Cosa sono i batteri e cosa fanno?

I batteri sono organismi microscopici unicellulari che esistono a milioni, in ogni ambiente, sia all'interno che all'esterno di altri organismi.

Alcuni batteri sono dannosi, ma la maggior parte ha uno scopo utile. Supportano molte forme di vita, sia vegetali che animali, e sono utilizzati nei processi industriali e medicinali.

Si pensa che i batteri siano stati i primi organismi ad apparire sulla terra, circa 4 miliardi di anni fa. I fossili più antichi conosciuti sono di organismi simili a batteri.

I batteri possono utilizzare la maggior parte dei composti organici e alcuni inorganici come cibo e alcuni possono sopravvivere a condizioni estreme.

Un crescente interesse per la funzione del microbioma intestinale sta gettando nuova luce sul ruolo che i batteri svolgono nella salute umana.

Cosa sono i batteri?

I batteri sono organismi unicellulari.

I batteri sono organismi unicellulari che non sono né piante né animali.

Di solito misurano pochi micrometri di lunghezza ed esistono insieme in comunità di milioni.

Un grammo di terreno contiene tipicamente circa 40 milioni di cellule batteriche. Un millilitro di acqua dolce contiene solitamente circa un milione di cellule batteriche.

Si stima che la terra contenga almeno 5 non miliardi di batteri e si ritiene che gran parte della biomassa terrestre sia costituita da batteri.

Tipi

Esistono molti tipi diversi di batteri. Un modo per classificarli è in base alla forma. Ci sono tre forme di base.

• Sferico: i batteri a forma di palla sono chiamati cocchi e un singolo batterio è un coccus. Gli esempi includono il gruppo degli streptococchi, responsabile dello "streptococco".
• A forma di bastoncello: sono noti come bacilli (singolare bacillo). Alcuni batteri a forma di bastoncello sono curvi. Questi sono noti come vibrio. Esempi di batteri a forma di bastoncello includono Bacillus anthracis (B. anthracis) o antrace.
• Spirale: questi sono conosciuti come spirilla (singolare spirillus). Se la loro bobina è molto stretta, sono conosciute come spirochete. La leptospirosi, la malattia di Lyme e la sifilide sono causate da batteri di questa forma.

Esistono molte varianti all'interno di ogni gruppo di forme.

Struttura

Le cellule batteriche sono diverse dalle cellule vegetali e animali. I batteri sono procarioti, il che significa che non hanno nucleo.

Una cellula batterica include:

• Capsula: uno strato che si trova all'esterno della parete cellulare in alcuni batteri.
• Parete cellulare: uno strato costituito da un polimero chiamato peptidoglicano. La parete cellulare dà ai batteri la sua forma. Si trova all'esterno della membrana plasmatica. La parete cellulare è più spessa in alcuni batteri, chiamati batteri Gram positivi.
• Membrana plasmatica: presente all'interno della parete cellulare, genera energia e trasporta sostanze chimiche. La membrana è permeabile, il che significa che le sostanze possono attraversarla.
• Citoplasma: una sostanza gelatinosa all'interno della membrana plasmatica che contiene materiale genetico e ribosomi.
• DNA: contiene tutte le istruzioni genetiche utilizzate nello sviluppo e nella funzione del batterio. Si trova all'interno del citoplasma.
• Ribosomi: qui è dove vengono prodotte o sintetizzate le proteine. I ribosomi sono particelle complesse costituite da granuli ricchi di RNA.
• Flagello: viene utilizzato per il movimento, per spingere alcuni tipi di batteri. Ci sono alcuni batteri che possono averne più di uno.
• Pili: queste appendici simili a peli all'esterno della cellula gli consentono di aderire alle superfici e trasferire materiale genetico ad altre cellule. Questo può contribuire alla diffusione della malattia negli esseri umani.

Alimentazione

I batteri si nutrono in modi diversi.

I batteri eterotrofi, o eterotrofi, ottengono la loro energia attraverso il consumo di carbonio organico. La maggior parte assorbe materiale organico morto, come la carne in decomposizione. Alcuni di questi batteri parassiti uccidono il loro ospite, mentre altri li aiutano.

I batteri autotrofi (o solo gli autotrofi) producono il proprio cibo, tramite:

• fotosintesi, utilizzando luce solare, acqua e anidride carbonica, o
• chemiosintesi, utilizzando anidride carbonica, acqua e sostanze chimiche come ammoniaca, azoto, zolfo e altri

I batteri che usano la fotosintesi sono chiamati fotoautotrofi. Alcuni tipi, ad esempio i cianobatteri, producono ossigeno. Questi probabilmente hanno svolto un ruolo fondamentale nella creazione dell'ossigeno nell'atmosfera terrestre. Altri, come gli eliobatteri, non producono ossigeno.

Quelli che usano la chemiosintesi sono noti come chemoautotrofi. Questi batteri si trovano comunemente nelle prese d'aria dell'oceano e nelle radici dei legumi, come erba medica, trifoglio, piselli, fagioli, lenticchie e arachidi.

Dove vivono?

I batteri possono prosperare anche in ambienti estremi, come i ghiacciai.

I batteri possono essere trovati nel suolo, nell'acqua, nelle piante, negli animali, nei rifiuti radioattivi, nelle profondità della crosta terrestre, nel ghiaccio artico, nei ghiacciai e nelle sorgenti termali. Ci sono batteri nella stratosfera, tra 6 e 30 miglia nell'atmosfera e nelle profondità dell'oceano, fino a 32.800 piedi o 10.000 metri di profondità.

Gli aerobi, o batteri aerobici, possono crescere solo dove c'è ossigeno. Alcuni tipi possono causare problemi all'ambiente umano, come corrosione, incrostazioni, problemi di limpidezza dell'acqua e cattivi odori.

Gli anaerobi, o batteri anaerobici, possono crescere solo dove non c'è ossigeno. Negli esseri umani, questo è principalmente nel tratto gastrointestinale. Possono anche causare gas, cancrena, tetano, botulismo e la maggior parte delle infezioni dentali.

Gli anaerobi facoltativi, o batteri anaerobici facoltativi, possono vivere con o senza ossigeno, ma preferiscono ambienti dove c'è ossigeno. Si trovano principalmente nel suolo, nell'acqua, nella vegetazione e in una certa flora normale di esseri umani e animali. Esempi inclusi Salmonella.

I mesofili, o batteri mesofili, sono i batteri responsabili della maggior parte delle infezioni umane. Crescono a temperature moderate, intorno ai 37 ° C. Questa è la temperatura del corpo umano.

Esempi inclusi Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli, e Clostridium kluyveri.

La flora intestinale umana, o microbioma intestinale, contiene batteri mesofili benefici, come quelli dietetici Lactobacillus acidophilus.

Gli estremofili, o batteri estremofili, possono resistere a condizioni considerate troppo estreme per la maggior parte delle forme di vita.

I termofili possono vivere a temperature elevate, da 75 a 80 ° C, e gli ipertermofili possono sopravvivere a temperature fino a 113 ° C.

Nel profondo dell'oceano, i batteri vivono nell'oscurità totale grazie alle prese d'aria termiche, dove sia la temperatura che la pressione sono elevate. Fanno il loro cibo ossidando lo zolfo che proviene dal profondo della terra.

Altri estremofili includono:

• alofili, che si trovano solo in un ambiente salato
• acidofili, alcuni dei quali vivono in ambienti acidi come pH 0
• alcalifili, che vivono in ambienti alchilini fino a pH 10,5
• psicrofili, che si trovano a basse temperature, ad esempio, nei ghiacciai

Gli estremofili possono sopravvivere dove nessun altro organismo può.

Riproduzione e trasformazione

I batteri possono riprodursi e cambiare utilizzando i seguenti metodi:

• Fissione binaria: una forma di riproduzione asessuata, in cui una cellula continua a crescere fino a quando una nuova parete cellulare cresce attraverso il centro, formando due cellule. Questi si separano, creando due cellule con lo stesso materiale genetico.
• Trasferimento di materiale genetico: le cellule acquisiscono nuovo materiale genetico attraverso processi noti come coniugazione, trasformazione o trasduzione. Questi processi possono rendere i batteri più forti e più in grado di resistere a minacce, come i farmaci antibiotici.
• Spore: quando alcuni tipi di batteri hanno poche risorse, possono formare spore. Le spore trattengono il materiale del DNA dell'organismo e contengono gli enzimi necessari per la germinazione. Sono molto resistenti agli stress ambientali. Le spore possono rimanere inattive per secoli, fino a quando non si verificano le giuste condizioni. Quindi possono riattivarsi e diventare batteri.
• Le spore possono sopravvivere a periodi di stress ambientale, inclusi raggi ultravioletti (UV) e gamma, essiccazione, fame, esposizione chimica e temperature estreme.

Alcuni batteri producono endospore o spore interne, mentre altri producono esospore, che vengono rilasciate all'esterno. Questi sono conosciuti come cisti.

Clostridium è un esempio di un batterio che forma endospore. Esistono circa 100 specie di Clostridium, Compreso Clostridium botulinim (C. botulinim) o botulismo, responsabile di un tipo di intossicazione alimentare potenzialmente fatale, e Clostridium difficile (C. Difficile), che causa colite e altri problemi intestinali.

Utilizza

I batteri sono spesso considerati cattivi, ma molti sono utili. Non esisteremmo senza di loro. L'ossigeno che respiriamo è stato probabilmente creato dall'attività dei batteri.

Sopravvivenza umana

Molti dei batteri nel corpo svolgono un ruolo importante nella sopravvivenza umana. I batteri nel sistema digestivo scompongono i nutrienti, come gli zuccheri complessi, in forme che il corpo può utilizzare.

I batteri non pericolosi aiutano anche a prevenire le malattie occupando luoghi a cui i batteri patogeni o patogeni vogliono attaccarsi. Alcuni batteri ci proteggono dalle malattie attaccando gli agenti patogeni.

Fissazione dell'azoto

I batteri assorbono l'azoto e lo rilasciano per l'uso delle piante quando muoiono. Le piante hanno bisogno di azoto nel terreno per vivere, ma non possono farlo da sole. Per garantire ciò, molti semi di piante hanno un piccolo contenitore di batteri che viene utilizzato quando la pianta germoglia.

Tecnologia alimentare

La caseificazione coinvolge i batteri.

I batteri dell'acido lattico, come Lactobacillus e Lactococcus insieme a lievito e muffe, o funghi, vengono utilizzati per preparare cibi come formaggio, salsa di soia, natto (fagioli di soia fermentati), aceto, yogurt e sottaceti.

Non solo la fermentazione è utile per conservare gli alimenti, ma alcuni di questi alimenti possono offrire benefici per la salute.

Ad esempio, alcuni alimenti fermentati contengono tipi di batteri simili a quelli legati alla salute gastrointestinale. Alcuni processi di fermentazione portano a nuovi composti, come l'acido lattico, che sembrano avere un effetto antinfiammatorio.

Sono necessarie ulteriori indagini per confermare i benefici per la salute degli alimenti fermentati.

Batteri nell'industria e nella ricerca

I batteri possono abbattere i composti organici. Ciò è utile per attività come il trattamento dei rifiuti e la pulizia di fuoriuscite di petrolio e rifiuti tossici.

Le industrie chimiche e farmaceutiche utilizzano i batteri nella produzione di alcune sostanze chimiche.

I batteri sono utilizzati in biologia molecolare, biochimica e ricerca genetica, perché possono crescere rapidamente e sono relativamente facili da manipolare. Gli scienziati usano i batteri per studiare come funzionano i geni e gli enzimi.

I batteri sono necessari per produrre antibiotici.

Bacillus thuringiensis (Bt) è un batterio che può essere utilizzato in agricoltura al posto dei pesticidi. Non ha le conseguenze ambientali indesiderabili associate all'uso di pesticidi.

Pericoli

Alcuni tipi di batteri possono causare malattie negli esseri umani, come il colera, la difterite, la dissenteria, la peste bubbonica, la polmonite, la tubercolosi (TB), il tifo e molti altri.

Se il corpo umano è esposto a batteri che il corpo non riconosce come utili, il sistema immunitario li attaccherà. Questa reazione può portare ai sintomi di gonfiore e infiammazione che vediamo, ad esempio, in una ferita infetta.

Resistenza

Nel 1900, polmonite, tubercolosi e diarrea erano i tre principali killer negli Stati Uniti. Le tecniche di sterilizzazione e i farmaci antibiotici hanno portato a un calo significativo delle morti per malattie batteriche.

Tuttavia, l'uso eccessivo di antibiotici rende l'infezione batterica più difficile da trattare. Man mano che i batteri mutano, diventano più resistenti agli antibiotici esistenti, rendendo le infezioni più difficili da trattare. I batteri si trasformano naturalmente, ma l'uso eccessivo di antibiotici sta accelerando questo processo.

"Anche se vengono sviluppati nuovi farmaci, senza modificare il comportamento, la resistenza agli antibiotici rimarrà una grave minaccia".

Organizzazione mondiale della sanità (OMS)

Per questo motivo, gli scienziati e le autorità sanitarie chiedono ai medici di non prescrivere antibiotici a meno che non sia necessario e alle persone di praticare altri modi per prevenire le malattie, come una buona igiene alimentare, il lavaggio delle mani, la vaccinazione e l'uso del preservativo.

Il microbioma intestinale

Ricerche recenti hanno portato a una nuova e crescente consapevolezza di come il corpo umano interagisce con i batteri, e in particolare le comunità di batteri che vivono nel tratto intestinale, noto come microbioma intestinale o flora intestinale.

Nel 2009, i ricercatori hanno pubblicato risultati che suggerivano che le donne con obesità avevano maggiori probabilità di avere un particolare tipo di batteri, Selenomonas noxia (S. noxia), in bocca.

Nel 2015, gli scienziati dell'Università della Carolina del Nord hanno scoperto che l'intestino delle persone con anoressia contiene batteri "molto diversi", o comunità microbiche, rispetto alle persone che non ne hanno la condizione. Suggeriscono che questo potrebbe avere un impatto psicologico.

Storia

Oltre 2.000 anni fa, un autore romano, Marcus Terentius Varro, suggerì che la malattia potesse essere causata da piccoli animali che galleggiavano nell'aria. Ha consigliato alle persone di evitare i luoghi paludosi durante i lavori di costruzione perché potrebbero contenere insetti troppo piccoli perché l'occhio possa vederli che entrano nel corpo attraverso la bocca e le narici e causano malattie.

Nel XVII secolo, uno scienziato olandese, Antonie van Leeuwenhoek, creò un microscopio a lente singola con il quale vide quelli che chiamò animalcules, in seguito conosciuti come batteri. È considerato il primo microbiologo.

Nel 19 ° secolo, i chimici Louis Pasteur e Robert Koch dissero che le malattie erano causate da germi. Questa era conosciuta come Teoria dei Germi.

Nel 1910, lo scienziato Paul Ehrlich annunciò lo sviluppo del primo antibiotico, Salvarsan. L'ha usato per curare la sifilide. È stato anche il primo scienziato a rilevare i batteri utilizzando le macchie.

Nel 2001, Joshua Lederburg ha coniato il termine "microbioma intestinale" e gli scienziati di tutto il mondo stanno attualmente cercando di descrivere e comprendere più precisamente le strutture, i tipi e gli usi della "flora intestinale" o dei batteri nel corpo umano.

Col tempo, questo lavoro dovrebbe gettare nuova luce su un'ampia gamma di condizioni di salute.