Hva er bakterier og hva gjør de?

Bakterier er mikroskopiske, encellede organismer som eksisterer i sine millioner, i alle omgivelser, både i og utenfor andre organismer.

Noen bakterier er skadelige, men de fleste tjener et nyttig formål. De støtter mange livsformer, både planter og dyr, og de brukes i industrielle og medisinske prosesser.

Bakterier antas å ha vært de første organismer som dukket opp på jorden, for rundt 4 milliarder år siden. De eldste kjente fossilene er av bakterielignende organismer.

Bakterier kan bruke mest organiske og noen uorganiske forbindelser som mat, og noen kan overleve ekstreme forhold.

En økende interesse for funksjonen til tarmmikrobiomet kaster nytt lys over rollene bakterier spiller i menneskers helse.

Hva er bakterier?

Bakterier er encellede organismer.

Bakterier er encellede organismer som verken er planter eller dyr.

De måler vanligvis noen få mikrometer i lengde og eksisterer sammen i miljøer på millioner.

Et gram jord inneholder vanligvis rundt 40 millioner bakterieceller. En milliliter ferskvann inneholder vanligvis omtrent en million bakterieceller.

Det anslås at jorden inneholder minst 5 ikke-millioner bakterier, og mye av jordens biomasse antas å bestå av bakterier.

Typer

Det er mange forskjellige typer bakterier. En måte å klassifisere dem på er etter form. Det er tre grunnleggende former.

• Sfærisk: Bakterier formet som en ball kalles cocci, og en enkelt bakterie er coccus. Eksempler inkluderer streptococcus-gruppen, ansvarlig for "strep hals."
• Stangformet: Disse er kjent som basiller (singulær basiller). Noen stavformede bakterier er buede. Disse er kjent som vibrio. Eksempler på stavformede bakterier inkluderer Bacillus anthracis (B. anthracis), eller miltbrann.
• Spiral: Disse er kjent som spirilla (singular spirillus). Hvis spolen er veldig tett, er de kjent som spiroketter. Leptospirose, Lyme sykdom og syfilis er forårsaket av bakterier av denne formen.

Det er mange variasjoner innen hver formgruppe.

Struktur

Bakterieceller er forskjellige fra plante- og dyreceller. Bakterier er prokaryoter, noe som betyr at de ikke har noen kjerne.

En bakteriecelle inkluderer:

• Kapsel: Et lag som finnes på utsiden av celleveggen i noen bakterier.
• Cellevegg: Et lag som er laget av en polymer som kalles peptidoglycan. Celleveggen gir bakteriene sin form. Den er plassert utenfor plasmamembranen. Celleveggen er tykkere i noen bakterier, kalt Gram positive bakterier.
• Plasmamembran: Funnet i celleveggen, genererer dette energi og transporterer kjemikalier. Membranen er permeabel, noe som betyr at stoffer kan passere gjennom den.
• Cytoplasma: En gelatinøs substans inne i plasmamembranen som inneholder genetisk materiale og ribosomer.
• DNA: Dette inneholder alle de genetiske instruksjonene som brukes i utvikling og funksjon av bakterien. Den ligger inne i cytoplasmaet.
• Ribosomer: Dette er hvor proteiner blir laget eller syntetisert. Ribosomer er komplekse partikler som består av RNA-rike granuler.
• Flagellum: Dette brukes til bevegelse, for å drive noen typer bakterier. Det er noen bakterier som kan ha mer enn en.
• Pili: Disse hårlignende vedleggene på utsiden av cellen lar den feste seg til overflater og overføre genetisk materiale til andre celler. Dette kan bidra til spredning av sykdom hos mennesker.

Fôring

Bakterier spiser på forskjellige måter.

Heterotrofe bakterier, eller heterotrofer, får energi ved å konsumere organisk karbon. De fleste absorberer dødt organisk materiale, for eksempel nedbrytende kjøtt. Noen av disse parasittbakteriene dreper verten sin, mens andre hjelper dem.

Autotrofe bakterier (eller bare autotrofer) lager sin egen mat, enten gjennom enten:

• fotosyntese, ved bruk av sollys, vann og karbondioksid, eller
• kjemosyntese, ved bruk av karbondioksid, vann og kjemikalier som ammoniakk, nitrogen, svovel og andre

Bakterier som bruker fotosyntese kalles fotoautotrofer. Noen typer, for eksempel cyanobakterier, produserer oksygen. Disse spilte sannsynligvis en viktig rolle i å skape oksygen i jordens atmosfære. Andre, som heliobakterier, produserer ikke oksygen.

De som bruker kjemosyntese er kjent som chemoautotrophs. Disse bakteriene finnes ofte i havåpninger og i røttene til belgfrukter, som lucerne, kløver, erter, bønner, linser og peanøtter.

Hvor bor de?

Bakterier kan trives selv i ekstreme miljøer, som isbreer.

Bakterier kan finnes i jord, vann, planter, dyr, radioaktivt avfall, dypt i jordskorpen, is og isbreer og varme kilder. Det er bakterier i stratosfæren, mellom 6 og 30 miles opp i atmosfæren, og i havdypet, ned til 32.800 fot eller 10.000 meter dyp.

Aerober, eller aerobe bakterier, kan bare vokse der det er oksygen. Noen typer kan forårsake problemer for det menneskelige miljøet, som korrosjon, tilsmussing, problemer med vannklarhet og dårlig lukt.

Anaerober, eller anaerobe bakterier, kan bare vokse der det ikke er oksygen. Hos mennesker er dette mest i mage-tarmkanalen. De kan også forårsake gass, koldbrann, stivkrampe, botulisme og de fleste tanninfeksjoner.

Fakultative anaerober, eller fakultative anaerobe bakterier, kan leve enten med eller uten oksygen, men de foretrekker miljøer der det er oksygen. De finnes hovedsakelig i jord, vann, vegetasjon og noen normale flora av mennesker og dyr. Eksempler inkluderer Salmonella.

Mesofiler, eller mesofile bakterier, er bakteriene som er ansvarlige for de fleste menneskelige infeksjoner. De trives i moderate temperaturer, rundt 37 ° C. Dette er temperaturen i menneskekroppen.

Eksempler inkluderer Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltofili, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli, og Clostridium kluyveri.

Den menneskelige tarmfloraen, eller tarmmikrobiomet, inneholder gunstige mesofile bakterier, for eksempel diett Lactobacillus acidophilus.

Ekstremofile, eller ekstremofile bakterier, tåler forhold som anses for ekstreme for de fleste livsformer.

Termofiler kan leve i høye temperaturer, opptil 75 til 80 ° C, og hypertermofiler kan overleve i temperaturer opp til 113 ° C.

Dypt i havet lever bakterier i totalt mørke ved termiske ventilasjoner, hvor både temperatur og trykk er høyt. De lager sin egen mat ved å oksidere svovel som kommer dypt inne i jorden.

Andre ekstremofiler inkluderer:

• halofiler, bare funnet i et salt miljø
• acidophiles, hvorav noen lever i miljøer som er så sure som pH 0
• alkalifiler, som bor i alkiliske miljøer opp til pH 10,5
• psykrofiler, funnet i kalde temperaturer, for eksempel i isbreer

Ekstremofiler kan overleve der ingen andre organismer kan.

Reproduksjon og transformasjon

Bakterier kan reprodusere og endre seg ved hjelp av følgende metoder:

• Binær fisjon: En aseksuell form for reproduksjon, der en celle fortsetter å vokse til en ny cellevegg vokser gjennom sentrum og danner to celler. Disse skiller seg, og lager to celler med samme genetiske materiale.
• Overføring av genetisk materiale: Celler skaffer nytt genetisk materiale gjennom prosesser kjent som konjugasjon, transformasjon eller transduksjon. Disse prosessene kan gjøre bakterier sterkere og mer i stand til å motstå trusler, for eksempel antibiotika.
• Sporer: Når noen typer bakterier har lite ressurs, kan de danne sporer. Sporer holder organismens DNA-materiale og inneholder enzymene som trengs for spiring. De er veldig motstandsdyktige mot miljøbelastninger. Sporene kan forbli inaktive i århundrer, til de rette forholdene oppstår. Da kan de reaktivere og bli bakterier.
• Sporer kan overleve gjennom perioder med miljøbelastning, inkludert ultrafiolett (UV) og gammastråling, uttørking, sult, kjemisk eksponering og ekstreme temperaturer.

Noen bakterier produserer endosporer, eller indre sporer, mens andre produserer exosporer, som frigjøres utenfor. Disse er kjent som cyster.

Clostridium er et eksempel på en endosporedannende bakterie. Det er omtrent 100 arter av Clostridium, gjelder også Clostridium botulinim (C. botulinim) eller botulisme, ansvarlig for en potensielt dødelig type matforgiftning, og Clostridium difficile (C. Difficile), som forårsaker kolitt og andre tarmproblemer.

Bruker

Bakterier blir ofte sett på som dårlige, men mange er nyttige. Vi ville ikke eksistert uten dem. Oksygenet vi puster inn, ble sannsynligvis skapt av aktiviteten til bakterier.

Menneskelig overlevelse

Mange av bakteriene i kroppen spiller en viktig rolle i menneskets overlevelse. Bakterier i fordøyelsessystemet bryter ned næringsstoffer, for eksempel komplekse sukkerarter, i former kroppen kan bruke.

Ikke-farlige bakterier hjelper også til med å forhindre sykdommer ved å okkupere steder som de patogene eller sykdomsfremkallende bakteriene ønsker å feste seg til. Noen bakterier beskytter oss mot sykdommer ved å angripe patogenene.

Nitrogenfiksering

Bakterier tar inn nitrogen og frigjør det til plantebruk når de dør. Planter trenger nitrogen i jorden for å leve, men de kan ikke gjøre dette selv. For å sikre dette har mange plantefrø en liten beholder med bakterier som brukes når planten spirer.

Matteknologi

Ostemaking involverer bakterier.

Melkesyrebakterier, som f.eks Lactobacillus og Laktokokker sammen med gjær og muggsopp, eller sopp, brukes til å tilberede matvarer som ost, soyasaus, natto (gjærede soyabønner), eddik, yoghurt og sylteagurk.

Ikke bare er gjæring nyttig for konservering av mat, men noen av disse matvarene kan gi helsemessige fordeler.

For eksempel inneholder noen fermenterte matvarer typer bakterier som ligner på de som er knyttet til mage-tarmhelsen. Noen gjæringsprosesser fører til nye forbindelser, for eksempel melkesyre, som ser ut til å ha en betennelsesdempende effekt.

Det er behov for mer etterforskning for å bekrefte helsemessige fordeler av fermentert mat.

Bakterier i industri og forskning

Bakterier kan bryte ned organiske forbindelser. Dette er nyttig for aktiviteter som behandling av avfall og opprydding av oljesøl og giftig avfall.

Den farmasøytiske og kjemiske industrien bruker bakterier i produksjonen av visse kjemikalier.

Bakterier brukes i molekylærbiologi, biokjemi og genetisk forskning, fordi de kan vokse raskt og er relativt enkle å manipulere. Forskere bruker bakterier for å studere hvordan gener og enzymer fungerer.

Bakterier er nødvendig for å lage antibiotika.

Bacillus thuringiensis (Bt) er en bakterie som kan brukes i landbruket i stedet for plantevernmidler. Det har ikke uønskede miljøkonsekvenser forbundet med bruk av plantevernmidler.

Farer

Noen typer bakterier kan forårsake sykdommer hos mennesker, slik som kolera, difteri, dysenteri, bubonisk pest, lungebetennelse, tuberkulose (TB), tyfus og mange flere.

Hvis menneskekroppen blir utsatt for bakterier som kroppen ikke gjenkjenner som nyttige, vil immunforsvaret angripe dem. Denne reaksjonen kan føre til symptomene på hevelse og betennelse som vi for eksempel ser i et infisert sår.

Motstand

I 1900 var lungebetennelse, tuberkulose og diaré de tre største drapsmennene i USA. Steriliseringsteknikker og antibiotika medisiner har ført til et betydelig fall i dødsfall fra bakterielle sykdommer.

Imidlertid gjør overforbruk av antibiotika vanskeligere å behandle bakteriell infeksjon. Når bakteriene muterer, blir de mer motstandsdyktige mot eksisterende antibiotika, noe som gjør infeksjoner vanskeligere å behandle. Bakterier transformeres naturlig, men overforbruk av antibiotika fremskynder denne prosessen.

"Selv om nye medisiner blir utviklet, uten atferdsendring, vil antibiotikaresistens forbli en stor trussel."

Verdens helseorganisasjon (WHO)

Av denne grunn oppfordrer forskere og helsemyndigheter leger til ikke å foreskrive antibiotika med mindre det er nødvendig, og at folk praktiserer andre måter å forebygge sykdom på, som god mathygiene, håndvask, vaksinering og bruk av kondomer.

Tarmmikrobiomet

Nyere forskning har ført til en ny og voksende bevissthet om hvordan menneskekroppen samhandler med bakterier, og spesielt fellesskap av bakterier som lever i tarmkanalen, kjent som tarmmikrobiomet eller tarmfloraen.

I 2009 publiserte forskere funn som antydet at kvinner med fedme hadde større sannsynlighet for å ha en bestemt type bakterier, Selenomonas noxia (S. noxia), i munnen.

I 2015 fant forskere ved University of North Carolina at tarmene til personer med anoreksi inneholder “veldig forskjellige” bakterier, eller mikrobielle fellesskap, sammenlignet med mennesker som ikke har tilstanden. De antyder at dette kan ha en psykologisk innvirkning.

Historie

For over 2000 år siden foreslo en romersk forfatter, Marcus Terentius Varro, at sykdommen kan være forårsaket av små dyr som flyter i luften. Han rådet folk til å unngå sumpete steder under bygningsarbeid, fordi de kan inneholde insekter som er for små til at øyet kan komme inn i kroppen gjennom munnen og neseborene og forårsake sykdommer.

På 1600-tallet opprettet en nederlandsk forsker, Antonie van Leeuwenhoek, et mikroskop med en linse som han så det han kalte animalcules, senere kjent som bakterier. Han regnes som den første mikrobiologen.

På 1800-tallet sa kjemikerne Louis Pasteur og Robert Koch at sykdommer var forårsaket av bakterier. Dette ble kjent som Germ Theory.

I 1910 kunngjorde forskeren Paul Ehrlich utviklingen av det første antibiotikumet, Salvarsan. Han brukte den til å kurere syfilis. Han var også den første forskeren som oppdaget bakterier ved å bruke flekker.

I 2001 skapte Joshua Lederburg begrepet "tarmmikrobiom", og forskere over hele verden søker for tiden å beskrive og forstå mer presist strukturer, typer og bruksområder for "tarmflora", eller bakterier i menneskekroppen.

Med tiden forventes dette arbeidet å belyse et bredt spekter av helsemessige forhold.