Bakterien sind mikroskopisch kleine einzellige Organismen, die in verschiedenen Umgebungen gedeihen. Diese Organismen können im Boden, im Ozean und im menschlichen Darm leben.
Die Beziehung des Menschen zu Bakterien ist komplex. Manchmal helfen uns Bakterien, indem sie Milch in Joghurt gerinnen oder bei der Verdauung helfen. In anderen Fällen sind Bakterien zerstörerisch und verursachen Krankheiten wie Lungenentzündung und Methicillin-resistent Staphylococcus aureus (MRSA).
Struktur
Bakterien (Singular: Bakterium) werden als Prokaryoten klassifiziert, bei denen es sich um einzellige Organismen mit einer einfachen inneren Struktur handelt, der ein Kern fehlt, und die DNA enthält, die entweder frei in einer verdrillten, fadenartigen Masse schwebt, die als Nukleoid bezeichnet wird, oder in getrennten. kreisförmige Stücke genannt Plasmide. Ribosomen sind die kugelförmigen Einheiten in der Bakterienzelle, in denen Proteine aus einzelnen Aminosäuren unter Verwendung der in ribosomaler RNA codierten Informationen zusammengesetzt werden.
Bakterienzellen sind im Allgemeinen von zwei Schutzhüllen umgeben: einer äußeren Zellwand und einer inneren Zellmembran. Bestimmte Bakterien wie die Mykoplasmen haben überhaupt keine Zellwand. Einige Bakterien haben möglicherweise sogar eine dritte, äußerste Schutzschicht, die als Kapsel bezeichnet wird. Peitschenartige Verlängerungen bedecken häufig die Oberflächen von Bakterien - lange Flagellen oder kurze Pili -, die Bakterien dabei helfen, sich zu bewegen und sich an einen Wirt zu binden.
Einstufung
Zur Klassifizierung von Bakterien werden einige unterschiedliche Kriterien verwendet. Die Organismen können durch die Art ihrer Zellwände, durch ihre Form oder durch Unterschiede in ihrer genetischen Ausstattung unterschieden werden.
Die Gram-Färbung ist ein Test zur Identifizierung von Bakterien anhand der Zusammensetzung ihrer Zellwände, benannt nach Hans Christian Gram, der die Technik 1884 entwickelte. Der Test färbt grampositive Bakterien oder Bakterien ohne äußere Membran. Gramnegative Bakterien nehmen den Fleck nicht auf. Zum Beispiel, Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae), die eine Lungenentzündung verursacht, ist ein grampositives Bakterium, aber Escherichia coli (E coli) und Vibrio cholerae, die Cholera verursachen, sind gramnegative Bakterien.
Es gibt drei grundlegende Bakterienformen: Runde Bakterien, die als Kokken (Singular: Kokken) bezeichnet werden, zylindrische, kapselförmige Bakterien, die als Bazillen bekannt sind (Singular: Bazillen); und Spiralbakterien, treffend Spirilla genannt (Singular: Spirillum). Die Formen und Konfigurationen von Bakterien spiegeln sich häufig in ihren Namen wider. Zum Beispiel das Milchgerinnen Lactobacillus acidophilus sind Bazillen und verursachen Lungenentzündung S. pneumoniae sind eine Kette von Kokken. Einige Bakterien nehmen andere Formen an, z. B. gestielt, quadratisch oder sternförmig.
Reproduktion
Laut dem Cornell University College für Landwirtschaft und Biowissenschaften vermehren sich die meisten Bakterien durch einen Prozess, der als binäre Spaltung bezeichnet wird. Bei diesem Prozess erstellt eine einzelne Bakterienzelle, die als "Eltern" bezeichnet wird, eine Kopie ihrer DNA und wird größer, indem ihr Zellgehalt verdoppelt wird. Die Zelle teilt sich dann auf, drückt das duplizierte Material heraus und erzeugt zwei identische "Tochter" -Zellen.
Einige Bakterienarten wie Cyanobakterien und Firmicutes vermehren sich durch Knospung. In diesem Fall wächst die Tochterzelle als Ableger des Elternteils. Es beginnt als kleiner Knoten, wächst, bis es die gleiche Größe wie sein Elternteil hat, und spaltet sich ab.
Die DNA, die bei Eltern und Nachkommen nach binärer Spaltung oder Knospung gefunden wird, ist genau dieselbe. Daher führen Bakterienzellen Variationen in ihr genetisches Material ein, indem sie zusätzliche DNA, häufig aus ihrer Umgebung, in ihr Genom integrieren. Dies ist als horizontaler Gentransfer bekannt; Die daraus resultierende genetische Variation stellt sicher, dass sich Bakterien anpassen und überleben können, wenn sich ihre Umgebung ändert.
Es gibt drei Möglichkeiten, wie horizontaler Gentransfer stattfindet: Transformation, Transduktion und Konjugation.
Transformation ist der häufigste Prozess des horizontalen Gentransfers und tritt auf, wenn kurze DNA-Fragmente zwischen Spendern und Empfängern ausgetauscht werden. Die Transduktion, die typischerweise nur zwischen eng verwandten Bakterien stattfindet, erfordert, dass der Spender und der Empfänger DNA übertragen, indem sie Zelloberflächenrezeptoren teilen. Die Konjugation erfordert physischen Kontakt zwischen den Zellwänden von Bakterien. Die DNA wird von der Spenderzelle auf den Empfänger übertragen. Durch Konjugation kann eine Bakterienzelle DNA auf eukaryotische Zellen (mehrzellige Organismen) übertragen. Die Konjugation hilft bei der Verbreitung von Antibiotikaresistenzgenen.
Bakterien in der menschlichen Gesundheit und Krankheit
Bakterien können sowohl nützlich als auch schädlich für die menschliche Gesundheit sein. Commensal oder "freundliche" Bakterien teilen sich Raum und Ressourcen in unserem Körper und sind in der Regel hilfreich. In unserem Körper befinden sich etwa zehnmal mehr mikrobielle Zellen als menschliche Zellen. Laut dem Artikel des Mikrobiologen David A. Relman aus dem Jahr 2012 in Nature findet sich die höchste Anzahl mikrobieller Arten im Darm.
Der menschliche Darm ist eine komfortable Umgebung für Bakterien, in der viele Nährstoffe für ihre Ernährung zur Verfügung stehen. In einem 2014 im American Journal of Gastroenterology veröffentlichten Übersichtsartikel erwähnen die Autoren, dass Darmbakterien und andere Mikroorganismen, wie beispielsweise hilfreiche Stämme von E coli und Streptococcus, helfen bei der Verdauung, verhindern die Besiedlung durch schädliche Krankheitserreger und helfen, das Immunsystem zu entwickeln. Darüber hinaus wurde die Zerstörung von Darmbakterien mit bestimmten Krankheitszuständen in Verbindung gebracht. Zum Beispiel haben Patienten mit Morbus Crohn eine erhöhte Immunantwort gegen Darmbakterien, wie aus einer 2003 in der Zeitschrift The Lancet veröffentlichten Übersicht hervorgeht.
Andere Bakterien können Infektionen verursachen. Mehrere Bakterien - von der sogenannten Gruppe A. Streptococcus, Clostridium perfringens (C. perfringens), E coli und S. Aureus kann eine seltene, aber schwere Weichteilinfektion verursachen, die als nekrotisierende Fasziitis bezeichnet wird (manchmal auch als fleischfressende Bakterien bezeichnet). Nach Angaben der Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten (CDC) betrifft diese Infektion das Gewebe, das Muskeln, Nerven, Fett und Blutgefäße umgibt. Es kann behandelt werden, besonders wenn es früh gefangen wird.
Antibiotika Resistenz
Antibiotika werden typischerweise zur Behandlung von bakteriellen Infektionen eingesetzt. In den letzten Jahren hat jedoch die unsachgemäße und unnötige Verwendung von Antibiotika die Ausbreitung mehrerer Stämme antibiotikaresistenter Bakterien gefördert.
Bei Antibiotikaresistenzen sind die infektiösen Bakterien nicht mehr anfällig für zuvor wirksame Antibiotika. Laut CDC werden in den USA jedes Jahr mindestens 2 Millionen Menschen mit antibiotikaresistenten Bakterien infiziert, was zum Tod von mindestens 23.000 Menschen führt.
"So gut wie jede Infektion, an die Sie jetzt denken können, wurde als mit einem gewissen Grad an Resistenz verbunden identifiziert", sagte Dr. Christopher Crnich, Arzt für Infektionskrankheiten und Epidemiologe an den Krankenhäusern der Universität von Wisconsin und am Madison Veterans Affairs Hospital. "Es gibt nur sehr wenige Infektionen, die wir jetzt behandeln, bei denen Infektionen durch resistente Bakterien kein klinisches Problem darstellen."
MRSA ist zum Beispiel einer der berüchtigtsten antibiotikaresistenten Bakterienstämme; Es widersteht Methicillin und anderen zur Behandlung verwendeten Antibiotika Staphylococcus Infektionen, die vor allem durch Hautkontakt erworben werden. MRSA-Infektionen treten im Gesundheitswesen wie Krankenhäusern und Pflegeheimen auf, wo sie zu Lungenentzündung oder Blutkreislaufinfektionen führen können. MRSA verbreitet sich auch in der Gemeinde, insbesondere in Situationen, in denen viel exponierte Haut, anderer körperlicher Kontakt und die Verwendung gemeinsamer Geräte vorhanden sind - beispielsweise bei Sportlern, in Tätowierstudios sowie in Kindertagesstätten und Schulen. In der Gemeinschaft erworbenes MRSA verursacht am häufigsten schwere Hautinfektionen.
Eine wichtige Facette bei der Bekämpfung der Antibiotikaresistenz ist die sorgfältige Anwendung. "Es ist so wichtig, dass wir Antibiotika intelligent einsetzen", sagte Crnich gegenüber LiveScience. "Sie möchten ein Antibiotikum nur verwenden, wenn Sie eine eindeutige bakterielle Infektion haben."
Dieser Artikel wurde am 25. April 2019 von Rachel Ross, einer Mitarbeiterin von Live Science, aktualisiert.
