Hoe Bacteriën Werken

{h1}

Bacteriën zijn zowel vriend als vijand van de mensheid. Ze kunnen gezondheidsproblemen veroorzaken en genezen en onze voeding beïnvloeden. Lees meer over bacteriën op WordsSideKick.com.

Als een adem - en lees - mens, profiteer je op dit moment van bacteriën.

Van de zuurstof die we inademen tot de voedingsstoffen die onze magen uit het voedsel halen, we hebben bacteriën te danken voor het gedijen op deze planeet. In ons lichaam overtreffen micro-organismen inclusief bacteriën meer dan onze eigen menselijke cellen 10 tegen 1, waardoor we meer microbe zijn dan de mens [bron: Savage].

We zijn pas onlangs begonnen deze microscopische organismen en hun impact op onze planeet en gezondheid volledig te begrijpen, maar de geschiedenis suggereert dat onze voorouders eeuwen geleden de kracht gebruikten van bacteriën om voedsel en dranken te vergisten (bier en brood, wie dan ook?).

Pas in de 17e eeuw begonnen we bacteriën van dichtbij en persoonlijk te bekijken op een al even nabije en persoonlijke plek - de menselijke mond. De altijd nieuwsgierige Anton van Leeuwenhoek ontdekte bacteriën terwijl hij een stukje van de tandplak tussen zijn eigen tanden onderzocht. Hij werd poëtisch in zijn geschriften, beschreef de bacteriekolonie op zijn parelwitte blanken als "een kleine witte stof, die zo dik is alsof het een 'beslag' is [bron: Dobell]. Nadat hij het monster onder een samengestelde microscoop had geplaatst, zag van Leeuwenhoek dat de microben in beweging waren. Het is aliiiive!

Inderdaad, bacteriën waren game-changers voor de aarde en speelden een sleutelrol bij het creëren van ademende lucht en de biologisch rijke planeet die we thuis noemen.

In dit artikel geven we u een goed beeld van deze kleine maar invloedrijke micro-organismen. We zullen kijken naar de goede, de slechte en de volledig bizarre manieren waarop bacteriën de menselijke geschiedenis en onze omgeving hebben gevormd. Om te beginnen geven we u een overzicht van wat bacteriën onderscheidt van andere soorten van leven.

Bacteria Basics

Bacteriën missen de kern die cellen in mensen, dieren en planten hebben, wat betekent dat ze prokaryote cellen zijn.

Bacteriën missen de kern die cellen in mensen, dieren en planten hebben, wat betekent dat ze prokaryote cellen zijn.

Als een enkele bacterie niet zichtbaar is voor het blote oog, hoe kunnen we er dan zoveel van weten?

Wetenschappers hebben krachtige microscopen ontwikkeld om bacteriën te vergroten - meestal variërend van één tot een handvol micron (één miljoenste van een meter) in lengte, waardoor we een glimp opvangen van hun innerlijke werking en hoe ze zich verhouden tot andere levensvormen zoals planten, dieren, virussen en schimmels.

Zoals je misschien al weet, fungeren cellen als de bouwstenen van het leven, of ze nu onze eigen weefsels vormen of een boomtak buiten je raam. Mensen, dieren en planten hebben cellen met genetische informatie in een type membraan dat a wordt genoemd kern. Dit soort cellen, genaamd eukaryotische cellen, hebben gespecialiseerde organellen, elk met een unieke taak om de cel gezond en gezond te houden.

Bacteriën missen echter een kern en hun genetisch materiaal of DNA zweeft vrij in de cel. Deze microscopische cellen hebben geen organellen en bezitten verschillende methoden voor het reproduceren en verwisselen van genetisch materiaal. Bacteriën zijn geclassificeerd als prokaryotische cellen.

Naast elementaire categorieën plaatsen wetenschappers bacteriën in verschillende kampen op basis van:

  • Of bacteriën overleven en gedijen in een omgeving met of zonder zuurstof
  • Hun vorm, inclusief staven (bacillus), cirkels (cocci) of spiralen (spirillum)
  • Of bacteriën gram-negatief of gram-positief zijn, dit zijn vlektesten die inzicht geven in de samenstelling van de buitenste beschermende wand van de cel
  • Hoe bacteriën rondkomen en navigeren in hun omgeving (Veel bacteriën hebben flagellen, minuscule zweepachtige structuren die hen in hun omgeving voortstuwen.)

Microbiologie - de studie van alle verschillende soorten microben, waaronder bacteriën, archaea, schimmels, virussen en protozoa - heeft een groeiende schat aan kennis aangewend om bacteriën verder te onderscheiden van hun microbiële broeders.

Vergelijkbare prokaryotische organismen die nu in het domein archaea zijn geclassificeerd, werden eerder samen met bacteriën samengeklonterd, maar nadat onderzoekers er meer over hadden geleerd, gaven ze microben in archaea hun eigen categorie vanwege hun overeenkomsten met eukaryotische cellen.

Microbiële maaltijden (en Miasma)

Cyanobacteriën eten zonlicht voor het ontbijt om zuurstof te creëren.

Cyanobacteriën eten zonlicht voor het ontbijt om zuurstof te creëren.

Net als mensen, planten en dieren hebben bacteriën voedsel nodig om te overleven.

Sommige bacteriën zijn autotrophs, wat betekent dat ze basismateriaal zoals zonlicht, water en chemicaliën uit de omgeving gebruiken om voedsel te maken (denk aan cyanobacteriën, die het zonlicht ongeveer 2,5 miljoen jaar lang in zuurstof hebben veranderd) [bron: Konhauser et al.]. Andere bacteriën zijn wat onderzoekers noemen heterotrophs omdat ze energie putten uit bestaande organische materie voor voedsel (denk aan dode bladeren op de bosbodem).

De waarheid is, wat smakelijk is voor bacteriën is waarschijnlijk afstotelijk voor ons. Ze zijn geëvolueerd om te gedijen op allerlei dingen, van olielozingen en nucleaire bijproducten tot menselijke afvalstoffen en rottend materiaal.

Maar de neiging van bacteriën voor een bepaalde voedselbron kan de maatschappij ten goede komen. Zo hebben kunstkenners in Italië zich tot bacteriën gewend om op overtollige lagen zout en lijm te eten die de levensduur van kostbare kunstwerken bedreigen [bron: Asociación RUVID]. De eigenschap van bacteriën om organisch materiaal te recyclen komt ook van pas, zeker gezien hun enorme rol als recyclers van het aardoppervlak - zowel in de bodem als in water.

Dagelijks bent u misschien al te bekend met de geurintrederende effecten van hongerige bacteriën van die funky geur in uw prullenbak, terwijl ze uw restjes opnemen, afbreken en hun eigen gasvormige bijproducten vrijgeven. Daar stopt het echter niet.Je hebt ook bacteriën die de schuld hebben voor die natuurbelijdende momenten (ja, winderigheid), wanneer bacteriën in je darm tijdens de vertering stinkende methaan afgeven.

Een grote familie

Deze biofilm - een kleverige massa bacteriën - bevat Legionella pneumophila en Hartmannella vermiformis.

Deze biofilm - een kleverige massa van bacteriën - bevat Legionella pneumophila en Hartmannella vermiformis.

Bacteriën groeien en vormen koloniën wanneer ze de kans krijgen. Als de voedsel- en omgevingsomstandigheden gunstig zijn, zullen ze zich reproduceren en kleverige aggregaties vormen biofilms om te overleven op verschillende oppervlakken, van rotsen in een stroom tot kiezen in je mond.

Biofilms hebben hun voordelen en problemen. Aan de ene kant profiteren ze van elkaar in de natuur voor spelers. Aan de andere kant kunnen ze een serieuze bedreiging vormen. Bijvoorbeeld, artsen die patiënten behandelen met medische implantaten en apparaten maken zich vooral zorgen over biofilms omdat deze oppervlakken het belangrijkste onroerend goed zijn voor bacteriën. Eenmaal gekoloniseerd kunnen biofilms bijproducten produceren die toxisch - en zelfs dodelijk - zijn voor het menselijk lichaam.

Net als mensen in steden communiceren cellen in biofilms met elkaar door berichten te sturen om informatie te delen over voedselbeschikbaarheid en potentiële gevaren. Maar in plaats van hun buren te bellen, sturen bacteriën memo's via chemicaliën naar hun vrienden in de buurt.

Maar bacteriën zijn ook niet bang om solo te vliegen. Sommige soorten hebben zelfs manieren ontwikkeld om door ruwe omstandigheden heen te blijven. Wanneer er geen voedsel wordt achtergelaten of de omstandigheden slechter worden, behouden deze bacteriën zichzelf door het creëren van een harde schil genaamd een endospore, de cel in een rusttoestand brengen waarin het genetisch materiaal van de bacterie wordt bewaard [bron: Cornell University Department of Microbiology].

Een wetenschapper vond zelfs bacteriën in een tijdscapsule die 100 jaar later werd ontdekt en onderzocht, terwijl andere groepen wetenschappers bacteriën ontdekten die dateren van 250 miljoen jaar geleden [bronnen: Silverman; Vreeland et al.]. Dit alles laat zien dat bacteriën zichzelf lange tijd kunnen behouden.

Nu we weten dat bacteriën kolonisten de kans krijgen, laten we eens kijken hoe ze daar komen door verdeling en reproductie.

Bacteriële reproductie

Een E. coli-bacterie wordt gevangen in de vroege stadia van binaire splitsing of splitsen in twee identieke cellen.

Een E coli bacterie wordt gevangen in de vroege stadia van binaire splitsing, of splitsen in twee identieke cellen.

Hoe creëren bacteriën koloniën in de eerste plaats?

Bacteriën moeten net als andere vormen van leven op aarde kopieën van zichzelf maken om te overleven. Terwijl mensen en andere organismen dit doen door seksuele reproductie, werkt het een beetje anders met bacteriën.

Maar eerst zullen we bespreken waarom diversiteit een goede zaak is.

Het leven ondergaat natuurlijke selectieof selectieve krachten in een bepaalde omgeving waardoor één type kan gedijen en zich meer kan vermenigvuldigen. Zoals je je misschien herinnert uit de biologieles, zijn genen de eenheden die een cel instrueren wat te doen - of je je haar bruin of blond maakt of je ogen groen of blauw. Je krijgt genen van je beide ouders die een goede mix bieden. Bovendien geeft seksuele reproductie aanleiding tot mutatiesof willekeurige veranderingen in het DNA, waardoor diversiteit ontstaat. Hoe meer genetische diversiteit er is om te tekenen, hoe groter de kans dat een organisme zich kan aanpassen aan beperkingen in een omgeving.

Voor bacteriën is reproductie niet een kwestie van de juiste microbe ontmoeten en tot rust komen; het repliceert eenvoudig zijn eigen DNA en verdeelt in twee identieke cellen. Dit proces, genaamd binaire splitsing, treedt op wanneer een enkele bacterie zichzelf splitst in twee nadat het zijn DNA repliceert en het genetische materiaal naar tegenovergestelde uiteinden van de cel verplaatst.

Omdat de resulterende cel genetisch identiek is aan degene waaruit het voortkwam, is deze reproductie methode niet precies de beste manier om een ​​diverse genenpool te creëren.

Dus hoe krijgen bacteriën nieuwe genen?

Het blijkt dat bacteriën trucs gebruiken om de klus te klaren, met als eindresultaat horizontale genoverdrachtof het uitwisselen van genetisch materiaal zonder te reproduceren. Er zijn een paar manieren waarop bacteriën dit kunnen doen. Eén methode omvat het oppakken van genetisch materiaal uit de omgeving buiten de cel, afhankelijk van andere microben en bacteriën (via moleculen die plasmiden worden genoemd). Een ander gevolg is van virussen die bacteriën als gastheren gebruiken. Na het infecteren van nieuwe bacteriën, laten de virussen incidenteel genetisch materiaal achter van vorige bacteriën in de nieuwe [bron: Marraffini].

Het ruilen van genetisch materiaal geeft bacteriën de flexibiliteit om zich aan te passen - en sommige doen dat ook, zodra ze stressvolle veranderingen in de omgeving voelen, zoals voedseltekorten of chemische veranderingen.

Het ontwikkelen van een beter begrip van hoe bacteriën zich aanpassen is enorm belangrijk voor het begrijpen en bestrijden van de weerstand van bacteriën tegen antibiotica in de geneeskunde. Bacteriën kunnen zo vaak genetisch materiaal uitwisselen dat behandelingen die eerder werkten waarschijnlijk niet de volgende keer zullen zijn.

Nu we hebben bekeken hoe bacteriën op een microscopisch niveau werken, laten we een stap terug doen om te zien waar u ze in het grotere geheel kunt vinden.

Is niet geen hoge berg, is geen lage vallei

De Opalescent Pool van Yellowstone National Park krijgt zijn fantastische kleuren van thermofiele bacteriën.

De Opalescent Pool van Yellowstone National Park krijgt zijn fantastische kleuren van thermofiele bacteriën.

De vraag is niet: "Waar zijn bacteriën?" maar eerder: "Waar zijn geen bacteriën?"

Ze worden vrijwel overal op aarde gevonden. Het is onmogelijk om een ​​volledig begrip te hebben van het aantal bacteriën op de planeet in één keer, maar sommige schattingen wijzen op ongeveer 5 octillion microben zoals bacteriën en archaea - dat is 10 tot de 28e macht! [bron: Whitman et al.]

Het vastzetten van een nummer over hoeveel soorten, of classificeerbare soorten, van bacteriën zijn er ook nog steeds moeilijk.Eén schatting verwijst naar ongeveer 30.000 formeel geïdentificeerde soorten, maar wetenschappers zijn voortdurend aan het leren en toevoegen aan hun kennisbasis en denken dat we niet het oppervlak hebben ingekrabbeld voor het ware aantal soorten dat er is [bron: Dykhuizen].

De waarheid is dat bacteriën al heel lang bestaan. In feite hebben ze aanleiding gegeven tot enkele van de vroegst bekende fossielen, daterend uit 3,5 miljard jaar [bron: University of California Museum of Paleontology]. Wetenschappelijk bewijs suggereert dat cyanobacteriën tussen 2,5 en 2,3 miljard jaar geleden zuurstof begonnen te creëren in de oceanen van de wereld, wat leidde tot de atmosfeer van de aarde en overvloedige zuurstof die we konden inademen [bron: Konhauser et al.].

Bacteriën kunnen overleven in lucht, water, bodem, ijs en extreme hitte; op planten; en zelfs in onze darmen, op onze huid en op de huid van andere dieren.

Sommige bacteriën zijn extremofielen, wat betekent dat ze bestand zijn tegen extreme omgevingen die erg heet of koud zijn of die de voedingsstoffen en chemicaliën missen die we gewoonlijk associëren met het leven. Onderzoekers hebben bacteriën gevonden in de Mariana Trench, de diepste plek op aarde onder de Stille Oceaan, naast onder water verwarmde ventilatieopeningen en in ijs.

Maar het plezier reikt verder dan de onderzoekers in het veld. Toeristen zijn gefascineerd door de mooiere natuurlijke schoonheid van bacteriën in plaatsen als Opalescent Pool in Yellowstone National Park, met felgekleurde thermofiele (hitte-liefhebbende) bacteriën die het oriëntatiepunt kleuren.

Houston, we hebben bacteriën.

Bacteriën die normaal gesproken geen negatief effect hebben op de gezondheid van de mens, hebben een opstapje bij het vormen van infecties bij astronauten in de ruimte. Om de effecten van ruimtevlucht op bacteriën beter te bestuderen, stuurde NASA microben die gewoonlijk behandelbare infecties op aarde veroorzaken naar de ruimte met de Atlantis-missies in 2010 en 2011. De groep ontdekte dat gemeenschappen van deze bacteriën in staat waren zich te vormen op manieren die ze niet op Earth, waardoor onderzoekers inzicht krijgen in hoe de gezondheidsresultaten voor astronauten in de ruimte kunnen worden verbeterd, naast mensen op aarde.

The Bad (voor ons)

Methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) kan bij kwetsbare mensen wondinfecties, longontsteking en bloedvergiftiging veroorzaken.

Methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) kan bij kwetsbare mensen wondinfecties, longontsteking en bloedvergiftiging veroorzaken.

Hoewel bacteriën dapper bijdragen aan de gezondheid van mens en planeet, hebben ze ook een donkere kant. Bepaalde bacteriën hebben het potentieel om te zijn pathogene, wat betekent dat ze ziekte en ziekte kunnen veroorzaken.

Door de hele menselijke geschiedenis heen hebben sommige bacteriën (begrijpelijkerwijs) een slechte rap gekregen, met publieke angsten en hysterie tot gevolg. Neem de pest, bijvoorbeeld. De bacteriën die de pest veroorzaken, Yersinia pestis, heeft niet alleen meer dan 100 miljoen mensen gedood, maar het is ook gesuggereerd om geschiedenis te hebben gevormd, en zelfs bij te dragen aan de ineenstorting van het Romeinse Rijk [bron: Centers for Disease Control and Prevention]. Vóór de komst van antibiotica of medicijnen die bacteriële infecties kunnen behandelen, waren infecties moeilijk te stoppen.

Zelfs vandaag wegen deze pathogene bacteriën nog steeds zwaar op onze geest. Bacteriën die allerlei ziektes veroorzaken - van anthrax, longontsteking, meningitis, cholera, salmonella en keelontsteking tot E coli en stafylokokbesmettingen - kunnen onze behandelingen dankzij trotseren resistentie tegen antibiotica.

Dit geldt vooral voor Staphylococcus aureus, de bacterie die verantwoordelijk is voor stafylokokbesmettingen. De "superbug" heeft enorme problemen veroorzaakt voor ziekenhuizen en klinieken in de gezondheidszorg, waar patiënten meer geneigd zijn eraan te worden blootgesteld tijdens medische implantaten en katheterinsertie.

In een vorige sectie hadden we het over natuurlijke selectie en hoe sommige bacteriën meer verschillende genen hebben om te helpen omgaan met wat hun omgeving hen bezorgt. Als u een infectie heeft en sommige van de bacteriën in uw lichaam verschillen van die van anderen, kunnen antibiotica voor de meerderheid van de bacteriepopulatie zorgen. Maar dit geeft de microben die niet door uw antibiotica worden getroffen, ook de ruimte om zich te vermenigvuldigen en vast te houden. Daarom raden artsen aan om weg te blijven van antibiotica, tenzij je ze echt nodig hebt.

Biologische wapens zijn een ander beangstigend aspect van dit gesprek. Bacteriën kunnen in sommige gevallen als wapens worden gebruikt, waaronder worden ingezet bij miltvuurontstekingen en ingebed in spuitbussen.

En het zijn niet alleen mensen die door bacteriën worden getroffen. Inderdaad, bacteriën hebben zelfs een honger naar de gezonken oceaanstomer Titanic, [bron: Kaufman]. De soort, genaamd Halomonas titanicae, eet weg bij het metaal van het historische schip.

We hebben geleerd hoe bacteriën schadelijk kunnen zijn. In het volgende gedeelte zullen we bekijken hoe ze ons kunnen helpen.

Bacteriën en tandgezondheid

Kijk eens, de slijmerige substantie die we plaque op onze tanden noemen, is eigenlijk van bacteriën. Als ze de vrije teugel krijgen, kunnen deze bacteriën weg eten bij het glazuur van onze tanden, waardoor ze uiteindelijk gaatjes krijgen. Archeologen hebben kennis uit het verleden geplukt door menselijke schedels en tanden te bestuderen om op verschillende tijdstippen meer te leren over het dieet van mensen en de vatbaarheid voor ziekten [bron: Watson].

Bacteriën als helden

Sir Alexander Fleming, een bacterioloog, ontdekte penicilline vrij toevallig in 1928.

Sir Alexander Fleming, een bacterioloog, ontdekte penicilline vrij toevallig in 1928.

Laten we een moment nemen om de goede kant van bacteriën te onderzoeken. Immers, dit zijn de microben die ons smakelijk voedsel brengen zoals kaas, bier, zuurdesem en andere gefermenteerde producten. Ze zijn ook de onbezongen helden achter de geneeskunde en bevorderen de gezondheid van de mens.

We hebben ook bacteriën te danken voor het vormgeven van de menselijke evolutie. De wetenschap verzamelt meer informatie van de microbiotaof de micro-organismen die in ons eigen lichaam verblijven, met name in onze spijsvertering en darm.Onderzoek wijst uit dat bacteriën, en de diversiteit en nieuwe genetische materialen die ze in ons lichaam brengen, mensen in staat hebben gesteld zich aan te passen aan nieuwe voedselbronnen die ze voorheen niet konden gebruiken [bron: Backhed et al.].

Bekijk het op deze manier: aan de oppervlakte van je maag en darm, bacteriën "werken" voor jou. Wanneer u eet, helpen bacteriën en andere microben u om voedingsstoffen uit voeding te verwijderen en te gebruiken, met name koolhydraten zoals maïs, aardappelen, brood en rijst. De meer diverse bacteriën die we consumeren en waarvan wordt aangetoond dat ze bijdragen aan deze diverse gemeenschap in ons lichaam.

Hoewel onze kennis van onze eigen microbiële gemeenschappen op zijn best ontluikt is, zijn er aanwijzingen dat een gebrek aan bepaalde microben en bacteriën in het lichaam kan leiden tot iemands gezondheid, metabolisme en gevoeligheid voor allergenen en ziekten. Voorlopige studies bij muizen suggereren dat metabole ziekten zoals obesitas zijn gekoppeld aan diversiteit en gezondheid van het microbioom in plaats van ons overheersende beeld van de "calorieën in, calorieën uit" benadering [bron: Cox].

Ook in de vroege stadia, fecale transplantaties waarbij het delen van fecale micro-organismen van een gezond individu aan een andere persoon vroeg toon belofte. Ja, dit is misschien niet het beste mentale beeld, maar de wetenschap en de mogelijkheden om bepaalde gastro-intestinale ziekten te behandelen, lijken veelbelovend. Er wordt onderzoek gedaan naar probiotica, microben denken toegevoegde gezondheidsvoordelen te hebben, maar algemene aanbevelingen over het gebruik ervan zijn nog niet vastgesteld in november 2014.

Bovendien zijn bacteriën van richting veranderd in de ontwikkeling van wetenschappelijk denken en menselijke geneeskunde. Bacteriën speelden een hoofdrol in de ontwikkeling van Koch's postulaten in 1884, een reeks overwegingen die een bepaalde microbe verbinden met ziekte.

Naast andere bijdragen, ontdekten onderzoekers die bacteriën bestudeerden serendipic penicilline - een antibioticum dat talloze levens heeft gered - en, meer recentelijk, een eenvoudiger manier om het genoom van organismen te bewerken dat de geneeskunde radicaal zou kunnen veranderen [bron: Marraffini]. Onderzoekers hebben op vele manieren gemodificeerde bacteriën ontwikkeld die de menselijke gezondheid ten goede komen, waaronder de productie van insuline voor de behandeling van diabetes.

We zijn pas begonnen te begrijpen wat we allemaal kunnen leren van onze bacteriële vrienden.

Notitie van de auteur: Hoe bacteriën werken

Ondanks hun status als "geestloze" microben, gedragen bacteriën zich op verbazingwekkende manieren. Geef ze een obstakel en ze zullen er waarschijnlijk een manier omheen vinden. Antibiotica op de thuismarkt? Ze wisselen genen in om beter te overleven. Niet genoeg eten? Geen zorgen, ze kunnen een paar Zzzs vangen en in slaap vallen. We beginnen pas de geheimen van de bacteriën te leren, en het grote geheel wordt duidelijk: een breedte van complex leven wankelt onder onze neus (en ook in hen).


Video Supplement: Bacteriën en virussen - Wat zijn het en hoe kun je een infectie voorkomen?.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com