Бактерии - это микроскопические одноклеточные организмы, которые процветают в различных условиях. Эти организмы могут жить в почве, океане и в кишечнике человека.
Отношения людей с бактериями сложны. Иногда бактерии протягивают нам руку помощи, например, сворачивая молоко в йогурт или помогая пищеварению. В других случаях бактерии разрушительны, вызывая такие заболевания, как пневмония и метициллин-резистентный Золотистый стафилококк (MRSA).
Структура
Бактерии (в единственном числе: бактерии) классифицируются как прокариоты, которые представляют собой одноклеточные организмы с простой внутренней структурой, в которой отсутствует ядро, и содержат ДНК, которая либо свободно плавает в скрученной, нитевидной массе, называемой нуклеоидом, либо в отдельной, круглые кусочки, называемые плазмидами. Рибосомы - это сферические единицы в бактериальной клетке, где белки собираются из отдельных аминокислот с использованием информации, закодированной в рибосомальной РНК.
Бактериальные клетки обычно окружены двумя защитными покрытиями: наружной клеточной стенкой и внутренней клеточной мембраной. Некоторые бактерии, такие как микоплазмы, вообще не имеют клеточной стенки. Некоторые бактерии могут даже иметь третий, самый внешний защитный слой, называемый капсулой. Подобные кнуту удлинения часто покрывают поверхности бактерий - длинные, называемые жгутиками, или короткие, называемые пили, - которые помогают бактериям перемещаться и прикрепляться к хозяину.
Классификация
Несколько различных критериев используются для классификации бактерий. Организмы могут различаться по характеру клеточных стенок, по форме или по генетическому составу.
Окрашивание по Граму - это тест, используемый для идентификации бактерий по составу их клеточных стенок, названный в честь Ганса Христиана Грама, который разработал эту технику в 1884 году. Тест окрашивает грамположительные бактерии или бактерии, не имеющие внешней мембраны. Грамотрицательные бактерии не захватывают пятно. Например, Пневмококк (S. pneumoniae), которая вызывает пневмонию, является грамположительной бактерией, но кишечная палочка (Кишечная палочка) и Vibrio cholerae, вызывающие холеру, представляют собой грамотрицательные бактерии.
Существует три основных формы бактерий: круглые бактерии, называемые кокками (единственное число: кокк), цилиндрические, капсульные, известные как бациллы (единственное число: бацилла); и спиральные бактерии, точно названные spirilla (единственное число: spirillum). Формы и конфигурации бактерий часто отражаются в их названиях. Например, простокваша Lactobacillus acidophilus являются бациллами и вызывающими пневмонию S. pneumoniae цепочка кокков Некоторые бактерии принимают другие формы, такие как стебель, квадрат или звезда.
Репродукция
По данным Колледжа сельского хозяйства и естественных наук Корнелльского университета, большинство бактерий размножаются в процессе, называемом бинарным делением. В этом процессе одна бактериальная клетка, называемая «родительской», делает копию своей ДНК и увеличивается в два раза, увеличивая ее содержание в клетке. Затем ячейка разделяется, выталкивая дублированный материал и создавая две идентичные «дочерние» ячейки.
Некоторые виды бактерий, такие как цианобактерии и Firmicutes, размножаются через почкование. В этом случае дочерняя клетка растет как ответвление родителя. Он начинается как маленький кусочек, растет до тех пор, пока не достигнет того же размера, что и его родитель, и распадается.
ДНК, обнаруженная у родителей и потомства после бинарного деления или зачатка, абсолютно одинакова. Следовательно, бактериальные клетки вносят изменения в свой генетический материал путем интеграции дополнительной ДНК, часто из окружающей среды, в их геном. Это известно как горизонтальный перенос генов; результирующее генетическое изменение гарантирует, что бактерии могут адаптироваться и выживать при изменении окружающей среды.
Существует три способа горизонтального переноса генов: трансформация, трансдукция и конъюгация.
Трансформация является наиболее распространенным процессом горизонтального переноса генов и происходит при обмене коротких фрагментов ДНК между донорами и реципиентами. Трансдукция, которая обычно происходит только между близкородственными бактериями, требует донора и реципиента для переноса ДНК путем совместного использования рецепторов клеточной поверхности. Конъюгация требует физического контакта между клеточными стенками бактерий; ДНК переходит от донорской клетки к реципиенту. Через конъюгацию бактериальная клетка может переносить ДНК в эукариотические клетки (многоклеточные организмы). Конъюгация способствует распространению генов устойчивости к антибиотикам.
Бактерии в здоровье человека и болезни
Бактерии могут быть как полезными, так и вредными для здоровья человека. Комменсальные, или «дружественные» бактерии, разделяют пространство и ресурсы в нашем организме и, как правило, помогают. В нашем организме микробных клеток примерно в 10 раз больше, чем клеток человека; наибольшее количество видов микробов обнаружено в кишечнике, согласно статье в журнале «Nature», опубликованной в 2012 году Дэвидом А. Рельманом.
Желудок человека является удобной средой для бактерий, с большим количеством питательных веществ, доступных для их поддержания. В обзорной статье 2014 года, опубликованной в Американском журнале гастроэнтерологии, авторы упоминают, что кишечные бактерии и другие микроорганизмы, такие как полезные штаммы Е. coli и стрептококкпомочь в пищеварении, предотвратить колонизацию вредными патогенами и помочь в развитии иммунной системы. Кроме того, разрушение кишечных бактерий было связано с определенными заболеваниями. Например, у пациентов с болезнью Крона повышенный иммунный ответ против кишечных бактерий, согласно обзору 2003 года, опубликованному в журнале The Lancet.
Другие бактерии могут вызывать инфекции. Несколько бактерий - начиная с так называемой группы А стрептококк, Clostridium perfringens (C. perfringens), Кишечная палочка и С. стафилококк может вызвать редкую, но серьезную инфекцию мягких тканей, называемую некротическим фасциитом (иногда называемым плотоядными бактериями). По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), эта инфекция поражает ткани, окружающие мышцы, нервы, жир и кровеносные сосуды; это можно лечить, особенно если поймали рано.
Устойчивость к антибиотикам
Антибиотики обычно используются для лечения бактериальных инфекций. Однако в последние годы неправильное и ненужное использование антибиотиков способствовало распространению нескольких штаммов устойчивых к антибиотикам бактерий.
В случаях устойчивости к антибиотикам инфекционные бактерии больше не восприимчивы к ранее эффективным антибиотикам. По данным CDC, по меньшей мере 2 миллиона человек в США заражаются устойчивыми к антибиотикам бактериями каждый год, что приводит к гибели по меньшей мере 23 000 человек.
«Практически любая инфекция, о которой вы можете думать в настоящее время, была идентифицирована как связанная с некоторым уровнем резистентности», - сказал доктор Кристофер Црних, врач-инфекционист и больничный эпидемиолог из больниц Университета Висконсина и больницы по делам ветеранов Мадисона. «Сейчас очень мало инфекций, которые мы сейчас лечим, когда инфекции, вызванные устойчивыми бактериями, не являются клинической проблемой».
MRSA, например, является одним из наиболее известных антибиотикоустойчивых бактериальных штаммов; он противостоит метициллину и другим антибиотикам, используемым для лечения стафилококк инфекции, которые приобретаются главным образом в результате контакта с кожей. Инфекции MRSA происходят в медицинских учреждениях, таких как больницы и дома престарелых, где это может привести к пневмонии или инфекциям кровотока. MRSA также распространяется в сообществе, особенно в ситуациях, когда на коже много кожи, других физических контактов и использования общего оборудования - например, среди спортсменов, в тату-салонах, а также в детских садах и школах. Приобретенная сообществом MRSA чаще всего вызывает серьезные кожные инфекции.
Важным аспектом борьбы с устойчивостью к антибиотикам является осторожность при их использовании. «Для нас так важно разумно использовать антибиотики», - сказал Црих в интервью LiveScience. «Вы хотите использовать антибиотик только при наличии четко выраженной бактериальной инфекции».
Эта статья была обновлена 25 апреля 2019 года автором Live Science Рэйчел Росс.
