Бактерии: устройство, размножаване, заболявания

Кратък преглед

• Бактерии – Определение: микроскопични едноклетъчни организми без клетъчно ядро
• Живи организми ли са бактериите? Да, защото отговарят на необходимите критерии (като метаболизъм, растеж, възпроизводство).
• бактериално размножаване: безполово чрез клетъчно делене
• бактериални заболявания: напр. тетанус, дифтерия, магарешка кашлица, скарлатина, хламидийна инфекция, гонорея, бактериален тонзилит, бактериална пневмония, бактериален отит на средното ухо, салмонелоза, листериоза, туберкулоза, холера, коремен тиф, чума
• Лечение на бактериални инфекции: Антибиотици
• Ваксинация срещу бактерии: възможна напр. за дифтерия, магарешка кашлица, тетанус, менингококови и пневмококови инфекции, холера, коремен тиф

Какво представляват бактериите?

Бактериите са микроскопични, едноклетъчни организми и най-старите живи организми на земята. Те се срещат в множество различни видове и се срещат практически навсякъде по света – във въздуха, водата и почвата, дълбоко в земната кора и по върховете на най-високите планини, в горещите извори и в Арктика и Антарктика.

Бактериите съставляват най-голямата част от човешката нормална флора (плюс няколко други като гъбички и паразити). Нормалната флора се отнася до всички микроорганизми, които естествено колонизират тялото. Ако експертите разглеждат само едно конкретно място на колонизация, те говорят например за чревна флора (съвкупност от всички естествени бактерии в червата).

Освен това има няколко вида бактерии, които могат да причинят заболявания при хората. Тези видове човешки патогенни бактерии съставляват само около един процент от всички известни бактериални видове.

Структура на бактериите

Размерът на бактериите варира от 0.1 до 700 микрометра (един микрометър = една хилядна от милиметъра). Това прави бактериите много по-големи от вирусите, но в повечето случаи все пак по-малки от човешките клетки.

Клетъчна стена и флагели

В много случаи бактериалната клетъчна стена е твърда, което придава на бактерията фиксирана форма (напр. сферични и пръчковидни бактерии). Освен това има спираловидни бактерии с по-тънка и относително гъвкава клетъчна стена. Това позволява на бактериалната клетка да се движи със спирални (и други) движения. Бактериите с твърда клетъчна стена, от друга страна, обикновено имат дълги, нишковидни флагели, с които могат да се движат (вижте по-долу: Класификация по флагели).

Има и няколко бактерии без клетъчни стени. Примери за това са микоплазмите (паразитни бактерии, които въпреки това могат да се самовъзпроизвеждат) и термоплазмените видове (топлолюбиви бактерии със стабилна плазмена мембрана, които живеят например във вулканични почви).

Капсула

Повечето бактерии допълнително се обграждат отвън с капсула (виж по-долу: класификация според капсулирането). Това е сравнително ясно дефиниран, много плътен защитен слой от захари или протеинови градивни елементи (аминокиселини).

Клетъчна мембрана и цитоплазма

Вътре в клетъчната стена на бактериална клетка е прикрепена клетъчна мембрана, тъй като има подобна структура в животински (включително човешки) клетки. Някои бактерии имат и външна клетъчна мембрана. Той обгражда клетъчната стена.

Вътре в клетката, т.е. в цитоплазмата, генетичният материал на бактериалната клетка, така нареченият бактериален геном, се намира заедно с различни други клетъчни структури (като така наречените рибозоми за протеинов синтез). Понякога бактериите съдържат допълнителен генетичен материал под формата на плазмиди.

Бактериален геном

Бактериалният геном съдържа цялата генетична информация на бактериалната клетка, необходима за живота (информация за структура, метаболизъм, репродукция). Състои се от двойноверижна ДНК (съкращение за дезоксирибонуклеинова киселина), т.е. двойноверижна верига от определена захар и други градивни елементи. Генетичният материал на животинските клетки също е изграден от ДНК. Съществуват обаче значителни разлики между животински и бактериални клетки:

• Животински клетки: ДНК геномът е разположен отделно от останалата част от цитоплазмата в собственото си мембранно затворено отделение – ядрото. В допълнение, той е линейно организиран, т.е. присъства под формата на отделни хромозоми (квазииндивидуални ДНК нишки).

плазмиди

В допълнение към бактериалната хромозома, цитоплазмата на някои бактерии съдържа други малки, двойноверижни ДНК пръстени, единични или множествени, известни като плазмиди. Те съдържат генетична информация, от която бактериалната клетка не се нуждае при нормални условия на живот, но която може да й даде предимство за оцеляване при трудни условия.

Това може да бъде например планът за токсин, който убива други бактерии. Способността на бактериалната клетка да бъде резистентна към определен антибиотик може също да се съхранява в плазмиди.

Антибиотиците са лекарства, които са специфично ефективни срещу бактерии. Следователно те са част от стандартната терапия на бактериална инфекция.

Плазмидите се репликират независимо от бактериалната хромозома и се разпределят повече или по-малко случайно в двете дъщерни клетки, когато една бактерия се размножава чрез клетъчно делене.

Конюгирането отнема няколко минути, но е възможно само между определени видове бактерии.

Бактерии срещу вируси

Най-важната разлика е, че бактериите имат метаболизъм и могат да се възпроизвеждат независимо – това не е вярно за вирусите. Прочетете повече за сравнението между вируси и бактерии в статията Вируси.

Какви бактерии има?

В момента са известни около 5,000 вида бактерии. Всъщност обаче вероятно има много повече: експертите подозират, че в света има стотици хиляди различни видове бактерии.

Микробите могат да бъдат класифицирани според различни критерии; най-често срещаните са:

Класификация по оцветяване

Бактериите могат да бъдат класифицирани според цвета, който придобиват, когато влязат в контакт с определени оцветители. Най-често срещаният метод на оцветяване за идентифициране на бактерии се нарича оцветяване по Грам. Според това се прави разлика между:

• Грам-положителни бактерии: те стават сини след добавяне на определено химическо вещество. Примерите включват патогени на дифтерия и антракс, пневмококи (причиняват пневмония, менингит, синузит и отит на средното ухо, например) и стрептококи (възможни причинители на пневмония и тонзилит, наред с други).
• Грам-отрицателни бактерии: Те придобиват червен цвят при оцветяване по Грам. Примери за това са патогените на магарешка кашлица, коремен тиф, холера и чума.

Различната структура на стените има и практически последици за медицината, а именно когато става въпрос за лечение на бактериални инфекции: някои антибиотици са ефективни само срещу грам-положителни бактерии, други само срещу грам-отрицателни бактерии.

Класификация по форма

Има три основни бактериални форми:

• сферични бактерии: Тези кръгли до овални бактерии (наричани още коки) често се струпват заедно по типични начини: в групи от две, четири или осем, в по-големи клъстери (стафилококи) или като повече или по-малко дълги вериги (стрептококи).
• Пръчковидни бактерии: Тънките или дебели пръчковидни бактерии могат да присъстват поотделно (като бактериите от коремен тиф) или в различни лагери една спрямо друга (като дифтеритни бактерии). Пръчковидни бактерии, които се нуждаят от кислород, за да живеят (аеробни) и могат да образуват спори (вижте по-долу), също се наричат ​​бацили (като антраксни бактерии).
• спирални бактерии: Според точния си вид тези бактерии се делят на четири групи – спирила (напр. причинител на треска от ухапвания от плъхове), борелия (напр. причинител на лаймска болест), трепонема (напр. сифилисни бактерии), и лептоспира (напр. причинител на лептоспироза).

Класификация според патогенността

• факултативни патогенни бактерии: Тези бактерии причиняват заболяване само при определени обстоятелства, като например когато имунната система е отслабена.
• облигатни патогенни микроби: В достатъчно количество те винаги причиняват заболяване, например салмонела.

Бактериите, които се срещат естествено в тялото, също могат да причинят заболяване – например, ако се разпространяват прекомерно в резултат на слаба имунна система или попаднат на грешни места в тялото (напр. чревни бактерии, които попадат в уретрата или вагината в резултат на неправилна хигиена на тоалетната). Следователно те принадлежат към факултативните патогенни бактерии.

Класификация според камшичетата

Повечето бактерии носят флагели на външната си повърхност, с помощта на които са подвижни. Експертите разграничават следните форми на бичуване:

• монотрихозно камшиче: само един камшик, напр. холерни бактерии
• lophotrichous flagella: няколко камшичета, подредени в една или две снопчета, напр. видове Pseudomonas
• peritrichous flagella: няколко камшичета, разпределени по цялата външна повърхност на бактериалната клетка (жгутичета навсякъде), напр. Salmonella (причинител на салмонелоза и коремен тиф)

Класификация според капсулирането

Бактерията Haemophilus influenzae например е капсулирана. Освен всичко друго, той може да причини менингит, отит, бронхит, пневмония и – като Haemophilus influenzae тип B (HiB) – ларингит.

Също така сред капсулираните форми на бактериите са пневмококите (Streptococcus pneumoniae). Те обикновено причиняват пневмония, но понякога и други бактериални инфекциозни заболявания.

Класификация според образуването на спори

При неблагоприятни условия на живот някои бактерии могат да образуват трайни форми с масово намален метаболизъм – така наречените спори. За разлика от метаболитно активната (вегетативна) клетка, те могат да издържат на изключително неблагоприятни условия на околната среда като топлина и студ и остават жизнеспособни години или дори десетилетия. Веднага щом условията се подобрят отново, спората се трансформира обратно във вегетативна бактериална клетка.

Спорите всъщност са бактерии в латентно състояние.

Спорообразуващите бактерии включват главно представители на родовете Bacillus и Clostridium, например патогена на антракс (Bacillus anthracis) и патогените на тетанус (Clostridium tetani) и ботулизъм (Clostridium botulinum).

Класификация според отношението към кислорода

Облигатните анаеробни бактерии (анаероби) са точно обратното на облигатните аероби: те не могат да растат и виреят в присъствието на кислород – дори малки следи от кислород могат да убият тези бактерии за кратко време. За разлика от аеробите, те не могат да елиминират токсичните кислородни радикали (аеробните бактерии имат специални ензими като каталаза за тази цел). Облигатните анаеробни бактерии получават необходимата им енергия чрез ферментация или чрез така нареченото анаеробно дишане.

Факултативните анаеробни бактерии са толерантни по отношение на кислорода: те могат да растат както със, така и без кислород. Когато има кислород, те получават енергията, от която се нуждаят, чрез „нормално“ (аеробно) клетъчно дишане, точно както правят аеробните бактерии и животинските и човешките клетки. В среда без кислород, от друга страна, тяхното производство на енергия протича чрез ферментация или анаеробно дишане.

Аеротолерантните бактерии могат да виреят без проблеми в присъствието на кислород, но не могат да го използват за производство на енергия.

Класификация според температурните изисквания

В зависимост от температурния диапазон, който бактериите предпочитат или понасят, се разграничават три групи бактерии:

• психрофилни бактерии: Те виреят най-добре при пет до десет градуса по Целзий. Минималната температура, която издържат е от -5 до -3 градуса в зависимост от вида на бактериите, а максималната им температура е от 15 до 20 градуса в зависимост от вида.
• Мезофилни бактерии: Температурният им оптимум е от 27 до 37 градуса. Температурата може да падне до максимум 20-25 градуса. От друга страна, температурата не трябва да се повишава до повече от 42 до 45 градуса.
• Термофилни бактерии: Те се чувстват най-комфортно от 50 до 60 градуса. В зависимост от вида на бактериите температурата не трябва да пада под 40 до 49 градуса и не трябва да се повишава до повече от 60 до 100 градуса.

Класификация според таксономията

Подобно на други живи организми, бактериите се класифицират според научни критерии в различни йерархични нива като семейства, родове и видове. Някои видове бактерии също могат да бъдат допълнително разделени на различни видове (бактериални щамове) – в зависимост от наследствените фактори и химичния състав.

Как се размножават бактериите?

Бактериите се размножават безполово чрез клетъчно делене:

Колко бързо могат да се размножават бактериите зависи от вида на бактериите и условията на околната среда. При оптимални условия много бактерии могат да удвоят броя си само за двадесет минути.

Когато говорим за бактериален растеж, имаме предвид увеличаването на броя на бактериалните клетки. Определя се като брой клетки на милилитър.

Какви заболявания се причиняват от бактерии?

Има различни заболявания, причинени от бактерии. Ето малка селекция:

• Скарлатина: Това много заразно бактериално инфекциозно заболяване се причинява от грам-положителни, сферични A стрептококи (Streptococcus pyogenes).
• Други стрептококови инфекции: Стрептококите могат също да причинят възпаление на средното ухо, тонзилит, еризипел, пневмония и ревматична треска, наред с други. В-стрептококите (S. agalactiae) са възможни причини за менингит и инфекции на рани, например. Други стрептококи могат да се появят например като кариесни бактерии.
• Пневмококови инфекции: Пневмококите също са стрептококи, които обикновено се срещат като двойки (диплококи). По-конкретно, те са Streptococcus pneumoniae. Тази бактерия е типичен патоген на пневмония, но може също да причини менингит, средно ухо или синузит, наред с други неща.
• Менингококови инфекции: Менингококите са бактерии от вида Neisseria meningitis. Инфекциите с тези микроби обикновено се проявяват под формата на менингит или бактериално „отравяне на кръвта“ (сепсис).
• Гонорея (гонорея): Тази полово предавана болест също се причинява от бактерия Neisseria, този път Neisseria gonorrhoeae (наричана още gonococcus). Лекувана навреме, гонореята обикновено се излекува без последствия. В противен случай съществува риск от трайни късни последици като безплодие.
• Хламидийни инфекции: Има различни видове хламидия (някои с подгрупи), които могат да причинят различни клинични картини, например конюнктивит, инфекции на пикочните и гениталните органи (като уретрит, цервицит или простатит) и пневмония.
• Коклюш: Грам-отрицателната бактерия Bordetella pertussis обикновено стои зад тази „детска болест“, която също все по-често се среща при юноши и възрастни.
• Дифтерия: Симптоми като лаеща кашлица, затруднено преглъщане и сладникав неприятен дъх се причиняват от токсина на грам-положителната пръчковидна бактерия Corynebacterium diphtheriae.
• Туберкулоза: Mycobacterium tuberculosis е най-честата причина за това сериозно инфекциозно заболяване, подлежащо на обявяване.
• Инфекции с E. coli: Escherichia coli е грам-отрицателна бактерия, от която има няколко щама. Някои от тях живеят естествено в червата на здрави хора. Други щамове на E.coli обаче могат да причинят инфекции, например в храносмилателния или пикочния тракт (като диария и цистит).
• Салмонелоза (отравяне със салмонела): Този термин се отнася до инфекциозни заболявания и хранителни отравяния, причинени от специфична подгрупа бактерии Salmonella. Включва между другото коремен тиф и паратиф.
• Инфекция с листерия (листериоза): Това хранително отравяне се причинява от грам-положителни бактерии от вида Listeria monocytogenes. Придружава се от гадене, повръщане и диария. Може да се заразите чрез консумация на замърсени храни като млечни продукти, сурови зеленчуци или неадекватно загряно месо.
• Холера: Грам-отрицателната бактерия Vibrio cholerae е отговорна за тежката диария, която се среща главно в райони с лоши хигиенни условия.

Бактериемия и сепсис

Обикновено бактериите не се откриват в кръвта. Ако има, това се нарича бактериемия. Може да възникне например, когато някой получи кървящи венци от енергично четкане на зъбите или се пореже с джобно ножче. Бактериите също могат да навлязат в кръвта по време на бактериални инфекции (като бактериална пневмония) или по време на стоматологична или медицинска процедура.

Бактериемията не винаги причинява симптоми, ако имунната система бързо елиминира бактериите.

Особено при хора с отслабена имунна система обаче бактериите могат да причинят инфекция (напр. възпаление на вътрешната обвивка на сърцето = ендокардит), ако останат в кръвта достатъчно дълго време и в по-големи количества. Последствието може да бъде много бурна реакция на цялото тяло, която се нарича сепсис („отравяне на кръвта“). В най-лошия случай може да се стигне до смърт. Въпреки това рискът от смърт в отделните случаи варира значително. Това зависи, наред с други неща, от вида на засегнатата бактерия и колко бързо се лекува пациентът.

Бактерии: Предаване или инфекция

Например, хората могат да се заразят със салмонела чрез инфекция с цитонамазка: Ако хората с диария, свързана със салмонела, не измият добре ръцете си след ходене до тоалетната, те могат да пренесат микробите върху предмети (като дръжки на врати, прибори за хранене). Ако здрав човек докосне тези предмети и след това ги хване за устата, носа или очите, може да се зарази. Директно заразяване от човек на човек чрез инфекция с цитонамазка също е възможно, когато заразените лица се ръкуват със здрав човек със замърсени ръце.

Салмонелата обаче се предава главно чрез замърсена храна. Този път на заразяване съществува и за някои други бактерии като Listeria (причинител на листериоза) и представители на рода Campylobacter (причинител на заразни диарийни заболявания).

Последните, подобно на Salmonella и някои други бактерии, също могат да се предават чрез замърсена вода.

В някои случаи е възможно заразяване чрез полов акт, както при хламидиите и причинителя на гонореята (гонококи).

Бактериална инфекция: лечение

Някои антибиотици са ефективни срещу много различни видове бактерии (широкоспектърни или широкоспектърни антибиотици), докато други са насочени към определени групи бактерии (тесноспектърни или тясноспектърни антибиотици).

Добре известни групи антибиотици включват пеницилини, цефалоспорини, тетрациклини и макролидни антибиотици.

Не всяка бактериална инфекция изисква лечение с антибиотици. Алтернативно или в допълнение, други мерки могат да бъдат полезни, които не са насочени специално към бактериите, но поне облекчават симптомите (напр. болкоуспокояващи и противовъзпалителни лекарства).

Ваксинация срещу бактерии

Някои инфекциозни заболявания, причинени от бактерии, могат да бъдат предотвратени с ваксинация. Приложената ваксина стимулира имунната система да изработи специфични антитела срещу съответния бактериален патоген (активна имунизация). Това въоръжава имунната система в случай, че по-късно се появи „истинска“ инфекция с тези бактерии. По този начин инфекцията може да бъде потисната в зародиш на ранен етап или поне отслабена.

Примери за налични ваксинации срещу бактерии:

• Ваксинация срещу дифтерия
• Ваксинация против коклюш
• Ваксинация срещу тетанус (предлага се и като пасивна имунизация, при която се инжектират готови антитела)
• Ваксинация срещу Haemophilus influenzae тип b (HiB ваксинация)
• Менингококова ваксинация
• Ваксинация срещу холера
• Ваксинация срещу коремен тиф

Някои от тези ваксини се предлагат като комбинирани препарати с различен състав. Например, Td ваксината предпазва едновременно от бактерии от тетанус и дифтерия.