Бактерии — это микроскопические одноклеточные организмы. Они являются одной из самых ранних известных форм жизни на Земле. Существуют тысячи разных видов бактерий. Они живут в любой среде по всему миру. Они живут в земле, морской воде и глубоко в земной коре. Некоторые бактерии могут обитать даже в радиоактивных отходах. Многие бактерии живут на теле и в организме людей и животных — на коже и в дыхательных путях, во рту, пищеварительном тракте, половых и мочевыводящих путях, — не причиняя вреда. Такие бактерии получили название резидентной флоры, или «бактерии-микробиоты». В нашей резидентной флоре имеется как минимум столько же бактерий, сколько клеток в организме. Многие представители резидентной флоры на самом деле приносят пользу человеку — например, помогая ему переваривать пищу или препятствуя росту других, более опасных бактерий.
Только несколько видов бактерий вызывают заболевания. Они называются патогенными. Иногда при определенных условиях резидентная бактериальная флора может действовать как возбудитель и вызывать заболевание. Бактерии могут вызывать заболевание, вырабатывая вредные вещества (токсины), проникая в ткани или комбинируя оба эти способа. Некоторые бактерии могут вызывать воспаление, которое иногда поражает сердце, легкие, нервную систему, почки или желудочно-кишечный тракт. Некоторые бактерии (такие как Helicobacter pylori) повышают риск развития рака.
Некоторые бактерии могут быть использованы в качестве биологического оружия. Эти бактерии включают те, которые вызывают сибирскую язву, ботулизм, чуму и туляремию.
Классификация бактерий
Существует несколько классификаций бактерий:
Научное название: Бактерии, как и другие живые организмы, классифицируются по родам (на основании одной или нескольких похожих характеристик), а в рамках рода — по видам. Их научное название состоит из рода и вида, например, Clostridium botulinum. В рамках вида существует много типов, которые называются штаммами. Штаммы отличаются генетическим строением и химическими составляющими. Иногда некоторые лекарственные препараты и вакцины действуют только против некоторых штаммов.
Окрашивание: Бактерии классифицируются по цвету, который они приобретают после взаимодействия с некоторыми химическими веществами (красителями). Окрашивание по методу Грама — чаще всего используемый процесс окрашивания. Некоторые бактерии приобретают синий цвет. Они называются грамположительными. Другие же окрашиваются в красный цвет. Они называются грамотрицательными. Грамположительные или грамотрицательные бактерии окрашиваются разным цветом, потому что стенки их клеток отличаются друг от друга. Кроме того, они вызывают разные виды инфекций и реагируют на разные виды антибиотиков. Помимо окрашивания по Граму существует много других видов окрашивания.
Формы: Все бактерии можно классифицировать по одной из трех базовых форм: сферы (кокки), палочки (бациллы) и спирали или винты (спирохеты).
Потребность в кислороде: Бактерии также классифицируются по их потребности в кислороде для выживания и размножения. Те, что нуждаются в кислороде, называются аэробами. Те, которым присутствие кислорода не нужно и мешает жить и размножаться, называются анаэробами. Некоторые бактерии, которые называют факультативными, могут выживать и размножаться как без кислорода, так и с ним.
Генетическая конституция: При помощи специальных обследований могут выявлять различия в генетической конституции (генотипе) бактерий.
Как приспосабливаются бактерии
Бактериальные инфекции
Врачи классифицируют бактериальные инфекции, используя различные способы классификации бактерий. Например, инфекции можно классифицировать как вызванные грамотрицательными или грамположительными бактериями. Это различие важно, поскольку для лечения двух типов могут потребоваться различные типы антибиотиков.
Грамотрицательные инфекции включают следующие:
Грамположительные инфекции включают следующие:
Некоторые инфекции классифицируются по форме бактерий. Например, инфекции, вызванные спирохетами (спиралевидными бактериями), классифицируются как спирохетозные инфекции.
Спирохетозные инфекции включают следующие:
Другие инфекции могут классифицироваться по тому, нуждаются ли бактерии, вызывающие их, в кислороде или развиваются в среде без кислорода. Бактерии, которым требуется кислород для жизни и роста, называются аэробными. Бактерии, которым не требуется кислород для жизни и роста, называются анаэробными.
Анаэробные инфекции включают следующие:
Для лечения бактериальных инфекций имеется много разных антибиотиков. Однако бактериальная устойчивость к антибиотикам представляет собой большую проблему.
Защитные механизмы бактерий
У бактерий существует много способов защиты.
Биопленка
Некоторые бактерии выделяют вещества, которые помогают им прикрепляться к другим бактериям, клеткам и объектам. Это вещество соединяется с бактериями, образуя липкий слой под названием биопленка. Например, некоторые бактерии формируют биопленку на зубах (зубной налет). Биопленка удерживает частицы пищи, которые бактерии перерабатывают и используют. Такой процесс может вызвать зубной кариес. Биопленки также помогают защитить бактерии от антибиотиков, затрудняя их уничтожение, например, бактерии, которые вызывают инфекции суставного протеза.
Капсулы
Некоторые бактерии находятся в защитных капсулах. Такая капсула защищает от лейкоцитов, которые борются с инфекцией, и поглощают бактерии. Такие бактерии называются инкапсулированными.
Наружная оболочка
Под капсулой грамотрицательных бактерий находится наружная мембрана, защищающая их от некоторых антибиотиков. При нарушении ее целостности мембрана выделяет токсические вещества под названием эндотоксины. Эндотоксины влияют на тяжесть симптомов инфекции, вызванной грамотрицательными бактериями.
Споры
Некоторые бактерии образуют споры. Это неактивная (латентная) форма. Споры позволяют бактериям выживать в сложных условиях окружающей среды (например, в слишком сухих или при отсутствии питательных веществ). При благоприятных условиях каждая спора превращается в активную бактерию.
Жгутики
Жгутики — это длинные тонкие нити, которые выступают из клеточной поверхности, помогая бактериям перемещаться. Бактерии без жгутиков не могут перемещаться самостоятельно.
Устойчивость к антибиотикам
Некоторые виды бактерии обладают естественной устойчивостью к определенным антибиотикам.
Другие бактерии развивают устойчивость к лекарственным препаратам, потому что они приобретают гены других бактерий, которые уже выработали устойчивость, или потому что их гены мутировали. Например, вскоре после изобретения пенициллина в середине 40-х годов прошлого столетия, несколько единичных бактерий золотистого стафилококка приобрели гены, которые сделали их устойчивыми к действию пенициллина. Штаммы с такими особенными генами обладали преимуществом выживания в тот период, когда пенициллин широко использовался для лечения инфекций. Пенициллин убивал штаммы золотистого стафилококка, у которых не было этих новых генов, таким образом, позволяя размножаться бактериям, устойчивым к пенициллину, которые со временем распространялись все шире и шире.
После этого химики изменили молекулу пенициллина, создав другой, но похожий препарат, метициллин, который мог убивать бактерии, устойчивые к пенициллину. Вскоре после ввода метициллина в штаммах золотистого стафилококка развились гены, которые сделали его устойчивым к метициллину и похожим лекарствам. Такие штаммы называются метициллин-резистентным золотистым стафилококком (МРЗС).
Гены, которые кодируют устойчивость к препаратам, передаются от поколения к поколению бактерий, иногда даже между видами бактерий.
Чем чаще применяются антибиотики, тем вероятнее развитие устойчивости у бактерий. Поэтому врачи рекомендуют использовать антибиотики только в случае необходимости и в течение максимально короткого периода времени. В частности, врачи должны назначать антибиотики только для борьбы с инфекционными заболеваниями, вызванными бактериями, а не вирусами, такими как простуда или грипп. Назначение антибиотиков людям, которые могут не иметь бактериальную инфекцию, например, при кашле и симптомах простуды, не улучшает состояние, но способствует развитию устойчивых бактерий. Из-за широкого использования антибиотиков (и неправильного их применения) многие бактерии устойчивы к некоторым антибиотикам.
Устойчивые бактерии могут передаваться от человека к человеку. В нынешнее время из-за распространенности путешествий устойчивые бактерии могут разноситься в разные части света за короткий период времени. Распространение таких бактерий в больницах вызывает особенное беспокойство. Из-за частой необходимости в применении антибиотиков устойчивые бактерии распространены в больницах. Если строго не придерживаться соответствующих гигиенических процедур, медицинский персонал и посетители могут быть разносчиками бактерий. Кроме того, у многих госпитализированных пациентов ослаблена иммунная система, что делает их еще более восприимчивыми к инфекции.
Устойчивые бактерии могут также передаваться людям от животных. Устойчивые бактерии распространены среди сельскохозяйственных животных из-за того, что даже здоровые животные часто получают антибиотики для профилактики инфекций, которые влияют на рост и вызывают заболевания у животных. Во многих странах запрещено применение антибиотиков у животных для снижения риска следующих факторов:
употребление резистентных бактерий в продуктах животноводства;
заражение резистентными бактериями при контакте с животными;
потребление антибиотиков в продуктах животноводства.
