Saat ini, kawan, ketika Anda membaca baris-baris ini, Anda mendapat manfaat dari kerja bakteri. Mulai dari oksigen yang kita hirup hingga nutrisi yang diambil perut dari makanan kita, kita punya bakteri yang patut kita syukuri karena bisa berkembang di planet ini. Di dalam tubuh kita terdapat sekitar sepuluh kali lebih banyak mikroorganisme, termasuk bakteri, dibandingkan sel kita sendiri. Pada dasarnya, kita lebih merupakan mikroba daripada manusia.
Baru-baru ini kita mulai memahami sedikit tentang organisme mikroskopis dan dampaknya terhadap planet dan kesehatan kita, namun sejarah menunjukkan bahwa berabad-abad yang lalu nenek moyang kita telah memanfaatkan kekuatan bakteri untuk memfermentasi makanan dan minuman (siapapun yang pernah mendengar tentang roti dan roti). Bir?).
Pada abad ke-17, kita mulai mempelajari bakteri langsung di tubuh kita yang berhubungan erat dengan kita - di mulut. Keingintahuan Antoni van Leeuwenhoek berujung pada ditemukannya bakteri ketika ia memeriksa plak di sela-sela giginya sendiri. Van Leeuwenhoek menjadi puitis tentang bakteri tersebut, menggambarkan koloni bakteri di giginya sebagai “zat putih kecil, seperti adonan yang mengeras.” Menempatkan sampel di bawah mikroskop, van Leeuwenhoek melihat mikroorganisme tersebut bergerak. Jadi mereka masih hidup!
Anda harus tahu bahwa bakteri telah memainkan peran penting di Bumi, menjadi kunci terciptanya udara untuk bernapas dan kekayaan biologis dari planet yang kita sebut rumah.
Pada artikel ini, kami akan memberi Anda gambaran umum tentang mikroorganisme kecil namun sangat berpengaruh ini. Kita akan melihat sisi baik, sisi buruk, dan sisi aneh bakteri dalam membentuk sejarah manusia dan lingkungan. Pertama, mari kita lihat perbedaan bakteri dengan jenis kehidupan lainnya.
Dasar-Dasar Bakteri
Nah, jika bakteri tidak terlihat dengan mata telanjang, bagaimana kita bisa mengetahui banyak tentang bakteri?
Para ilmuwan telah mengembangkan mikroskop yang canggih untuk mengamati bakteri - yang ukurannya berkisar dari satu hingga beberapa mikron (sepersejuta meter) - dan mencari tahu hubungannya dengan bentuk kehidupan lain, tumbuhan, hewan, virus, dan jamur.
Seperti yang Anda ketahui, sel adalah bahan penyusun kehidupan, mulai dari jaringan tubuh kita hingga pohon yang tumbuh di luar jendela kita. Manusia, hewan, dan tumbuhan memiliki sel dengan informasi genetik yang terkandung dalam membran yang disebut nukleus. Jenis sel ini, yang disebut sel eukariotik, mempunyai organel khusus, yang masing-masing mempunyai tugas unik untuk membantu fungsi sel.
Namun bakteri tidak memiliki inti, dan materi genetiknya (DNA) mengapung bebas di dalam sel. Sel mikroskopis ini tidak memiliki organel dan memiliki metode reproduksi dan transfer materi genetik lainnya. Bakteri dianggap sebagai sel prokariotik.
Apakah bakteri bertahan hidup di lingkungan dengan atau tanpa oksigen?
Bentuknya: batang (bacillus), lingkaran (cocci) atau spiral (spirillum)
Apakah bakteri tersebut gram negatif atau gram positif, yaitu apakah bakteri mempunyai membran pelindung luar yang mencegah pewarnaan pada bagian dalam sel?
Cara bakteri bergerak dan menjelajahi lingkungannya (banyak bakteri memiliki flagela, struktur kecil seperti cambuk yang memungkinkan mereka bergerak di lingkungannya)
Mikrobiologi - studi tentang semua jenis mikroba, termasuk bakteri, archaea, jamur, virus, dan protozoa - membedakan bakteri dari mikroba sejenisnya.
Prokariota mirip bakteri, yang sekarang diklasifikasikan sebagai archaea, pernah menyatu dengan bakteri, namun seiring para ilmuwan mempelajari lebih lanjut tentang mereka, mereka memberi kategori tersendiri pada bakteri dan archaea.
Nutrisi mikroba (dan racun)
Seperti halnya manusia, hewan, dan tumbuhan, bakteri membutuhkan makanan untuk bertahan hidup.
Beberapa bakteri—autotrof—menggunakan sumber daya dasar seperti sinar matahari, air, dan bahan kimia lingkungan untuk menghasilkan makanan (bayangkan cyanobacteria, yang telah mengubah sinar matahari menjadi oksigen selama 2,5 juta tahun). Bakteri lain disebut heterotrof oleh para ilmuwan karena mereka mendapatkan energinya dari bahan organik yang ada sebagai makanan (misalnya, daun-daun mati di lantai hutan).
Kenyataannya adalah apa yang terasa lezat bagi bakteri akan terasa menjijikkan bagi kita. Mereka telah berevolusi untuk menyerap semua jenis produk, mulai dari tumpahan minyak dan produk sampingan nuklir hingga kotoran manusia dan produk pembusukan.
Namun ketertarikan bakteri terhadap sumber makanan tertentu dapat memberikan manfaat bagi masyarakat. Misalnya, pakar seni di Italia beralih ke bakteri yang dapat memakan lapisan garam dan lem berlebih, sehingga mengurangi daya tahan karya seni yang tak ternilai harganya. Kemampuan bakteri dalam mengolah bahan organik juga sangat bermanfaat bagi bumi, baik di tanah maupun di air.
Dari pengalaman sehari-hari, Anda pasti menyadari bau yang disebabkan oleh bakteri saat mereka mengonsumsi isi tempat sampah, mencerna sisa makanan, dan mengeluarkan produk samping berupa gas. Namun, ini belum semuanya. Anda juga dapat menyalahkan bakteri sebagai penyebab momen canggung saat Anda buang angin sendiri.
Satu keluarga besar
Bakteri tumbuh dan membentuk koloni jika diberi kesempatan. Jika kondisi makanan dan lingkungan mendukung, mereka berkembang biak dan membentuk gumpalan lengket yang disebut biofilm untuk bertahan hidup di permukaan mulai dari batu hingga gigi mulut Anda.
Biofilm mempunyai pro dan kontra. Di satu sisi saling menguntungkan terhadap benda-benda alam (mutualisme). Di sisi lain, mereka bisa menjadi ancaman yang serius. Misalnya, dokter yang merawat pasien dengan implan dan perangkat medis mempunyai kekhawatiran serius mengenai biofilm karena biofilm menyediakan tempat bagi bakteri. Setelah terkolonisasi, biofilm dapat menghasilkan produk sampingan yang beracun—dan terkadang berakibat fatal—bagi manusia.
Seperti halnya manusia di kota, sel-sel dalam biofilm berkomunikasi satu sama lain, bertukar informasi tentang makanan dan potensi bahaya. Namun alih-alih menelepon tetangga, bakteri malah mengirim catatan menggunakan bahan kimia.
Selain itu, bakteri tidak takut untuk hidup sendiri. Beberapa spesies telah mengembangkan cara menarik untuk bertahan hidup di lingkungan yang keras. Ketika tidak ada lagi makanan dan kondisi menjadi tidak tertahankan, bakteri mempertahankan diri dengan menciptakan cangkang keras, endospora, yang membuat sel berada dalam keadaan dormansi dan menjaga materi genetik bakteri.
Para ilmuwan menemukan bakteri dalam kapsul waktu yang disimpan selama 100 bahkan 250 juta tahun. Hal ini menunjukkan bahwa bakteri dapat melakukan penyimpanan sendiri dalam waktu yang lama.
Sekarang setelah kita mengetahui peluang apa yang diberikan koloni kepada bakteri, mari kita cari tahu bagaimana mereka mencapainya – melalui pembelahan dan reproduksi.
Reproduksi bakteri
Bagaimana bakteri membuat koloni? Seperti bentuk kehidupan lain di Bumi, bakteri perlu menggandakan diri agar dapat bertahan hidup. Organisme lain melakukan ini melalui reproduksi seksual, tetapi tidak dengan bakteri. Namun pertama-tama, mari kita bahas mengapa keberagaman itu baik.
Kehidupan mengalami seleksi alam, atau kekuatan selektif dari lingkungan tertentu memungkinkan satu jenis untuk berkembang dan bereproduksi lebih banyak daripada yang lain. Anda mungkin ingat bahwa gen adalah mesin yang memerintahkan sel apa yang harus dilakukan dan menentukan warna rambut dan mata Anda nantinya. Anda mendapatkan gen dari orang tua Anda. Reproduksi seksual menghasilkan mutasi, atau perubahan acak pada DNA, yang menciptakan keragaman. Semakin banyak keragaman genetik, semakin besar peluang suatu organisme mampu beradaptasi terhadap kendala lingkungan.
Bagi bakteri, reproduksi tidak bergantung pada bertemunya mikroba yang tepat; mereka hanya menyalin DNA mereka sendiri dan membelah menjadi dua sel yang identik. Proses ini, yang disebut pembelahan biner, terjadi ketika satu bakteri membelah menjadi dua, menyalin DNA dan meneruskannya ke kedua bagian sel yang terbelah.
Karena sel yang dihasilkan pada akhirnya akan identik dengan sel asal sel tersebut, metode perbanyakan ini bukanlah yang terbaik untuk menciptakan kumpulan gen yang beragam. Bagaimana bakteri memperoleh gen baru?
Ternyata bakteri menggunakan trik cerdik: transfer gen horizontal, atau pertukaran materi genetik tanpa bereproduksi. Ada beberapa cara yang digunakan bakteri untuk melakukan hal ini. Salah satu metodenya melibatkan pengumpulan materi genetik dari lingkungan luar sel - dari mikroba dan bakteri lain (melalui molekul yang disebut plasmid). Cara lainnya adalah virus, yang menggunakan bakteri sebagai rumah. Ketika virus menginfeksi bakteri baru, mereka meninggalkan materi genetik dari bakteri sebelumnya pada bakteri baru.
Pertukaran materi genetik memberi bakteri fleksibilitas untuk beradaptasi, dan mereka beradaptasi jika mereka merasakan perubahan lingkungan yang menimbulkan stres, seperti kekurangan makanan atau perubahan kimia.
Memahami bagaimana bakteri beradaptasi sangat penting untuk melawannya dan menciptakan antibiotik untuk pengobatan. Bakteri dapat bertukar materi genetik begitu sering sehingga terkadang pengobatan yang sebelumnya berhasil tidak lagi berhasil.
Tidak ada gunung yang tinggi, tidak ada kedalaman yang dalam
Jika Anda menanyakan pertanyaan “di mana bakterinya?”, akan lebih mudah untuk bertanya “di mana tidak ada bakterinya?”
Bakteri ditemukan hampir di semua tempat di bumi. Mustahil untuk membayangkan jumlah bakteri di planet ini pada suatu waktu, namun beberapa perkiraan menyebutkan jumlah mereka (bakteri dan archaea bersama-sama) mencapai 5 oktiliun – angka dengan 27 angka nol.
Mengklasifikasikan spesies bakteri sangatlah sulit karena alasan yang jelas. Saat ini terdapat sekitar 30.000 spesies yang teridentifikasi secara resmi, namun basis pengetahuan terus berkembang, dan ada pendapat bahwa kita hanyalah puncak gunung es dari semua jenis bakteri.
Faktanya adalah bakteri sudah ada sejak lama. Mereka menghasilkan beberapa fosil tertua, berumur 3,5 miliar tahun. Penelitian ilmiah menunjukkan bahwa cyanobacteria mulai menciptakan oksigen sekitar 2,3-2,5 miliar tahun yang lalu di lautan dunia, memenuhi atmosfer bumi dengan oksigen yang kita hirup hingga hari ini.
Bakteri dapat bertahan hidup di udara, air, tanah, es, panas, di tumbuhan, di usus, di kulit - di mana saja.
Beberapa bakteri bersifat ekstremofil, artinya mereka dapat bertahan dalam kondisi ekstrem yang sangat panas atau dingin, atau kekurangan nutrisi dan bahan kimia yang biasanya kita kaitkan dengan kehidupan. Para peneliti menemukan bakteri tersebut di Palung Mariana, titik terdalam di bumi di dasar Samudera Pasifik, dekat ventilasi hidrotermal di air dan es. Ada juga bakteri yang menyukai suhu tinggi, seperti bakteri yang mewarnai kolam opalescent di Taman Nasional Yellowstone.
Buruk (bagi kami)
Meskipun bakteri memberikan kontribusi penting bagi kesehatan manusia dan planet, mereka juga memiliki sisi gelap. Beberapa bakteri dapat bersifat patogen, artinya menyebabkan penyakit.
Sepanjang sejarah manusia, bakteri tertentu (dapat dimengerti) mendapat reputasi buruk, menyebabkan kepanikan dan histeria. Ambil contoh wabah. Bakteri penyebab wabah, Yersinia pestis, tidak hanya membunuh lebih dari 100 juta orang, namun mungkin berkontribusi pada runtuhnya Kekaisaran Romawi. Sebelum munculnya antibiotik, obat yang membantu melawan infeksi bakteri, sangat sulit untuk dihentikan.
Bahkan saat ini, bakteri patogen ini sangat membuat kita takut. Berkat berkembangnya resistensi terhadap antibiotik, bakteri penyebab penyakit antraks, pneumonia, meningitis, kolera, salmonellosis, tonsilitis dan penyakit lain yang masih ada di dekat kita selalu menimbulkan bahaya bagi kita.
Hal ini terutama berlaku untuk Staphylococcus aureus, bakteri yang menyebabkan infeksi Staph. “Kuman super” ini menyebabkan banyak masalah di klinik, karena pasien sering tertular infeksi ini saat memasang implan medis dan kateter.
Kita telah membicarakan tentang seleksi alam dan bagaimana beberapa bakteri menghasilkan berbagai gen yang membantu mereka mengatasi kondisi lingkungan. Jika Anda mengalami infeksi dan beberapa bakteri di tubuh Anda berbeda dari yang lain, antibiotik dapat mempengaruhi sebagian besar populasi bakteri. Namun bakteri yang bertahan akan mengembangkan resistensi terhadap obat tersebut dan tetap menunggu kesempatan berikutnya. Oleh karena itu, dokter menyarankan untuk menyelesaikan pengobatan antibiotik sampai akhir, dan secara umum menggunakannya sejarang mungkin, hanya sebagai upaya terakhir.
Senjata biologis adalah aspek menakutkan lainnya dalam pembicaraan ini. Bakteri dapat digunakan sebagai senjata dalam beberapa kasus, khususnya antraks yang pernah digunakan. Selain itu, tidak hanya manusia yang menderita bakteri. Spesies terpisah, Halomonas titanicae, telah menunjukkan minat terhadap kapal laut Titanic yang tenggelam, menggerogoti logam kapal bersejarah tersebut.
Tentu saja, bakteri tidak hanya menyebabkan bahaya.
Bakteri heroik
Mari kita jelajahi sisi baik bakteri. Bagaimanapun, mikroba ini memberi kita makanan lezat seperti keju, bir, adonan penghuni pertama, dan elemen fermentasi lainnya. Mereka juga meningkatkan kesehatan manusia dan digunakan dalam pengobatan.
Bakteri individu dapat disyukuri karena membentuk evolusi manusia. Ilmu pengetahuan semakin banyak mengumpulkan data tentang mikroflora – mikroorganisme yang hidup di tubuh kita, terutama di sistem pencernaan dan usus. Penelitian menunjukkan bahwa bakteri, materi genetik baru, dan keragaman yang dibawanya ke dalam tubuh kita memungkinkan manusia beradaptasi dengan sumber makanan baru yang belum pernah dieksploitasi sebelumnya.
Mari kita lihat seperti ini: dengan melapisi permukaan lambung dan usus, bakteri “bekerja” untuk Anda. Saat Anda makan, bakteri dan mikroba lain membantu Anda memecah dan mengekstrak nutrisi dari makanan Anda, terutama karbohidrat. Semakin beragam bakteri yang kita konsumsi, semakin banyak pula keragaman yang diperoleh tubuh kita.
Meskipun pengetahuan kita tentang mikroba sangat terbatas, ada alasan untuk percaya bahwa tidak adanya mikroba dan bakteri tertentu dalam tubuh mungkin berhubungan dengan kesehatan manusia, metabolisme, dan kerentanan terhadap alergen. Studi pendahuluan pada tikus menunjukkan bahwa penyakit metabolik seperti obesitas berhubungan dengan mikrobiota yang beragam dan sehat, dibandingkan dengan mentalitas “kalori masuk, kalori keluar” yang selama ini kita miliki.
Kemungkinan masuknya mikroba dan bakteri tertentu ke dalam tubuh manusia yang mungkin memberikan manfaat tertentu saat ini sedang dieksplorasi secara aktif, namun pada saat artikel ini ditulis, rekomendasi umum mengenai penggunaannya belum ditetapkan.
Selain itu, bakteri juga berperan penting dalam perkembangan pemikiran ilmiah dan pengobatan manusia. Bakteri memainkan peran utama dalam pengembangan postulat Koch pada tahun 1884, yang mengarah pada pemahaman umum bahwa penyakit disebabkan oleh jenis mikroba tertentu.
Para peneliti yang mempelajari bakteri secara tidak sengaja menemukan penisilin, antibiotik yang menyelamatkan banyak nyawa. Juga, baru-baru ini, sehubungan dengan ini, cara mudah untuk mengedit genom organisme ditemukan, yang dapat merevolusi pengobatan.
Faktanya, kami baru mulai memahami bagaimana memanfaatkan hidup bersama dengan teman-teman kecil ini. Selain itu, tidak jelas siapa pemilik sebenarnya bumi: manusia atau mikroba.
Teori persiapan blok No. 4 UN Unified State Biologi: dengan sistem dan keanekaragaman dunia organik.
Bakteri
Bakteri termasuk organisme prokariotik yang tidak memiliki membran inti, plastida, mitokondria dan organel membran lainnya. Mereka dicirikan oleh adanya satu DNA sirkular. Ukuran bakterinya cukup kecil, 0,15-10 mikron. Berdasarkan bentuk selnya, sel dapat dibagi menjadi tiga kelompok utama: bulat , atau kokus , berbentuk batang Dan berkerut . Bakteri, meskipun termasuk prokariota, memiliki struktur yang agak rumit.
Struktur bakteri
Sel bakteri ditutupi dengan beberapa lapisan luar. Dinding sel sangat penting untuk semua bakteri dan merupakan komponen utama sel bakteri. Dinding sel bakteri memberi bentuk dan kekakuan dan, di samping itu, melakukan sejumlah fungsi penting:
- melindungi sel dari kerusakan
- berpartisipasi dalam metabolisme
- beracun bagi banyak bakteri patogen
- berpartisipasi dalam pengangkutan eksotoksin
Komponen utama dinding sel bakteri adalah polisakarida murein . Berdasarkan struktur dinding selnya, bakteri dibagi menjadi dua kelompok: gram positif (diwarnai dengan Gram saat menyiapkan sediaan untuk mikroskop) dan bakteri gram negatif (tidak diwarnai dengan metode ini).
Bentuk bakteri: 1 - mikrokokus; 2 - diplokokus dan tetrakokus; 3 - sarcin; 4 - streptokokus; 5 - stafilokokus; 6, 7 - batang, atau basil; 8 - vibrio; 9 - spirila; 10 - spirocheta
Struktur sel bakteri: I - kapsul; 2 - dinding sel; 3 - membran sitoplasma;4 - nukleoid; 5 - sitoplasma; 6 - kromatofora; 7 - tilakoid; 8 - mesosom; 9 - ribosom; 10 - flagela; II - tubuh dasar; 12 - minum; 13 - tetes lemak
Dinding sel bakteri gram positif (a) dan gram negatif (b): 1 - membran; 2 - mukopeptida (murein); 3 - lipoprotein dan protein
Skema struktur membran sel bakteri: 1 - membran sitoplasma; 2 - dinding sel; 3 - mikrokapsul; 4 - kapsul; 5 - lapisan lendir
Ada tiga struktur seluler wajib bakteri:
- nukleoid
- ribosom
- membran sitoplasma (CPM)
Organ pergerakan bakteri adalah flagela, yang jumlahnya bisa dari 1 hingga 50 atau lebih. Kokus ditandai dengan tidak adanya flagela. Bakteri memiliki kemampuan untuk mengarahkan bentuk pergerakan - taksi.
Taksi bernilai positif jika gerakan diarahkan ke sumber rangsangan, dan negatif jika gerakan diarahkan menjauhi sumber rangsangan. Jenis taksi berikut dapat dibedakan.
Kemotaksis- pergerakan berdasarkan perbedaan konsentrasi bahan kimia di lingkungan.
Aerotaksis- pada perbedaan konsentrasi oksigen.
Ketika bereaksi terhadap cahaya dan medan magnet, keduanya muncul masing-masing fototaksis Dan magnetotaksis.
Komponen penting dalam struktur bakteri adalah turunan dari membran plasma - pili (vili). Pili berperan dalam peleburan bakteri menjadi kompleks besar, perlekatan bakteri pada substrat, dan pengangkutan zat.
Nutrisi bakteri
Berdasarkan jenis nutrisinya, bakteri dibedakan menjadi dua kelompok: autotrofik dan heterotrofik. Bakteri autotrofik mensintesis zat organik dari zat anorganik. Bergantung pada energi yang digunakan autotrof untuk mensintesis zat organik, mereka membedakan antara foto- (bakteri belerang hijau dan ungu) dan bakteri kemosintetik (bakteri nitrifikasi, bakteri besi, bakteri belerang tidak berwarna, dll.). Bakteri heterotrofik memakan zat organik siap pakai dari sisa-sisa mati (saprotrof) atau tumbuhan hidup, hewan dan manusia (simbion).
Saprotrof termasuk bakteri pembusuk dan fermentasi. Yang pertama memecah senyawa yang mengandung nitrogen, yang kedua - senyawa yang mengandung karbon. Dalam kedua kasus tersebut, energi yang diperlukan untuk kehidupan mereka dilepaskan.
Perlu dicatat betapa pentingnya bakteri dalam siklus nitrogen. Hanya bakteri dan cyanobacteria yang mampu mengasimilasi nitrogen di atmosfer. Selanjutnya bakteri melakukan reaksi amonifikasi (penguraian protein dari bahan organik mati menjadi asam amino, yang kemudian dideaminasi menjadi amonia dan senyawa sederhana lain yang mengandung nitrogen), nitrifikasi (amonia dioksidasi menjadi nitrit, dan nitrit menjadi nitrat), denitrifikasi (nitrat direduksi menjadi gas nitrogen).
Respirasi bakteri
Berdasarkan jenis respirasinya, bakteri dibedakan menjadi beberapa kelompok:
- aerob obligat: tumbuh dengan akses gratis ke oksigen
- anaerob fakultatif: berkembang baik dengan akses terhadap oksigen atmosfer maupun jika tidak ada
- anaerob obligat: berkembang tanpa adanya oksigen di lingkungan
Reproduksi bakteri
Bakteri berkembang biak dengan pembelahan sel biner sederhana. Hal ini diawali dengan penggandaan diri (replikasi) DNA. Tunas terjadi sebagai pengecualian.
Pada beberapa bakteri, bentuk proses seksual yang disederhanakan telah ditemukan. Misalnya, pada E. coli, proses seksual menyerupai konjugasi, di mana sebagian materi genetik dipindahkan dari satu sel ke sel lainnya melalui kontak langsung. Setelah itu, sel-sel dipisahkan. Jumlah individu akibat proses seksual tetap sama, tetapi terjadi pertukaran materi keturunan, yaitu terjadi rekombinasi genetik.
Sporulasi hanya merupakan karakteristik sekelompok kecil bakteri yang memiliki dua jenis spora yang diketahui: endogen, terbentuk di dalam sel, dan mikrokista, terbentuk dari seluruh sel. Ketika spora (mikrokista) terbentuk di dalam sel bakteri, jumlah air bebas berkurang, aktivitas enzimatik menurun, protoplas berkontraksi dan ditutupi cangkang yang sangat padat. Spora memberikan kemampuan untuk bertahan dalam kondisi buruk. Bahan ini tahan terhadap pengeringan berkepanjangan, pemanasan di atas 100°C, dan pendinginan hingga hampir nol mutlak. Dalam keadaan normal, bakteri tidak stabil ketika dikeringkan, terkena sinar matahari langsung, dinaikkan suhunya hingga 65-80°C, dll. Dalam kondisi yang menguntungkan, spora membengkak dan berkecambah, membentuk sel bakteri vegetatif baru.
Meskipun bakteri terus-menerus mati (memakannya oleh protozoa, paparan suhu tinggi dan rendah, serta faktor-faktor buruk lainnya), organisme primitif ini telah bertahan sejak zaman kuno karena kemampuannya untuk bereproduksi dengan cepat (sel dapat membelah setiap 20-30 menit), membentuk spora, sangat tahan terhadap faktor lingkungan dan penyebarannya yang luas.
Bakteri menguntungkan yang menghuni tubuh manusia disebut mikrobiota. Jumlah mereka cukup besar – satu orang mempunyai jutaan. Selain itu, semuanya mengatur kesehatan dan fungsi normal setiap individu. Para ilmuwan mengatakan: tanpa bakteri menguntungkan, atau disebut juga mutualis, saluran pencernaan, kulit, dan saluran pernafasan akan langsung terserang mikroba patogen dan akan musnah.
Bagaimana seharusnya keseimbangan mikrobiota dalam tubuh dan bagaimana cara mengaturnya untuk menghindari berkembangnya penyakit serius, tanya AiF.ru Direktur Jenderal perusahaan biomedis Sergei Musienko.
Pekerja Usus
Salah satu area penting di mana bakteri menguntungkan berada adalah usus. Bukan tanpa alasan jika diyakini bahwa di sinilah seluruh sistem kekebalan tubuh manusia dibangun. Dan jika lingkungan bakteri terganggu, maka pertahanan tubuh akan berkurang secara signifikan.
Bakteri usus yang bermanfaat menciptakan kondisi kehidupan yang tak tertahankan bagi mikroba patogen - lingkungan asam. Selain itu, mikroorganisme bermanfaat membantu mencerna makanan nabati, karena bakteri memakan sel tumbuhan yang mengandung selulosa, tetapi enzim usus tidak dapat mengatasinya sendirian. Selain itu, bakteri usus berkontribusi pada produksi vitamin B dan K, yang memastikan metabolisme pada tulang dan jaringan ikat, serta melepaskan energi dari karbohidrat dan mendorong sintesis antibodi dan pengaturan sistem saraf.
Paling sering, ketika berbicara tentang bakteri usus yang menguntungkan, yang mereka maksud adalah 2 jenis yang paling populer: bifidobacteria dan lactobacilli. Pada saat yang sama, mereka tidak bisa disebut yang utama, seperti yang dipikirkan banyak orang - jumlahnya hanya 5-15% dari total. Namun, hal ini sangat penting, karena efek positifnya terhadap bakteri lain telah terbukti, ketika bakteri tersebut dapat menjadi faktor penting dalam kesejahteraan seluruh masyarakat: jika mereka diberi makan atau dimasukkan ke dalam tubuh dengan produk susu fermentasi - kefir. atau yoghurt, mereka membantu bakteri penting lainnya untuk bertahan hidup dan berkembang biak. Misalnya, sangat penting untuk memulihkan populasi mereka jika terjadi dysbacteriosis atau setelah pemberian antibiotik. Jika tidak, akan menjadi masalah untuk meningkatkan pertahanan tubuh.
Perisai biologis
Bakteri yang menghuni kulit dan saluran pernafasan manusia ternyata berjaga-jaga dan andal melindungi wilayah tanggung jawabnya dari masuknya organisme patogen. Yang utama adalah mikrokokus, streptokokus, dan stafilokokus.
Mikrobioma kulit telah mengalami perubahan selama ratusan tahun terakhir, seiring dengan peralihan manusia dari kehidupan alami yang bersentuhan dengan alam ke mencuci secara teratur dengan produk khusus. Dipercaya bahwa kulit manusia kini dihuni oleh bakteri yang sangat berbeda dengan yang hidup sebelumnya. Tubuh, dengan bantuan sistem kekebalan, dapat membedakan bahaya dari yang tidak berbahaya. Namun, di sisi lain, streptokokus apa pun dapat menjadi patogen bagi manusia, misalnya jika terkena luka atau luka terbuka lainnya di kulit. Bakteri yang berlebihan atau aktivitas patologisnya pada kulit dan saluran pernafasan dapat menyebabkan berkembangnya berbagai penyakit dan munculnya bau yang tidak sedap. Saat ini ada perkembangan berdasarkan bakteri yang mengoksidasi amonium. Penggunaannya memungkinkan mikrobioma kulit disemai dengan organisme yang benar-benar baru, akibatnya tidak hanya baunya yang hilang (hasil metabolisme flora perkotaan), tetapi juga struktur kulit berubah - pori-pori terbuka, dll.
Menyelamatkan dunia mikro
Mikrokosmos setiap orang berubah cukup cepat. Dan ini memiliki keuntungan yang tidak diragukan lagi, karena jumlah bakteri dapat diperbarui dengan sendirinya.
Bakteri yang berbeda memakan zat yang berbeda - semakin bervariasi makanan seseorang dan semakin sesuai dengan musim, semakin banyak pilihan yang dimiliki mikroorganisme bermanfaat. Namun, jika makanan banyak mengandung antibiotik atau bahan pengawet, bakteri tidak akan dapat bertahan hidup, karena zat-zat tersebut justru dirancang untuk menghancurkannya. Selain itu, tidak masalah bahwa sebagian besar bakteri tidak bersifat patogen. Akibatnya, keberagaman dunia batin seseorang hancur. Dan setelah itu, berbagai penyakit dimulai - masalah tinja, ruam kulit, gangguan metabolisme, reaksi alergi, dll.
Tapi mikrobiota bisa terbantu. Selain itu, hanya perlu beberapa hari untuk melakukan sedikit koreksi.
Ada sejumlah besar probiotik (dengan bakteri hidup) dan prebiotik (zat yang mendukung bakteri). Namun masalah utamanya adalah cara kerjanya berbeda untuk setiap orang. Analisis menunjukkan bahwa efektivitasnya terhadap disbiosis mencapai 70-80%, artinya obat tertentu mungkin berhasil atau tidak. Dan di sini Anda harus hati-hati memantau kemajuan pengobatan dan pemberiannya - jika pengobatannya berhasil, Anda akan segera melihat perbaikan. Jika situasinya tetap tidak berubah, ada baiknya mengubah program pengobatan.
Alternatifnya, Anda dapat menjalani pengujian khusus yang mempelajari genom bakteri, menentukan komposisi dan rasionya. Hal ini memungkinkan Anda dengan cepat dan kompeten memilih pilihan nutrisi yang diperlukan dan terapi tambahan, yang akan mengembalikan keseimbangan yang rapuh. Meskipun seseorang tidak merasakan sedikit pun gangguan pada keseimbangan bakteri, hal tersebut tetap mempengaruhi kesehatan - dalam hal ini, seringnya penyakit, kantuk, dan manifestasi alergi dapat terjadi. Setiap penduduk kota, pada tingkat tertentu, memiliki ketidakseimbangan dalam tubuhnya, dan jika ia tidak melakukan sesuatu yang khusus untuk memulihkannya, kemungkinan besar ia akan mengalami gangguan kesehatan sejak usia tertentu.
Puasa, puasa, perbanyak sayur, bubur dari sereal alami di pagi hari - ini hanyalah beberapa pilihan perilaku makan yang disukai bakteri menguntungkan. Namun bagi setiap orang, pola makannya harus bersifat individual sesuai dengan keadaan tubuh dan gaya hidupnya - hanya dengan demikian ia dapat menjaga keseimbangan yang optimal dan selalu merasa baik.
Bakteri adalah organisme hidup terkecil yang menghuni planet kita. Apa yang tidak dimiliki bakteri kecil? Ukuran yang mengesankan. Mustahil untuk memperhatikan mereka tanpa mikroskop, tetapi keinginan mereka untuk hidup sungguh menakjubkan. Fakta bahwa bakteri, dalam kondisi yang menguntungkan, dapat tetap berada dalam “tidur lesu” selama ratusan tahun adalah hal yang patut disyukuri. Ciri struktural apa yang membantu bayi-bayi ini hidup begitu lama?
Fitur struktural utama sel bakteri
Prokariota diklasifikasikan oleh para ilmuwan sebagai kingdom yang terpisah karena fakta bahwa mereka memiliki struktur seluler tertentu. Ini termasuk:
- bakteri;
- ganggang biru-hijau;
- rickettsia;
- mikoplasma.
Tidak adanya dinding nuklir yang jelas adalah ciri utama perwakilan kerajaan prokariotik. Oleh karena itu, pusat informasi genetik adalah molekul DNA sirkular tunggal yang menempel pada membran sel.
Apa lagi yang hilang dalam struktur seluler bakteri?
- Cangkang nuklir.
- Mitokondria.
- plastida.
- DNA ribosom.
- Retikulum endoplasma.
- Kompleks Golgi.
Namun, ketiadaan semua komponen ini tidak menghalangi mikroorganisme yang ada di mana-mana untuk menjadi pusat metabolisme alami. Mereka mengikat nitrogen, menyebabkan fermentasi, dan mengoksidasi zat anorganik.
Perlindungan yang andal
Alam telah berupaya memberikan perlindungan kepada bayi: di bagian luar, sel bakteri dikelilingi oleh selaput padat. Dinding sel dengan bebas melakukan metabolisme. Ini memungkinkan nutrisi masuk dan produk limbah keluar.
Membran menentukan bentuk tubuh bakteri:
- kokus berbentuk bola;
- vibrio melengkung;
- basil berbentuk batang;
- spirila.
Untuk melindungi dari kekeringan, kapsul dibentuk di sekitar dinding sel, yang terdiri dari lapisan lendir yang padat. Ketebalan dinding kapsul bisa melebihi diameter sel bakteri beberapa kali lipat. Kepadatan dinding bervariasi tergantung pada kondisi lingkungan dimana bakteri bertemu.
Kumpulan genetik aman
Bakteri tidak memiliki inti yang jelas yang mengandung DNA. Namun bukan berarti informasi genetik pada mikroorganisme tanpa membran inti mempunyai susunan yang kacau. Heliks ganda DNA yang menyerupai benang tersusun dalam kumparan rapi di tengah sel.
Molekul DNA mengandung materi keturunan yang merupakan pusat melancarkan proses reproduksi mikroorganisme. Bakteri juga dilengkapi, seperti dinding, dengan sistem perlindungan khusus yang membantu mengusir serangan DNA virus. Sistem antivirus bekerja merusak DNA asing, namun tidak merusak DNA sendiri.
Berkat informasi keturunan yang tercatat dalam DNA, bakteri berkembang biak. Mikroorganisme berkembang biak dengan pembelahan. Kecepatan pembelahan anak-anak ini sangat mengesankan: setiap 20 menit jumlah mereka berlipat ganda! Dalam kondisi yang menguntungkan, mereka mampu membentuk seluruh koloni, namun kekurangan nutrisi berdampak buruk pada peningkatan jumlah bakteri.
Sel tersebut diisi dengan apa?
Sitoplasma bakteri adalah gudang nutrisi. Ini adalah zat kental yang dilengkapi dengan ribosom. Di bawah mikroskop, akumulasi zat organik dan mineral dapat dibedakan di sitoplasma.
Tergantung pada fungsi bakterinya, jumlah ribosom seluler bisa mencapai puluhan ribu. Ribosom memiliki bentuk tertentu, dindingnya tidak memiliki simetri dan mencapai diameter 30 nm.
Ribosom mendapatkan namanya dari asam ribonukleat (RNA). Selama reproduksi, ribosomlah yang mereproduksi informasi genetik yang tercatat dalam DNA.
Ribosom telah menjadi pusat yang mengarahkan proses biosintesis protein. Berkat biosintesis, zat anorganik diubah menjadi zat yang aktif secara biologis. Prosesnya berlangsung dalam 4 tahap:
- Transkripsi. Asam ribonukleat terbentuk dari untai ganda DNA.
- Angkutan. RNA yang dibuat mengangkut asam amino ke ribosom sebagai bahan awal untuk sintesis protein.
- Siaran. Ribosom memindai informasi dan membangun rantai polipeptida.
- Pembentukan protein.
Para ilmuwan belum mempelajari secara rinci struktur dan fungsi ribosom seluler pada bakteri. Struktur lengkapnya belum diketahui. Penelitian lebih lanjut di bidang penelitian ribosom akan memberikan gambaran lengkap tentang cara kerja mesin molekuler untuk sintesis protein.
Apa yang tidak termasuk dalam sel bakteri?
Berbeda dengan organisme hidup lainnya, struktur sel bakteri tidak mencakup banyak struktur seluler. Tetapi sitoplasmanya mengandung organel yang berhasil menjalankan fungsi mitokondria atau kompleks Golgi.
Sejumlah besar mitokondria ditemukan pada eukariota. Mereka membentuk sekitar 25% dari total volume seluler. Mitokondria bertanggung jawab atas produksi, penyimpanan, dan distribusi energi. DNA mitokondria adalah molekul siklik dan dikumpulkan dalam kelompok khusus.
Dinding mitokondria terdiri dari dua membran:
- bagian luar, memiliki dinding halus;
- internal, dari mana banyak krista meluas lebih dalam.
Prokariota dilengkapi dengan baterai khusus, yang, seperti mitokondria, memasok energi. Misalnya, “mitokondria” berperilaku sangat menarik dalam sel ragi. Untuk kehidupan yang sukses, mereka membutuhkan karbon dioksida. Oleh karena itu, dalam kondisi dimana CO2 tidak mencukupi, mitokondria menghilang dari jaringan.
Di bawah mikroskop, Anda dapat memeriksa alat Golgi, yang unik pada eukariota. Ini pertama kali ditemukan di sel saraf oleh ilmuwan Italia Camillo Golgi pada tahun 1898. Organel ini berperan sebagai pembersih, yaitu mengeluarkan semua produk metabolisme dari sel.
Badan Golgi berbentuk cakram, terdiri dari tangki-tangki membran padat yang dihubungkan oleh vesikel.
Fungsi badan Golgi cukup beragam:
- partisipasi dalam proses sekretori;
- pembentukan lisosom;
- pengiriman produk metabolisme ke dinding sel.
Penghuni bumi yang paling awal dengan meyakinkan membuktikan bahwa, meskipun tidak ada banyak organel seluler, mereka cukup dapat bertahan hidup. Alam telah memberi organisme inti sebuah nukleus, mitokondria, dan aparatus Golgi, tetapi ini tidak berarti bahwa bakteri kecil akan memberi mereka tempatnya di bawah sinar matahari.
Dalam mikroskop elektron pada bagian ultra tipis, membran sitoplasma adalah membran tiga lapis (2 lapisan gelap setebal 2,5 nm dipisahkan oleh lapisan perantara terang). Secara struktur, ia mirip dengan plasmalemma sel hewan dan terdiri dari lapisan ganda fosfolipid dengan permukaan tertanam dan protein integral yang tampaknya menembus struktur membran.
Dengan pertumbuhan yang berlebihan (dibandingkan dengan pertumbuhan dinding sel), membran sitoplasma membentuk invaginasi – invaginasi berupa struktur membran bengkok kompleks yang disebut mesosom. Struktur yang tidak terlalu rumit disebut membran intrasitoplasma.
Sitoplasma terdiri dari protein larut, asam ribonukleat, inklusi dan banyak butiran kecil - ribosom, yang bertanggung jawab untuk sintesis (translasi) protein. Ribosom bakteri berukuran sekitar 20 nm dan koefisien sedimentasi 70S, berbeda dengan ribosom 80S yang merupakan ciri sel eukariotik. RNA ribosom (rRNA) adalah elemen bakteri yang dilestarikan (“jam molekuler” evolusi).
16S rRNA adalah bagian dari subunit ribosom kecil, dan 23S rRNA adalah bagian dari subunit ribosom besar. Studi tentang 16S rRNA adalah dasar sistematika gen, yang memungkinkan seseorang menilai tingkat keterkaitan organisme.
Sitoplasma mengandung berbagai inklusi berupa butiran glikogen, polisakarida, asam beta-hidroksibutirat dan polifosfat (volutin). Mereka adalah zat cadangan untuk kebutuhan nutrisi dan energi bakteri. Volutin memiliki afinitas terhadap pewarna basa dan mudah dideteksi menggunakan metode pewarnaan khusus (misalnya Neisser) dalam bentuk butiran metakromatik. Susunan karakteristik butiran volutin terlihat pada basil difteri dalam bentuk kutub sel yang sangat berwarna.
Nukleoid
Nukleoid setara dengan nukleus pada bakteri. Letaknya di zona tengah bakteri berupa DNA untai ganda, tertutup cincin dan padat seperti bola.
Inti bakteri, tidak seperti eukariota, tidak memiliki selubung inti, nukleolus, dan protein dasar (histon). Biasanya, sel bakteri mengandung satu kromosom, diwakili oleh molekul DNA yang tertutup cincin.
Selain nukleoid, yang diwakili oleh satu kromosom, sel bakteri mengandung faktor keturunan ekstrachromosomal - plasmid, yang merupakan cincin DNA yang tertutup secara kovalen.
Banyak bakteri membentuk mikrokapsul - formasi lendir dengan ketebalan kurang dari 0,2 mikron, hanya dapat dideteksi dengan mikroskop elektron. Kita harus membedakannya dari kapsul eksopolisakarida mukoid, yang tidak memiliki batas yang jelas. Lendir larut dalam air.
Eksopolisakarida bakteri terlibat dalam adhesi (menempel pada substrat); mereka juga disebut glikokaliks. Selain sintesis
eksopolisakarida oleh bakteri, ada mekanisme lain untuk pembentukannya: melalui aksi enzim ekstraseluler bakteri pada disakarida. Akibatnya, dekstrans dan levan terbentuk.
Flagela
Flagela bakteri menentukan motilitas sel bakteri. Flagela adalah filamen tipis yang berasal dari membran sitoplasma dan lebih panjang dari sel itu sendiri. Ketebalan flagela 12-20 nm, panjang 3-15 mikron. Terdiri dari 3 bagian: filamen spiral, pengait, dan badan basal berisi batang dengan cakram khusus (1 pasang cakram pada bakteri gram positif dan 2 pasang cakram pada bakteri gram negatif). Flagela melekat pada membran sitoplasma dan dinding sel melalui cakram. Hal ini menimbulkan efek motor listrik dengan batang motor yang memutar flagel. Flagela terdiri dari protein - flagellin (dari flagel - flagel);
adalah antigen H. Subunit flagellin dipelintir dalam bentuk spiral.
Jumlah flagela pada bakteri dari berbagai spesies bervariasi dari satu (monotrich) pada Vibrio cholerae hingga puluhan dan ratusan flagela yang memanjang di sepanjang perimeter bakteri (peritrich) pada Escherichia coli, Proteus, dll. Lophotrich memiliki seikat flagela di satu ujung sel. Amphitrichy memiliki satu flagel atau seikat flagela di ujung sel yang berlawanan.
Minum
Pili (fimbriae, vili) adalah formasi seperti benang, lebih tipis dan lebih pendek (3-10 nm x 0,3-10 µm) dibandingkan flagela. Pili memanjang dari permukaan sel dan terdiri dari protein pilin yang memiliki aktivitas antigenik. Ada pili yang bertanggung jawab untuk adhesi, yaitu untuk menempelkan bakteri ke sel yang terkena, serta pili yang bertanggung jawab untuk nutrisi, metabolisme air-garam dan seksual (F-pili), atau pili konjugasi. Pili jumlahnya banyak - beberapa ratus per sel. Namun, biasanya terdapat 1-3 pili seks per sel: pili tersebut dibentuk oleh apa yang disebut sel donor “jantan” yang mengandung plasmid yang dapat ditularkan (F-, R-, Col-plasmid). Ciri khas pili seks adalah interaksi dengan bakteriofag berbentuk bola “jantan” khusus, yang secara intensif teradsorpsi pada pili seks.
Spora adalah bentuk khusus dari bakteri firmicute yang sedang beristirahat, yaitu. bakteri
dengan tipe struktur dinding sel gram positif. Spora terbentuk dalam kondisi yang tidak menguntungkan bagi keberadaan bakteri (pengeringan, kekurangan nutrisi, dll. Satu spora (endospora) terbentuk di dalam sel bakteri. Pembentukan spora berkontribusi pada pelestarian spesies dan bukan merupakan metode reproduksi. , seperti jamur. Bakteri pembentuk spora dari genus Bacillus mempunyai spora yang tidak melebihi diameter sel. Bakteri yang ukuran spora melebihi diameter sel disebut clostridia, misalnya bakteri dari genus Clostridium ( lat. Clostridium - gelendong).
Bentuk spora bisa lonjong, bulat; lokasi di sel adalah terminal, mis. di ujung tongkat (pada agen penyebab tetanus), subterminal - lebih dekat ke ujung tongkat (pada agen penyebab botulinum, gangren gas) dan sentral (pada basil antraks). Spora bertahan lama karena adanya cangkang berlapis-lapis, kalsium dipikolinat, kadar air rendah dan proses metabolisme yang lamban. Dalam kondisi yang menguntungkan, spora berkecambah melalui tiga tahap berturut-turut: aktivasi, inisiasi, dan perkecambahan.
