Bakterije: građa, razmnožavanje, bolesti

Kratak pregled

  • Bakterije – Definicija: mikroskopski jednostanični organizmi bez stanične jezgre
  • Jesu li bakterije živi organizmi? Da, jer ispunjavaju potrebne kriterije (kao što su metabolizam, rast, reprodukcija).
  • razmnožavanje bakterija: nespolno diobom stanica
  • bakterijske bolesti: npr. tetanus, difterija, hripavac, šarlah, klamidijska infekcija, gonoreja, bakterijski tonzilitis, bakterijska upala pluća, bakterijska upala srednjeg uha, salmoneloza, listerioza, tuberkuloza, kolera, tifus, kuga
  • Liječenje bakterijskih infekcija: Antibiotici
  • Cijepljenje protiv bakterija: moguće npr. protiv difterije, hripavca, tetanusa, meningokoknih i pneumokoknih infekcija, kolere, trbušnog tifusa

Što su bakterije?

Bakterije su mikroskopski jednostanični organizmi i najstariji živi organizmi na zemlji. Pojavljuju se u brojnim različitim vrstama i nalaze se gotovo posvuda u svijetu – u zraku, vodi i tlu, duboko u zemljinoj kori i na vrhovima najviših planina, u toplim izvorima te na Arktiku i Antarktiku.

Bakterije čine daleko najveći udio ljudske normalne flore (plus nekoliko drugih kao što su gljivice i paraziti). Normalna flora odnosi se na sve mikroorganizme koji prirodno naseljavaju tijelo. Ako stručnjaci razmatraju samo jedno određeno mjesto naseljavanja, govore, primjerice, o crijevnoj flori (skupnost svih prirodnih bakterija u crijevu).

Osim toga, postoji nekoliko vrsta bakterija koje mogu uzrokovati bolesti kod ljudi. Ove vrste ljudskih patogenih bakterija čine samo oko jedan posto svih poznatih bakterijskih vrsta.

Građa bakterija

Bakterije su veličine od 0.1 do 700 mikrometara (jedan mikrometar = tisućinka milimetra). Zbog toga su bakterije mnogo veće od virusa, ali u većini slučajeva ipak manje od ljudskih stanica.

Stanična stijenka i bičevi

U mnogim je slučajevima bakterijska stanična stijenka kruta, što daje bakteriji fiksni oblik (npr. sferične i štapićaste bakterije). Osim toga, postoje spiralne bakterije s tanjom i relativno fleksibilnom staničnom stijenkom. To omogućuje bakterijskoj stanici da se kreće spiralnim (i drugim) pokretima. Bakterije s krutom staničnom stijenkom, s druge strane, obično imaju duge, nitaste bičeve pomoću kojih se mogu kretati (vidi dolje: Klasifikacija prema bičevima).

Postoji i nekoliko bakterija bez staničnih stijenki. Primjeri su mikoplazme (parazitske bakterije koje se unatoč tome mogu same razmnožavati) i vrste termoplazme (bakterije koje vole toplinu sa stabilnom plazmatskom membranom koje žive na primjer u vulkanskom tlu).

Kapsula

Većina bakterija dodatno se izvana okružuje kapsulom (vidi dolje: klasifikacija prema inkapsulaciji). Ovo je relativno oštro definiran, vrlo gust zaštitni sloj šećera ili građevnih blokova proteina (aminokiselina).

Stanična membrana i citoplazma

Unutar stanične stijenke bakterijske stanice pričvršćena je stanična membrana, kakva se nalazi sa sličnom strukturom u životinjskim (uključujući ljudske) stanice. Neke bakterije također imaju vanjsku staničnu membranu. Okružuje staničnu stijenku.

Unutar stanice, tj. u citoplazmi, genetski materijal bakterijske stanice, tzv. bakterijski genom, nalazi se uz razne druge stanične strukture (kao što su tzv. ribosomi za sintezu proteina). Ponekad bakterije sadrže dodatni genetski materijal u obliku plazmida.

Bakterijski genom

Bakterijski genom sadrži sve genetske informacije bakterijske stanice potrebne za život (podatke o građi, metabolizmu, razmnožavanju). Sastoji se od dvolančane DNK (skraćenica za deoksiribonukleinsku kiselinu), tj. dvolančanog lanca određenog šećera i drugih građevnih elemenata. Genetski materijal životinjskih stanica također se sastoji od DNK. Međutim, postoje značajne razlike između životinjskih i bakterijskih stanica:

  • Životinjske stanice: Genom DNA nalazi se odvojeno od ostatka citoplazme u vlastitom odjeljku omeđenom membranom – jezgri. Osim toga, on je linearno organiziran, tj. prisutan je u obliku pojedinačnih kromosoma (kvazi individualnih niti DNK).

plazmidi

Osim bakterijskog kromosoma, citoplazma nekih bakterija sadrži druge male, dvolančane prstenove DNA, jednostruke ili višestruke, poznate kao plazmidi. Sadrže genetske informacije koje bakterijskoj stanici nisu potrebne u normalnim životnim uvjetima, ali koje joj mogu dati prednost preživljavanja u teškim uvjetima.

To može biti, na primjer, nacrt za toksin koji ubija druge bakterije. Sposobnost bakterijske stanice da bude otporna na određeni antibiotik također može biti pohranjena u plazmidima.

Antibiotici su lijekovi koji su posebno učinkoviti protiv bakterija. Stoga su dio standardne terapije bakterijske infekcije.

Plazmidi se repliciraju neovisno o bakterijskom kromosomu i raspoređuju više ili manje nasumično u dvije stanice kćeri kada se bakterija umnoži diobom stanice.

Konjugacija traje nekoliko minuta, ali je moguća samo između određenih vrsta bakterija.

Bakterije protiv virusa

Najvažnija razlika je u tome što bakterije imaju metabolizam i mogu se samostalno razmnožavati – to ne vrijedi za viruse. Više o usporedbi virusa i bakterija pročitajte u članku Virusi.

Koje bakterije postoje?

Trenutno je poznato oko 5,000 vrsta bakterija. Međutim, zapravo ih je vjerojatno mnogo više: stručnjaci sumnjaju da na svijetu postoje stotine tisuća različitih vrsta bakterija.

Klice se mogu klasificirati prema različitim kriterijima; najčešći su:

Klasifikacija prema boji

Bakterije se mogu klasificirati prema boji koju poprimaju kada dođu u kontakt s određenim sredstvima za bojenje. Najčešća metoda bojenja za identifikaciju bakterija naziva se bojenje po Gramu. Prema tome, razlikuju se:

  • Gram-pozitivne bakterije: postaju plave nakon dodatka određene kemijske tvari. Primjeri uključuju uzročnike difterije i antraksa, pneumokoke (izazivaju upalu pluća, meningitis, sinusitis i upalu srednjeg uha, na primjer) i streptokoke (mogući pokretači upale pluća i tonzilitisa, između ostalog).
  • Gram-negativne bakterije: poprimaju crvenu boju kada su obojene po Gramu. Primjeri su uzročnici velikog kašlja, tifusa, kolere i kuge.

Drugačija struktura stijenke ima i praktične posljedice za medicinu, naime kada je riječ o liječenju bakterijskih infekcija: neki su antibiotici učinkoviti samo protiv Gram-pozitivnih bakterija, drugi samo protiv Gram-negativnih bakterija.

Klasifikacija prema obliku

Postoje tri osnovna oblika bakterija:

  • kuglaste bakterije: Ove okrugle do ovalne bakterije (također zvane koke) često se skupljaju na tipične načine: u skupine od dvije, četiri ili osam, u većim nakupinama (stafilokoki) ili kao više ili manje dugi lanci (streptokoki).
  • Štapićaste bakterije: tanke ili debeljuškaste štapićaste bakterije mogu biti prisutne pojedinačno (kao što su bakterije tifusa) ili u različitim položajima (kao što su bakterije difterije). Bakterije u obliku štapića koje trebaju kisik za život (aerobne) i mogu formirati spore (vidi dolje) također se nazivaju bacili (kao što su bakterije antraksa).
  • spiralne bakterije: Ove bakterije se prema točnom izgledu dijele u četiri skupine – spirile (npr. uzročnik štakorske groznice), borelije (npr. uzročnik lajmske bolesti), treponeme (npr. bakterije sifilisa), i leptospira (npr. uzročnik leptospiroze).

Klasifikacija prema patogenosti

  • fakultativne patogene bakterije: Ove bakterije uzrokuju bolest samo pod određenim okolnostima, kao što je kada je imunološki sustav oslabljen.
  • obligatne patogene klice: U dovoljnoj količini uvijek uzrokuju bolest, npr. salmonelu.

Bakterije koje se prirodno pojavljuju u tijelu također mogu uzrokovati bolest – na primjer, ako se pretjerano šire kao posljedica slabog imunološkog sustava ili dospijevaju na pogrešna mjesta u tijelu (npr. crijevne bakterije koje dospiju u mokraćnu cijev ili vaginu kao rezultat nepravilna higijena toaleta). Stoga spadaju u fakultativno patogene bakterije.

Klasifikacija prema flagelama

Većina bakterija na svojoj vanjskoj površini nosi flagele uz pomoć kojih su pokretne. Stručnjaci razlikuju sljedeće oblike bičevanja:

  • monotrična flagelacija: samo jedan bič, npr. bakterije kolere
  • lophotrichous bičevi: nekoliko bičeva raspoređenih u jedan ili dva čuperka, npr. vrste Pseudomonas
  • peritrihous flagella: nekoliko bičeva raspoređenih po cijeloj vanjskoj površini bakterijske stanice (flagele svuda okolo), npr. Salmonella (uzročnik salmoneloze i trbušnog tifusa)

Klasifikacija prema inkapsulaciji

Bakterija Haemophilus influenzae, na primjer, je inkapsulirana. Između ostalog, može izazvati meningitis, upalu srednjeg uha, bronhitis, upalu pluća i – kao Haemophilus influenzae tipa B (HiB) – laringitis.

Također među inkapsuliranim oblicima bakterija su pneumokoki (Streptococcus pneumoniae). Obično uzrokuju upalu pluća, ali ponekad i druge bakterijske zarazne bolesti.

Podjela prema stvaranju spora

U nepovoljnim životnim uvjetima neke bakterije mogu formirati trajne oblike sa izrazito smanjenim metabolizmom – takozvane spore. Za razliku od metabolički aktivnih (vegetativnih) stanica, one mogu izdržati izuzetno nepovoljne uvjete okoline kao što su vrućina i hladnoća i ostati održive godinama ili čak desetljećima. Čim se uvjeti ponovno poboljšaju, spora se pretvara natrag u vegetativnu bakterijsku stanicu.

Spore su zapravo bakterije u stanju mirovanja.

Bakterije koje stvaraju spore uglavnom uključuju predstavnike rodova Bacillus i Clostridium, na primjer uzročnika antraksa (Bacillus anthracis) te uzročnike tetanusa (Clostridium tetani) i botulizma (Clostridium botulinum).

Klasifikacija prema omjeru prema kisiku

Obligate anaerobne bakterije (anaerobi) točna su suprotnost obveznim aerobima: ne mogu rasti i napredovati u prisutnosti kisika – čak i mali tragovi kisika mogu ubiti te bakterije u kratkom vremenu. Za razliku od aeroba, ne mogu eliminirati otrovne kisikove radikale (aerobne bakterije za tu svrhu imaju posebne enzime poput katalaze). Obligate anaerobne bakterije potrebnu energiju dobivaju ili fermentacijom ili tzv. anaerobnim disanjem.

Fakultativne anaerobne bakterije su tolerantne što se tiče kisika: mogu rasti i sa i bez kisika. Kada je prisutan kisik, oni dobivaju potrebnu energiju kroz "normalno" (aerobno) stanično disanje, baš kao što to čine aerobne bakterije te životinjske i ljudske stanice. U okruženju bez kisika, s druge strane, njihova proizvodnja energije odvija se putem fermentacije ili anaerobnog disanja.

Aerotolerantne bakterije mogu bez problema rasti u prisutnosti kisika, ali ga ne mogu koristiti za proizvodnju energije.

Klasifikacija prema zahtjevima temperature

Ovisno o temperaturnom rasponu koji bakterije preferiraju ili toleriraju, razlikuju se tri skupine bakterija:

  • psihrofilne bakterije: Najbolje uspijevaju na pet do deset Celzijevih stupnjeva. Minimalna temperatura koju mogu podnijeti je -5 do -3 stupnja, ovisno o vrsti bakterije, a maksimalna temperatura im je 15 do 20 stupnjeva, ovisno o vrsti.
  • Mezofilne bakterije: Temperaturni optimum im je od 27 do 37 stupnjeva. Temperatura se može spustiti do najviše 20 do 25 stupnjeva. S druge strane, temperatura ne smije narasti na više od 42 do 45 stupnjeva.
  • Termofilne bakterije: najugodnije se osjećaju na 50 do 60 stupnjeva. Ovisno o vrsti bakterije, temperatura ne smije pasti ispod 40 do 49 stupnjeva, a ne smije se popeti na više od 60 do 100 stupnjeva.

Klasifikacija prema taksonomiji

Kao i drugi živi organizmi, bakterije su klasificirane prema znanstvenim kriterijima u različite hijerarhijske razine kao što su obitelji, rodovi i vrste. Neke vrste bakterija također se mogu dalje podijeliti u različite tipove (bakterijske sojeve) – ovisno o nasljednim čimbenicima i kemijskom sastavu.

Kako se bakterije razmnožavaju?

Bakterije se razmnožavaju nespolno diobom stanica:

Brzina razmnožavanja bakterija ovisi o vrsti bakterije i uvjetima okoline. Pod optimalnim uvjetima, mnoge bakterije mogu udvostručiti svoj broj unutar samo dvadeset minuta.

Kada govorimo o bakterijskom rastu, mislimo na povećanje broja bakterijskih stanica. Određuje se kao broj stanica po mililitru.

Koje bolesti uzrokuju bakterije?

Postoje razne bolesti uzrokovane bakterijama. Evo malog izbora:

  • Šarlah: Ovu vrlo zaraznu bakterijsku zaraznu bolest uzrokuju gram-pozitivni, sferični A streptokoki (Streptococcus pyogenes).
  • Druge streptokokne infekcije: Streptokoki također mogu uzrokovati upalu srednjeg uha, tonzilitis, erizipel, upalu pluća i reumatsku groznicu, između ostalog. B-streptokoki (S. agalactiae) mogući su okidači npr. meningitisa i infekcija rana. Drugi streptokoki mogu se pojaviti, primjerice, kao bakterije karijesa.
  • Pneumokokne infekcije: Pneumokoki su također streptokoki koji se obično javljaju u paru (diplokoki). Točnije, to su Streptococcus pneumoniae. Ova bakterija tipičan je uzročnik upale pluća, ali između ostalog može izazvati i meningitis, srednje uho ili sinusitis.
  • Meningokokne infekcije: Meningokoki su bakterije vrste Neisseria meningitis. Infekcije ovim klicama obično se manifestiraju u obliku meningitisa ili bakterijskog "trovanja krvi" (sepse).
  • Gonoreja (gonoreja): Ovu spolno prenosivu bolest također uzrokuje bakterija Neisseria, ovaj put Neisseria gonorrhoeae (koja se naziva i gonokok). Liječena na vrijeme, gonoreja obično prolazi bez posljedica. U protivnom postoji opasnost od trajnih kasnih posljedica poput neplodnosti.
  • Klamidijske infekcije: Postoje različite vrste klamidija (neke s podskupinama) koje mogu uzrokovati različite kliničke slike, primjerice konjunktivitis, infekcije mokraćnih i spolnih organa (kao što su uretritis, cervicitis ili prostatitis) i upalu pluća.
  • Veliki kašalj: Iza ove “dječje bolesti” koja se sve češće javlja i kod adolescenata i odraslih obično stoji Gram-negativna bakterija Bordetella pertussis.
  • Difterija: Simptomi poput lavežeg kašlja, otežanog gutanja i slatkastog neugodnog zadaha uzrokovani su toksinom gram-pozitivne štapićaste bakterije Corynebacterium diphtheriae.
  • Tuberkuloza: Mycobacterium tuberculosis je najčešći uzročnik ove ozbiljne zarazne bolesti koja se mora prijaviti.
  • E. coli infekcije: Escherichia coli je gram-negativna bakterija od kojih postoji nekoliko sojeva. Neki od njih prirodno žive u crijevima zdravih ljudi. Drugi sojevi E.coli, međutim, mogu uzrokovati infekcije, primjerice u probavnom ili urinarnom traktu (kao što su proljev i cistitis).
  • Salmoneloza (otrovanje salmonelom): Ovaj pojam odnosi se na zarazne bolesti i trovanja hranom uzrokovane specifičnom podskupinom bakterija Salmonela. Među ostalim uključuje tifus i paratifus.
  • Infekcija listerijom (listerioza): Ovo trovanje hranom uzrokuju gram-pozitivne bakterije vrste Listeria monocytogenes. Prati ga mučnina, povraćanje i proljev. Može se dobiti konzumacijom kontaminirane hrane kao što su mliječni proizvodi, sirovo povrće ili neadekvatno zagrijano meso.
  • Kolera: Gram-negativna bakterija Vibrio cholerae odgovorna je za tešku bolest proljeva, koja se javlja uglavnom u područjima s lošim higijenskim uvjetima.

Bakteriemija i sepsa

Normalno, bakterije se ne nalaze u krvi. Ako ih ima, naziva se bakterijemija. Može se dogoditi, na primjer, kada netko dobije krvarenje desni od intenzivnog pranja zubi ili se poreže džepnim nožićem. Bakterije također mogu ući u krvotok tijekom bakterijskih infekcija (kao što je bakterijska upala pluća) ili tijekom zubarskog ili medicinskog zahvata.

Bakteriemija ne uzrokuje uvijek simptome ako imunološki sustav brzo eliminira bakterije.

Međutim, posebno kod osoba s oslabljenim imunološkim sustavom, bakterije mogu izazvati infekciju (npr. upalu unutarnje ovojnice srca = endokarditis) ako ostanu u krvi dovoljno dugo iu većem broju. Posljedica može biti vrlo burna reakcija cijelog tijela koja se naziva sepsa (“trovanje krvi”). U najgorem slučaju može dovesti do smrti. Međutim, rizik od smrti u pojedinim slučajevima znatno varira. Ovisi, među ostalim, o vrsti bakterije koja je uključena io tome koliko brzo se pacijent liječi.

Bakterije: Prijenos ili infekcija

Na primjer, ljudi se mogu zaraziti salmonelom putem infekcije razmazom: ako osobe s proljevom izazvanim salmonelom ne operu ruke temeljito nakon odlaska na WC, mogu prenijeti klice na predmete (kao što su kvake, pribor za jelo). Ako zdrava osoba dotakne te predmete, a zatim ih uhvati za usta, nos ili oči, može se zaraziti. Izravna infekcija s osobe na osobu putem infekcije brisom također je moguća kada se zaražene osobe rukuju sa zdravom osobom zaraženih ruku.

No, salmonela se uglavnom prenosi zaraženom hranom. Ovaj put infekcije postoji i za neke druge bakterije kao što su Listeria (uzročnik listerioze) i predstavnici roda Campylobacter (uzročnik zaraznih proljevastih bolesti).

Potonji se, kao i salmonela i neke druge bakterije, također mogu prenijeti preko kontaminirane vode.

U nekim slučajevima moguća je zaraza i spolnim odnosom, kao u slučaju klamidije i uzročnika gonoreje (gonokoka).

Bakterijska infekcija: liječenje

Neki su antibiotici učinkoviti protiv mnogih različitih vrsta bakterija (antibiotici širokog spektra ili širokog spektra), dok su drugi usmjereni na specifične skupine bakterija (antibiotici uskog ili uskog spektra).

Dobro poznate skupine antibiotika uključuju peniciline, cefalosporine, tetracikline i makrolidne antibiotike.

Ne zahtijeva svaka bakterijska infekcija liječenje antibioticima. Alternativno ili dodatno, druge mjere mogu biti korisne koje nisu specifično usmjerene na bakterije, ali barem ublažavaju simptome (npr. lijekovi protiv bolova i protuupalni lijekovi).

Cijepljenje protiv bakterija

Neke zarazne bolesti uzrokovane bakterijama mogu se spriječiti cijepljenjem. Primijenjeno cjepivo potiče imunološki sustav na razvoj specifičnih protutijela protiv dotičnog bakterijskog patogena (aktivna imunizacija). To naoružava imunološki sustav u slučaju da kasnije dođe do "prave" infekcije ovim bakterijama. Zaraza se tako može suzbiti u pupoljku u ranoj fazi ili barem oslabiti.

Primjeri dostupnih cjepiva protiv bakterija:

  • Cijepljenje protiv difterije
  • Cijepljenje protiv hripavca
  • Cijepljenje protiv tetanusa (dostupno i kao pasivna imunizacija, u kojoj se ubrizgavaju gotova antitijela)
  • Cijepljenje protiv Haemophilus influenzae tip b (HiB cijepljenje)
  • Cijepljenje protiv meningokoka
  • Cijepljenje protiv kolere
  • Cijepljenje protiv tifusa

Neka od ovih cjepiva dostupna su kao kombinirani pripravci različitih sastava. Na primjer, Td cjepivo štiti od bakterija tetanusa i difterije istovremeno.