Mis on bakterid ja mida nad teevad?
Bakterid on mikroskoopilised üherakulised organismid, mida leidub miljonites miljonites igas keskkonnas nii teiste organismide sees kui ka väljaspool.
Mõned bakterid on kahjulikud, kuid enamikul neist on kasulik eesmärk. Need toetavad paljusid nii taimseid kui ka loomseid eluvorme ning neid kasutatakse tööstuslikes ja meditsiinilistes protsessides.
Arvatakse, et bakterid olid esimesed organismid, mis ilmusid maa peal, umbes 4 miljardit aastat tagasi. Vanimad teadaolevad fossiilid on bakterilaadsed organismid.
Bakterid võivad toiduna kasutada enamikku orgaanilisi ja mõnda anorgaanilist ühendit ning mõned suudavad ellu jääda ka ekstreemsetes tingimustes.
Kasvav huvi soolestiku mikrobioomi funktsiooni vastu näitab uut valgust rollidele, mida bakterid mängivad inimese tervises.
Mis on bakterid?
Bakterid on üherakulised organismid.
Bakterid on üherakulised organismid, mis ei ole taimed ega loomad.
Need mõõdavad tavaliselt mõne mikromeetri pikkust ja eksisteerivad koos miljonites kooslustes.
Gramm mullas sisaldab tavaliselt umbes 40 miljonit bakterirakku. Milliliitris magevees mahub tavaliselt umbes miljon bakterirakku.
Maal on hinnanguliselt vähemalt viis nonillion-bakterit ja arvatavasti koosneb suur osa maakera biomassist bakteritest.
Tüübid
Baktereid on palju erinevaid. Üks viis nende liigitamiseks on kuju järgi. Seal on kolm põhikuju.
- Sfääriline: pallikujulisi baktereid nimetatakse kookideks ja üks bakter on kook. Näited hõlmavad streptokoki rühma, mis vastutab streptokokkide kurgu eest.
- Vardakujulised: neid tuntakse batsillidena (ainsuse batsillid). Mõned vardakujulised bakterid on kõverad. Need on tuntud kui vibrio. Vardakujuliste bakterite näited hõlmavad järgmist Bacillus anthracis (B. anthracis) või siberi katku.
- Spiraal: neid tuntakse spirilla (ainsuse spirillus) nime all. Kui nende mähis on väga tihe, tuntakse neid spiroheetidena. Leptospiroosi, puukborrelioosi ja süüfilist põhjustavad selle kujuga bakterid.
Igas kujundirühmas on palju variatsioone.
Struktuur
Bakterirakud erinevad taime- ja loomarakkudest. Bakterid on prokarüootid, mis tähendab, et neil pole tuuma.
Bakterirakk sisaldab:
- Kapsel: kiht, mis leidub rakuseina välisküljel mõnes bakteris.
- Rakusein: kiht, mis on valmistatud polümeerist, mida nimetatakse peptidoglükaaniks. Rakusein annab bakteritele kuju. See asub väljaspool plasmamembraani. Rakusein on mõnes bakteris paksem, seda nimetatakse grampositiivseteks bakteriteks.
- Plasma membraan: see asub rakuseinas, see genereerib energiat ja transpordib kemikaale. Membraan on läbilaskev, mis tähendab, et ained võivad sellest läbi minna.
- Tsütoplasma: želatiinne aine plasmamembraani sees, mis sisaldab geneetilist materjali ja ribosoome.
- DNA: see sisaldab kõiki geneetilisi juhiseid, mida kasutatakse bakteri arengus ja toimimises. See asub tsütoplasmas.
- Ribosoomid: Siin valmistatakse või sünteesitakse valke. Ribosoomid on keerulised osakesed, mis koosnevad RNA-rikastest graanulitest.
- Flagellum: seda kasutatakse liikumiseks, teatud tüüpi bakterite tõukamiseks. On baktereid, millel võib olla rohkem kui üks.
- Pili: Need juuksetaolised liited raku välisküljel võimaldavad tal pindadele kleepuda ja geneetilist materjali teistele rakkudele kanda. See võib aidata kaasa inimeste haiguste levikule.
Söötmine
Bakterid toituvad erineval viisil.
Heterotroofsed bakterid ehk heterotroofid saavad oma energia orgaanilise süsiniku tarbimise kaudu. Enamik neelab surnud orgaanilist materjali, näiteks lagunevat liha. Mõned neist parasiitbakteritest tapavad peremeesorganismi, teised aga aitavad.
Autotroofsed bakterid (või lihtsalt autotroofid) teevad ise toitu kas läbi:
- fotosüntees, kasutades päikesevalgust, vett ja süsinikdioksiidi või
- kemosüntees, kasutades süsinikdioksiidi, vett ja kemikaale nagu ammoniaak, lämmastik, väävel ja teised
Fotosünteesi kasutavaid baktereid nimetatakse fotoautotroofideks. Mõni tüüp, näiteks tsüanobakterid, toodavad hapnikku. Neil oli ilmselt oluline roll maa atmosfääri hapniku loomisel. Teised, näiteks heliobakterid, hapnikku ei tooda.
Need, kes kasutavad kemosünteesi, on tuntud kui kemoautotroofid. Neid baktereid leidub tavaliselt ookeani aukudes ja kaunviljade juurtes, näiteks lutsern, ristik, herned, oad, läätsed ja maapähklid.
Kus nad elavad?
Baktereid võib leida mullast, veest, taimedest, loomadest, radioaktiivsetest jäätmetest, sügaval maakoores, arktilises jääs ja liustikes ning kuumaveeallikates. Stratosfääris on atmosfääris 6–30 miili ja ookeani sügavuses kuni 32 800 jala või 10 000 meetri sügavusel baktereid.
Aeroobid ehk aeroobsed bakterid võivad kasvada ainult seal, kus on hapnikku. Mõned tüübid võivad põhjustada inimkeskkonnale probleeme, näiteks korrosiooni, määrdumist, probleeme vee selguse ja halva lõhnaga.
Anaeroobid ehk anaeroobsed bakterid võivad kasvada ainult seal, kus puudub hapnik. Inimestel on see enamasti seedetraktis. Need võivad põhjustada ka gaase, gangreeni, teetanust, botulismi ja enamikke hambainfektsioone.
Fakultatiivsed anaeroobid ehk fakultatiivsed anaeroobsed bakterid võivad elada kas koos hapnikuga või ilma, kuid eelistavad keskkonda, kus on hapnikku. Neid leidub enamasti mullas, vees, taimestikus ning mõnes normaalses inimeste ja loomade taimestikus. Näited hõlmavad järgmist Salmonella.
Mesofiilid ehk mesofiilsed bakterid on bakterid, mis põhjustavad enamiku inimeste nakkusi. Nad arenevad mõõdukal temperatuuril, umbes 37 ° C. See on inimese keha temperatuur.
Näited hõlmavad järgmist Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia colija Clostridium kluyveri.
Inimese soolefloora ehk soolestiku mikrobioom sisaldab kasulikke mesofiilseid baktereid, näiteks toiduga Lactobacillus acidophilus.
Ekstremofiilid ehk ekstremofiilsed bakterid taluvad enamiku eluvormide jaoks liiga ekstreemseteks peetavaid tingimusi.
Termofiilid võivad elada kõrgel temperatuuril, kuni 75–80 ° C, ja hüpertermofiilid võivad üle elada kuni 113 ° C.
Sügaval ookeanis elavad bakterid täielikus pimeduses termiliste ventilatsiooniavade kaudu, kus nii temperatuur kui ka rõhk on kõrged. Nad teevad ise toitu, oksüdeerides väävlit, mis tuleb sügavalt maa seest.
Muude ekstrofiilide hulka kuuluvad:
- halofiilid, mida leidub ainult soolases keskkonnas
- atsetofiilid, millest mõned elavad nii happelises keskkonnas kui pH 0
- alkalifiilid, kes elavad alkiliinikeskkonnas kuni pH 10,5
- psühhofiilid, mida leidub külmades temperatuurides, näiteks liustikes
Extremophiles suudavad ellu jääda seal, kus ükski teine organism seda ei suuda.
Paljundamine ja muundamine
Bakterid võivad paljuneda ja muutuda järgmiste meetodite abil:
- Binaarlõhustumine: mittesuguline paljunemisvorm, mille korral rakk kasvab edasi, kuni keskme kaudu kasvab uus rakusein, moodustades kaks rakku. Need eralduvad, moodustades kaks sama geneetilise materjaliga rakku.
- Geneetilise materjali ülekandmine: rakud omandavad uue geneetilise materjali protsesside kaudu, mida nimetatakse konjugatsiooniks, transformatsiooniks või transduktsiooniks. Need protsessid võivad muuta bakterid tugevamaks ja võimekamaks vastu pidama ohtudele, näiteks antibiootikumiravimitele.
- Eosed: kui teatud tüüpi bakteritel on vähe ressursse, võivad nad moodustada eoseid. Eosed hoiavad organismi DNA materjali ja sisaldavad idanemiseks vajalikke ensüüme. Need on väga vastupidavad keskkonnapingetele. Eosed võivad sajandeid passiivseks jääda, kuni tekivad õiged tingimused. Siis saavad nad taasaktiveeruda ja muutuda bakteriteks.
- Eosed võivad ellu jääda keskkonnastressi, sealhulgas ultraviolett- (UV) ja gammakiirguse, kuivatamise, näljutamise, keemilise kokkupuute ja äärmuslike temperatuuride perioodide jooksul.
Mõned bakterid toodavad endospoore ehk sisemisi eoseid, teised aga eksospoore, mis vabanevad väljastpoolt. Neid nimetatakse tsüstideks.
Klostriidium on näide endospoori moodustavast bakterist. Seal on umbes 100 liiki Klostriidium, kaasa arvatud Clostridium botulinim (C. botulinim) või botulismi, mis võib põhjustada surmaga lõppevat toidumürgitust, ja Clostridium difficile (C. Raske), mis põhjustab koliiti ja muid sooleprobleeme.
Kasutab
Baktereid peetakse sageli halvaks, kuid paljud on abiks. Ilma nendeta ei oleks meid olemas. Hapnik, mida hingame, tekkis tõenäoliselt bakterite tegevuse tõttu.
Inimese ellujäämine
Paljud kehas olevad bakterid mängivad olulist rolli inimese ellujäämisel. Seedesüsteemi bakterid lagundavad toitaineid, näiteks komplekssed suhkrud, vormidesse, mida keha saab kasutada.
Mitteohtlikud bakterid aitavad ka haigusi ennetada, hõivates kohti, kuhu patogeensed või haigusi põhjustavad bakterid tahavad kinnituda. Mõned bakterid kaitsevad meid haiguste eest, rünnates patogeene.
Lämmastiku fikseerimine
Bakterid võtavad lämmastikku ja vabastavad selle surmaga taimeks kasutamiseks. Taimed vajavad elamiseks mullas lämmastikku, kuid nad ei saa seda ise teha. Selle tagamiseks on paljudel taimseemnetel väike konteiner baktereid, mida kasutatakse taime tärkamisel.
Toidutehnoloogia
Piimhappebakterid, näiteks Lactobacillus ja Lactococcus koos pärmi ja hallitusseente või seentega kasutatakse selliste toitude valmistamiseks nagu juust, sojakaste, natto (kääritatud sojaoad), äädikas, jogurt ja marineeritud kurgid.
Fermentatsioon pole kasulik mitte ainult toidu säilitamiseks, vaid mõned neist toitudest võivad tervisele kasu tuua.
Näiteks sisaldavad mõned kääritatud toidud bakteritüüpe, mis on sarnased seedetrakti tervisega seotud bakteritega. Mõned kääritamisprotsessid toovad kaasa uusi ühendeid, näiteks piimhapet, millel näib olevat põletikuvastane toime.
Fermenteeritud toidu tervisele kasulikkuse kinnitamiseks on vaja rohkem uurimist.
Bakterid tööstuses ja teadusuuringutes
Bakterid võivad lagundada orgaanilisi ühendeid. See on kasulik selliste tegevuste jaoks nagu jäätmete töötlemine ning õlireostuse ja mürgiste jäätmete puhastamine.
Farmaatsia- ja keemiatööstus kasutab baktereid teatud kemikaalide tootmisel.
Baktereid kasutatakse molekulaarbioloogias, biokeemias ja geeniuuringutes, kuna need võivad kiiresti kasvada ja neid on suhteliselt lihtne manipuleerida. Teadlased uurivad geenide ja ensüümide toimimist bakterite abil.
Antibiootikumide valmistamiseks on vaja baktereid.
Bacillus thuringiensis (Bt) on bakter, mida saab pestitsiidide asemel kasutada põllumajanduses. Sellel ei ole pestitsiidide kasutamisega seotud soovimatuid keskkonnamõjusid.
Ohud
Mõni tüüpi bakterid võivad inimestel põhjustada haigusi, näiteks koolera, difteeria, düsenteeria, mullikatk, kopsupõletik, tuberkuloos (tüüfus) ja palju muud.
Kui inimkeha puutub kokku bakteritega, mida keha ei tunnista kasulikuks, ründab immuunsüsteem neid. See reaktsioon võib põhjustada turse ja põletiku sümptomeid, mida näeme näiteks nakatunud haavas.
Vastupanu
Aastal 1900 olid kopsupõletik, tuberkuloos ja kõhulahtisus Ameerika Ühendriikide kolm suurimat tapjat. Steriliseerimismeetodid ja antibiootikumiravimid on põhjustanud bakteriaalsete haiguste surmade märkimisväärse languse.
Antibiootikumide liigne kasutamine muudab bakteriaalse infektsiooni aga raskemini ravitavaks. Kui bakterid muteeruvad, muutuvad nad olemasolevate antibiootikumide suhtes resistentsemaks, muutes infektsioonid raskemini ravitavaks. Bakterid muunduvad loomulikult, kuid antibiootikumide liigne kasutamine kiirendab seda protsessi.
"Isegi kui välja töötatakse uued ravimid, jääb käitumise muutuseta antibiootikumiresistentsus suureks ohuks."
Maailma Terviseorganisatsioon (WHO)
Sel põhjusel kutsuvad teadlased ja tervishoiuasutused arste üles mitte antibiootikume välja kirjutama, kui see pole vajalik, ning inimestel praktiseerima muid haiguste ennetamise viise, nagu hea toiduhügieen, kätepesu, vaktsineerimine ja kondoomide kasutamine.
Soolestiku mikrobioom
Hiljutised uuringud on viinud uue ja üha suureneva hirmuni selle kohta, kuidas inimkeha suhtleb bakteritega, eriti sooletraktis elavate bakterite kooslustega, mida nimetatakse soolestiku mikrobioomiks või sooleflooraks.
2009. aastal avaldasid teadlased järeldused, mis viitavad sellele, et ülekaalulistel naistel on tõenäolisem teatud tüüpi bakterid, Selenomonas noxia (S. noxia), nende suus.
2015. aastal leidsid Põhja-Carolina ülikooli teadlased, et anoreksiaga inimeste sooled sisaldavad inimesi, kellel seda seisundit pole, "väga erinevaid" baktereid ehk mikroobide ühendusi. Nad viitavad sellele, et sellel võib olla psühholoogiline mõju.
Ajalugu
Üle 2000 aasta tagasi soovitas Rooma kirjanik Marcus Terentius Varro, et haigust võivad põhjustada õhus hõljuvad pisikesed loomad. Ta soovitas inimestel ehitustööde ajal soiseid kohti vältida, sest need võivad sisaldada liiga väikeseid putukaid, et silm näeks silma ja ninasõõrmete kaudu kehasse sattunud ning haigusi põhjustavaid putukaid.
17. sajandil lõi Hollandi teadlane Antonie van Leeuwenhoek ühe läätsega mikroskoobi, millega ta nägi, mida ta nimetas loomakesteks, mida hiljem nimetati bakteriteks. Teda peetakse esimeseks mikrobioloogiks.
19. sajandil ütlesid keemikud Louis Pasteur ja Robert Koch, et haigused on põhjustatud mikroobidest. Seda tunti kui iduteooriat.
1910. aastal märkis teadlane Paul Ehrlich esimese antibiootikumi Salvarsani väljatöötamise. Ta kasutas seda süüfilise raviks. Ta oli ka esimene teadlane, kes plekke kasutades baktereid tuvastas.
2001. aastal lõi Joshua Lederburg mõiste „soolestiku mikrobioom” ja teadlased kogu maailmas püüavad praegu täpsemalt kirjeldada ja mõista „soolefloora” ehk bakterite struktuure, tüüpe ja kasutamist inimkehas.
Aja jooksul peaks see töö valgustama arvukalt mitmesuguseid terviseseisundeid.
