Bakteriler, her ortamda, diğer organizmaların içinde ve dışında, milyonlarca var olan mikroskobik, tek hücreli organizmalardır.
Bazı bakteriler zararlı, ancak çoğu yararlı bir amaca hizmet ediyor. Hem bitki hem de hayvanın birçok yaşam biçimini desteklerler ve endüstriyel ve tıbbi süreçlerde kullanılırlar.
Bakterilerin, dünyada yaklaşık 4 milyar yıl önce ortaya çıkan ilk organizmalar olduğu düşünülmektedir. Bilinen en eski fosiller, bakteri benzeri organizmalardır.
Bakteriler çoğu organik ve bazı inorganik bileşenleri gıda olarak kullanabilir ve bazıları aşırı koşullardan kurtulabilir.
Bağırsak mikrobiyomunun işlevine artan ilgi, insan sağlığında bakterilerin oynadığı rollere yeni bir ışık katıyor.
Bakteriler nelerdir?
Bakteriler, ne bitki ne de hayvan olan tek hücreli organizmalardır.
Genellikle birkaç mikrometreyi ölçüyorlar ve milyonlarca toplulukta birlikte var oluyorlar.
Bir gram toprak tipik olarak yaklaşık 40 milyon bakteri hücresi içerir. Bir mililitre tatlı su genellikle yaklaşık bir milyon bakteri hücresine sahiptir.
Yeryüzünün en az 5 adet iyonsuz bakteri barındırdığı tahmin edilmektedir ve dünyanın biyokütlesinin çoğunun bakterilerden oluştuğu düşünülmektedir.
Türleri
Çok farklı bakteri türleri vardır. Bunları sınıflandırmanın bir yolu şekildir. Üç temel şekil var.
- Küresel: Bir top gibi biçimlendirilen bakteri, cocci olarak adlandırılır ve tek bir bakteri, bir coccus’dur. Örnekler arasında “strep boğazından” sorumlu olan streptokok grubu yer alır.
- Çubuk şeklinde: Bunlar basil (tekil basil) olarak bilinir. Bazı çubuk şekilli bakteriler kavislidir. Bunlar vibrio olarak bilinir. Çubuk şekilli bakterilerin örnekleri arasında Bacillus anthracis (B. anthracis) veya şarbon bulunur.
- Spiral: Bunlar spirilla (tekil spirillus) olarak bilinir. Bobinleri çok sıkı ise, spiroketler olarak bilinir. Leptospirosis, Lyme hastalığı ve sifiliz bu şekildeki bakterilerden kaynaklanır.
Her şekil grubunda birçok varyasyon vardır.
yapı
Bakteriyel hücreler, bitki ve hayvan hücrelerinden farklıdır. Bakteriler prokaryotlardır, yani çekirdeği yoktur.
Bir bakteri hücresi şunları içerir:
- Kapsül: Bazı bakterilerde hücre duvarının dışında bir tabaka bulunur.
- Hücre duvarı: Peptitoglikan adı verilen bir polimerden oluşan bir tabaka. Hücre duvarı bakterilere şekil verir. Plazma zarının dışında bulunur. Hücre duvarı Gram pozitif bakteriler olarak adlandırılan bazı bakterilerde daha kalındır.
- Plazma zarı: Hücre duvarında bulunur, bu enerji üretir ve kimyasalları taşır. Membran geçirgen, yani maddelerin içinden geçebileceği anlamına gelir.
- Sitoplazma: Plazma zarının içinde genetik materyal ve ribozomlar içeren jelatinimsi bir madde.
- DNA: Bu, bakterinin gelişimi ve işlevinde kullanılan tüm genetik talimatları içerir. Sitoplazmanın içinde yer alır.
- Ribozomlar: Proteinlerin yapıldığı veya sentezlendiği yerdir. Ribozomlar, RNA bakımından zengin granüllerden oluşan karmaşık parçacıklardır.
- Flagellum: Bu, bazı bakteri türlerini hareket ettirmek için kullanılır. Birden fazlaya sahip olabilecek bazı bakteriler var.
- Pili: Hücrenin dışındaki bu saç benzeri uzantılar, yüzeylere yapışmasına ve genetik materyali diğer hücrelere aktarmasına izin verir. Bu, insanlarda hastalığın yayılmasına katkıda bulunabilir.
besleme
Bakteriler farklı şekillerde beslenirler.
Heterotrofik bakteriler veya heterotroflar, enerjilerini organik karbon tüketerek alırlar. En çok etin parçalanması gibi ölü organik maddeleri emer. Bu parazitik bakterilerin bazıları ev sahibini öldürürken, diğerleri onlara yardım eder.
Ototrofik bakteriler (ya da sadece ototroflar) ya da
- güneş ışığı, su ve karbondioksit kullanarak fotosentez
- karbon dioksit, su ve amonyak, azot, kükürt ve diğerleri gibi kimyasallar kullanarak kemosentez
Fotosentezi kullanan bakterilere fotoototroflar denir. Bazı tipler, örneğin siyanobakteriler oksijen üretirler. Bunlar muhtemelen dünya atmosferindeki oksijenin yaratılmasında hayati bir rol oynadı. Heliobacteria gibi diğerleri oksijen üretmez.
Kemosentez kullananlar kemoototroflar olarak bilinir. Bu bakteriler genellikle okyanus delikleri ve yonca, yonca, bezelye, fasulye, mercimek ve yer fıstığı gibi baklagil köklerinde bulunur.
Onlar nerede yaşıyor?
Bakteriler toprakta, suda, bitkilerde, hayvanlarda, radyoaktif atıklarda, yer kabuğunda, kutup buzullarında ve buzullarda ve kaplıcalarda bulunurlar. Stratosferde, atmosferde 6 ila 30 mil arasında ve okyanus derinliklerinde 32.800 feet veya 10.000 metre derinliğe kadar bakteriler vardır.
Aerobes veya aerobik bakteriler sadece oksijenin olduğu yerde büyüyebilir. Bazı türler korozyon, kirlenme, su berraklığı ve kötü kokular gibi insan çevre için sorunlara neden olabilir.
Anaeroblar veya anaerobik bakteriler, yalnızca oksijenin olmadığı yerlerde büyüyebilirler. İnsanlarda, bu çoğunlukla gastrointestinal sistemdedir. Gaz kangren, tetanoz, botulizm ve çoğu diş enfeksiyonuna da neden olabilirler.
Fakültatif anaeroblar veya fakültatif anaerobik bakteriler, oksijenli veya oksijensiz yaşayabilirler, ancak oksijen bulunan ortamları tercih ederler. Çoğunlukla toprakta, suda, bitki örtüsünde ve insan ve hayvanların normal florasında bulunurlar. Örnekler arasında Salmonella bulunur.
Mesofiller veya mezofilik bakteriler, çoğu insan enfeksiyonundan sorumlu olan bakterilerdir. Orta dereceli sıcaklıklarda, yaklaşık 37 santigrat derecede gelişirler. Bu insan vücudunun sıcaklığıdır.
Örnekler Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli ve Clostridium kluyveri’dir.
İnsan bağırsak florası veya bağırsak mikrobiyomu, diyet Lactobacillus acidophilus gibi yararlı mezofilik bakterileri içerir.
Ekstremofiller veya ekstremofilik bakteriler, çoğu yaşam formu için çok aşırı kabul edilen koşullara dayanabilir.
Thermophiles yüksek sıcaklıklarda, 75 ila 80 santigrat derece (C) yaşayabilir ve hyperthermophiles 113 dereceye kadar sıcaklıklarda yaşayabilir.
Okyanusun derinliklerinde bakteri, hem sıcaklığın hem de basıncın yüksek olduğu termal deliklerle toplam karanlıkta yaşar. Yeryüzünün derinliklerinden gelen kükürtü oksitleyerek kendi yiyeceklerini yaparlar.
Diğer ekstremofiller şunları içerir:
- Halophiles, sadece tuzlu bir ortamda bulundu
- Asidofiller, bazıları pH 0 gibi asidik ortamlarda yaşarlar.
- Alkalinlerde pH 10,5’e kadar olan alkali kalıntılar
- Soğuk havalarda, örneğin buzullarda bulunan psikrofiller
Ekstremofiller başka hiçbir organizmanın bulunamayacağı yerde hayatta kalabilirler.
Üreme ve dönüşüm
Bakteriler aşağıdaki yöntemleri kullanarak çoğaltabilir ve değiştirebilir:
- İkili bölünme: Bir hücrenin, yeni bir hücre duvarı merkezden büyüyerek iki hücre oluşturmasına kadar büyümeye devam ettiği bir aseksüel üreme şekli. Bunlar ayrı, aynı genetik malzeme ile iki hücre yapma.
- Genetik materyalin transferi: Hücreler, konjugasyon, transformasyon veya transdüksiyon olarak bilinen süreçlerle yeni genetik materyal elde eder. Bu süreçler bakterileri daha güçlü ve antibiyotik ilaç gibi tehditlere karşı daha dirençli hale getirebilir.
- Sporlar: Bazı bakteri türleri kaynaklarda düşük olduğunda, sporlar oluşturabilirler. Sporlar organizmanın DNA materyalini tutar ve çimlenme için gereken enzimleri içerir. Çevresel streslere karşı çok dayanıklıdırlar. Sporlar, doğru koşullar ortaya çıkana kadar asırlarca inaktif kalabilmektedir. Sonra tekrar aktifleşip bakteriler olabilirler.
- Sporlar, ultraviyole (UV) ve gama radyasyonu, desikasyon, açlık, kimyasal maruziyet ve aşırı sıcaklık da dahil olmak üzere çevresel stres dönemlerinde yaşayabilirler.
Bazı bakteriler endosporlar veya iç sporlar üretirken, diğerleri dışarıda salınan ekzospor üretirler. Bunlar kistler olarak bilinir.
Clostridium, endospor oluşturan bir bakteri örneğidir. Clostridium botulinim (C. botulinim) veya botulizm gibi potansiyel olarak ölümcül bir tür gıda zehirlenmesinden sorumlu olan yaklaşık 100 tür Clostridium ve kolit ve diğer bağırsak problemlerine neden olan Clostridium difficile (C. Difficile) vardır.
Kullanımları
Bakteriler genellikle kötü olarak düşünülür, ancak çoğu yararlıdır. Onlarsız olmazdık. Soluduğumuz oksijen muhtemelen bakterilerin aktivitesiyle yaratıldı.
Insan hayatta kalma
Vücudun içindeki bakterilerin çoğu, insan sağkalımında önemli bir rol oynar. Sindirim sistemindeki bakteriler, kompleks şekerler gibi besin maddelerini vücudun kullanabileceği formlara ayırır.
Tehlikeli olmayan bakteriler ayrıca, patojenik veya hastalığa neden olan bakterilerin bağlanması gereken yerler işgal ederek hastalıkların önlenmesine yardımcı olur. Bazı bakteriler bizi patojenlere saldırarak hastalıktan korur.
Azot fiksasyonu
Bakteriler azot alır ve öldüklerinde bitki kullanımı için serbest bırakırlar. Bitkiler toprakta nitrojene ihtiyaç duyarlar, ama bunu kendileri yapamazlar. Bunu sağlamak için, birçok bitki çekirdeği, bitki filizlendiğinde kullanılan küçük bir bakteri kaplarına sahiptir.
Gıda Teknolojisi
Lactobacillus ve Lactococcus gibi maya ve küfler veya mantarlar gibi laktik asit bakterileri peynir, soya sosu, natto (fermente soya fasulyesi), sirke, yoğurt ve turşu gibi gıdaları hazırlamak için kullanılır.
Fermantasyon sadece gıdaların korunmasında yararlı değildir, aynı zamanda bu gıdaların bir kısmı sağlık yararları sağlayabilir.
Örneğin, bazı fermente gıdalar, gastrointestinal sağlıkla bağlantılı olanlara benzer bakteriler içerir. Bazı fermantasyon işlemleri, bir anti-enflamatuar etkiye sahip gibi görünen laktik asit gibi yeni bileşiklere yol açar.
Fermente gıdaların sağlık yararlarını doğrulamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.
Endüstride ve araştırmada bakteriler
Bakteriler organik bileşikleri parçalayabilir. Bu, atıkların işlenmesi, petrol sızıntılarının temizlenmesi ve zehirli atık gibi faaliyetler için yararlıdır.
Farmasötik ve kimyasal endüstriler bazı kimyasalların üretiminde bakteriler kullanırlar.
Bakteriler moleküler biyoloji, biyokimya ve genetik araştırmalarda kullanılırlar, çünkü hızlı büyüyebilirler ve manipüle etmek nispeten kolaydır. Bilim adamları, genlerin ve enzimlerin nasıl çalıştığını incelemek için bakterileri kullanırlar.
Antibiyotik yapmak için bakterilere ihtiyaç vardır.
Bacillus thuringiensis (BT), tarım ilaçları yerine tarımda kullanılabilen bir bakteridir. Pestisit kullanımı ile ilişkili istenmeyen çevresel sonuçlara sahip değildir.
Tehlikeler
Bazı bakteriler kolera, difteri, dizanteri, hıyarcıklı veba, pnömoni, tüberküloz (tb), tifo, ve daha birçokları gibi insanlarda hastalıklara neden olabilir.
Eğer insan vücudu, vücudun yardımcı olduğunu kabul etmediği bakterilere maruz kalırsa, bağışıklık sistemi onlara saldıracaktır. Bu reaksiyon, örneğin enfekte bir yarada gördüğümüz şişlik ve iltihap belirtilerine yol açabilir.
Direnç
1900’de pnömoni, tüberküloz ve diyare ABD’deki en büyük üç ölümcül (ABD) idi. Sterilizasyon teknikleri ve antibiyotik ilaçlar, bakteriyel hastalıklardan ölümlerde önemli bir düşüşe neden olmuştur.
Bununla birlikte, antibiyotiklerin aşırı kullanımı tedavi etmek için bakteriyel enfeksiyonları zorlaştırmaktadır.Bakteriler mutasyona uğradıkça, mevcut antibiyotiklere karşı daha dirençli hale gelirler ve enfeksiyonları tedavi etmek daha zordur. Bakteriler doğal olarak dönüşürler, ancak antibiyotiklerin aşırı kullanımı bu süreci hızlandırır.
“Yeni ilaçlar geliştirilse de, davranış değişikliği olmadan bile, antibiyotik direnci büyük bir tehdit olarak kalacaktır.” Dünya Sağlık Örgütü (WHO)
Bu nedenle, bilim adamları ve sağlık otoriteleri doktorlara gerekli olmadığı sürece antibiyotik reçete etmemelerini ve insanların iyi gıda hijyeni, el yıkama, aşılama ve güvenli seks gibi hastalıkların önlenmesi için başka yollar uygulamalarını istemektedir.
Bağırsak mikrobiyomu
Son araştırmalar, insan vücudunun bakterilerle ve özellikle bağırsak mikrobiyomu veya bağırsak florası olarak bilinen bağırsak sisteminde yaşayan bakterilerin topluluklarıyla nasıl etkileşime girdiğine dair yeni ve büyüyen bir endişeye yol açmıştır.
2009 yılında, araştırmacılar obezite olan kadınların ağızlarında belirli bir bakteri noxianoxia’ya sahip olma olasılığının daha yüksek olduğunu gösteren bulguları yayınladılar.
2015 yılında, North Carolina Üniversitesi’ndeki bilim adamları anoreksili insanların bağırsaklarının, durumu olmayan insanlarla karşılaştırıldığında “çok farklı” bakteriler veya mikrobiyal komuniteler içerdiğini buldular. Bunun psikolojik bir etkisi olabileceğini öne sürüyorlar.
Tarihçe
2000 yıldan uzun bir süre önce, bir Roma yazarı olan Marcus Terentius Varro, hastalığın, havada yüzen minik hayvanların neden olabileceğini öne sürdü. İnsanlara bina çalışması sırasında bataklıklardan kaçınmaları konusunda tavsiyede bulundu, çünkü göze çok küçük böcekler sokabilecekleri için ağızdan ve burun deliklerinden vücuda girip hastalıklara neden olduğunu görebiliyorlardı.
17. yüzyılda, Hollandalı bir bilim adamı olan Antonie van Leeuwenhoek, daha sonra bakteri olarak bilinen hayvancules adını verdiği tek bir lens mikroskobunu yarattı. İlk mikrobiyolog olarak kabul edilir.
19. yüzyılda kimyagerler Louis Pasteur ve Robert Koch hastalıkların mikroplardan kaynaklandığını söyledi. Bu, Germ Teorisi olarak biliniyordu.
1910’da bilim adamı Paul Ehrlich, ilk antibiyotik olan Salvarsan’ın gelişimini açıkladı. Sifiliz tedavisi için kullandı. Ayrıca lekeleri kullanarak bakterileri tespit eden ilk bilim adamıydı.
2001’de, Joshua Lederburg “bağırsak mikrobiyomu” terimini kullandı ve dünya çapındaki bilim adamları şu anda insan vücudundaki “bağırsak florasının” veya bakterilerin yapılarını, türlerini ve kullanımlarını daha kesin bir şekilde anlamaya ve anlamaya çalışıyor.
Zamanla, bu çalışmanın geniş bir yelpazede sağlık koşullarına ışık tutması bekleniyor.
