Bakterid: struktuur, paljunemine, haigused

Lühiülevaade

  • Bakterid – määratlus: mikroskoopilised üherakulised organismid, millel puudub rakutuum
  • Kas bakterid on elusorganismid? Jah, sest nad vastavad vajalikele kriteeriumidele (nagu ainevahetus, kasv, paljunemine).
  • bakterite paljunemine: mittesuguline rakkude jagunemise teel
  • bakteriaalsed haigused: nt teetanus, difteeria, läkaköha, sarlakid, klamüüdiainfektsioon, gonorröa, bakteriaalne tonsilliit, bakteriaalne kopsupõletik, bakteriaalne keskkõrvapõletik, salmonelloos, listerioos, tuberkuloos, koolera, kõhutüüfus, katk
  • Bakteriaalsete infektsioonide ravi: antibiootikumid
  • Bakterite vastu vaktsineerimine: võimalik nt difteeria, läkaköha, teetanuse, meningokoki ja pneumokoki infektsioonide, koolera, kõhutüüfuse vastu

Mis on bakterid?

Bakterid on mikroskoopilised üherakulised organismid ja vanimad elusorganismid maa peal. Neid leidub paljudes erinevates liikides ja neid leidub peaaegu kõikjal maailmas – õhus, vees ja pinnases, sügaval maakoores ja kõrgeimate mägede tippudel, kuumaveeallikates ning Arktikas ja Antarktikas.

Bakterid moodustavad ülekaalukalt suurima osa inimese normaalsest taimestikust (lisaks veel mõned, nagu seened ja parasiidid). Normaalne taimestik viitab kõikidele mikroorganismidele, mis loomulikult asustavad keha. Kui eksperdid võtavad arvesse ainult ühte konkreetset koloniseerimiskohta, räägivad nad näiteks soolefloorast (kõigi looduslike bakterite kogusumma soolestikus).

Lisaks on mõned bakteriliigid, mis võivad inimestel haigusi põhjustada. Seda tüüpi inimese patogeensed bakterid moodustavad vaid umbes ühe protsendi kõigist teadaolevatest bakteriliikidest.

Bakterite struktuur

Bakterite suurus on vahemikus 0.1 kuni 700 mikromeetrit (üks mikromeeter = üks tuhandik millimeetrit). See muudab bakterid palju suuremaks kui viirused, kuid enamikul juhtudel siiski väiksemad kui inimese rakud.

Rakusein ja flagella

Paljudel juhtudel on bakteriraku sein jäik, andes seega bakterile kindla kuju (nt kera- ja pulgakujulised bakterid). Lisaks leidub seal õhema ja suhteliselt painduva rakuseinaga spiraalseid baktereid. See võimaldab bakterirakul liikuda spiraalsete (ja muude) liigutustega. Jäiga rakuseinaga bakteritel on seevastu tavaliselt pikad niitjad vibud, millega nad saavad liikuda (vt allpool: Klassifikatsioon lipuliste järgi).

Samuti on mõned rakuseinata bakterid. Näiteks mükoplasmad (parasiitbakterid, mis suudavad siiski ise paljuneda) ja termoplasmaliigid (stabiilse plasmamembraaniga soojust armastavad bakterid, mis elavad näiteks vulkaanilises pinnases).

Kapsel

Enamik baktereid ümbritseb end lisaks väljast kapsliga (vt allpool: klassifikatsioon kapseldamise järgi). See on suhteliselt teravalt piiritletud, väga tihe kaitsekiht, mis koosneb suhkrutest või valkude ehitusplokkidest (aminohapped).

Rakumembraan ja tsütoplasma

Bakteriraku rakuseina sees on kinnitunud rakumembraan, kuna seda leidub sarnase ehitusega looma (sh inimese) rakkudes. Mõnel bakteril on ka välimine rakumembraan. See ümbritseb rakuseina.

Raku sees ehk tsütoplasmas leidub bakteriraku geneetiline materjal, nn bakterigenoom, koos erinevate teiste rakustruktuuridega (näiteks valkude sünteesiks mõeldud nn ribosoomid). Mõnikord sisaldavad bakterid täiendavat geneetilist materjali plasmiidide kujul.

Bakteri genoom

Bakteri genoom sisaldab kogu bakteriraku eluks vajalikku geneetilist informatsiooni (infot ehituse, ainevahetuse, paljunemise kohta). See koosneb kaheahelalisest DNA-st (lühend desoksüribonukleiinhappest), st teatud suhkru ja muude ehitusplokkide kaheahelalisest ahelast. Loomarakkude geneetiline materjal koosneb samuti DNA-st. Looma- ja bakterirakkude vahel on siiski olulisi erinevusi:

  • Loomarakud: DNA genoom paikneb ülejäänud tsütoplasmast eraldi oma membraaniga suletud sektsioonis – tuumas. Lisaks on see lineaarselt organiseeritud, st esineb üksikute kromosoomide kujul (kvaasi-individuaalsed DNA niidid).

Plasmiidid

Lisaks bakterikromosoomile sisaldab mõne bakteri tsütoplasma teisi väikeseid kaheahelalisi DNA-ringe, kas ühe- või mitmekordseid, mida nimetatakse plasmiidideks. Need sisaldavad geneetilist teavet, mida bakterirakk normaalsetes elutingimustes ei vaja, kuid mis võib anda talle rasketes tingimustes ellujäämise eelise.

See võib olla näiteks toksiini plaan, mis tapab teisi baktereid. Bakteriraku võime olla resistentne konkreetse antibiootikumi suhtes võib samuti säilida plasmiidides.

Antibiootikumid on ravimid, mis on spetsiifiliselt tõhusad bakterite vastu. Seetõttu on need osa bakteriaalse infektsiooni standardravist.

Plasmiide ​​replitseeritakse bakterikromosoomist sõltumatult ja jaotatakse enam-vähem juhuslikult kahe tütarraku vahel, kui bakter paljuneb raku jagunemise teel.

Konjugeerimine võtab mõne minuti, kuid see on võimalik ainult teatud tüüpi bakterite vahel.

Bakterid vs viirused

Kõige olulisem erinevus on see, et bakteritel on ainevahetus ja nad suudavad iseseisvalt paljuneda – viiruste puhul see ei kehti. Viiruste ja bakterite võrdlusest loe lähemalt artiklist Viirused.

Millised bakterid seal on?

Praegu on teada umbes 5,000 bakteriliiki. Tegelikult on neid aga ilmselt palju rohkem: eksperdid kahtlustavad, et maailmas on sadu tuhandeid erinevat tüüpi baktereid.

Mikroobe saab klassifitseerida erinevate kriteeriumide alusel; kõige levinumad on:

Klassifikatsioon värvuse järgi

Baktereid saab klassifitseerida vastavalt värvile, mille nad omandavad kokkupuutel teatud värvimisainetega. Kõige tavalisemat värvimismeetodit bakterite tuvastamiseks nimetatakse Grami värvimiseks. Selle järgi eristatakse:

  • Grampositiivsed bakterid: need muutuvad siniseks pärast teatud keemilise aine lisamist. Näideteks on difteeria ja siberi katku patogeenid, pneumokokid (põhjustavad näiteks kopsupõletikku, meningiiti, sinusiiti ja keskkõrvapõletikku) ja streptokokid (muu hulgas kopsupõletiku ja tonsilliidi võimalikud vallandajad).
  • Gramnegatiivsed bakterid: Gram-värvimisel omandavad nad punase värvi. Näideteks on läkaköha, tüüfuse, koolera ja katku patogeenid.

Erineval seinastruktuuril on praktilised tagajärjed ka meditsiinile, nimelt bakteriaalsete infektsioonide ravis: mõned antibiootikumid on efektiivsed ainult grampositiivsete bakterite, teised ainult gramnegatiivsete bakterite vastu.

Klassifikatsioon vormi järgi

Bakteritel on kolm peamist vormi:

  • sfäärilised bakterid: need ümarad kuni ovaalsed bakterid (nimetatakse ka kokkideks) koonduvad sageli tüüpilistel viisidel: kahe-, nelja- või kaheksaliikmelisteks rühmadeks, suuremateks klastriteks (stafülokokid) või enam-vähem pikkade ahelatena (streptokokid).
  • Vardakujulised bakterid: peenikesed või lihavad pulgakujulised bakterid võivad esineda üksikult (nt tüüfusebakterid) või üksteise suhtes erinevalt (nt difteeriabakterid). Vardakujulisi baktereid, mis vajavad elamiseks hapnikku (aeroobsed) ja võivad moodustada eoseid (vt allpool), nimetatakse ka batsillideks (nagu siberi katku bakterid).
  • spiraalsed bakterid: Täpse välimuse järgi jagunevad need bakterid nelja rühma – spirilla (nt rotihammustuse palaviku tekitaja), borrelia (nt Lyme'i tõve tekitaja), treponema (nt süüfilisebakterid), ja leptospira (nt leptospiroosi tekitaja).

Klassifikatsioon patogeensuse järgi

  • fakultatiivsed patogeensed bakterid: need bakterid põhjustavad haigusi ainult teatud asjaoludel, näiteks kui immuunsüsteem on nõrgenenud.
  • kohustuslikud patogeensed mikroobid: piisavas koguses põhjustavad nad alati haigusi, näiteks salmonelloosi.

Ka organismis looduslikult esinevad bakterid võivad põhjustada haigestumist – näiteks nõrga immuunsüsteemi tagajärjel liigselt levides või organismis valedesse kohtadesse sattumisel (nt soolebakterid, mis satuvad selle tagajärjel kusiti või tuppe ebaõige tualetihügieen). Seega kuuluvad nad fakultatiivsete patogeensete bakterite hulka.

Klassifikatsioon flagellade järgi

Enamik baktereid kannab oma välispinnal lippe, mille abil nad on liikuvad. Eksperdid eristavad järgmisi liputamise vorme:

  • monotrioosne lipustumine: ainult üks lipu, nt koolerabakter
  • lophotrichous flagella: mitu lipukest, mis on paigutatud ühte või kahte kimpu, nt Pseudomonase liigid
  • peritrichous flagella: mitu lipukest, mis on jaotunud kogu bakteriraku välispinnale (lipud ümberringi), nt salmonella (salmonelloosi ja kõhutüüfuse tekitaja)

Klassifikatsioon kapseldamise järgi

Kapseldatud on näiteks bakter Haemophilus influenzae. Muuhulgas võib see põhjustada meningiiti, keskkõrvapõletikku, bronhiiti, kopsupõletikku ja – kui Haemophilus influenzae tüüpi B (HiB) – larüngiiti.

Bakterite kapseldatud vormide hulgas on ka pneumokokid (Streptococcus pneumoniae). Tavaliselt põhjustavad nad kopsupõletikku, kuid mõnikord ka muid bakteriaalseid nakkushaigusi.

Klassifikatsioon spooride moodustumise järgi

Ebasoodsates elutingimustes võivad mõned bakterid moodustada massiliselt vähenenud ainevahetusega püsivaid vorme – nn eoseid. Erinevalt metaboolselt aktiivsest (vegetatiivsest) rakust taluvad need äärmiselt ebasoodsaid keskkonnatingimusi nagu kuumus ja külm ning püsivad elujõulisena aastaid või isegi aastakümneid. Niipea, kui tingimused taas paranevad, muundub eos tagasi vegetatiivseks bakterirakuks.

Eosed on tõhusalt uinunud olekus olevad bakterid.

Spoore moodustavate bakterite hulka kuuluvad peamiselt perekondade Bacillus ja Clostridium esindajad, näiteks siberi katku patogeen (Bacillus anthracis) ning teetanuse (Clostridium tetani) ja botulismi (Clostridium botulinum) patogeenid.

Klassifikatsioon hapniku suhte järgi

Kohustuslikud anaeroobsed bakterid (anaeroobid) on obligatoorsete aeroobide vastandid: nad ei saa hapniku juuresolekul kasvada ja areneda – isegi väikesed hapnikujäljed võivad need bakterid lühikese aja jooksul tappa. Erinevalt aeroobidest ei suuda nad kõrvaldada toksilisi hapnikuradikaale (aeroobsetel bakteritel on selleks spetsiaalsed ensüümid nagu katalaas). Kohustuslikud anaeroobsed bakterid saavad vajaliku energia kas kääritamise või nn anaeroobse hingamise teel.

Fakultatiivsed anaeroobsed bakterid on hapniku suhtes tolerantsed: nad võivad kasvada nii hapnikuga kui ka ilma. Kui hapnik on olemas, saavad nad vajaliku energia "tavalise" (aeroobse) rakuhingamise kaudu, täpselt nagu aeroobsed bakterid ning looma- ja inimeserakud. Seevastu hapnikuvabas keskkonnas toimub nende energiatootmine fermentatsiooni või anaeroobse hingamise teel.

Aerotolerantsed bakterid võivad hapniku juuresolekul probleemideta areneda, kuid ei saa seda kasutada energia tootmiseks.

Klassifitseerimine vastavalt temperatuurinõuetele

Sõltuvalt temperatuurivahemikust, mida bakterid eelistavad või taluvad, eristatakse kolme bakterirühma:

  • psührofiilsed bakterid: nad arenevad kõige paremini viie kuni kümne Celsiuse kraadi juures. Minimaalne temperatuur, mida nad taluvad, on olenevalt bakteriliigist -5 kuni -3 kraadi ja maksimaalne temperatuur on olenevalt liigist 15 kuni 20 kraadi.
  • Mesofiilsed bakterid: nende optimaalne temperatuur on 27–37 kraadi. Temperatuur võib langeda maksimaalselt 20 kuni 25 kraadini. Seevastu temperatuur ei tohi tõusta üle 42–45 kraadi.
  • Termofiilsed bakterid: nad tunnevad end kõige mugavamalt 50–60 kraadi juures. Sõltuvalt bakteritüübist ei tohi temperatuur langeda alla 40–49 kraadi ega tõusta üle 60–100 kraadi.

Klassifikatsioon taksonoomia järgi

Nagu teisedki elusorganismid, liigitatakse bakterid teaduslike kriteeriumide alusel erinevatele hierarhilistele tasemetele, nagu perekonnad, perekonnad ja liigid. Mõningaid bakteriliike saab ka edasi jagada eri tüüpideks (bakteritüved) – sõltuvalt pärilikest teguritest ja keemilisest koostisest.

Kuidas bakterid paljunevad?

Bakterid paljunevad aseksuaalselt rakkude jagunemise teel:

Bakterite paljunemise kiirus sõltub bakteritüübist ja keskkonnatingimustest. Optimaalsetes tingimustes võivad paljud bakterid oma arvu kahekordistada vaid kahekümne minutiga.

Kui me räägime bakterite kasvust, siis peame silmas bakterirakkude arvu suurenemist. See määratakse rakkude arvuna milliliitri kohta.

Milliseid haigusi põhjustavad bakterid?

Bakterite põhjustatud haigusi on mitmesuguseid. Siin on väike valik:

  • Scarlet palavik: seda väga nakkavat bakteriaalset nakkushaigust põhjustavad grampositiivsed sfäärilised A streptokokid (Streptococcus pyogenes).
  • Muud streptokoki infektsioonid: streptokokk võib muu hulgas põhjustada ka keskkõrvapõletikku, tonsilliiti, erüsiipeleid, kopsupõletikku ja reumaatilist palavikku. B-streptokokid (S. agalactiae) on näiteks meningiidi ja haavainfektsioonide võimalikud vallandajad. Teised streptokokid võivad esineda näiteks kaariesebakteritena.
  • Pneumokokkinfektsioonid: Pneumokokid on ka streptokokid, mis esinevad tavaliselt paarikaupa (diplokokid). Täpsemalt on need Streptococcus pneumoniae. See bakter on tüüpiline kopsupõletiku patogeen, kuid võib muu hulgas põhjustada ka meningiiti, keskkõrva või põskkoopapõletikku.
  • Meningokokkinfektsioonid: Meningokokid on Neisseria meningitis liiki kuuluvad bakterid. Nende bakteritega nakatumine avaldub tavaliselt meningiidi või bakteriaalse "vere mürgistuse" (sepsis) kujul.
  • Gonorröa (gonorröa): seda STD-d põhjustavad ka Neisseria bakterid, seekord Neisseria gonorrhoeae (nimetatakse ka gonokokiks). Õigeaegse ravi korral paraneb gonorröa tavaliselt ilma tagajärgedeta. Vastasel juhul on oht püsivateks hilinenud tagajärgedeks, nagu viljatus.
  • Klamüüdiainfektsioonid: Klamüüdiat on mitut tüüpi (mõned alarühmad), mis võivad põhjustada erinevaid kliinilisi pilte, näiteks konjunktiviit, kuseteede ja suguelundite infektsioonid (nagu uretriit, tservitsiit või prostatiit) ja kopsupõletik.
  • Läkaköha: selle "lastehaiguse" taga on tavaliselt gramnegatiivne bakter Bordetella pertussis, mida esineb üha sagedamini ka noorukitel ja täiskasvanutel.
  • Difteeria: Sümptomid, nagu haukuv köha, neelamisraskused ja magusalt halb hingeõhk, on põhjustatud grampositiivse pulgakujulise bakteri Corynebacterium diphtheriae toksiinist.
  • Tuberkuloos: Mycobacterium tuberculosis on selle tõsise nakkushaiguse kõige levinum põhjus, millest tuleb teatada.
  • E. coli infektsioonid: Escherichia coli on gramnegatiivne bakter, millel on mitu tüve. Mõned neist elavad looduslikult tervete inimeste soolestikus. Teised E.coli tüved võivad aga põhjustada infektsioone, näiteks seedetraktis või kuseteedes (nagu kõhulahtisus ja põiepõletik).
  • Salmonelloos (salmonelloosi mürgistus): see termin viitab nakkushaigustele ja toidumürgitustele, mille on põhjustanud teatud Salmonella bakterite alarühm. See hõlmab muu hulgas kõhutüüfust ja paratüüfust.
  • Listeria infektsioon (listerioos): seda toidumürgitust põhjustavad grampositiivsed bakterid liigist Listeria monocytogenes. Sellega kaasneb iiveldus, oksendamine ja kõhulahtisus. Sellesse võib nakatuda saastunud toiduainete, näiteks piimatoodete, toorete köögiviljade või ebapiisavalt kuumutatud liha söömisel.
  • Koolera: Gram-negatiivne bakter Vibrio cholerae põhjustab rasket kõhulahtisust, mis esineb peamiselt halbade hügieenitingimustega piirkondades.

Baktereemia ja sepsis

Tavaliselt baktereid veres ei leidu. Kui on, nimetatakse seda baktereemiaks. See võib tekkida näiteks siis, kui kellelgi hakkavad intensiivsest hammaste pesemisest igemed veritsema või end taskunoaga lõikama. Bakterid võivad vereringesse sattuda ka bakteriaalsete infektsioonide (nt bakteriaalne kopsupõletik) või hambaravi või meditsiinilise protseduuri ajal.

Baktereemia ei põhjusta alati sümptomeid, kui immuunsüsteem bakterid kiiresti kõrvaldab.

Eriti nõrgenenud immuunsüsteemiga inimestel võivad bakterid aga piisavalt kaua ja suuremal hulgal veres püsides põhjustada infektsiooni (nt südame sisekesta põletik = endokardiit). Tagajärjeks võib olla kogu keha väga äge reaktsioon, mida nimetatakse sepsiseks (“vere mürgistus”). Halvimal juhul võib see lõppeda surmaga. Siiski on surmaoht üksikjuhtudel märkimisväärselt erinev. See sõltub muu hulgas sellest, mis tüüpi bakterid on seotud ja kui kiiresti patsienti ravitakse.

Bakterid: edasikandumine või infektsioon

Näiteks võivad inimesed nakatuda salmonelloosi määrdumise kaudu: kui salmonelloosiga seotud kõhulahtisust põdevad inimesed ei pese pärast tualetti minekut põhjalikult käsi, võivad nad mikroobe kanduda esemetele (nagu ukselingid, söögiriistad). Kui terve inimene puudutab neid esemeid ja seejärel haarab nende suust, ninast või silmadest, võivad nad nakatuda. Otsene inimeselt inimesele nakatumine määrdumise kaudu on võimalik ka siis, kui nakatunud inimesed suruvad kätt saastunud kätega terve inimesega.

Salmonella levib aga peamiselt saastunud toidu kaudu. See nakkustee eksisteerib ka mõnede teiste bakterite puhul, nagu Listeria (listerioosi põhjustaja) ja Campylobacter perekonna esindajad (nakkuslike kõhulahtisuse haiguste põhjustaja).

Viimased, nagu ka salmonella ja mõned teised bakterid, võivad levida ka saastunud vee kaudu.

Mõnel juhul on nakatumine võimalik seksuaalvahekorra kaudu, nagu klamüüdia ja gonorröa (gonokokkide) tekitaja puhul.

Bakteriaalne infektsioon: ravi

Mõned antibiootikumid on tõhusad paljude erinevat tüüpi bakterite vastu (laia toimespektriga või laia toimespektriga antibiootikumid), samas kui teised on suunatud spetsiifilistele bakterirühmadele (kitsa spektriga või kitsa toimespektriga antibiootikumid).

Tuntud antibiootikumide rühmad on penitsilliinid, tsefalosporiinid, tetratsükliinid ja makroliidantibiootikumid.

Mitte iga bakteriaalne infektsioon ei vaja ravi antibiootikumidega. Alternatiivina või lisaks võivad kasulikud olla ka muud meetmed, mis ei ole spetsiifiliselt suunatud bakteritele, kuid leevendavad vähemalt sümptomeid (nt valu- ja põletikuvastased ravimid).

Vaktsineerimine bakterite vastu

Mõnda bakterite põhjustatud nakkushaigust saab vaktsineerimisega ära hoida. Manustatud vaktsiin stimuleerib immuunsüsteemi looma spetsiifilisi antikehi kõnealuse bakteriaalse patogeeni vastu (aktiivne immuniseerimine). See kaitseb immuunsüsteemi juhuks, kui hiljem peaks nende bakteritega nakatuma. Nakkuse saab seega juba varajases staadiumis näristada või vähemalt nõrgendada.

Näited saadaolevatest bakteritevastastest vaktsineerimistest:

  • Difteeria vaktsineerimine
  • Vaktsineerimine läkaköha vastu
  • Teetanuse vaktsineerimine (saadaval ka passiivse immuniseerimisena, mille käigus süstitakse valmis antikehi)
  • Haemophilus influenzae tüüp b vaktsineerimine (HiB vaktsineerimine)
  • Meningokoki vaktsineerimine
  • Kooleraga vaktsineerimine
  • Tüüfuse vastu vaktsineerimine

Mõned neist vaktsiinidest on saadaval erineva koostisega kombineeritud preparaatidena. Näiteks Td vaktsiin kaitseb samaaegselt teetanuse ja difteeria bakterite eest.