og nogle uorganiske forbindelser som mad, og nogle kan overleve ekstreme forhold.

En voksende interesse for tarmmikrobiomets kaster nyt lys over de roller, bakterier spiller i menneskers sundhed.

Hvad er bakterier?

Bakterier er encellede organismer.

Bakterier er encellede organismer, der hverken er planter eller dyr.

De måler normalt et par mikrometer i længden og findes sammen i millioner af samfund.

Et gram jord indeholder typisk omkring 40 millioner bakterieceller. En milliliter ferskvand indeholder normalt omkring en million bakterieceller.

Det anslås, at jorden rummer mindst 5 ikke-millioner bakterier, og meget af jordens biomasse menes at bestå af bakterier.

Typer

Der er mange forskellige typer bakterier. En måde at klassificere dem på er efter form. Der er tre grundlæggende former.

• Sfærisk: Bakterier formet som en kugle kaldes cocci, og en enkelt bakterie er coccus. Eksempler inkluderer streptococcus-gruppen, der er ansvarlig for "strep hals."
• Stangformet: Disse er kendt som baciller (ental bacillus). Nogle stavformede bakterier er buede. Disse er kendt som vibrio. Eksempler på stavformede bakterier inkluderer Bacillus anthracis (B. anthracis) eller miltbrand.
• Spiral: Disse er kendt som spirilla (ental spirillus). Hvis deres spole er meget tæt, er de kendt som spirocheter. Leptospirose, Lyme-sygdom og syfilis er forårsaget af bakterier af denne form.

Der er mange variationer inden for hver formgruppe.

Struktur

Bakterieceller er forskellige fra plante- og dyreceller. Bakterier er prokaryoter, hvilket betyder, at de ikke har nogen kerne.

En bakteriecelle inkluderer:

• Kapsel: Et lag, der findes på ydersiden af ​​cellevæggen i nogle bakterier.
• Cellevæg: Et lag, der er lavet af en polymer kaldet peptidoglycan. Cellevæggen giver bakterierne sin form. Det er placeret uden for plasmamembranen. Cellevæggen er tykkere i nogle bakterier, kaldet grampositive bakterier.
• Plasmamembran: Findes inden i cellevæggen, dette genererer energi og transporterer kemikalier. Membranen er gennemtrængelig, hvilket betyder, at stoffer kan passere igennem den.
• Cytoplasma: Et gelatinøst stof inde i plasmamembranen, der indeholder genetisk materiale og ribosomer.
• DNA: Dette indeholder alle de genetiske instruktioner, der bruges i bakteriens udvikling og funktion. Det er placeret inde i cytoplasmaet.
• Ribosomer: Det er her proteiner fremstilles eller syntetiseres. Ribosomer er komplekse partikler, der består af RNA-rige granuler.
• Flagellum: Dette bruges til bevægelse for at drive nogle typer bakterier. Der er nogle bakterier, der kan have mere end en.
• Pili: Disse hårlignende vedhæng på ydersiden af ​​cellen gør det muligt at holde fast på overflader og overføre genetisk materiale til andre celler. Dette kan bidrage til spredning af sygdom hos mennesker.

Fodring

Bakterier fodres på forskellige måder.

Heterotrofe bakterier eller heterotrofer får deres energi gennem indtagelse af organisk kulstof. De fleste absorberer dødt organisk materiale, såsom nedbrydende kød. Nogle af disse parasitære bakterier dræber deres vært, mens andre hjælper dem.

Autotrofe bakterier (eller bare autotrofer) laver deres egen mad, enten gennem enten:

• fotosyntese ved brug af sollys, vand og kuldioxid eller
• kemosyntese ved hjælp af kuldioxid, vand og kemikalier som ammoniak, nitrogen, svovl og andre

Bakterier, der bruger fotosyntese kaldes fotoautotrofer. Nogle typer, for eksempel cyanobakterier, producerer ilt. Disse spillede sandsynligvis en vital rolle i skabelsen af ​​ilt i jordens atmosfære. Andre, såsom heliobakterier, producerer ikke ilt.

De, der bruger kemosyntese, er kendt som kemoautotrofer. Disse bakterier findes almindeligvis i havåbninger og i rødderne på bælgfrugter, såsom lucerne, kløver, ærter, bønner, linser og jordnødder.

Hvor bor de?

Bakterier kan trives selv i ekstreme miljøer, såsom gletsjere.

Bakterier findes i jord, vand, planter, dyr, radioaktivt affald, dybt inde i jordskorpen, arktisk is og gletschere og varme kilder. Der er bakterier i stratosfæren, mellem 6 og 30 miles op i atmosfæren og i havdybderne ned til 32.800 fod eller 10.000 meter dyb.

Aerober eller aerobe bakterier kan kun vokse, hvor der er ilt. Nogle typer kan forårsage problemer for det menneskelige miljø, såsom korrosion, tilsmudsning, problemer med vandets klarhed og dårlig lugt.

Anaerober eller anaerobe bakterier kan kun vokse, hvor der ikke er ilt. Hos mennesker er dette mest i mave-tarmkanalen. De kan også forårsage gas, koldbrand, stivkrampe, botulisme og de fleste tandinfektioner.

Fakultative anaerober eller fakultative anaerobe bakterier kan leve enten med eller uden ilt, men de foretrækker miljøer, hvor der er ilt. De findes for det meste i jord, vand, vegetation og nogle normale flora af mennesker og dyr. Eksempler inkluderer Salmonella.

Mesofiler eller mesofile bakterier er de bakterier, der er ansvarlige for de fleste menneskelige infektioner. De trives ved moderate temperaturer omkring 37 ° C. Dette er den menneskelige krops temperatur.

Eksempler inkluderer Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coliog Clostridium kluyveri.

Den menneskelige tarmflora eller tarmmikrobiom indeholder gavnlige mesofile bakterier, såsom diæt Lactobacillus acidophilus.

Ekstremofile eller ekstremofile bakterier kan modstå forhold, der anses for ekstreme for de fleste livsformer.

Termofile kan leve i høje temperaturer, op til 75 til 80 ° C, og hypertermofile kan overleve i temperaturer op til 113 ° C.

Dybt i havet lever bakterier i totalt mørke ved termiske ventilationskanaler, hvor både temperatur og tryk er høje. De laver deres egen mad ved at oxidere svovl, der kommer dybt inde i jorden.

Andre ekstremofiler inkluderer:

• halofiler, findes kun i et salt miljø
• acidophiles, hvoraf nogle lever i miljøer så sure som pH 0
• alkalifiler, der lever i alkaline miljøer op til pH 10,5
• psykrofiler, der findes i kolde temperaturer, for eksempel i gletschere

Ekstremofiler kan overleve, hvor ingen anden organisme kan.

Reproduktion og transformation

Bakterier kan reproducere og ændre sig ved hjælp af følgende metoder:

• Binær fission: En aseksuel form for reproduktion, hvor en celle fortsætter med at vokse, indtil en ny cellevæg vokser gennem midten og danner to celler. Disse adskiller sig og danner to celler med det samme genetiske materiale.
• Overførsel af genetisk materiale: Celler erhverver nyt genetisk materiale gennem processer kendt som konjugering, transformation eller transduktion. Disse processer kan gøre bakterier stærkere og mere i stand til at modstå trusler, såsom antibiotikamedicin.
• Sporer: Når nogle typer bakterier har få ressourcer, kan de danne sporer. Sporer holder organismens DNA-materiale og indeholder de enzymer, der er nødvendige til spiring. De er meget modstandsdygtige over for miljøbelastninger. Sporerne kan forblive inaktive i århundreder, indtil de rette forhold opstår. Derefter kan de genaktivere og blive bakterier.
• Sporer kan overleve gennem perioder med miljømæssig stress, herunder ultraviolet (UV) og gammastråling, udtørring, sult, kemisk eksponering og ekstreme temperaturer.

Nogle bakterier producerer endosporer eller indre sporer, mens andre producerer exosporer, som frigives udenfor. Disse er kendt som cyster.

Clostridium er et eksempel på en endosporedannende bakterie. Der er omkring 100 arter af Clostridium, inklusive Clostridium botulinim (C. botulinim) eller botulisme, der er ansvarlig for en potentielt dødelig form for madforgiftning, og Clostridium difficile (C. Difficile), som forårsager colitis og andre tarmproblemer.

Anvendelser

Bakterier betragtes ofte som dårlige, men mange er nyttige. Vi ville ikke eksistere uden dem. Det ilt, vi indånder, blev sandsynligvis skabt af bakteriens aktivitet.

Menneskelig overlevelse

Mange af kroppens bakterier spiller en vigtig rolle i menneskets overlevelse. Bakterier i fordøjelsessystemet nedbryder næringsstoffer, såsom komplekse sukkerarter, i former, som kroppen kan bruge.

Ikke-farlige bakterier hjælper også med at forhindre sygdomme ved at optage steder, som de patogene eller sygdomsfremkaldende bakterier vil knytte til. Nogle bakterier beskytter os mod sygdomme ved at angribe patogenerne.

Kvælstoffiksering

Bakterier optager kvælstof og frigiver det til plantebrug, når de dør. Planter har brug for kvælstof i jorden for at leve, men de kan ikke gøre det selv. For at sikre dette har mange plantefrø en lille beholder med bakterier, der bruges, når planten spirer.

Madteknologi

Ostfremstilling involverer bakterier.

Mælkesyrebakterier, såsom Lactobacillus og Lactococcus sammen med gær og skimmelsvampe eller svampe bruges til at tilberede mad såsom ost, sojasovs, natto (gærede sojabønner), eddike, yoghurt og syltede agurker.

Fermentering er ikke kun nyttig til konservering af fødevarer, men nogle af disse fødevarer kan give sundhedsmæssige fordele.

For eksempel indeholder nogle gærede fødevarer typer af bakterier, der ligner dem, der er forbundet med gastrointestinalt helbred. Nogle fermenteringsprocesser fører til nye forbindelser, såsom mælkesyre, som synes at have en antiinflammatorisk virkning.

Flere undersøgelser er nødvendige for at bekræfte de sundhedsmæssige fordele ved gærede fødevarer.

Bakterier inden for industri og forskning

Bakterier kan nedbryde organiske forbindelser. Dette er nyttigt til aktiviteter såsom affaldsbehandling og rensning af olieudslip og giftigt affald.

Den farmaceutiske og kemiske industri bruger bakterier til produktion af visse kemikalier.

Bakterier anvendes i molekylærbiologi, biokemi og genetisk forskning, fordi de kan vokse hurtigt og er relativt lette at manipulere. Forskere bruger bakterier til at undersøge, hvordan gener og enzymer fungerer.

Bakterier er nødvendige for at fremstille antibiotika.

Bacillus thuringiensis (Bt) er en bakterie, der kan bruges i landbruget i stedet for pesticider. Det har ikke de uønskede miljømæssige konsekvenser forbundet med brug af pesticider.

Farer

Nogle typer bakterier kan forårsage sygdomme hos mennesker, såsom kolera, difteri, dysenteri, bubonisk pest, lungebetændelse, tuberkulose (TB), tyfus og mange flere.

Hvis den menneskelige krop udsættes for bakterier, som kroppen ikke genkender som nyttige, vil immunsystemet angribe dem. Denne reaktion kan føre til symptomer på hævelse og betændelse, som vi for eksempel ser i et inficeret sår.

Modstand

I 1900 var lungebetændelse, tuberkulose og diarré de tre største drabsmænd i USA. Steriliseringsteknikker og antibiotikamedicin har ført til et markant fald i dødsfald som følge af bakterielle sygdomme.

Imidlertid gør overforbrug af antibiotika bakterieinfektion sværere at behandle. Da bakterierne muterer, bliver de mere resistente over for eksisterende antibiotika, hvilket gør infektioner sværere at behandle. Bakterier transformeres naturligt, men overforbrug af antibiotika fremskynder denne proces.

"Selvom der udvikles nye lægemidler uden adfærdsændring, vil antibiotikaresistens fortsat være en stor trussel."

Verdenssundhedsorganisationen (WHO)

Af denne grund opfordrer forskere og sundhedsmyndigheder læger til ikke at ordinere antibiotika, medmindre det er nødvendigt, og at folk praktiserer andre måder at forebygge sygdom på, såsom god madhygiejne, håndvask, vaccination og brug af kondomer.

Tarmmikrobiomet

Nyere forskning har ført til en ny og voksende bevidsthed om, hvordan den menneskelige krop interagerer med bakterier, og især de bakteriesamfund, der lever i tarmkanalen, kendt som tarmmikrobiomet eller tarmfloraen.

I 2009 offentliggjorde forskere fund, der antydede, at kvinder med fedme var mere tilbøjelige til at have en bestemt slags bakterier, Selenomonas noxia (S. noxia), i munden.

I 2015 fandt forskere ved University of North Carolina, at tarmene hos mennesker med anoreksi indeholder “meget forskellige” bakterier eller mikrobielle samfund sammenlignet med mennesker, der ikke har tilstanden. De antyder, at dette kan have en psykologisk indvirkning.

Historie

For over 2000 år siden foreslog en romersk forfatter, Marcus Terentius Varro, at sygdommen kan være forårsaget af små dyr, der flyder i luften. Han rådede folk til at undgå sumpede steder under byggearbejde, fordi de måske indeholder insekter, der er for små til, at øjet kan se, at de kommer ind i kroppen gennem munden og næseborene og forårsager sygdomme.

I det 17. århundrede oprettede en hollandsk videnskabsmand, Antonie van Leeuwenhoek, et mikroskop med en linse, som han så med, hvad han kaldte animalcules, senere kendt som bakterier. Han anses for at være den første mikrobiolog.

I det 19. århundrede sagde kemikerne Louis Pasteur og Robert Koch, at sygdomme var forårsaget af bakterier. Dette blev kendt som Germ Theory.

I 1910 annoncerede forskeren Paul Ehrlich udviklingen af ​​det første antibiotikum, Salvarsan. Han brugte det til at helbrede syfilis. Han var også den første videnskabsmand, der påviste bakterier ved hjælp af pletter.

I 2001 skabte Joshua Lederburg udtrykket "tarmmikrobiom", og forskere over hele verden søger i øjeblikket at beskrive og forstå mere præcist strukturer, typer og anvendelser af "tarmflora" eller bakterier i menneskekroppen.

Med tiden forventes dette arbejde at kaste nyt lys over en lang række sundhedsmæssige forhold.