Apa itu bakteria dan apa yang mereka lakukan?

Bakteria adalah mikroskopik, organisma bersel tunggal yang terdapat dalam berjuta-juta mereka, di setiap persekitaran, baik di dalam maupun di luar organisma lain.

Sebilangan bakteria berbahaya, tetapi kebanyakannya berfungsi untuk tujuan yang berguna. Mereka menyokong banyak bentuk kehidupan, baik tumbuhan dan haiwan, dan mereka digunakan dalam proses industri dan perubatan.

Bakteria dianggap sebagai organisma pertama yang muncul di bumi, kira-kira 4 bilion tahun yang lalu. Fosil tertua yang diketahui adalah bakteria seperti organisma.

Bakteria boleh menggunakan sebilangan besar sebatian organik dan sebilangan anorganik sebagai makanan, dan sebahagiannya dapat bertahan dalam keadaan yang melampau.

Minat yang semakin meningkat terhadap fungsi mikrobioma usus memberi penerangan baru mengenai peranan bakteria dalam kesihatan manusia.

Apa itu bakteria?

Bakteria adalah organisma sel tunggal.

Bakteria adalah organisma sel tunggal yang bukan tumbuh-tumbuhan atau haiwan.

Panjangnya biasanya berukuran beberapa mikrometer dan wujud bersama dalam komuniti berjuta-juta.

Sebilangan gram tanah biasanya mengandungi kira-kira 40 juta sel bakteria. Satu mililiter air tawar biasanya menyimpan kira-kira satu juta sel bakteria.

Bumi dianggarkan menahan sekurang-kurangnya 5 juta bakteria, dan sebahagian besar biomas bumi dianggap terdiri daripada bakteria.

Jenis-Jenis

Terdapat banyak jenis bakteria. Salah satu cara untuk mengklasifikasikannya adalah mengikut bentuk. Terdapat tiga bentuk asas.

• Sfera: Bakteria berbentuk seperti bola disebut cocci, dan bakteria tunggal adalah coccus. Contohnya termasuk kumpulan streptococcus, yang bertanggungjawab untuk "radang tekak."
• Bentuk batang: Ini dikenali sebagai bacilli (bacillus tunggal). Beberapa bakteria berbentuk batang melengkung. Ini dikenali sebagai vibrio. Contoh bakteria berbentuk batang merangkumi Bacillus anthracis (B. anthracis), atau antraks.
• Spiral: Ini dikenali sebagai spirilla (spirillus tunggal). Sekiranya gegelungnya sangat ketat mereka dikenali sebagai spirochetes. Leptospirosis, penyakit Lyme, dan sifilis disebabkan oleh bakteria bentuk ini.

Terdapat banyak variasi dalam setiap kumpulan bentuk.

Struktur

Sel bakteria berbeza dengan sel tumbuhan dan haiwan. Bakteria adalah prokariota, yang bermaksud mereka tidak mempunyai nukleus.

Sel bakteria merangkumi:

• Kapsul: Lapisan yang terdapat di bahagian luar dinding sel pada beberapa bakteria.
• Dinding sel: Lapisan yang terbuat dari polimer yang disebut peptidoglycan. Dinding sel memberikan bakteria bentuknya. Ia terletak di luar membran plasma. Dinding sel lebih tebal di beberapa bakteria, yang disebut bakteria positif Gram.
• Membran plasma: Terdapat dalam dinding sel, ini menghasilkan tenaga dan mengangkut bahan kimia. Membran itu telap, yang bermaksud bahawa bahan boleh melaluinya.
• Sitoplasma: Zat agar-agar di dalam membran plasma yang mengandungi bahan genetik dan ribosom.
• DNA: Ini mengandungi semua petunjuk genetik yang digunakan dalam pengembangan dan fungsi bakteria. Ia terletak di dalam sitoplasma.
• Ribosom: Di sinilah protein dibuat, atau disintesis. Ribosom adalah zarah kompleks yang terdiri daripada butiran kaya RNA.
• Flagellum: Ini digunakan untuk pergerakan, untuk mendorong beberapa jenis bakteria. Terdapat beberapa bakteria yang boleh mempunyai lebih daripada satu.
• Pili: Lampiran seperti rambut ini di bahagian luar sel memungkinkannya melekat pada permukaan dan memindahkan bahan genetik ke sel lain. Ini dapat menyumbang kepada penyebaran penyakit pada manusia.

Memberi makan

Bakteria memberi makan dengan cara yang berbeza.

Bakteria heterotrofik, atau heterotrof, mendapatkan tenaga mereka dengan menggunakan karbon organik. Sebilangan besar menyerap bahan organik mati, seperti daging yang terurai. Sebilangan bakteria parasit ini membunuh inang mereka, sementara yang lain menolongnya.

Bakteria autotrofik (atau hanya autotrof) membuat makanan mereka sendiri, baik melalui:

• fotosintesis, menggunakan cahaya matahari, air dan karbon dioksida, atau
• chemosynthesis, menggunakan karbon dioksida, air, dan bahan kimia seperti ammonia, nitrogen, sulfur, dan lain-lain

Bakteria yang menggunakan fotosintesis disebut photoautotrophs. Beberapa jenis, misalnya cyanobacteria, menghasilkan oksigen. Ini mungkin memainkan peranan penting dalam mewujudkan oksigen di atmosfer bumi. Yang lain, seperti heliobacteria, tidak menghasilkan oksigen.

Mereka yang menggunakan chemosynthesis dikenali sebagai chemoautotrophs. Bakteria ini biasanya dijumpai di lubang samudera dan di akar kacang-kacangan, seperti alfalfa, semanggi, kacang polong, kacang, lentil, dan kacang tanah.

Di manakah mereka tinggal?

Bakteria boleh berkembang walaupun di persekitaran yang melampau, seperti glasier.

Bakteria dapat dijumpai di tanah, air, tumbuh-tumbuhan, binatang, sisa radioaktif, jauh di kerak bumi, es dan gletser arktik, dan mata air panas. Terdapat bakteria di stratosfera, antara 6 hingga 30 batu di atmosfer, dan di kedalaman laut, setinggi 32.800 kaki atau 10.000 meter.

Aerob, atau bakteria aerobik, hanya dapat tumbuh di mana terdapat oksigen. Beberapa jenis boleh menyebabkan masalah bagi persekitaran manusia, seperti kakisan, kotoran, masalah dengan kejernihan air, dan bau busuk.

Anaerob, atau bakteria anaerob, hanya dapat tumbuh di mana tidak ada oksigen. Pada manusia, ini kebanyakannya terdapat pada saluran gastrousus. Mereka juga boleh menyebabkan jangkitan gas, gangren, tetanus, botulisme, dan kebanyakan jangkitan gigi.

Anerob fakultatif, atau bakteria anaerob fakultatif, boleh hidup sama ada dengan atau tanpa oksigen, tetapi mereka lebih suka persekitaran di mana terdapat oksigen. Kebanyakannya terdapat di tanah, air, tumbuh-tumbuhan dan beberapa flora normal manusia dan haiwan. Contohnya merangkumi Salmonella.

Mesophiles, atau bakteria mesofilik, adalah bakteria yang bertanggungjawab untuk kebanyakan jangkitan manusia. Mereka berkembang dalam suhu sederhana, sekitar 37 ° C. Ini adalah suhu badan manusia.

Contohnya merangkumi Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli, dan Clostridium kluyveri.

Flora usus manusia, atau mikrobioma usus, mengandungi bakteria mesofilik yang bermanfaat, seperti makanan Lactobacillus acidophilus.

Ekstremofil, atau bakteria ekstrofofilik, dapat menahan keadaan yang dianggap terlalu ekstrem bagi kebanyakan bentuk kehidupan.

Thermophiles dapat hidup dalam suhu tinggi, hingga 75 hingga 80 ° C, dan hyperthermophiles dapat bertahan pada suhu hingga 113 ° C.

Jauh di lautan, bakteria hidup dalam kegelapan total oleh lubang termal, di mana suhu dan tekanan tinggi. Mereka membuat makanan sendiri dengan mengoksidakan sulfur yang berasal dari dalam bumi.

Ekstremofil lain termasuk:

• halofil, hanya terdapat di persekitaran masin
• acidophiles, sebahagiannya tinggal di persekitaran yang berasid seperti pH 0
• alkaliphiles, tinggal di persekitaran alkali hingga pH 10.5
• psikofilia, terdapat dalam suhu sejuk, misalnya, di glasier

Extremophiles dapat bertahan di mana organisma lain tidak dapat bertahan.

Pembiakan dan transformasi

Bakteria boleh membiak dan berubah menggunakan kaedah berikut:

• Pembelahan binari: Bentuk pembiakan aseksual, di mana sel terus tumbuh sehingga dinding sel baru tumbuh melalui pusat, membentuk dua sel. Ini memisahkan, menjadikan dua sel dengan bahan genetik yang sama.
• Pemindahan bahan genetik: Sel memperoleh bahan genetik baru melalui proses yang dikenali sebagai konjugasi, transformasi, atau transduksi. Proses ini dapat menjadikan bakteria lebih kuat dan lebih mampu menahan ancaman, seperti ubat antibiotik.
• Spora: Apabila beberapa jenis bakteria kekurangan sumber daya, mereka dapat membentuk spora. Spora menahan bahan DNA organisma dan mengandungi enzim yang diperlukan untuk percambahan. Mereka sangat tahan terhadap tekanan persekitaran. Spora boleh kekal tidak aktif selama berabad-abad, sehingga keadaan yang betul berlaku. Kemudian mereka dapat mengaktifkan semula dan menjadi bakteria.
• Spora dapat bertahan melalui tempoh tekanan persekitaran, termasuk sinaran ultraviolet (UV) dan gamma, pengeringan, kelaparan, pendedahan kimia, dan suhu yang melampau.

Sebilangan bakteria menghasilkan endospora, atau spora dalaman, sementara yang lain menghasilkan eksospora, yang dilepaskan di luar. Ini dikenali sebagai sista.

Clostridium adalah contoh bakteria pembentuk endospora. Terdapat kira-kira 100 spesies Clostridium, termasuk Clostridium botulinim (C. botulinimatau botulisme, yang bertanggungjawab terhadap keracunan makanan yang berpotensi membawa maut, dan Clostridium difficile (C. Difficile), yang menyebabkan kolitis dan masalah usus lain.

Kegunaan

Bakteria sering dianggap buruk, tetapi banyak yang bermanfaat. Kita tidak akan wujud tanpa mereka. Oksigen yang kita hirup mungkin dihasilkan oleh aktiviti bakteria.

Kelangsungan hidup manusia

Banyak bakteria dalam tubuh memainkan peranan penting dalam kelangsungan hidup manusia. Bakteria dalam sistem pencernaan memecah nutrien, seperti gula kompleks, menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh tubuh.

Bakteria tidak berbahaya juga membantu mencegah penyakit dengan menempati tempat-tempat bakteria patogen, atau penyebab penyakit, yang ingin dilampirkan. Sebilangan bakteria melindungi kita dari penyakit dengan menyerang patogen.

Fiksasi nitrogen

Bakteria mengambil nitrogen dan membebaskannya untuk kegunaan tumbuhan semasa mereka mati. Tumbuhan memerlukan nitrogen di dalam tanah untuk hidup, tetapi mereka tidak dapat melakukannya sendiri. Untuk memastikan ini, banyak biji tanaman mempunyai bekas kecil bakteria yang digunakan ketika tanaman itu tumbuh.

Teknologi makanan

Cheesemaking melibatkan bakteria.

Bakteria asid laktik, seperti Lactobacillus dan Laktokokus bersama-sama dengan ragi dan jamur, atau kulat, digunakan untuk menyediakan makanan seperti keju, kicap, natto (kacang soya fermentasi), cuka, yogurt, dan acar.

Bukan sahaja fermentasi berguna untuk mengawet makanan, tetapi beberapa makanan ini dapat memberikan manfaat kesihatan.

Contohnya, beberapa makanan yang ditapai mengandungi jenis bakteria yang serupa dengan yang berkaitan dengan kesihatan gastrousus. Beberapa proses penapaian membawa kepada sebatian baru, seperti asam laktat, yang nampaknya mempunyai kesan anti-radang.

Lebih banyak penyelidikan diperlukan untuk mengesahkan manfaat kesihatan makanan yang diperam.

Bakteria dalam industri dan penyelidikan

Bakteria dapat memecah sebatian organik. Ini berguna untuk aktiviti seperti pemprosesan sisa dan membersihkan tumpahan minyak dan sisa toksik.

Industri farmaseutikal dan kimia menggunakan bakteria dalam pengeluaran bahan kimia tertentu.

Bakteria digunakan dalam biologi molekul, biokimia dan penyelidikan genetik, kerana mereka dapat tumbuh dengan cepat dan relatif mudah dimanipulasi. Para saintis menggunakan bakteria untuk mengkaji bagaimana gen dan enzim berfungsi.

Bakteria diperlukan untuk membuat antibiotik.

Bacillus thuringiensis (Bt) adalah bakteria yang boleh digunakan dalam pertanian dan bukannya racun perosak. Ia tidak mempunyai akibat persekitaran yang tidak diingini yang berkaitan dengan penggunaan racun perosak.

Bahaya

Beberapa jenis bakteria boleh menyebabkan penyakit pada manusia, seperti kolera, difteria, disentri, wabak bubonik, radang paru-paru, tuberkulosis (TB), kepialu, dan banyak lagi.

Sekiranya tubuh manusia terdedah kepada bakteria yang tidak dikenali oleh badan, sistem imun akan menyerang mereka. Reaksi ini boleh menyebabkan gejala pembengkakan dan keradangan yang kita lihat, misalnya, pada luka yang dijangkiti.

Penentangan

Pada tahun 1900, radang paru-paru, TB, dan cirit-birit adalah tiga pembunuh terbesar di Amerika Syarikat. Teknik pensterilan dan ubat-ubatan antibiotik telah menyebabkan penurunan kematian akibat penyakit bakteria.

Walau bagaimanapun, penggunaan antibiotik yang berlebihan menjadikan jangkitan bakteria lebih sukar untuk diatasi. Apabila bakteria bermutasi, mereka menjadi lebih tahan terhadap antibiotik yang ada, menjadikan jangkitan lebih sukar untuk diatasi. Bakteria berubah secara semula jadi, tetapi penggunaan antibiotik yang berlebihan mempercepat proses ini.

"Walaupun ubat-ubatan baru dikembangkan, tanpa perubahan tingkah laku, ketahanan terhadap antibiotik akan tetap menjadi ancaman besar."

Pertubuhan Kesihatan Sedunia (WHO)

Atas sebab ini, para saintis dan pihak berkuasa kesihatan meminta doktor untuk tidak menetapkan antibiotik melainkan jika diperlukan, dan bagi orang untuk mempraktikkan cara lain untuk mencegah penyakit, seperti kebersihan makanan, mencuci tangan, vaksinasi, dan menggunakan kondom.

Mikrobioma usus

Penyelidikan baru-baru ini menyebabkan kesadaran baru dan berkembang tentang bagaimana tubuh manusia berinteraksi dengan bakteria, dan terutamanya komuniti bakteria yang hidup di saluran usus, yang dikenal sebagai mikrobioma usus, atau flora usus.

Pada tahun 2009, para penyelidik menerbitkan penemuan yang menunjukkan bahawa wanita dengan obesiti lebih cenderung mempunyai bakteria tertentu, Selenomonas noxia (S. noxia), di mulut mereka.

Pada tahun 2015, saintis di University of North Carolina mendapati bahawa usus penghidap anoreksia mengandungi bakteria "sangat berbeza", atau komuniti mikroba, berbanding dengan orang yang tidak menghidap penyakit tersebut. Mereka menyatakan bahawa ini mungkin memberi kesan psikologi.

Sejarah

Lebih dari 2000 tahun yang lalu, seorang pengarang Rom, Marcus Terentius Varro, mencadangkan bahawa penyakit mungkin disebabkan oleh binatang kecil yang melayang di udara. Dia menasihati orang untuk menghindari tempat-tempat rawa semasa pekerjaan bangunan kerana mereka mungkin mengandungi serangga yang terlalu kecil untuk dilihat oleh mata yang memasuki badan melalui mulut dan lubang hidung dan menyebabkan penyakit.

Pada abad ke-17, seorang saintis Belanda, Antonie van Leeuwenhoek membuat mikroskop lensa tunggal yang dengannya dia melihat apa yang disebutnya animalcules, yang kemudian dikenali sebagai bakteria. Dia dianggap sebagai ahli mikrobiologi pertama.

Pada abad ke-19, ahli kimia Louis Pasteur dan Robert Koch mengatakan bahawa penyakit disebabkan oleh kuman. Ini dikenali sebagai Teori Kuman.

Pada tahun 1910, saintis Paul Ehrlich mengumumkan pengembangan antibiotik pertama, Salvarsan. Dia menggunakannya untuk menyembuhkan sifilis. Dia juga merupakan saintis pertama yang mengesan bakteria dengan menggunakan noda.

Pada tahun 2001, Joshua Lederburg menciptakan istilah "mikrobioma usus", dan para saintis di seluruh dunia kini berusaha untuk menerangkan dan memahami dengan lebih tepat struktur, jenis, dan penggunaan "flora usus", atau bakteria dalam tubuh manusia.

Pada waktunya, pekerjaan ini diharapkan dapat memberi sinar baru kepada pelbagai keadaan kesihatan.