Čo sú to baktérie a čo robia?

Baktérie sú mikroskopické jednobunkové organizmy, ktoré existujú v miliónoch, v každom prostredí, vo vnútri aj mimo iných organizmov.

Niektoré baktérie sú škodlivé, ale väčšinou slúžia na užitočné účely. Podporujú mnoho foriem života, rastlín aj zvierat, a využívajú sa v priemyselných a liečivých procesoch.

Predpokladá sa, že baktérie boli prvými organizmami, ktoré sa objavili na Zemi asi pred 4 miliardami rokov. Najstaršie známe fosílie sú organizmy podobné baktériám.

Baktérie môžu ako potravu používať väčšinu organických a niektoré anorganické zlúčeniny a niektoré dokážu prežiť extrémne podmienky.

Rastúci záujem o funkciu črevného mikrobiómu vrhá nové svetlo na úlohu, ktorú baktérie zohrávajú v ľudskom zdraví.

Čo sú to baktérie?

Baktérie sú jednobunkové organizmy.

Baktérie sú jednobunkové organizmy, ktoré nie sú ani rastlinami, ani zvieratami.

Zvyčajne merajú niekoľko mikrometrov a existujú spoločne v miliónových spoločenstvách.

Gram pôdy zvyčajne obsahuje asi 40 miliónov bakteriálnych buniek. V mililitri čerstvej vody sa zvyčajne nachádza asi jeden milión bakteriálnych buniek.

Odhaduje sa, že Zem obsahuje najmenej 5 nebiliónov baktérií a predpokladá sa, že veľká časť zemskej biomasy je tvorená baktériami.

Typy

Existuje veľa rôznych druhov baktérií. Jedným zo spôsobov ich klasifikácie je podľa tvaru. Existujú tri základné tvary.

• Sférické: Baktérie v tvare gule sa nazývajú koky a jedinou baktériou je koky. Medzi príklady patrí skupina streptokokov zodpovedná za „strep krku“.
• V tvare tyčinky: Sú známe ako bacily (singulárne bacily). Niektoré tyčinkovité baktérie sú zakrivené. Tieto sú známe ako vibrio. Príklady baktérií v tvare tyčinky zahŕňajú Bacillus anthracis (B. anthracis), alebo antrax.
• Špirála: Sú známe ako spirilla (singulárny spirillus). Ak je ich cievka veľmi tesná, sú známe ako spirochety. Leptospirózu, lymskú boreliózu a syfilis spôsobujú baktérie tohto tvaru.

V rámci každej skupiny tvarov existuje veľa variácií.

Štruktúra

Bakteriálne bunky sa líšia od buniek rastlinných a živočíšnych. Baktérie sú prokaryoty, čo znamená, že nemajú jadro.

Bakteriálna bunka obsahuje:

• Kapsula: vrstva nachádzajúca sa na vonkajšej strane bunkovej steny v niektorých baktériách.
• Bunková stena: Vrstva, ktorá je vyrobená z polyméru nazývaného peptidoglykán. Bunková stena dáva baktériám tvar. Nachádza sa mimo plazmatickej membrány. Bunková stena je u niektorých baktérií silnejšia, čo sa nazýva grampozitívne baktérie.
• Plazmatická membrána: Nachádza sa v bunkovej stene a vytvára energiu a transportuje chemikálie. Membrána je priepustná, čo znamená, že cez ňu môžu prechádzať látky.
• Cytoplazma: Želatínová látka vo vnútri plazmatickej membrány, ktorá obsahuje genetický materiál a ribozómy.
• DNA: Obsahuje všetky genetické pokyny použité pri vývoji a funkcii baktérie. Nachádza sa vo vnútri cytoplazmy.
• Ribozómy: Toto je miesto, kde sa tvoria alebo syntetizujú proteíny. Ribozómy sú komplexné častice vyrobené z granúl bohatých na RNA.
• Bičík: Používa sa na pohyb, na pohon niektorých druhov baktérií. Existujú niektoré baktérie, ktoré môžu mať viac ako jednu.
• Pili: Tieto vlasové doplnky na vonkajšej strane bunky umožňujú jej priľnutie k povrchom a prenos genetického materiálu do ďalších buniek. To môže prispieť k šíreniu chorôb u ľudí.

Kŕmenie

Baktérie sa živia rôznymi spôsobmi.

Heterotrofné baktérie alebo heterotrofy získavajú energiu spotrebou organického uhlíka. Väčšina absorbuje mŕtvy organický materiál, napríklad rozkladajúce sa mäso. Niektoré z týchto parazitických baktérií zabíjajú svojich hostiteľov, zatiaľ čo iné im pomáhajú.

Autotrofné baktérie (alebo len autotrofy) si vyrábajú svoje vlastné potraviny buď:

• fotosyntéza pomocou slnečného žiarenia, vody a oxidu uhličitého, príp
• chemosyntéza, pri ktorej sa využíva oxid uhličitý, voda a chemikálie ako amoniak, dusík, síra a iné

Baktérie, ktoré používajú fotosyntézu, sa nazývajú fotoautotrofy. Niektoré druhy, napríklad sinice, produkujú kyslík. Tieto pravdepodobne hrali zásadnú úlohu pri vytváraní kyslíka v zemskej atmosfére. Iné, napríklad heliobaktérie, neprodukujú kyslík.

Tie, ktoré používajú chemosyntézu, sú známe ako chemoautotrofy. Tieto baktérie sa bežne vyskytujú v prieduchoch oceánu a v koreňoch strukovín, ako je lucerna, ďatelina, hrach, fazuľa, šošovica a arašidy.

Kde žijú?

Baktériám sa môže dariť aj v extrémnych prostrediach, ako sú napríklad ľadovce.

Baktérie sa nachádzajú v pôde, vode, rastlinách, zvieratách, rádioaktívnom odpade, hlboko v zemskej kôre, arktickom ľade a ľadovcoch a horúcich prameňoch. V stratosfére sú baktérie, ktoré sa nachádzajú v atmosfére od 6 do 30 míľ a v hĺbkach oceánov až do hĺbky 32 800 stôp alebo 10 000 metrov.

Aeróby alebo aeróbne baktérie môžu rásť iba tam, kde je kyslík. Niektoré typy môžu spôsobiť problémy ľudskému životnému prostrediu, napríklad koróziu, znečistenie, problémy s čistotou vody a nepríjemné zápachy.

Anaeróby alebo anaeróbne baktérie môžu rásť iba tam, kde nie je kyslík. U ľudí je to väčšinou v gastrointestinálnom trakte. Môžu tiež spôsobiť plyn, gangrénu, tetanus, botulizmus a väčšinu zubných infekcií.

Fakultatívne anaeróby alebo fakultatívne anaeróbne baktérie môžu žiť buď s kyslíkom, alebo bez neho, ale uprednostňujú prostredie, kde je kyslík. Väčšinou sa vyskytujú v pôde, vode, vegetácii a v normálnej flóre ľudí a zvierat. Príklady zahŕňajú Salmonella.

Mezofily alebo mezofilné baktérie sú baktérie zodpovedné za väčšinu ľudských infekcií. Darí sa im pri miernych teplotách, okolo 37 ° C. To je teplota ľudského tela.

Príklady zahŕňajú Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia colia Clostridium kluyveri.

Ľudská črevná flóra alebo črevný mikrobióm obsahuje užitočné mezofilné baktérie, ako napríklad strava Lactobacillus acidophilus.

Extremofily alebo extrémofilné baktérie vydržia podmienky považované za príliš extrémne pre väčšinu foriem života.

Termofily môžu žiť pri vysokých teplotách až do 75 až 80 ° C a hypertermofily môžu prežiť pri teplotách do 113 ° C.

Hlboko v oceáne žijú baktérie v úplnej tme pomocou tepelných prieduchov, kde je vysoká teplota aj tlak. Vyrábajú si vlastné jedlo oxidáciou síry, ktorá pochádza z hlbín Zeme.

Medzi ďalších extrémofilov patria:

• halofily, ktoré sa nachádzajú iba v slanom prostredí
• acidofily, z ktorých niektoré žijú v kyslom prostredí ako je pH 0
• alkalifilovia, žijúci v prostredí alkilínov do pH 10,5
• psychrofily, ktoré sa vyskytujú pri nízkych teplotách, napríklad v ľadovcoch

Extremofily môžu prežiť tam, kde to nedokáže žiadny iný organizmus.

Reprodukcia a transformácia

Baktérie sa môžu množiť a meniť pomocou nasledujúcich metód:

• Binárne štiepenie: Nepohlavná forma reprodukcie, pri ktorej bunka pokračuje v raste, kým stredom nevyrastie nová bunková stena, ktorá vytvorí dve bunky. Oddeľujú sa a vytvárajú dve bunky s rovnakým genetickým materiálom.
• Prenos genetického materiálu: Bunky získavajú nový genetický materiál procesmi známymi ako konjugácia, transformácia alebo transdukcia. Vďaka týmto procesom môžu byť baktérie silnejšie a odolnejšie voči hrozbám, ako sú napríklad antibiotické lieky.
• Výtrusy: Ak majú niektoré druhy baktérií málo zdrojov, môžu vytvárať spóry. Výtrusy držia materiál DNA organizmu a obsahujú enzýmy potrebné na klíčenie. Sú veľmi odolné voči zaťaženiu prostredím. Spóry môžu zostať neaktívne po celé storočia, kým nenastanú správne podmienky. Potom sa môžu znova aktivovať a stať sa z nich baktérie.
• Výtrusy môžu prežiť v obdobiach environmentálneho stresu, vrátane ultrafialového (UV) a gama žiarenia, vysychania, hladovania, chemickej expozície a extrémnych teplôt.

Niektoré baktérie produkujú endospóry alebo vnútorné spóry, zatiaľ čo iné produkujú exospóry, ktoré sa uvoľňujú von. Sú známe ako cysty.

Clostridium je príkladom baktérie tvoriacej endospóru. Existuje asi 100 druhov Clostridium, počítajúc do toho Clostridium botulinim (C. botulinim) alebo botulizmus zodpovedný za potenciálne smrteľné otravy jedlom a Clostridium difficile (C. Obtiažne), ktorý spôsobuje kolitídu a iné črevné ťažkosti.

Používa

Baktérie sa často považujú za zlé, ale mnohé sú užitočné. Bez nich by sme neexistovali. Kyslík, ktorý dýchame, bol pravdepodobne vytvorený aktivitou baktérií.

Prežitie človeka

Mnoho z baktérií v tele hrá dôležitú úlohu pri prežití človeka. Baktérie v tráviacom systéme rozkladajú živiny, ako sú napríklad zložité cukry, na formy, ktoré telo môže využiť.

Nebezpečné baktérie tiež pomáhajú predchádzať chorobám tým, že obsadzujú miesta, na ktoré sa patogénne alebo choroboplodné baktérie chcú pripojiť. Niektoré baktérie nás chránia pred chorobami útokmi na patogény.

Fixácia dusíkom

Baktérie prijímajú dusík a po smrti ho uvoľňujú na použitie v rastlinách. Rastliny potrebujú k životu dusík v pôde, ale samy to nedokážu. Aby sa to zabezpečilo, veľa semien rastlín má malú nádobku s baktériami, ktorá sa používa pri klíčení rastliny.

Potravinárska technológia

Výroba syrov zahŕňa baktérie.

Baktérie mliečneho kvasenia, ako napr Lactobacillus a Lactococcus spolu s droždím a plesňami alebo hubami sa používajú na prípravu jedál, ako sú syry, sójová omáčka, natto (fermentované sójové bôby), ocot, jogurt a kyslé uhorky.

Nielen, že je fermentácia užitočná na konzerváciu potravín, ale niektoré z týchto potravín môžu mať zdravotné výhody.

Napríklad niektoré fermentované potraviny obsahujú druhy baktérií, ktoré sú podobné tým, ktoré súvisia s gastrointestinálnym zdravím. Niektoré fermentačné procesy vedú k novým zlúčeninám, ako je napríklad kyselina mliečna, ktoré majú protizápalový účinok.

Je potrebné podrobnejšie preskúmanie, aby sa potvrdili zdravotné výhody fermentovaných potravín.

Baktérie v priemysle a výskume

Baktérie môžu rozkladať organické zlúčeniny. To je užitočné pri činnostiach, ako je spracovanie odpadu a čistenie ropných škvŕn a toxického odpadu.

Farmaceutický a chemický priemysel využíva pri výrobe určitých chemikálií baktérie.

Baktérie sa používajú v molekulárnej biológii, biochémii a genetickom výskume, pretože môžu rýchlo rásť a dá sa s nimi relatívne ľahko manipulovať. Vedci pomocou baktérií skúmajú, ako fungujú gény a enzýmy.

Na výrobu antibiotík sú potrebné baktérie.

Bacillus thuringiensis (Bt) je baktéria, ktorá sa môže používať v poľnohospodárstve namiesto pesticídov. Nemá nežiaduce environmentálne dôsledky spojené s používaním pesticídov.

Nebezpečenstvá

Niektoré typy baktérií môžu spôsobiť choroby u ľudí, ako je cholera, záškrt, dyzentéria, bubonický mor, zápal pľúc, tuberkulóza (TB), týfus a mnoho ďalších.

Ak je ľudské telo vystavené baktériám, ktoré telo nerozpozná ako užitočné, imunitný systém na ne zaútočí. Táto reakcia môže viesť k prejavom opuchu a zápalu, ktoré vidíme napríklad v infikovanej rane.

Odpor

V roku 1900 boli zápal pľúc, tuberkulóza a hnačky tromi najväčšími zabijakmi v USA. Sterilizačné techniky a antibiotické lieky viedli k významnému poklesu úmrtí na bakteriálne choroby.

Nadmerné užívanie antibiotík však sťažuje liečbu bakteriálnej infekcie. Keď baktérie mutujú, stávajú sa odolnejšie voči existujúcim antibiotikám, čo sťažuje liečbu infekcií. Baktérie sa transformujú prirodzene, ale nadmerné užívanie antibiotík tento proces urýchľuje.

"Aj keď budú vyvinuté nové lieky, bez zmeny správania bude rezistencia na antibiotiká naďalej hlavnou hrozbou."

Svetová zdravotnícka organizácia (WHO)

Z tohto dôvodu vedci a zdravotnícke úrady vyzývajú lekárov, aby nepredpisovali antibiotiká, pokiaľ to nie je nevyhnutné, a aby ľudia praktizovali iné spôsoby prevencie chorôb, ako je správna hygiena potravín, umývanie rúk, očkovanie a používanie kondómov.

Črevný mikrobióm

Nedávny výskum viedol k novej a rastúcej informácii o tom, ako ľudské telo interaguje s baktériami, najmä s komunitami baktérií žijúcich v črevnom trakte, ktoré sú známe ako črevný mikrobióm alebo črevná flóra.

V roku 2009 vedci zverejnili zistenia naznačujúce, že ženy s obezitou mali vyššiu pravdepodobnosť výskytu konkrétneho druhu baktérií, Selenomonas noxia (S. noxia), v ich ústach.

V roku 2015 vedci z University of North Carolina zistili, že črevá ľudí s anorexiou obsahujú „veľmi odlišné“ baktérie alebo mikrobiálne komunity v porovnaní s ľuďmi, ktorí tento stav nemajú. Tvrdia, že to môže mať psychologický dopad.

História

Pred viac ako 2 000 rokmi rímsky autor Marcus Terentius Varro naznačil, že chorobu môžu spôsobovať drobné zvieratá, ktoré plávali vo vzduchu. Odporučil ľuďom, aby sa počas stavebných prác vyhýbali močaristým miestam, pretože by mohli obsahovať hmyz príliš malý na to, aby bolo vidieť, že sa do tela dostávajú ústami a nosnými dierkami a spôsobujú choroby.

V 17. storočí vytvoril holandský vedec Antonie van Leeuwenhoek jednošošovkový mikroskop, pomocou ktorého uvidel niečo, čo nazval animalcules, neskôr známe ako baktérie. Považuje sa za prvého mikrobiológa.

V 19. storočí povedali chemici Louis Pasteur a Robert Koch, že choroby spôsobujú choroboplodné zárodky. Toto bolo známe ako Germ Theory.

V roku 1910 vedec Paul Ehrlich oznámil vývoj prvého antibiotika Salvarsan. Používal ho na liečenie syfilisu. Bol tiež prvým vedcom, ktorý detekoval baktérie pomocou škvŕn.

V roku 2001 vytvoril Joshua Lederburg výraz „črevný mikrobióm“ a vedci na celom svete sa v súčasnosti snažia presnejšie popísať a pochopiť štruktúry, typy a použitia „črevnej flóry“ alebo baktérií v ľudskom tele.

Očakáva sa, že táto práca časom vrhne nové svetlo na širokú škálu zdravotných podmienok.