Bakteerit: mitä ne ovat, rakenne, elintavat ja merkitys
Tutustu bakteereihin: niiden rakenne, elintavat ja merkitys terveydelle, ympäristölle ja teollisuudelle. Selkeä ja ajankohtainen tietopaketti mikro-organismeista.
Bakteerit (yksikkö: bakteeri) ovat hyvin pieniä organismeja. Ne ovat prokaryoottisia mikro-organismeja. Bakteerisoluilla ei ole ydintä, eikä useimmilla niistä ole kalvoilla ympäröityjä soluelimiä. Useimmilla on soluseinämä. Niillä on DNA, ja niiden biokemia on periaatteessa sama kuin muilla elävillä olennoilla. Ne kuuluvat yksinkertaisimpiin ja vanhimpiin eliöihin. Bakteerit eroavat suuresti muista soluista rakenteensa, kokonsa ja elintapojensa suhteen, mutta ne pystyvät suorittamaan kaikkia elämän perustoimintoja kuten aineenvaihduntaa, kasvua ja lisääntymistä.
Rakenne
Useimmat bakteerit koostuvat yhdestä solusta ja niiden perusrakenne sisältää solukalvon, soluliman ja DNA:n (nukleoidi), mutta niillä ei ole erillistä tumakoteloa. Monilla on soluseinämä, jonka kemiallinen koostumus vaihtelee (esimerkiksi grampositiivisilla paksu peptidoglykaanikerros, gramnegatiivisilla ohut peptidoglykaanikerros ja ulkokalvo). Joillakin lajeilla on myös limakerros tai kapseli, joka suojaa soluja ja auttaa kiinnittymisessä pintoihin. Liikkumiseen bakteereilla voi olla flagella (ripsiä), ja solujen välillä voi olla yhteyksiä kuten piliä (sukupuuttumisessa tärkeä).
Muodot ja luokittelu
Bakteerien muotoja ovat esimerkiksi pallomaiset (kokit), sauvanmuotoiset (bacillit), kierteiset (spirillit) ja haarautuneet muodot. Luokittelu perustuu morfologiaan, soluseinämän ominaisuuksiin (esimerkiksi Gram-värjäyksen tulos), biokemiallisiin piirteisiin ja nykyisin yhä useammin DNA-analyysiin. Lisäksi bakteerit voidaan luokitella esimerkiksi hapentarpeen (aerobit, anaerobit), ravinnonhankintatavan (autotrofiset vs. heterotrofiset) tai elinympäristön mukaan (esimerkiksi extremofiilit).
Elintavat ja lisääntyminen
Lähes kaikki bakteerit ovat niin pieniä, että ne voidaan nähdä vain mikroskoopilla. Bakteerit koostuvat yhdestä solusta, joten ne ovat eräänlaisia yksisoluisia organismeja. Niiden tavallinen lisääntymistapa on jakautuminen (binaarinen fissi), jossa yksi solu jakautuu kahdeksi tytärsoluksi. Lisäksi bakteerit voivat vaihtaa perintöainesta horisontaalisen geeninsiirron keinoin: ulkoisen DNA:n ottaminen (transformaatio), virusten välityksellä tapahtuva siirto (transduktio) tai suora solujen välinen siirto soluja yhdistävän konjugaation kautta.
Elinympäristöt
Yksittäisiä bakteereja on luultavasti enemmän kuin mitään muuta organismia planeetalla, lukuun ottamatta viruksia. Useimmat bakteerit elävät maaperässä tai vedessä, mutta monet elävät myös muiden eliöiden, myös ihmisten, ihon sisällä tai iholla. Joitakin lajeja tavataan äärimmäisissä olosuhteissa, kuten kuumissa lähteissä, suolajärvissä tai happamissa ympäristöissä (extremofiilejä).
Merkitys ihmiselle ja ekosysteemeille
Bakteerit vaikuttavat elämään monin tavoin. Jokaisessa kehossamme on suunnilleen yhtä paljon bakteerisoluja kuin ihmissoluja; erityisesti suolistofloora on tärkeä ruoan pilkkomisessa, vitamiinien tuotannossa ja immuunijärjestelmän kehityksessä. Jotkut bakteerit aiheuttavat sairauksia (patogeenit), mutta toiset auttavat meitä jokapäiväisissä toiminnoissa, kuten ruoansulatuksessa (suolistofloora). Teollisuudessa bakteereja käytetään muun muassa elintarvikkeiden valmistuksessa, kuten juuston ja jogurtin fermentaatiossa, sekä bioteknologiassa entsyymien ja lääkkeiden tuotannossa. Ekologisesti bakteerit osallistuvat ainekiertoon hajottajina ja jotkut sitovat typpeä ilmakehästä, mikä on tärkeää kasvien ravinteiden saannille.
Tutkimus, hoidot ja haasteet
Bakteriologian perustaja oli saksalainen biologi Ferdinand Cohn (1828-1898). Hän julkaisi ensimmäisen biologisen bakteerien luokittelun, joka perustui bakteerien ulkonäköön. Sittemmin bakteriologia on kehittynyt huimasti: nykytekniikoilla tunnistetaan lajeja geneettisesti ja kehitetään antibiootteja, rokotteita sekä muita hoitomuotoja. Yksi suuri haaste nykyaikana on antibioottiresistenssin leviäminen, mikä tekee aiemmin helposti hoidettavista infektioista vaikeampia. Tämän vuoksi oikea antibioottien käyttö, hygieniaratkaisut ja uusien hoitomuotojen kehitys ovat tärkeitä.
Yhteenveto
Bakteerit ovat monimuotoinen ja ekologisesti keskeinen ryhmä yksisoluisia organismeja. Ne ovat sekä hyödyllisiä että joskus haitallisia ihmisille ja ympäristölle. Mikrobiologian tutkimus ja bioteknologian sovellukset hyödyntävät bakteerien ominaisuuksia monin tavoin, mutta samaan aikaan niiden hallinta, esimerkiksi antibioottiresistenssin torjunta, on tärkeä julkisen terveyden haaste.
Lisääntyminen ja geeninsiirto
Bakteeri lisääntyy (luo lisää bakteereja) jakautumalla kahtia ja luomalla kaksi "tytärsolua". Kumpikin tytärsolu on muodoltaan identtinen vanhemman kanssa.
Bakteereilla ei ole sukupuolta, mutta ne siirtävät DNA:ta useiden erilaisten horisontaalisten geenisiirtojen avulla. Näin ne jakavat antibioottiresistenssiä kannasta toiseen. Monien bakteerikantojen täydellinen DNA-sekvenssi tunnetaan. Jokaisella bakteerilla on vain yksi kromosomi.
Shape
Bakteerien koko ja muoto vaihtelevat suuresti, mutta yleensä ne ovat vähintään kymmenen kertaa suurempia kuin virukset. Tyypillinen bakteeri on halkaisijaltaan noin 1 µm (yksi mikrometri), joten tuhat bakteeria rivissä olisi yhden millimetrin pituinen. Maapallolla on noin viisi miljoonaa (5×1030 ) bakteeria.
Bakteerit tunnistetaan ja ryhmitellään niiden muodon perusteella. Bakteerit ovat sauvamaisia, kookit ovat pallonmuotoisia, spirillat ovat spiraalinmuotoisia ja vibriot ovat pilkun tai bumerangin muotoisia.
Bakteerien eri muodot
Taudinaiheuttajat
Patogeeniset bakteerit, eli haitalliset bakteerit, pääsevät ihmiskehoon ilmasta, vedestä tai ruoasta. Sisään päästyään nämä bakteerit kiinnittyvät hengitysteiden, ruoansulatuskanavan tai avoimen haavan tiettyihin soluihin tai tunkeutuvat niihin. Siellä ne alkavat lisääntyä ja levitä ja käyttävät elimistön ruokaa ja ravintoaineita energiansaantina, jotta ne voivat lisääntyä.
Extremophiles
Jotkut bakteerit ovat extremofiilejä. Jotkut mikrobit viihtyvät kivien sisällä jopa 580 metriä merenpohjan alapuolella 2,6 kilometrin syvyydessä Tyynenmeren luoteisosassa Yhdysvalloissa. Erään tutkijan mukaan "mikrobeja löytyy kaikkialta - ne ovat äärimmäisen sopeutuvaisia olosuhteisiin ja selviytyvät missä tahansa."
Virukset
Virukset olivat bakteerien ensimmäiset ja vakavimmat viholliset. Virukset hyökkäävät bakteerien kimppuun kaikkialla, missä bakteeritkin ovat. Bakteerien kimppuun hyökkääviä viruksia kutsutaan bakteriofageiksi.
Nyt tiedetään jotakin siitä, miten bakteerit suojautuvat viruksia vastaan. Useimmilla bakteereilla on CRISPR-Cas-järjestelmiä, jotka ovat adaptiivinen puolustuskeino viruksia vastaan. Ne pitävät viruksen DNA:n osia. Niitä käytetään viruksen myöhempien infektioiden kohdentamiseen ja tuhoamiseen. Prosessi muistuttaa RNA-interferenssiä.
Niiden luokittelun historia
Kaikki nykyaikaiset ajatukset alkavat DNA:n ja RNA:n sekvenssianalyysistä. Vuonna 1987 Carl Woese, molekulaarisen fylogenian vallankumouksen edelläkävijä, jakoi bakteerit 11 jaostoon 16S-ribosomaalisen RNA:n (SSU) sekvenssien perusteella:
- Proteobakteerit: Purppurabakteerit ja niiden sukulaiset
Alfa-alaryhmä: violetit ei-rikkibakteerit, rhizobakteerit, Agrobacterium, Bartonella, Rickettsiae, Nitrobacter)
Beta-alajako: (Rhodocyclus, (jotkut) Thiobacillus, Alcaligenes, Spirillum, Nitrosovibrio)
Gamma-alajako: suolistoperäiset bakteerit, fluoresoivat pseudomonadit, violetit rikkibakteerit, Legionella, (jotkin) Beggiatoa-bakteerit
Deltan osa-alue: Rikki- ja sulfaattipelkistäjät (Desulfovibrio), Myxobacteria, Bdellovibrio.
- Grampositiiviset Eubakteerit
Korkean G+C-pitoisuuden omaavat lajit - aktinobakteerit (Actinomyces, Streptomyces, Arthrobacter, Micrococcus, Bifidobacterium).
Vähän G+C:tä sisältävät lajit - Firmicutes (Clostridium, Peptococcus, Bacillus, Mycoplasma).
Fotosynteettiset lajit (Heliobacterium)
Lajit, joilla on gramnegatiiviset seinämät (Megasphaera, Sporomusa).
Syanobakteerit ja kloroplastit (Aphanocapsa, Oscillatoria, Nostoc, Synechococcus, Gleoebacter, Prochloron).
- Spirochaetes ja sukulaiset
Spirokeetat (Spirochaeta, Treponema, Borrelia)
Leptospiras (Leptospira, Leptonema)
- Vihreät rikkibakteerit (Chlorobium, Chloroherpeton).
- Bacteroides, Flavobacteria ja sukulaislajit
Bacteroides (Bacteroides, Fusobacterium)
Flavobacterium-ryhmä (Flavobacterium, Cytophaga, Saprospira, Flexibacter).
- Planctomyces ja sukulaiset
Planctomyces-ryhmä (Planctomyces, Pasteuria)
Termofiilit (Isocystis pallida)
- Klamydiat (Chlamydia psittaci, Chlamydia trachomatis).
- Säteilynkestävät mikrokoskit ja niiden sukulaiset
Deinococcus-ryhmä (Deinococcus radiodurans)
Termofiilit (Thermus aquaticus)
- Vihreät rikittömät bakteerit ja niiden sukulaiset
Chloroflexus-ryhmä (Chloroflexus, Herpetosiphon).
Thermomicrobium-ryhmä (Thermomicrobium roseum)
- Thermotogae
Aiheeseen liittyvät sivut
- Antibiootit
- Enterococcus
- Mykoplasma
- Mikro-organismi
- Archaea
- Virus
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä bakteerit ovat?
V: Bakteerit ovat hyvin pieniä organismeja, jotka ovat prokaryoottisia mikro-organismeja. Niillä ei ole ydintä eikä useimmilla ole organelleja, joita ympäröivät kalvot, mutta niillä on soluseinä ja DNA.
K: Kuinka suuria bakteerit ovat?
V: Useimmat bakteerit ovat niin pieniä, että niitä voi tarkastella vain mikroskoopilla.
K: Ovatko bakteerit yksisoluisia eliöitä?
V: Kyllä, bakteerit koostuvat yhdestä solusta, joten ne ovat eräänlaisia yksisoluisia organismeja.
K: Milloin bakteriologia alkoi?
V: Bakteriologian perustaja oli saksalainen biologi Ferdinand Cohn (1828-1898). Hän julkaisi ensimmäisen biologisen luokittelun bakteereista niiden ulkonäön perusteella.
K: Missä useimmat bakteerit elävät?
V: Useimmat bakteerit elävät maaperässä tai vedessä, mutta monet bakteerit elävät myös muiden eliöiden, myös ihmisten, ihon sisällä tai iholla.
K: Kuinka monta bakteerisolua on olemassa verrattuna ihmisen soluihin?
V: Bakteerisoluja on jokaisessa kehossamme suunnilleen yhtä paljon kuin ihmissoluja.
K: Mikä rooli joillakin bakteerityypeillä on jokapäiväisessä elämässä? V: Jotkin bakteerityypit auttavat meitä sulattamaan ruokaa (suolistofloora) ja toisia käytämme tehtaissa juuston ja jogurtin valmistukseen.
Etsiä