Baktērijas: struktūra, vairošanās, slimības

Īss pārskats

  • Baktērijas — definīcija: mikroskopiski vienšūnu organismi bez šūnas kodola
  • Vai baktērijas ir dzīvi organismi? Jā, jo tie atbilst nepieciešamajiem kritērijiem (piemēram, vielmaiņa, augšana, vairošanās).
  • baktēriju reprodukcija: aseksuāla ar šūnu dalīšanos
  • bakteriālas slimības: piemēram, stingumkrampji, difterija, garais klepus, skarlatīns, hlamīdiju infekcija, gonoreja, bakteriāls tonsilīts, bakteriāla pneimonija, bakteriāls vidusauss iekaisums, salmoneloze, listerioze, tuberkuloze, holēra, vēdertīfs, mēris
  • Bakteriālu infekciju ārstēšana: antibiotikas
  • Vakcinācija pret baktērijām: iespējama, piemēram, pret difteriju, garo klepu, stingumkrampjiem, meningokoku un pneimokoku infekcijām, holēru, vēdertīfu

Kas ir baktērijas?

Baktērijas ir mikroskopiski vienšūnas organismi un vecākie dzīvie organismi uz Zemes. Tie sastopami daudzās dažādās sugās un ir sastopami praktiski visur pasaulē – gaisā, ūdenī un augsnē, dziļi zemes garozā un augstāko kalnu virsotnēs, karstajos avotos, kā arī Arktikā un Antarktikā.

Baktērijas veido lielāko daļu no cilvēka normālas floras (kā arī dažas citas, piemēram, sēnītes un parazīti). Normāla flora attiecas uz visiem mikroorganismiem, kas dabiski kolonizē ķermeni. Ja eksperti apsver tikai vienu konkrētu kolonizācijas vietu, viņi runā, piemēram, par zarnu floru (visu dabisko baktēriju kopumu zarnās).

Turklāt ir dažas baktēriju sugas, kas var izraisīt cilvēku slimības. Šāda veida cilvēka patogēnās baktērijas veido tikai aptuveni vienu procentu no visām zināmajām baktēriju sugām.

Baktēriju struktūra

Baktēriju izmērs ir no 0.1 līdz 700 mikrometriem (viens mikrometrs = viena tūkstošdaļa milimetra). Tas padara baktērijas daudz lielākas par vīrusiem, bet vairumā gadījumu tomēr mazākas par cilvēka šūnām.

Šūnu siena un flagellas

Daudzos gadījumos baktēriju šūnu siena ir stingra, tādējādi piešķirot baktērijai fiksētu formu (piemēram, sfēriskas un stieņa formas baktērijas). Turklāt ir spirālveida baktērijas ar plānāku un salīdzinoši elastīgu šūnu sieniņu. Tas ļauj baktēriju šūnai pārvietoties ar spirālveida (un citām) kustībām. Savukārt baktērijām ar stingru šūnu sienu parasti ir garas, pavedienveidīgas karogs, ar kurām tās var pārvietoties (skatīt zemāk: Klasifikācija pēc flagellas).

Ir arī dažas baktērijas bez šūnu sieniņām. Piemēri ir mikoplazmas (parazītiskās baktērijas, kas tomēr var vairoties) un termoplazmas (siltumu mīlošas baktērijas ar stabilu plazmas membrānu, kas dzīvo, piemēram, vulkāniskās augsnēs).

Kapsula

Lielākā daļa baktēriju papildus ieskauj sevi no ārpuses ar kapsulu (skatīt zemāk: klasifikācija pēc iekapsulēšanas). Tas ir salīdzinoši asi izteikts, ļoti blīvs cukuru vai proteīnu celtniecības bloku (aminoskābju) aizsargslānis.

Šūnu membrāna un citoplazma

Baktērijas šūnas sienas iekšpusē ir piestiprināta šūnu membrāna, jo tā ir ar līdzīgu struktūru dzīvnieku (tostarp cilvēka) šūnās. Dažām baktērijām ir arī ārējā šūnu membrāna. Tas ieskauj šūnas sienu.

Šūnas iekšpusē, ti, citoplazmā, kopā ar dažādām citām šūnu struktūrām (piemēram, tā sauktajām ribosomām proteīnu sintēzei) ir atrodams baktēriju šūnas ģenētiskais materiāls, tā sauktais baktēriju genoms. Dažreiz baktērijas satur papildu ģenētisko materiālu plazmīdu veidā.

Baktēriju genoms

Baktēriju genomā ir visa dzīvībai nepieciešamā baktērijas šūnas ģenētiskā informācija (informācija par uzbūvi, vielmaiņu, vairošanos). Tas sastāv no divpavedienu DNS (saīsinājums no dezoksiribonukleīnskābes), ti, no noteikta cukura un citu celtniecības bloku divpavedienu ķēdes. Dzīvnieku šūnu ģenētisko materiālu veido arī DNS. Tomēr pastāv būtiskas atšķirības starp dzīvnieku un baktēriju šūnām:

  • Dzīvnieku šūnas: DNS genoms atrodas atsevišķi no pārējās citoplazmas savā membrānas noslēgtajā nodalījumā – kodolā. Turklāt tas ir lineāri organizēts, ti, tas atrodas atsevišķu hromosomu veidā (kvazi atsevišķi DNS pavedieni).

Plazmīdas

Papildus baktēriju hromosomai dažu baktēriju citoplazmā ir arī citi mazi, divpavedienu DNS gredzeni, vai nu viens, vai vairāki, kas pazīstami kā plazmīdas. Tie satur ģenētisku informāciju, kas baktēriju šūnai normālos dzīves apstākļos nav nepieciešama, bet kas var dot tai priekšrocības izdzīvošanai sarežģītos apstākļos.

Tas var būt, piemēram, toksīna projekts, kas nogalina citas baktērijas. Plazmīdos var saglabāt arī baktēriju šūnas spēju būt rezistentai pret konkrētu antibiotiku.

Antibiotikas ir zāles, kas ir īpaši efektīvas pret baktērijām. Tāpēc tie ir daļa no bakteriālas infekcijas standarta terapijas.

Plazmīdas tiek replicētas neatkarīgi no baktēriju hromosomas un vairāk vai mazāk nejauši tiek sadalītas abās meitas šūnās, kad baktērija reizina ar šūnu dalīšanos.

Konjugācija aizņem dažas minūtes, bet ir iespējama tikai starp noteiktiem baktēriju veidiem.

Baktērijas pret vīrusiem

Būtiskākā atšķirība ir tā, ka baktērijām ir vielmaiņa un tās var vairoties neatkarīgi – tas neattiecas uz vīrusiem. Vairāk par vīrusu un baktēriju salīdzināšanu lasiet rakstā Vīrusi.

Kādas baktērijas tur ir?

Pašlaik ir zināmas aptuveni 5,000 baktēriju sugas. Tomēr patiesībā to, iespējams, ir daudz vairāk: speciālistiem ir aizdomas, ka pasaulē ir simtiem tūkstošu dažādu baktēriju veidu.

Dīgļus var klasificēt pēc dažādiem kritērijiem; visizplatītākie ir:

Klasifikācija pēc krāsas

Baktērijas var klasificēt pēc krāsas, ko tās iegūst, nonākot saskarē ar noteiktiem krāsošanas līdzekļiem. Visizplatītākā krāsošanas metode baktēriju identificēšanai tiek saukta par Grama krāsošanu. Saskaņā ar to izšķir:

  • Grampozitīvās baktērijas: pēc noteiktas ķīmiskas vielas pievienošanas tās kļūst zilas. Piemēri ir difterijas un Sibīrijas mēra patogēni, pneimokoki (piemēram, pneimonijas, meningīta, sinusīta un vidusauss iekaisuma izraisītāji) un streptokoki (cita starpā iespējamie pneimonijas un tonsilīta izraisītāji).
  • Gramnegatīvās baktērijas: Gram iekrāsojot, tās iegūst sarkanu krāsu. Piemēri ir garā klepus, vēdertīfa, holēras un mēra patogēni.

Atšķirīgajai sienu struktūrai ir arī praktiskas sekas medicīnā, proti, runājot par bakteriālu infekciju ārstēšanu: dažas antibiotikas ir efektīvas tikai pret grampozitīvām baktērijām, citas tikai pret gramnegatīvajām baktērijām.

Klasifikācija pēc formas

Ir trīs galvenās baktēriju formas:

  • sfēriskas baktērijas: šīs apaļas līdz ovālas baktērijas (sauktas arī par koku) bieži saplūst kopā tipiskā veidā: divās, četrās vai astoņās grupās, lielākās kopās (stafilokoki) vai vairāk vai mazāk garās ķēdēs (streptokoki).
  • Stieņveida baktērijas: slaidās vai kuplās stieņa formas baktērijas var atrasties atsevišķi (piemēram, vēdertīfa baktērijas) vai dažādos veidos (piemēram, difterijas baktērijas). Stieņveida baktērijas, kurām ir nepieciešams skābeklis, lai dzīvotu (aerobās) un kuras var veidot sporas (skatīt zemāk), tiek sauktas arī par baciļiem (piemēram, Sibīrijas mēra baktērijām).
  • spirālveida baktērijas: pēc precīza izskata šīs baktērijas iedala četrās grupās – spirilla (piemēram, žurku koduma drudža izraisītājs), borēlijas (piemēram, Laima slimības izraisītājs), treponēma (piemēram, sifilisa baktērijas), un leptospira (piemēram, leptospirozes izraisītājs).

Klasifikācija pēc patogenitātes

  • fakultatīvās patogēnās baktērijas: šīs baktērijas izraisa slimības tikai noteiktos apstākļos, piemēram, ja imūnsistēma ir novājināta.
  • obligāti patogēni mikrobi: pietiekamā daudzumā tie vienmēr izraisa slimību, piemēram, salmonellu.

Baktērijas, kas dabiski sastopamas organismā, var izraisīt arī saslimšanu – piemēram, ja tās pārmērīgi izplatās vājas imūnsistēmas dēļ vai nonāk nepareizās ķermeņa vietās (piemēram, zarnu baktērijas, kas rezultātā nokļūst urīnizvadkanālā vai makstī). nepareiza tualetes higiēna). Tādējādi tās pieder pie fakultatīvām patogēnām baktērijām.

Klasifikācija pēc flagellas

Lielākā daļa baktēriju uz ārējās virsmas nēsā flagellas, ar kuru palīdzību tās ir mobilas. Speciālisti izšķir šādus šķielēšanas veidus:

  • monotrichous flagellation: tikai viens flagellum, piemēram, holēras baktērijas
  • lophotrichous flagellas: vairākas flagellas, kas sakārtotas vienā vai divos pušķos, piemēram, Pseudomonas sugas
  • peritrichous flagellas: vairākas flagellas, kas izplatās pa visu baktēriju šūnas ārējo virsmu (visapkārt karogi), piemēram, salmonellas (salmonelozes un vēdertīfa izraisītājs)

Klasifikācija pēc iekapsulēšanas

Piemēram, baktērija Haemophilus influenzae ir iekapsulēta. Cita starpā tas var izraisīt meningītu, vidusauss iekaisumu, bronhītu, pneimoniju un – kā B tipa Haemophilus influenzae (HiB) – laringītu.

Arī starp iekapsulētajām baktēriju formām ir pneimokoki (Streptococcus pneumoniae). Tie parasti izraisa pneimoniju, bet dažreiz arī citas bakteriālas infekcijas slimības.

Klasifikācija pēc sporu veidošanās

Dažas baktērijas nelabvēlīgos dzīves apstākļos var veidot pastāvīgas formas ar ievērojami samazinātu vielmaiņu – tā sauktās sporas. Atšķirībā no vielmaiņas aktīvās (veģetatīvās) šūnas, tās var izturēt ārkārtīgi nelabvēlīgus vides apstākļus, piemēram, karstumu un aukstumu, un saglabāt dzīvotspēju gadiem vai pat gadu desmitiem. Tiklīdz apstākļi atkal uzlabojas, sporas atkal pārvēršas veģetatīvā baktēriju šūnā.

Sporas faktiski ir baktērijas neaktīvā stāvoklī.

Sporas veidojošās baktērijas galvenokārt ietver Bacillus un Clostridium ģints pārstāvjus, piemēram, Sibīrijas mēra patogēnu (Bacillus anthracis) un stingumkrampju (Clostridium tetani) un botulismu (Clostridium botulinum) patogēnus.

Klasifikācija pēc attiecības pret skābekli

Obligātās anaerobās baktērijas (anaerobi) ir tieši pretējs obligātajiem aerobiem: tās nevar augt un attīstīties skābekļa klātbūtnē – pat nelielas skābekļa pēdas var šīs baktērijas īsā laikā nogalināt. Atšķirībā no aerobiem, tie nevar likvidēt toksiskos skābekļa radikāļus (aerobās baktērijās šim nolūkam ir īpaši fermenti, piemēram, katalāze). Obligātās anaerobās baktērijas iegūst nepieciešamo enerģiju vai nu fermentējot, vai ar tā saukto anaerobo elpošanu.

Fakultatīvās anaerobās baktērijas ir izturīgas pret skābekli: tās var augt gan ar skābekli, gan bez tā. Ja ir skābeklis, viņi iegūst nepieciešamo enerģiju, izmantojot “normālu” (aerobo) šūnu elpošanu, tāpat kā to dara aerobās baktērijas un dzīvnieku un cilvēku šūnas. No otras puses, vidē, kurā nav skābekļa, to enerģijas ražošana notiek fermentācijas vai anaerobās elpošanas ceļā.

Aerotolerantas baktērijas var attīstīties bez problēmām skābekļa klātbūtnē, bet nevar to izmantot enerģijas ražošanai.

Klasifikācija atbilstoši temperatūras prasībām

Atkarībā no temperatūras diapazona, ko baktērijas dod priekšroku vai panes, izšķir trīs baktēriju grupas:

  • psihrofilās baktērijas: tās vislabāk plaukst pie pieciem līdz desmit grādiem pēc Celsija. Minimālā temperatūra, ko viņi var panest, ir no -5 līdz -3 grādi atkarībā no baktēriju sugas, un to maksimālā temperatūra ir no 15 līdz 20 grādiem atkarībā no sugas.
  • Mezofilās baktērijas: to optimālā temperatūra ir no 27 līdz 37 grādiem. Temperatūra var pazemināties līdz 20 līdz 25 grādiem. Savukārt temperatūra nedrīkst paaugstināties vairāk par 42 līdz 45 grādiem.
  • Termofīlās baktērijas: Visērtāk tās jūtas no 50 līdz 60 grādiem. Atkarībā no baktēriju veida temperatūra nedrīkst pazemināties zem 40 līdz 49 grādiem un nedrīkst pieaugt vairāk par 60 līdz 100 grādiem.

Klasifikācija pēc taksonomijas

Tāpat kā citi dzīvie organismi, baktērijas tiek klasificētas saskaņā ar zinātniskiem kritērijiem dažādos hierarhijas līmeņos, piemēram, ģimenēs, ģintis un sugās. Dažas baktēriju sugas var iedalīt arī dažādos veidos (baktēriju celmos) – atkarībā no iedzimtības faktoriem un ķīmiskā sastāva.

Kā baktērijas vairojas?

Baktērijas vairojas aseksuāli, daloties šūnām:

Cik ātri baktērijas var vairoties, ir atkarīgs no baktēriju veida un vides apstākļiem. Optimālos apstākļos daudzas baktērijas var dubultot savu skaitu tikai divdesmit minūšu laikā.

Kad mēs runājam par baktēriju augšanu, mēs domājam baktēriju šūnu skaita palielināšanos. To nosaka kā šūnu skaitu mililitrā.

Kādas slimības izraisa baktērijas?

Ir dažādas baktēriju izraisītas slimības. Šeit ir neliela izvēle:

  • Skarlatīns: šo ļoti lipīgo bakteriālo infekcijas slimību izraisa grampozitīvi, sfēriski A streptokoki (Streptococcus pyogenes).
  • Citas streptokoku infekcijas: streptokoki cita starpā var izraisīt arī vidusauss iekaisumu, tonsilītu, erysipelas, pneimoniju un reimatisko drudzi. Piemēram, B-streptokoki (S. agalactiae) ir iespējami meningīta un brūču infekciju izraisītāji. Citi streptokoki var rasties, piemēram, kā kariesa baktērijas.
  • Pneimokoku infekcijas: Pneimokoki ir arī streptokoki, kas parasti rodas pa pāriem (diplokoki). Precīzāk, tie ir Streptococcus pneumoniae. Šī baktērija ir tipisks pneimonijas patogēns, bet cita starpā var izraisīt arī meningītu, vidusauss vai sinusītu.
  • Meningokoku infekcijas: Meningokoki ir Neisseria meningitis sugas baktērijas. Infekcijas ar šīm baktērijām parasti izpaužas kā meningīts vai bakteriāla “asins saindēšanās” (sepse).
  • Gonoreja (gonoreja): šo STS izraisa arī Neisseria baktērijas, šoreiz Neisseria gonorrhoeae (ko sauc arī par gonokoku). Savlaicīgi ārstēta gonoreja parasti dziedē bez sekām. Pretējā gadījumā pastāv pastāvīgu novēloto seku, piemēram, neauglības, risks.
  • Hlamīdiju infekcijas: ir dažādi hlamīdiju veidi (daži ar apakšgrupām), kas var izraisīt dažādus klīniskos attēlus, piemēram, konjunktivītu, urīnceļu un dzimumorgānu infekcijas (piemēram, uretrītu, cervicītu vai prostatītu) un pneimoniju.
  • Garais klepus: Gramnegatīvā baktērija Bordetella pertussis parasti ir aiz šīs “bērnu slimības”, kas arvien biežāk sastopama arī pusaudžiem un pieaugušajiem.
  • Difterija: tādus simptomus kā riešanas klepus, apgrūtinātu rīšanu un saldenu nepatīkamu elpu izraisa grampozitīvas nūjiņas formas baktērijas Corynebacterium diphtheriae toksīns.
  • Tuberkuloze: Mycobacterium tuberculosis ir visizplatītākais šīs nopietnās infekcijas slimības cēlonis, par kuru jāziņo.
  • E. coli infekcijas: Escherichia coli ir gramnegatīva baktērija, kurai ir vairāki celmi. Daži no tiem dabiski dzīvo veselu cilvēku zarnās. Tomēr citi E.coli celmi var izraisīt infekcijas, piemēram, gremošanas vai urīnceļu traktā (piemēram, caureju un cistītu).
  • Salmoneloze (saindēšanās ar salmonellu): šis termins attiecas uz infekcijas slimībām un saindēšanos ar pārtiku, ko izraisa noteikta salmonellas baktēriju apakšgrupa. Cita starpā tas ietver vēdertīfu un paratīfu.
  • Listeria infekcija (listerioze): šo saindēšanos ar pārtiku izraisa Listeria monocytogenes sugas grampozitīvas baktērijas. To pavada slikta dūša, vemšana un caureja. Ar to var inficēties, ēdot piesārņotu pārtiku, piemēram, piena produktus, neapstrādātus dārzeņus vai nepietiekami uzkarsētu gaļu.
  • Holera: Gramnegatīvā baktērija Vibrio cholerae ir atbildīga par smagu caurejas slimību, kas rodas galvenokārt apgabalos ar sliktiem higiēnas apstākļiem.

Bakterēmija un sepse

Parasti baktērijas netiek atrastas asinīs. Ja ir, to sauc par bakterēmiju. Tas var notikt, piemēram, ja kādam no intensīvas zobu tīrīšanas asiņo smaganas vai sagriežas ar kabatas nazi. Baktērijas var iekļūt asinsritē arī bakteriālu infekciju (piemēram, bakteriālas pneimonijas) vai zobārstniecības vai medicīnisku procedūru laikā.

Bakterēmija ne vienmēr izraisa simptomus, ja imūnsistēma ātri iznīcina baktērijas.

Taču īpaši cilvēkiem ar novājinātu imūnsistēmu baktērijas var izraisīt infekciju (piem., sirds iekšējās oderes iekaisumu = endokardīts), ja tās saglabājas asinīs pietiekami ilgi un lielākā skaitā. Sekas var būt ļoti vardarbīga visa ķermeņa reakcija, ko sauc par sepsi (“asins saindēšanos”). Sliktākajā gadījumā tas var izraisīt nāvi. Tomēr nāves risks atsevišķos gadījumos ievērojami atšķiras. Tas, cita starpā, ir atkarīgs no iesaistīto baktēriju veida un no tā, cik ātri pacients tiek ārstēts.

Baktērijas: pārnešana vai infekcija

Piemēram, cilvēki var inficēties ar salmonellu ar uztriepes infekciju: ja cilvēki ar salmonellu saistītu caureju pēc tualetes apmeklēšanas rūpīgi nemazgā rokas, viņi var pārnest baktērijas uz priekšmetiem (piemēram, durvju rokturiem, galda piederumiem). Ja vesels cilvēks pieskaras šiem priekšmetiem un pēc tam satver viņu muti, degunu vai acis, viņš var inficēties. Iespējama arī tieša cilvēku inficēšanās ar uztriepes infekciju, ja inficētās personas paspiež roku veselam cilvēkam ar piesārņotām rokām.

Tomēr salmonellu pārnēsā galvenokārt ar piesārņotu pārtiku. Šis infekcijas ceļš pastāv arī dažām citām baktērijām, piemēram, Listeria (listeriozes izraisītājs) un Campylobacter ģints pārstāvjiem (lipīgu caurejas slimību izraisītājs).

Pēdējās, tāpat kā salmonellas un dažas citas baktērijas, var tikt pārnestas arī ar piesārņotu ūdeni.

Dažos gadījumos infekcija ir iespējama dzimumakta laikā, piemēram, hlamīdiju un gonorejas izraisītāja (gonokoku) gadījumā.

Bakteriāla infekcija: ārstēšana

Dažas antibiotikas ir efektīvas pret daudziem dažāda veida baktērijām (plaša spektra vai plaša spektra antibiotikas), bet citas ir vērstas uz noteiktām baktēriju grupām (šaura vai šaura spektra antibiotikas).

Labi zināmās antibiotiku grupas ir penicilīni, cefalosporīni, tetraciklīni un makrolīdu antibiotikas.

Ne katrai bakteriālai infekcijai nepieciešama ārstēšana ar antibiotikām. Alternatīvi vai papildus var būt noderīgi citi pasākumi, kas nav īpaši vērsti pret baktērijām, bet vismaz atvieglo simptomus (piemēram, sāpes un pretiekaisuma zāles).

Vakcinācija pret baktērijām

Dažas baktēriju izraisītas infekcijas slimības var novērst ar vakcināciju. Ievadītā vakcīna stimulē imūnsistēmu izstrādāt specifiskas antivielas pret konkrēto baktēriju patogēnu (aktīva imunizācija). Tas stiprina imūnsistēmu, ja vēlāk notiek “īsta” infekcija ar šīm baktērijām. Tādējādi infekciju var noķert pumpuros agrīnā stadijā vai vismaz novājināt.

Pieejamo vakcināciju pret baktērijām piemēri:

  • Vakcinācija pret difteriju
  • Vakcinācija pret garo klepu
  • Vakcinācija pret stingumkrampjiem (pieejama arī kā pasīvā imunizācija, kurā tiek injicētas gatavas antivielas)
  • B tipa Haemophilus influenzae vakcinācija (HiB vakcinācija)
  • Vakcinācija pret meningokoku
  • Holera vakcinācija
  • Tīfa vakcinācija

Dažas no šīm vakcīnām ir pieejamas kā dažādu sastāvu kombinēti preparāti. Piemēram, Td vakcīna vienlaikus aizsargā pret stingumkrampju un difterijas baktērijām.