Czym są bakterie?

Bakterie są mikroskopijnymi, jednokomórkowymi organizmami, które rozwijają się w różnych środowiskach. Organizmy te mogą żyć w glebie, oceanie i w ludzkich jelitach.

Związek człowieka z bakteriami jest złożony. Czasami bakterie wyciągają do nas pomocną dłoń, np. zsiadając mleko w jogurt lub pomagając w trawieniu. W innych przypadkach bakterie są niszczycielskie, powodując choroby takie jak zapalenie płuc i metycylinooporny Staphylococcus aureus (MRSA).

Struktura

Bakterie (liczba pojedyncza: bacterium) są klasyfikowane jako prokariota, czyli jednokomórkowe organizmy o prostej strukturze wewnętrznej, które nie mają jądra i zawierają DNA, które albo pływa swobodnie w skręconej, nitkowatej masie zwanej nukleoidem, albo w oddzielnych, kolistych kawałkach zwanych plazmidami. Rybosomy są kulistymi jednostkami w komórce bakteryjnej, w których białka są składane z poszczególnych aminokwasów przy użyciu informacji zakodowanych w rybosomalnym RNA.

Komórki bakterii są zazwyczaj otoczone dwiema ochronnymi powłokami: zewnętrzną ścianą komórkową i wewnętrzną błoną komórkową. Niektóre bakterie, jak np. mykoplazmy, nie mają w ogóle ściany komórkowej. Niektóre bakterie mogą nawet posiadać trzecią, najbardziej zewnętrzną warstwę ochronną zwaną kapsułą. Na powierzchni bakterii często występują biczowate wypustki – długie zwane flagellami lub krótkie zwane pili – które pomagają bakteriom poruszać się i przyczepiać do gospodarza.

Klasyfikacja

Do klasyfikacji bakterii stosuje się kilka różnych kryteriów. Organizmy mogą być rozróżniane na podstawie charakteru ich ścian komórkowych, kształtu lub różnic w ich budowie genetycznej.

Barwienie Grama jest testem używanym do identyfikacji bakterii na podstawie składu ich ścian komórkowych, nazwanym na cześć Hansa Christiana Grama, który opracował tę technikę w 1884 roku. Test barwi bakterie Gram-dodatnie lub bakterie, które nie posiadają zewnętrznej błony. Bakterie Gram-ujemne nie reagują na barwnik. Na przykład, Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae), który powoduje zapalenie płuc, jest bakterią Gram-dodatnią, ale Escherichia coli (E. coli) i Vibrio cholerae, który powoduje cholerę, są bakteriami Gram-ujemnymi.

Są trzy podstawowe kształty bakterii: bakterie okrągłe zwane cocci (singular: coccus), cylindryczne, kapsułkowate znane jako bacilli (singular: bacillus); oraz bakterie spiralne, trafnie nazywane spirilla (singular: spirillum). Kształty i konfiguracje bakterii są często odzwierciedlane w ich nazwach. Na przykład, bakterie Lactobacillus acidophilus są pałeczkami, a wywołujące zapalenie płuc S. pneumoniae są łańcuchem kokcytów. Niektóre bakterie przybierają inne kształty, takie jak łodyga, kwadrat lub gwiazda.

Rozród

Większość bakterii rozmnaża się w procesie zwanym rozszczepieniem binarnym, według Cornell University College of Agriculture and Life Sciences. W tym procesie pojedyncza komórka bakteryjna, zwana „rodzicem”, tworzy kopię swojego DNA i powiększa się przez podwojenie zawartości komórkowej. Następnie komórka rozdziela się, wypychając powielony materiał i tworząc dwie identyczne komórki „córki”.

Niektóre gatunki bakterii, takie jak sinice i bakterie z rodzaju Firmicutes, rozmnażają się przez pączkowanie. W tym przypadku komórka-córka rośnie jako odrost komórki macierzystej. Zaczyna jako mała wypustka, rośnie, aż osiągnie ten sam rozmiar, co jej rodzic, i oddziela się.

DNA znalezione w rodzicach i potomstwie po rozszczepieniu binarnym lub pączkowaniu jest dokładnie takie samo. Dlatego komórki bakteryjne wprowadzają zmienność do swojego materiału genetycznego przez integrację dodatkowego DNA, często z otoczenia, do swojego genomu. Znane jest to jako horyzontalny transfer genów; powstałe w ten sposób zróżnicowanie genetyczne zapewnia bakteriom możliwość adaptacji i przetrwania w miarę zmian środowiska.

Istnieją trzy sposoby poziomego transferu genów: transformacja, transdukcja i koniugacja.

Transformacja jest najczęstszym procesem poziomego transferu genów i występuje, gdy krótkie fragmenty DNA są wymieniane między dawcami i biorcami. Transdukcja, która zwykle występuje tylko między blisko spokrewnionymi bakteriami, wymaga od dawcy i biorcy przeniesienia DNA poprzez dzielenie receptorów na powierzchni komórki. Koniugacja wymaga fizycznego kontaktu pomiędzy ścianami komórkowymi bakterii; DNA przenosi się z komórki dawcy do biorcy. Poprzez koniugację, komórka bakteryjna może przenosić DNA do komórek eukariotycznych (organizmów wielokomórkowych). Koniugacja pomaga w rozprzestrzenianiu się genów oporności na antybiotyki.

Bakterie w zdrowiu i chorobie człowieka

Bakterie mogą być zarówno korzystne, jak i szkodliwe dla zdrowia człowieka. Bakterie komensalne, lub „przyjazne”, dzielą przestrzeń i zasoby w naszym ciele i mają tendencję do bycia pomocnymi. W naszych ciałach jest około 10 razy więcej komórek bakteryjnych niż ludzkich; najwięcej gatunków bakterii znajduje się w jelitach, według artykułu mikrobiologa Davida A. Relmana z 2012 r. w Nature.

Ludzkie jelita są wygodnym środowiskiem dla bakterii, z dużą ilością składników odżywczych dostępnych dla ich utrzymania. W artykule przeglądowym z 2014 roku, opublikowanym w American Journal of Gastroenterology, autorzy wspominają, że bakterie jelitowe i inne mikroorganizmy, takie jak pomocne szczepy E.coli i Streptococcus, pomagają w trawieniu, powstrzymują kolonizację przez szkodliwe patogeny i pomagają w rozwoju układu odpornościowego. Co więcej, zaburzenia w funkcjonowaniu bakterii jelitowych zostały powiązane z pewnymi stanami chorobowymi. Na przykład, pacjenci z chorobą Crohna mają zwiększoną odpowiedź immunologiczną przeciwko bakteriom jelitowym, zgodnie z przeglądem z 2003 r. opublikowanym w czasopiśmie The Lancet.

Inne bakterie mogą powodować infekcje. Kilka bakterii – począwszy od tzw. paciorkowców grupy A, Clostridium perfringens (C. perfringens), E. coli i S. aureus – może powodować rzadkie, ale ciężkie zakażenie tkanek miękkich zwane martwiczym zapaleniem powięzi (czasami nazywane bakteriami zjadającymi ciało). Według Centrów Kontroli i Prewencji Chorób (CDC), infekcja ta dotyka tkanek otaczających mięśnie, nerwy, tłuszcz i naczynia krwionośne; może być leczona, zwłaszcza gdy zostanie wcześnie wykryta.

Odporność na antybiotyki

Antybiotyki są zwykle stosowane w leczeniu infekcji bakteryjnych. Jednak w ostatnich latach niewłaściwe i niepotrzebne stosowanie antybiotyków przyczyniło się do rozprzestrzenienia się kilku szczepów bakterii odpornych na antybiotyki.

W przypadkach antybiotykooporności bakterie zakaźne nie są już wrażliwe na wcześniej skuteczne antybiotyki. Według CDC, co roku co najmniej 2 miliony ludzi w USA jest zakażonych bakteriami opornymi na antybiotyki, co prowadzi do śmierci co najmniej 23 000 osób.

„Prawie każda infekcja, o której można teraz pomyśleć, została zidentyfikowana jako związana z jakimś poziomem oporności”, powiedział dr Christopher Crnich, lekarz chorób zakaźnych i epidemiolog szpitalny z University of Wisconsin Hospitals i Madison Veterans Affairs Hospital. „Jest bardzo niewiele infekcji, które teraz leczymy, gdzie infekcje spowodowane przez oporne bakterie nie stanowią problemu klinicznego.”

MRSA, na przykład, jest jednym z bardziej notorycznych szczepów bakterii opornych na antybiotyki; jest odporny na metycylinę i inne antybiotyki stosowane w leczeniu infekcji gronkowcowych, które są nabywane głównie poprzez kontakt ze skórą. Zakażenia MRSA występują w placówkach służby zdrowia, takich jak szpitale i domy opieki, gdzie mogą prowadzić do zapalenia płuc lub zakażeń krwi. MRSA rozprzestrzenia się również w społeczeństwie, szczególnie w sytuacjach, w których dochodzi do częstego kontaktu z odsłoniętą skórą, innych kontaktów fizycznych oraz korzystania ze wspólnego sprzętu – na przykład wśród sportowców, w salonach tatuażu, w przedszkolach i szkołach. MRSA nabyte przez społeczność najczęściej powoduje poważne infekcje skóry.

Ważnym aspektem zwalczania oporności na antybiotyki jest ostrożność w ich stosowaniu. „To bardzo ważne, abyśmy używali antybiotyków w sposób inteligentny” – powiedział Crnich w wywiadzie dla LiveScience. „Chcesz używać antybiotyku tylko wtedy, gdy masz wyraźną infekcję bakteryjną.”

.