Bakterije: zgradba, razmnoževanje, bolezni

Kratek pregled

  • Bakterije – Definicija: mikroskopski enocelični organizmi brez celičnega jedra
  • Ali so bakterije živi organizmi? Da, ker izpolnjujejo potrebne kriterije (kot so presnova, rast, razmnoževanje).
  • razmnoževanje bakterij: nespolno z delitvijo celic
  • bakterijske bolezni: npr. tetanus, davica, oslovski kašelj, škrlatinka, klamidijska okužba, gonoreja, bakterijski tonzilitis, bakterijska pljučnica, bakterijsko vnetje srednjega ušesa, salmoneloza, listerioza, tuberkuloza, kolera, tifus, kuga
  • Zdravljenje bakterijskih okužb: antibiotiki
  • Cepljenje proti bakterijam: možno npr. proti davici, oslovskemu kašlju, tetanusu, meningokoknim in pnevmokoknim okužbam, koleri, tifusu

Kaj so bakterije?

Bakterije so mikroskopski enocelični organizmi in najstarejši živi organizmi na zemlji. Pojavljajo se v številnih različnih vrstah in jih najdemo tako rekoč povsod po svetu – v zraku, vodi in prsti, globoko v zemeljski skorji in na vrhovih najvišjih gora, v vročih vrelcih ter na Arktiki in Antarktiki.

Bakterije predstavljajo daleč največji delež človeške normalne flore (ter nekaj drugih, kot so glive in paraziti). Normalna flora se nanaša na vse mikroorganizme, ki naravno kolonizirajo telo. Če strokovnjaki upoštevajo le eno specifično mesto naselitve, govorijo na primer o črevesni flori (skupnost vseh naravnih bakterij v črevesju).

Poleg tega obstaja nekaj vrst bakterij, ki lahko povzročijo bolezni pri ljudeh. Te vrste človeku patogenih bakterij predstavljajo le približno en odstotek vseh znanih vrst bakterij.

Zgradba bakterij

Bakterije so velike od 0.1 do 700 mikrometrov (en mikrometer = tisočinka milimetra). Zaradi tega so bakterije veliko večje od virusov, a v večini primerov še vedno manjše od človeških celic.

Celična stena in bički

V mnogih primerih je bakterijska celična stena toga, kar daje bakteriji fiksno obliko (npr. sferične in paličaste bakterije). Poleg tega obstajajo spiralne bakterije s tanjšo in relativno prožno celično steno. To omogoča bakterijski celici, da se premika s spiralnimi (in drugimi) gibi. Po drugi strani pa imajo bakterije s togo celično steno običajno dolge nitaste bičke, s katerimi se lahko premikajo (glej spodaj: Razvrstitev po bičkih).

Obstaja tudi nekaj bakterij brez celične stene. Primeri so mikoplazme (parazitske bakterije, ki se kljub temu lahko razmnožujejo) in termoplazemske vrste (toploljubne bakterije s stabilno plazemsko membrano, ki živijo na primer v vulkanskih tleh).

Capsule

Večina bakterij se na zunanji strani dodatno obda s kapsulo (glej spodaj: razvrstitev glede na inkapsulacijo). To je razmeroma ostro definirana, zelo gosta zaščitna plast sladkorjev oziroma beljakovinskih gradnikov (aminokislin).

Celična membrana in citoplazma

Znotraj celične stene bakterijske celice je pritrjena celična membrana, kot jo najdemo s podobno strukturo v živalskih (vključno s človeškimi) celicami. Nekatere bakterije imajo tudi zunanjo celično membrano. Obdaja celično steno.

Znotraj celice, torej v citoplazmi, se nahaja genetski material bakterijske celice, tako imenovani bakterijski genom, skupaj z različnimi drugimi celičnimi strukturami (kot so tako imenovani ribosomi za sintezo beljakovin). Včasih bakterije vsebujejo dodaten genetski material v obliki plazmidov.

Bakterijski genom

Bakterijski genom vsebuje vse genetske informacije bakterijske celice, potrebne za življenje (podatke o strukturi, metabolizmu, razmnoževanju). Sestavljena je iz dvoverižne DNK (okrajšava za deoksiribonukleinsko kislino), torej dvoverižne verige določenega sladkorja in drugih gradnikov. Genetski material živalskih celic je prav tako sestavljen iz DNK. Vendar pa obstajajo pomembne razlike med živalskimi in bakterijskimi celicami:

  • Živalske celice: Genom DNK se nahaja ločeno od preostale citoplazme v lastnem, z membrano obdanem delu – jedru. Poleg tega je linearno organiziran, torej je prisoten v obliki posameznih kromosomov (kvaziindividualnih DNK niti).

Plazmidi

Poleg bakterijskega kromosoma vsebuje citoplazma nekaterih bakterij druge majhne dvoverižne obroče DNA, enojne ali večkratne, znane kot plazmidi. Vsebujejo genetske informacije, ki jih bakterijska celica v normalnih življenjskih razmerah ne potrebuje, vendar ji lahko omogočijo preživetje v težkih razmerah.

To je lahko na primer načrt za toksin, ki ubija druge bakterije. Sposobnost bakterijske celice, da je odporna na določen antibiotik, je lahko shranjena tudi v plazmidih.

Antibiotiki so zdravila, ki so posebej učinkovita proti bakterijam. Zato so del standardne terapije bakterijske okužbe.

Plazmidi se replicirajo neodvisno od bakterijskega kromosoma in se bolj ali manj naključno porazdelijo med dve hčerinski celici, ko se bakterija razmnožuje z delitvijo celic.

Konjugacija traja nekaj minut, vendar je možna le med nekaterimi vrstami bakterij.

Bakterije proti virusom

Najpomembnejša razlika je v tem, da imajo bakterije metabolizem in se lahko samostojno razmnožujejo – to ne velja za viruse. Več o primerjavi med virusi in bakterijami si preberite v članku Virusi.

Katere bakterije so tam?

Trenutno je znanih približno 5,000 vrst bakterij. V resnici pa jih je verjetno veliko več: strokovnjaki domnevajo, da je na svetu več sto tisoč različnih vrst bakterij.

Kalčke lahko razvrstimo po različnih merilih; najpogostejši so:

Razvrstitev po obarvanosti

Bakterije lahko razvrstimo glede na barvo, ki jo prevzamejo, ko pridejo v stik z določenimi barvili. Najpogostejša metoda barvanja za identifikacijo bakterij se imenuje barvanje po Gramu. Glede na to se razlikuje med:

  • Gram-pozitivne bakterije: po dodatku določene kemične snovi postanejo modre. Primeri vključujejo povzročitelje davice in antraksa, pnevmokoke (povzročijo na primer pljučnico, meningitis, sinusitis in vnetje srednjega ušesa) in streptokoke (med drugim možni sprožilci pljučnice in tonzilitisa).
  • Gram-negativne bakterije: po Gramu se obarvajo rdeče. Primeri so povzročitelji oslovskega kašlja, tifusa, kolere in kuge.

Drugačna zgradba sten ima tudi praktične posledice za medicino, in sicer pri zdravljenju bakterijskih okužb: nekateri antibiotiki so učinkoviti le proti gram-pozitivnim bakterijam, drugi le proti gram-negativnim bakterijam.

Razvrstitev glede na obliko

Obstajajo tri osnovne oblike bakterij:

  • sferične bakterije: Te okrogle do ovalne bakterije (imenovane tudi koki) se pogosto združujejo na značilne načine: v skupinah po dva, štiri ali osem, v večjih skupinah (stafilokoki) ali kot bolj ali manj dolge verige (streptokoki).
  • Paličaste bakterije: tanke ali debele paličaste bakterije so lahko prisotne posamezno (kot so bakterije tifusa) ali v različnih legah (kot so bakterije davice). Paličaste bakterije, ki za življenje potrebujejo kisik (aerobne) in lahko tvorijo spore (glejte spodaj), imenujemo tudi bacili (kot so bakterije antraksa).
  • vijačne bakterije: Glede na natančen videz delimo te bakterije v štiri skupine – spirile (npr. povzročiteljice podganje mrzlice), borelije (npr. povzročitelji lymske borelioze), treponeme (npr. bakterije sifilisa), in leptospira (npr. povzročitelj leptospiroze).

Razvrstitev glede na patogenost

  • fakultativne patogene bakterije: Te bakterije povzročajo bolezen le v določenih okoliščinah, na primer, ko je imunski sistem oslabljen.
  • obvezni patogeni klici: V zadostni količini vedno povzročijo bolezen, na primer salmonelo.

Bakterije, ki so naravno prisotne v telesu, lahko prav tako povzročijo bolezen – na primer, če se prekomerno razširijo zaradi šibkega imunskega sistema ali pridejo na napačna mesta v telesu (npr. črevesne bakterije, ki zaradi tega pridejo v sečnico ali nožnico nepravilna toaletna higiena). Spadajo torej med fakultativno patogene bakterije.

Razvrstitev glede na flagele

Večina bakterij na svoji zunanji površini nosi bičke, s pomočjo katerih so mobilne. Strokovnjaki razlikujejo med naslednjimi oblikami bičanja:

  • monotrična flagelacija: samo en biček, npr. bakterije kolere
  • lofotrični bički: več bičkov, razporejenih v enem ali dveh šopih, npr. vrste Pseudomonas
  • peritrihous bički: več bičkov razporejenih po celotni zunanji površini bakterijske celice (bički vsenaokoli), npr. Salmonella (povzročitelj salmoneloze in trebušnega tifusa)

Razvrstitev glede na inkapsulacijo

Bakterija Haemophilus influenzae je na primer inkapsulirana. Med drugim lahko povzroči meningitis, vnetje srednjega ušesa, bronhitis, pljučnico in – kot Haemophilus influenzae tipa B (HiB) – laringitis.

Tudi med inkapsuliranimi oblikami bakterij so pnevmokoki (Streptococcus pneumoniae). Običajno povzročajo pljučnico, včasih pa tudi druge bakterijske nalezljive bolezni.

Razvrstitev glede na nastanek spor

V neugodnih življenjskih razmerah lahko nekatere bakterije tvorijo trajne oblike z močno zmanjšano presnovo – tako imenovane spore. Za razliko od presnovno aktivne (vegetativne) celice lahko te prenesejo izjemno neugodne okoljske razmere, kot sta vročina in mraz, in ostanejo sposobne preživeti leta ali celo desetletja. Takoj, ko se razmere spet izboljšajo, se spora spremeni nazaj v vegetativno bakterijsko celico.

Spore so dejansko bakterije v stanju mirovanja.

Med bakterije, ki tvorijo spore, sodijo predvsem predstavniki rodov Bacillus in Clostridium, na primer povzročitelj antraksa (Bacillus anthracis) ter povzročitelji tetanusa (Clostridium tetani) in botulizma (Clostridium botulinum).

Razvrstitev glede na razmerje s kisikom

Obligate anaerobne bakterije (anaerobi) so pravo nasprotje obligatnih aerobov: ne morejo rasti in uspevati v prisotnosti kisika – že majhne sledi kisika lahko te bakterije ubijejo v kratkem času. Za razliko od aerobov ne morejo odstraniti toksičnih kisikovih radikalov (aerobne bakterije imajo za ta namen posebne encime, kot je katalaza). Obligate anaerobne bakterije pridobivajo potrebno energijo bodisi s fermentacijo bodisi s tako imenovano anaerobno respiracijo.

Fakultativne anaerobne bakterije so tolerantne na kisik: rastejo lahko s kisikom in brez njega. Ko je prisoten kisik, pridobivajo potrebno energijo z »normalnim« (aerobnim) celičnim dihanjem, tako kot to počnejo aerobne bakterije ter živalske in človeške celice. Po drugi strani pa v okolju brez kisika njihova proizvodnja energije poteka s fermentacijo ali anaerobnim dihanjem.

Aerotolerantne bakterije lahko brez težav uspevajo v prisotnosti kisika, ne morejo pa ga uporabiti za proizvodnjo energije.

Razvrstitev glede na temperaturne zahteve

Glede na temperaturno območje, ki ga bakterije najraje ali prenašajo, ločimo tri skupine bakterij:

  • psihrofilne bakterije: Najbolje uspevajo pri petih do desetih stopinjah Celzija. Najnižja temperatura, ki jo prenesejo, je -5 do -3 stopinje, odvisno od vrste bakterije, najvišja pa 15 do 20 stopinj, odvisno od vrste.
  • Mezofilne bakterije: njihov temperaturni optimum je od 27 do 37 stopinj. Temperatura se lahko spusti na največ 20 do 25 stopinj. Po drugi strani pa se temperatura ne sme dvigniti nad 42 do 45 stopinj.
  • Toploljubne bakterije: Najbolj udobno se počutijo pri 50 do 60 stopinjah. Glede na vrsto bakterije temperatura ne sme pasti pod 40 do 49 stopinj in se ne sme dvigniti na več kot 60 do 100 stopinj.

Razvrstitev po taksonomiji

Tako kot drugi živi organizmi so bakterije razvrščene v skladu z znanstvenimi merili v različne hierarhične ravni, kot so družine, rodovi in ​​vrste. Nekatere vrste bakterij lahko tudi nadalje razdelimo na različne tipe (bakterijske seve) – odvisno od dednih dejavnikov in kemične sestave.

Kako se bakterije razmnožujejo?

Bakterije se razmnožujejo nespolno z delitvijo celic:

Kako hitro se lahko razmnožujejo bakterije, je odvisno od vrste bakterij in okoljskih razmer. V optimalnih pogojih lahko številne bakterije podvojijo svoje število v samo dvajsetih minutah.

Ko govorimo o rasti bakterij, mislimo na povečanje števila bakterijskih celic. Določeno je kot število celic na mililiter.

Katere bolezni povzročajo bakterije?

Obstajajo različne bolezni, ki jih povzročajo bakterije. Tukaj je majhen izbor:

  • Škrlatinka: To zelo nalezljivo bakterijsko nalezljivo bolezen povzročajo grampozitivni sferični streptokoki A (Streptococcus pyogenes).
  • Druge streptokokne okužbe: Streptokoki lahko med drugim povzročijo vnetje srednjega ušesa, tonzilitis, erizipel, pljučnico in revmatično vročino. B-streptokoki (S. agalactiae) so možni povzročitelji na primer meningitisa in okužb ran. Drugi streptokoki se lahko pojavijo na primer kot bakterije kariesa.
  • Pnevmokokne okužbe: Pnevmokoki so tudi streptokoki, ki se običajno pojavljajo v parih (diplokoki). Natančneje, to so Streptococcus pneumoniae. Ta bakterija je tipičen povzročitelj pljučnice, lahko pa med drugim povzroči tudi meningitis, vnetje srednjega ušesa ali sinusov.
  • Meningokokne okužbe: Meningokoki so bakterije vrste Neisseria meningitis. Okužbe s temi klicami se običajno kažejo v obliki meningitisa ali bakterijske "zastrupitve krvi" (sepse).
  • Gonoreja (gonoreja): tudi to spolno prenosljivo bolezen povzroča bakterija Neisseria, tokrat Neisseria gonorrhoeae (imenovana tudi gonokok). Ob pravočasnem zdravljenju se gonoreja običajno pozdravi brez posledic. V nasprotnem primeru obstaja nevarnost trajnih poznih posledic, kot je neplodnost.
  • Okužbe s klamidijo: Obstajajo različne vrste klamidij (nekatere imajo podskupine), ki lahko povzročijo različne klinične slike, na primer konjunktivitis, okužbe sečil in spolnih organov (kot so uretritis, cervicitis ali prostatitis) in pljučnica.
  • Oslovski kašelj: V ozadju te »otroške bolezni«, ki se vedno pogosteje pojavlja tudi pri mladostnikih in odraslih, je običajno gramnegativna bakterija Bordetella pertussis.
  • Davica: simptome, kot so lajajoč kašelj, težave pri požiranju in sladkast neprijeten zadah, povzroča toksin gram-pozitivne paličaste bakterije Corynebacterium diphtheriae.
  • Tuberkuloza: Mycobacterium tuberculosis je najpogostejši povzročitelj te resne nalezljive bolezni, ki jo je treba prijaviti.
  • Okužbe z E. coli: Escherichia coli je gram-negativna bakterija, katere sevov je več. Nekatere med njimi naravno živijo v črevesju zdravih ljudi. Drugi sevi E.coli pa lahko povzročijo okužbe, na primer v prebavnem ali sečnem traktu (kot sta driska in cistitis).
  • Salmoneloza (zastrupitev s salmonelo): Ta izraz se nanaša na nalezljive bolezni in zastrupitve s hrano, ki jih povzroča določena podskupina bakterij Salmonella. Med drugim vključuje tifus in paratifus.
  • Okužba z listerijo (listerioza): To zastrupitev s hrano povzročajo gram-pozitivne bakterije vrste Listeria monocytogenes. Spremljajo ga slabost, bruhanje in driska. Lahko se okužimo z uživanjem okužene hrane, kot so mlečni izdelki, surova zelenjava ali neustrezno pogreto meso.
  • Kolera: Po Gramu negativna bakterija Vibrio cholerae je odgovorna za hudo drisko, ki se pojavlja predvsem na območjih s slabimi higienskimi razmerami.

Bakteriemija in sepsa

Običajno bakterij v krvi ni. Če obstajajo, se imenuje bakteriemija. Pojavi se lahko na primer, ko nekomu zakrvavijo dlesni zaradi močnega ščetkanja zob ali se ureže z žepnim nožem. Bakterije lahko vstopijo v krvni obtok tudi med bakterijskimi okužbami (kot je bakterijska pljučnica) ali med zobozdravstvenim ali medicinskim posegom.

Bakteriemija ne povzroča vedno simptomov, če imunski sistem hitro odstrani bakterije.

Predvsem pri ljudeh z oslabljenim imunskim sistemom pa lahko bakterije povzročijo okužbo (npr. vnetje notranje ovojnice srca = endokarditis), če ostanejo v krvi dovolj dolgo in v večjem številu. Posledica je lahko zelo burna reakcija celega telesa, ki jo imenujemo sepsa (»zastrupitev krvi«). V najslabšem primeru lahko povzroči smrt. Vendar se smrtno tveganje v posameznih primerih precej razlikuje. Med drugim je odvisno od vrste vpletene bakterije in od tega, kako hitro je bolnik zdravljen.

Bakterije: prenos ali okužba

Ljudje se lahko na primer okužijo s salmonelo prek okužbe z brisom: če si ljudje z drisko, povezano s salmonelo, po obisku stranišča ne umijejo temeljito rok, lahko prenesejo klice na predmete (kot so kljuke, jedilni pribor). Če se zdrav človek dotakne teh predmetov in jih nato prime za usta, nos ali oči, se lahko okuži. Neposredna okužba od osebe do osebe preko okužbe z brisom je možna tudi, ko se okužene osebe rokujejo z zdravo osebo z okuženimi rokami.

Vendar pa se salmonela večinoma prenaša z okuženo hrano. Ta pot okužbe obstaja tudi za nekatere druge bakterije, kot so Listeria (povzročitelj listerioze) in predstavniki rodu Campylobacter (povzročitelj nalezljivih diarejskih bolezni).

Slednje se, tako kot salmonela in nekatere druge bakterije, lahko prenašajo tudi z okuženo vodo.

V nekaterih primerih je možna okužba s spolnim odnosom, kot v primeru klamidije in povzročitelja gonoreje (gonokoki).

Bakterijska okužba: zdravljenje

Nekateri antibiotiki so učinkoviti proti številnim različnim vrstam bakterij (antibiotiki širokega spektra ali širokega spektra), medtem ko drugi ciljajo na specifične skupine bakterij (antibiotiki ozkega ali ozkega spektra).

Dobro znane skupine antibiotikov so penicilini, cefalosporini, tetraciklini in makrolidni antibiotiki.

Vsaka bakterijska okužba ne zahteva zdravljenja z antibiotiki. Druga možnost ali dodatek so lahko koristni drugi ukrepi, ki niso posebej usmerjeni na bakterije, vendar vsaj lajšajo simptome (npr. zdravila proti bolečinam in protivnetna zdravila).

Cepljenje proti bakterijam

Nekatere nalezljive bolezni, ki jih povzročajo bakterije, lahko preprečimo s cepljenjem. Prejeto cepivo spodbudi imunski sistem, da razvije specifična protitelesa proti zadevnemu bakterijskemu patogenu (aktivna imunizacija). To oboroži imunski sistem, če pride kasneje do »prave« okužbe s temi bakterijami. Okužbo je tako mogoče zatreti v kali že v zgodnji fazi ali vsaj oslabiti.

Primeri razpoložljivih cepiv proti bakterijam:

  • Cepljenje proti davici
  • Cepljenje proti oslovskemu kašlju
  • Cepljenje proti tetanusu (na voljo tudi kot pasivna imunizacija, pri kateri se vbrizgajo že pripravljena protitelesa)
  • Cepljenje proti Haemophilus influenzae tipa b (HiB cepljenje)
  • Cepljenje proti meningokokom
  • Cepljenje proti koleri
  • Cepljenje proti tifusu

Nekatera od teh cepiv so na voljo kot kombinirani pripravki različnih sestav. Na primer, cepivo Td hkrati ščiti pred bakterijami tetanusa in davice.