Mikrobiteoria ja tartuntataudit: bakteerien rooli, historia ja todisteet

Tutustu mikrobiteoriaan ja tartuntatautien historiaan: bakteerien rooli, keskeiset todisteet ja merkittävät tutkimukset tartuntojen ymmärtämiseksi.

Sairauksien itioteoria on biologian teoria, jonka ydinajatus on, että monet sairaudet johtuvat pienistä eliöistä eli mikrobeista. Termiä käytetään usein silloin, kun puhutaan erityisesti bakteereista (tässä tekstissä niitä kutsutaan myös bakteereiksi), mutta mikrobeihin kuuluu lisäksi viruksia, sienet ja alkueläimet. Teorian mukaan sairauksia aiheuttavat tietyt patogeenit, jotka päästessään isäntäeliöön tai elimistöön käynnistävät siellä prosesseja — elimistön puolustusreaktioineen nämä prosessit ilmenevät sairautena. On tärkeää huomata, että kaikki sairaudet eivät ole tarttuvia; osa sairauksista johtuu perinnöllisistä tekijöistä, elintavoista, ympäristöstä tai muista ei-infektiivisistä syistä.

Historia: miten ajatukset muuttuivat

Jo ennen mikroskoopin keksimistä ihmiset pohtivat sairauksien syitä. Vielä mikroskoopin yleistymisen jälkeenkään ei heti ymmärretty, että mikroskooppiset organismit voivat aiheuttaa tauteja. Pitkään vallinnut miasmateoria eli käsitys siitä, että sairauksia aiheuttaa "huono ilma" (esimerkiksi haisevista kaatopaikoista tai mädäntyvästä lihasta nouseva myrkyllinen höyry) oli yleinen. Tämän vuoksi ihmiset yrittivät suojautua peittämällä suun ja nenän liinalla tai käyttämällä hajusteita ja valkosipulia.

1800-luvulla lääketiede alkoi muuttua nopeasti, kun tutkijat esittivät konkreettisia todisteita tartuntatautien mekanismeista. Tunnettuja käännekohtia olivat mm.:

• Ignaz Semmelweisin havainnot (käsihygienia synnytysten yhteydessä) osoittivat, että puhtauden lisääminen vähensi tartuntoja.
• John Snown cholera-tutkimus osoitti, että osa epidemioista leviää veden kautta; hänen esimerkkinsä (kaivon pumpun käyttäjien eristäminen) on klassinen esimerkki epidemiologisesta päättelystä.
• Joseph Listerin antiseptiset menetelmät kirurgeissa vähensivät leikkausinfektioita käyttämällä desinfiointiaineita.

Todisteiden karttuminen ja spontaanin syntymisen kumoaminen

Yksi iso ongelma vanhoissa teorioissa oli spontaanin syntymisen uskomus (spontaani syntyminen), jossa ajateltiin, että elävät olennot syntyvät itsestään mätänevästä aineksesta. Tämän idean kumoaminen oli keskeistä mikrobiologian kehitykselle. Esimerkkejä kokeellisesta työstä:

• Francesco Redi (1626–1697) näytti, että kärpäset munivat munia, joista tulee toukkia. Hän sulki lihaa purkkeihin ja havaitsi, että suljetuista purkeista ei ilmaantunut toukkia kuten avoimiin. Tämä testi oli ensimmäisiä konkreettisia näyttöjä siitä, etteivät toukat synny spontaanisti mätänevästä lihasta.
• Michelor/Spallanzani ja myöhemmin Louis Pasteur kehittivät kokeita, jotka sulkivat pois ilma-antigeenin spontaanista syntymisestä. Pasteurin kuuluisa joutsenkaulainen pullo -koe osoitti, että ravinneliuokset säilyivät muuttumattomina, kun hiukkaset ja mikrobit eivät päässeet niihin, mutta käymistä ja mikrobikasvua tapahtui, kun pulloon pääsi ympäristöstä kontaminantteja.

Ranskalainen Louis Pasteur ja saksalainen Robert Koch olivat avainhahmoja, jotka yhdistivät laboratoriotutkimuksen ja kliiniset havainnot. Koch kehitti menetelmiä bakteerien eristämiseen ja kasvattamiseen maljoilla (kulttuurit) ja esitteli myöhemmin niin kutsutut Kochin postulaatit — ohjeet, joiden avulla voitiin osoittaa tietyn mikrobin aiheuttavan tietyn taudin. Nämä postulaatit muokkasivat lääketiedettä ja antoivat järjestelmällisen tavan todentaa tartuntatautien aiheuttajia.

Miten bakteerit ja muut mikrobit aiheuttavat tauteja

Bakteerit voivat aiheuttaa sairauksia monin eri tavoin: ne voivat tuottaa myrkkyjä (toksiineja), hajottaa kudoksia, invadoida elimistön soluja tai laukaista liiallisia immuunireaktioita. Taudin synty riippuu sekä mikrobin ominaisuuksista että isännän puolustuskyvystä. Usein seuraavat tekijät vaikuttavat taudin puhkeamiseen:

• mikrobin virulenssi (taudintekijän voimakkuus),
• annos eli kuinka monta mikro-organismia pääsee elimistöön,
• reitti, jota pitkin mikrobi tunkeutuu (hengitysteiden kautta, ihon tai haavan kautta, ruoan ja veden välityksellä, hyönteisen pistoksen kautta),
• isännän immuunipuolustus (ikä, perussairaudet, ravitsemus, rokotustilanne).

Tartuntatavat ja estotoimet

Tartuntataudit leviävät eri tavoin. Yleisiä reittejä ovat:

• pisaratartunta (yskä, aivastus),
• ilmatartunta (pienet aerosolit),
• kontakti (suora kosketus tai saastuneet pinnat),
• vektoreiden välityksellä (esim. hyttysen pistos),
• ruoan tai veden kautta (enteriset taudit).

Ennaltaehkäisy perustuu esimerkiksi hygieniaan, puhtaan veden ja ruoan varmistamiseen, rokotuksiin, tartunnan saaneiden eristämiseen ja terveydenhuollon aseptisiin käytäntöihin. Bakteerit voidaan usein hoitaa antibiooteilla, mutta resistenssin kehittyminen on kasvava ongelma, joka korostaa vastuullisen antibioottikäytön merkitystä. Virusten hoidossa ja ehkäisyssä keskeisiä ovat rokotteet ja viruskohtaiset lääkkeet; antibiootit eivät tehoa viruksiin.

Nykyiset tutkimusmenetelmät ja diagnostiset todisteet

Modernissa mikrobiologiassa käytetään monia tekniikoita taudinaiheuttajien tunnistamiseen ja tutkimiseen: mikroskopia (ml. värjäykset kuten Gram-värjäys), bakteerien viljely ja karakterisointi, serologiset testit, PCR ja muut nukleiinihappotestit sekä koko genomien sekvensointi. Nämä menetelmät antavat suoraa näyttöä mikrobin läsnäolosta ja sen yhteydestä sairastumiseen.

Yhteenvetona: mikrobiteoria mullisti lääketieteen ja kansanterveyden. Se korvasi osittain ja täydensi aikaisempia käsityksiä taudinaiheuttajista, ja sen pohjalta kehitetyt käytännöt — kuten sterilointi, antiseptiikka, rokotukset ja antibiootit — ovat pelastaneet lukemattomia elämiä. Samalla uusi tieto on tuonut esiin monimutkaisia kysymyksiä, kuten antibioottiresistenssin ja kroonisten tai monitekijäisten tautien suhteen, joita tutkitaan edelleen aktiivisesti.

Sanitaatio

Myös Antonie van Leeuwenhoek löysi 1700-luvulla ensimmäiset mikroskooppiset eliöt mikroskoopilla. Hän oli ensimmäinen mikrobiologi. Hän näki joitakin sairauksia aiheuttavia mikroskooppisia organismeja, mutta ei tiennyt, mitä ne olivat. Vuonna 1700 Nicolas Andry arveli, että jotkin näistä mikroskooppisista organismeista aiheuttivat isorokon ja muita sairauksia. Yli 100 vuotta myöhemmin Agostino Bassi selvitti, mikä aiheutti sairauksia silkkiäistoukissa. Ignaz Semmelweis oli lääkäri, joka keksi, että jos lääkärit pesivät kätensä koskettuaan kuolleita ihmisiä, muut potilaat eivät sairastuisi. Tämä tapahtui vuonna 1847. Noihin aikoihin sanitaatio ja käsien pesu tulivat suosituksi joidenkin, mutta ei kaikkien lääkäreiden keskuudessa. Lääkärit alkoivat käyttää kemikaaleja haavojen puhdistamiseen ja työvälineiden puhdistamiseen jokaisen potilaan välillä.

Yksi 1800-luvun kuuluisimmista kokeista oli se, kun John Snow löysi koleraepidemian aiheuttajan. Kävi ilmi, että kolera tarttuu, kun ihmisjäte saastuttaa ihmisten juomaveden. Snow sai selville, että Lontoon Sohossa oli suuri määrä sairaita ihmisiä. Keskusteltuaan monien alueen asukkaiden kanssa ja kartoitettuaan, missä kukin sairastunut asui, hän huomasi, että lähes kaikki sairastuneet saivat juomavetensä samasta julkisesta vesipumpusta. Hän ratkaisi epidemian poistamalla vesipumpun kahvan, jotta ihmiset saisivat vettä jostain muualta. Se toimi, ja epidemia oli pian ohi.

Louis Pasteur osoitti, että tautien bakteeriteoria oli totta. Vuonna 1862 hän keksi prosessin, jossa neste kuumennetaan korkeaan lämpötilaan, jotta se ei pilaantuisi. Tämä prosessi tunnetaan pastörointina, joka on nimetty Pasteurin mukaan. Pastörointia käytetään tappamaan mikroskooppisia organismeja nesteissä, kuten maidossa, viinissä ja oluessa. Pastöroidut nesteet säilyvät paljon kauemmin ennen pilaantumistaan.

Myöhemmin hän teki kokeen käymisellä. Eräässä tapauksessa hän valmisti liemen, jonka hän laittoi purkkiin, jossa oli hyvin pitkä käämiputki, jotta siihen ei pääsisi hiukkasia ulkopuolelta. Putken sisälle pääsi ilmaa, mutta pölyä ei juuri lainkaan. Hänen tekemänsä liemi ei muuttunut, eikä käymistä tapahtunut.

Sitten hän otti samanlaisen liemen, mutta tällä kertaa hän antoi ilman ja pölyn päästä purkin sisälle. Tällä kertaa käyminen tapahtui. Käymisen aiheuttaneen asian täytyi siis tulla ulkopuolelta (ympäristöstä). Eikä käymisen aiheuttanut pelkkä ilma, vaan sen täytyi olla jotain ilmassa leijuvaa, hyvin pientä. Nyt tiedämme, että hiivaksi kutsutut pienet hiukkaset aiheuttavat käymisen.

1800-luvun loppupuolella Robert Koch ja Joseph Lister auttoivat vakiinnuttamaan tautien bakteeriteorian tärkeäksi osaksi tiedettä ja lääketiedettä. Kochin teorioita kutsutaan "postulaateiksi", ja ne auttoivat lääketieteen tutkijoita tietämään, mistä sairaudet johtuvat. Listerin ajatukset auttoivat vakiinnuttamaan sanitaation tärkeäksi puolustukseksi tauteja vastaan. Kochin postulaatit ja Listerin sanitaatiolöydökset ovat edelleen hyvin tärkeitä.

Tiedämme nyt, että pienet asiat aiheuttavat sairauksia. Jokainen näistä asioista voi aiheuttaa infektion: sieni, bakteeri, virus, prioni, hiiva, protisti.

John Snow'n laatima alkuperäinen kartta, jossa näkyy, missä asuivat koleraan sairastuneet ihmiset Lontoon vuoden 1854 epidemian aikana.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on tautien bakteeriteoria?

K: Minkä ihmiset uskoivat aiheuttavan sairauksia ennen mikroskoopin keksimistä?

K: Mitä on abioogeneesi?

K: Kuka keksi, että kärpäset munivat munia, joista tulee matoja?

K: Miten tiedemiehet osoittivat, että taudit eivät tule saastuneesta ilmasta?

K: Minkälainen reaktio ihmisen elimistössä on, kun se saa bakteeritartunnan?

Hae kirjaimella