Бактериите са микроскопични, едноклетъчни организми, които съществуват в техните милиони, във всяка среда, както вътре, така и извън други организми.
Някои бактерии са вредни, но повечето служат за полезна цел. Те поддържат много форми на живот, растителни и животински, и се използват в промишлени и медицински процеси.
Предполага се, че бактериите са били първите организми, които се появяват на Земята, преди около 4 милиарда години. Най-старите известни вкаменелости са от организми, подобни на бактерии.
Бактериите могат да използват повечето органични и някои неорганични съединения като храна, а някои могат да оцелеят в екстремни условия.
Увеличаващият се интерес към функцията на чревната микробиома е пролив на нова светлина върху ролята на бактериите в човешкото здраве.
Какво представляват бактериите?
Бактериите са едноклетъчни организми, които не са нито растения, нито животни.
Те обикновено измерват няколко микрометра на дължина и съществуват заедно в общности от милиони.
Един грам земя обикновено съдържа около 40 милиона бактериални клетки. Милилитър прясна вода обикновено съдържа около един милион бактериални клетки.
Земята се оценява като притежаваща най-малко 5 нелиони бактерии и голяма част от биомасата на земята се смята, че се състои от бактерии.
Видове
Има много различни видове бактерии. Един от начините за класифицирането им е по форма. Има три основни форми.
- Сферични: Бактериите, оформени като топка, се наричат коки, а една бактерия е кок. Примерите включват групата стрептококи, отговорна за "стрептокок в гърлото".
- Родовидни: Те са известни като бацили (единичен бацил). Някои пръчковидни бактерии са извити. Те са известни като vibrio. Примери за пръчковидни бактерии включват Bacillus anthracis (B. anthracis) или антракс.
- Спирала: Тези са известни като spirilla (singular spirillus). Ако тяхната бобина е много стегната, те са известни като спирохети. Лептоспирозата, лаймската болест и сифилисът са причинени от бактерии с тази форма.
Има много вариации във всяка група форми.
структура
Бактериалните клетки са различни от растителните и животинските клетки. Бактериите са прокариоти, което означава, че нямат ядро.
Бактериалната клетка включва:
- Капсула: Слой, открит от външната страна на клетъчната стена на някои бактерии.
- Клетъчна стена: Слой, който е направен от полимер, наречен пептидогликан. Клетъчната стена дава на бактериите своята форма. Той се намира извън плазмената мембрана. Клетъчната стена е по-дебела в някои бактерии, наречени Грам положителни бактерии.
- Плазмена мембрана: Намира се в клетъчната стена, генерира енергия и транспортира химикали. Мембраната е пропусклива, което означава, че веществата могат да преминат през нея.
- Цитоплазма: Желатино вещество в плазмената мембрана, съдържащо генетичен материал и рибозоми.
- ДНК: Това съдържа всички генетични инструкции, използвани в развитието и функцията на бактерията. Той се намира вътре в цитоплазмата.
- Ризозоми: Тук се произвеждат или синтезират протеини. Рибозомите са сложни частици, съставени от богати на РНК гранули.
- Flagellum: Използва се за движение, за задвижване на някои видове бактерии. Има някои бактерии, които могат да имат повече от един.
- Пили: Тези космически придатъци от външната страна на клетката й позволяват да се придържа към повърхности и да прехвърля генетичен материал на други клетки. Това може да допринесе за разпространението на болестта при хората.
хранене
Бактериите се хранят по различни начини.
Хетеротрофните бактерии или хетеротрофите получават своята енергия чрез консумиране на органичен въглерод. Повечето поглъщат мъртвите органични материали, като разлагаща плът. Някои от тези паразитни бактерии убиват своя домакин, докато други ги помагат.
Автотрофните бактерии (или само автотрофи) произвеждат собствена храна, или чрез:
- фотосинтезата, използваща слънчева светлина, вода и въглероден диоксид, или
- химиосинтеза, като се използва въглероден диоксид, вода и химикали като амоняк, азот, сяра и други
Бактериите, които използват фотосинтезата, се наричат фотоавтотрофи. Някои видове, например, цианобактериите произвеждат кислород. Вероятно те играят жизненоважна роля в създаването на кислород в земната атмосфера. Други, като хелиобактерии, не произвеждат кислород.
Тези, които използват хемосинтеза, са известни като хемоавтотрофи. Тези бактерии често се срещат в океанските отвори и в корените на бобовите растения, като люцерна, детелина, грах, боб, леща и фъстъци.
Къде живеят?
Бактериите могат да бъдат намерени в почвата, водата, растенията, животните, радиоактивните отпадъци, дълбоко в земната кора, арктическия лед и ледниците и горещите извори. Има бактерии в стратосферата, между 6 и 30 мили в атмосферата и в дълбочините на океана до 32 800 фута или 10 000 метра дълбочина.
Аероби, или аеробни бактерии, могат да растат само там, където има кислород. Някои видове могат да причинят проблеми за човешката среда, като корозия, замърсяване, проблеми с яснотата на водата и лоши миризми.
Анаеробни или анаеробни бактерии могат да растат само там, където няма кислород. При хората това е най-вече в стомашно-чревния тракт. Те също могат да причинят ганерен газ, тетанус, ботулизъм и повечето зъбни инфекции.
Факултативните анаеробни или факултативните анаеробни бактерии могат да живеят или със или без кислород, но предпочитат среди, където има кислород. Те се намират най-вече в почвата, водата, растителността и нормалната флора на хората и животните. Примерите включват салмонела.
Мезофили или мезофилни бактерии са бактериите, отговорни за повечето инфекции при хората. Те процъфтяват при умерени температури, около 37 градуса по Целзий. Това е температурата на човешкото тяло.
Примерите включват Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli и Clostridium kluyveri.
Човешката чревна флора, или чревната микробиология, съдържа полезни мезофилни бактерии, като хранителния Lactobacillus acidophilus.
Екстремофилите или екстреофилните бактерии могат да издържат на условия, считани за прекалено екстремни за повечето форми на живот.
Термофилите могат да живеят при високи температури, до 75 до 80 градуса по Целзий (С), а хипертермофилите могат да преживеят температури до 113 градуса по Целзий.
Дълбоко в океана, бактериите живеят в пълна тъмнина от термични отвори, където температурата и налягането са високи. Те правят собствена храна чрез окисляване на сярата, която идва от дълбокото вътре в земята.
Другите екстреофили включват:
- Халофили, намерени само в солена среда
- Ацидофили, някои от които живеят в среда като киселинна като pH0
- Алкалифили, живеещи в алкилинови среди до рН 10,5
- Психрофили, намерени при ниски температури, например в ледниците
Екстремофилите могат да оцелеят, когато няма друг организъм.
Възпроизвеждане и трансформация
Бактериите могат да се възпроизвеждат и променят, като използват следните методи:
- Двойно делене: Неестествена форма на възпроизвеждане, в която клетката продължава да расте, докато нова клетъчна стена израства през центъра, образувайки две клетки. Те се разделят, правейки две клетки със същия генетичен материал.
- Трансфер на генетичен материал: Клетките придобиват нов генетичен материал чрез процеси, известни като конюгиране, трансформация или трансдукция. Тези процеси могат да направят бактериите по-силни и по-способни да се противопоставят на заплахи, като антибиотични медикаменти.
- Спори: Когато някои видове бактерии имат нисък ресурс, те могат да образуват спори. Спорите държат ДНК-материала на организма и съдържат ензимите, необходими за покълване. Те са много устойчиви на напрежения в околната среда. Спорите могат да останат неактивни от векове, докато не настъпят правилните условия. След това те могат да се реактивират и да станат бактерии.
- Спорите могат да оцелеят в периоди на напрежение в околната среда, включително ултравиолетови лъчи (UV) и гама лъчи, изсушаване, глад, химическа експозиция и крайни температури.
Някои бактерии произвеждат ендоспори или вътрешни спори, докато други произвеждат екзоспори, които се освобождават отвън. Те са известни като кисти.
Clostridium е пример за бактерия, образуваща ендоспоре. Има около 100 вида Clostridium, включително Clostridium botulinim (C. botulinim) или ботулизъм, които причиняват потенциално смъртоносно отравяне с хранителни продукти и Clostridium difficile (C. Difficile), което причинява колит и други чревни проблеми.
употреби
Бактериите често се смятат за лоши, но много от тях са полезни. Нямаше да съществуваме без тях. Кислородът, който дишаме, вероятно е създаден от дейността на бактериите.
Човешка оцеляване
Много от бактериите в тялото играят важна роля в оцеляването на човека. Бактериите в храносмилателната система разграждат хранителните вещества, като сложни захари, в формите, които тялото може да използва.
Неопасните бактерии също помагат за предотвратяване на заболявания, като заемат места, които патогенните или причиняващи болести бактерии искат да се привържат. Някои бактерии ни предпазват от заболяване, като атакуват патогените.
Азотно фиксиране
Бактериите вземат азот и го освобождават за използване в растенията, когато умрат. Растенията се нуждаят от азот в почвата, за да живеят, но те не могат сами да го направят. За да се гарантира това, много растителни семена имат малък контейнер с бактерии, който се използва, когато растението израства.
Хранителна технология
Млечни киселинни бактерии, като например Lactobacillus и Lactococcus заедно с дрожди и плесени или гъби, се използват за приготвяне на храни като сирене, соев сос, нато (ферментирали соеви зърна), оцет, кисело мляко и кисели краставички.
Не само ферментацията е полезна за запазване на храни, но някои от тези храни могат да предложат ползи за здравето.
Например, някои ферментирали храни съдържат видове бактерии, които са подобни на тези, свързани със здравето на стомашно-чревния тракт. Някои ферментационни процеси водят до нови съединения, като млечна киселина, които изглежда имат противовъзпалителен ефект.
Необходими са повече проучвания за потвърждаване на ползите за здравето от ферментирали храни.
Бактерии в промишлеността и научните изследвания
Бактериите могат да разграждат органичните съединения. Това е полезно за дейности като преработка на отпадъци и почистване на нефтени разливи и токсични отпадъци.
Фармацевтичната и химическата промишленост използват бактерии в производството на определени химикали.
Бактериите се използват в молекулярната биология, биохимията и генетичните изследвания, тъй като те могат да растат бързо и са относително лесни за манипулиране. Учените използват бактерии, за да изследват как работят гените и ензимите.
За производството на антибиотици са необходими бактерии.
Bacillus thuringiensis (BT) е бактерия, която може да се използва в селското стопанство вместо пестициди. То няма нежелани екологични последици, свързани с употребата на пестициди.
опасности
Някои видове бактерии могат да причинят заболявания при хора, като холера, диферията, дизентерията, балонната чума, пневмонията, туберкулозата (туберкулоза), тифът и много други.
Ако човешкото тяло е изложено на бактерии, които тялото не признава за полезни, имунната система ще ги атакува. Тази реакция може да доведе до симптоми на подуване и възпаление, които виждаме, например, при заразена рана.
съпротивление
През 1900 г. пневмонията, туберкулозата и диарията са трите най-големи убийци в САЩ (САЩ). Техниките на стерилизация и антибиотичните медикаменти са довели до значителен спад в смъртните случаи от бактериални заболявания.
Въпреки това, прекаленото използване на антибиотици прави бактериалната инфекция по-трудна за лечение.Тъй като бактериите мутират, те стават по-устойчиви на съществуващите антибиотици, което прави инфекциите по-трудни за лечение. Бактериите се превръщат естествено, но прекомерното използване на антибиотици ускорява този процес.
"Дори ако се разработят нови лекарства, без промяна на поведението, антибиотичната резистентност ще остане основна заплаха." Световната здравна организация (СЗО)
Поради тази причина учените и здравните органи призовават лекарите да не предписват антибиотици, освен ако не е необходимо, а за хората да практикуват други начини за предотвратяване на заболявания като хигиена на добра храна, миене на ръце, ваксинация и безопасен секс.
Чревната микробиомия
Последните изследвания са довели до ново и нарастващо съзнание за това как човешкото тяло взаимодейства с бактериите и особено с общностите от бактерии, живеещи в чревния тракт, известни като чревната микробиомия или чревната флора.
През 2009 г. изследователите публикуват констатации, според които жените със затлъстяване имат по-голяма вероятност да имат специфичен вид бактериална ноксианоксия в устата си.
През 2015 г. учените от Университета в Северна Каролина установяват, че червата на хората с анорексия съдържат "много различни" бактерии или микробни коммунити в сравнение с хора, които нямат това състояние. Те предполагат, че това може да има психологическо въздействие.
история
Преди повече от 2000 години римски автор Марк Терентиус Варо предложи болестта да бъде причинена от малки животни, които се носеха във въздуха. Той посъветвал хората да избягват блатните места по време на строителната работа, защото те можеха да съдържат твърде малки насекоми, за да видят, че са влезли в тялото през устата и ноздрите и причиняват заболявания.
През 17-и век холандският учен Антони ван Льовенхохек създава микроскоп с единичен обектив, с който вижда това, което нарича животински, по-късно познат като бактерия. Той се счита за първият микробиолог.
През 19-ти век химиците Луис Пастьор и Роберт Кох казали, че болестите са причинени от микроби. Това беше известно като теорията за зародишите.
През 1910 г. ученът Пол Ерлих обявява развитието на първия антибиотик Салварсан. Той го използва за лечение на сифилис. Той е и първият учен, който открива бактерии, използвайки петна.
През 2001 г. Джошуа Ледебург измисли термина "чревна микробиология" и учени от цял свят понастоящем се стремят да опишат и да разберат по-точно структурите, видовете и използванията на "чревната флора" или бактериите в човешкото тяло.
С течение на времето тази работа се очаква да разкрие нова светлина в широк спектър от здравни условия.
