Bakterier: Struktur, Reproduksjon, Sykdommer

Kort overblikk

  • Bakterier – Definisjon: mikroskopiske encellede organismer uten cellekjerne
  • Er bakterier levende organismer? Ja, fordi de oppfyller nødvendige kriterier (som metabolisme, vekst, reproduksjon).
  • bakteriell reproduksjon: aseksuell ved celledeling
  • bakterielle sykdommer: f.eks. stivkrampe, difteri, kikhoste, skarlagensfeber, klamydiainfeksjon, gonoré, bakteriell betennelse i mandlene, bakteriell lungebetennelse, bakteriell mellomørebetennelse, salmonellose, listeriose, tuberkulose, kolera, tyfus, pest
  • Behandling av bakterielle infeksjoner: Antibiotika
  • Vaksinasjon mot bakterier: mulig f.eks. for difteri, kikhoste, stivkrampe, meningokokk- og pneumokokkinfeksjoner, kolera, tyfoidfeber

Hva er bakterier?

Bakterier er mikroskopiske encellede organismer og de eldste levende organismene på jorden. De forekommer i en rekke forskjellige arter og finnes praktisk talt overalt i verden – i luft, vann og jord, dypt inne i jordskorpen og på toppen av de høyeste fjellene, i varme kilder og i Arktis og Antarktis.

Bakterier utgjør den klart største andelen av menneskets normalflora (pluss noen få andre som sopp og parasitter). Normalflora refererer til alle mikroorganismer som naturlig koloniserer kroppen. Hvis eksperter kun vurderer ett spesifikt sted for kolonisering, snakker de for eksempel om tarmflora (totaliteten av alle naturlige bakterier i tarmen).

I tillegg er det noen få arter av bakterier som kan forårsake sykdommer hos mennesker. Disse typer menneskelige patogene bakterier utgjør bare omtrent én prosent av alle kjente bakteriearter.

Struktur av bakterier

Bakterier varierer i størrelse fra 0.1 til 700 mikrometer (en mikrometer = en tusendels millimeter). Dette gjør bakterier mye større enn virus, men i de fleste tilfeller fortsatt mindre enn menneskelige celler.

Cellevegg og flageller

I mange tilfeller er bakteriecelleveggen stiv, og gir dermed bakterien en fast form (f.eks. sfæriske og stavformede bakterier). I tillegg kommer spiralformede bakterier med tynnere og relativt fleksibel cellevegg. Dette gjør at bakteriecellen kan bevege seg rundt med spiralformede (og andre) bevegelser. Bakterier med stiv cellevegg har derimot vanligvis lange, trådformede flageller som de kan bevege seg med (se nedenfor: Klassifisering etter flageller).

Det er også noen få bakterier uten cellevegger. Eksempler er mykoplasmaene (parasittiske bakterier som likevel kan reprodusere seg selv) og termoplasmaarter (varmeelskende bakterier med stabil plasmamembran som for eksempel lever i vulkansk jord).

Kapsel

De fleste bakterier omgir seg i tillegg på utsiden med en kapsel (se nedenfor: klassifisering etter innkapsling). Dette er et relativt skarpt definert, veldig tett beskyttende lag av sukker eller proteinbyggesteiner (aminosyrer).

Cellemembran og cytoplasma

Inne i celleveggen til en bakteriecelle er det festet en cellemembran, da den finnes med lignende struktur i dyreceller (inkludert menneskelige). Noen bakterier har også en ytre cellemembran. Den omgir celleveggen.

Inne i cellen, altså i cytoplasmaet, finnes bakteriecellens arvestoff, det såkalte bakteriegenomet, sammen med diverse andre cellestrukturer (som de såkalte ribosomer for proteinsyntese). Noen ganger inneholder bakterier ekstra genetisk materiale i form av plasmider.

Bakterielt genom

Bakterienomet inneholder all den genetiske informasjonen til bakteriecellen som er nødvendig for livet (informasjon om struktur, metabolisme, reproduksjon). Den består av dobbelttrådet DNA (forkortelse for deoksyribonukleinsyre), altså en dobbelttrådet kjede av visse sukkerarter og andre byggesteiner. Det genetiske materialet til dyreceller består også av DNA. Imidlertid er det betydelige forskjeller mellom dyre- og bakterieceller:

  • Dyreceller: DNA-genomet er lokalisert separat fra resten av cytoplasmaet i sitt eget membranlukkede rom – kjernen. I tillegg er den lineært organisert, dvs. den er tilstede i form av individuelle kromosomer (kvasi-individuelle DNA-tråder).

plasmider

I tillegg til det bakterielle kromosomet, inneholder cytoplasmaet til noen bakterier andre små, dobbelttrådete DNA-ringer, enten enkle eller flere, kjent som plasmider. De inneholder genetisk informasjon som en bakteriecelle ikke trenger under normale leveforhold, men som kan gi den en overlevelsesfordel under vanskelige forhold.

Dette kan for eksempel være planen for et giftstoff som dreper andre bakterier. Evnen til en bakteriecelle til å være resistent mot et bestemt antibiotikum kan også lagres i plasmider.

Antibiotika er legemidler som er spesielt effektive mot bakterier. De er derfor en del av standardbehandlingen av en bakteriell infeksjon.

Plasmider replikeres uavhengig av bakteriekromosomet og fordeles mer eller mindre tilfeldig til de to dattercellene når en bakterie formerer seg ved celledeling.

Konjugering tar noen minutter, men er bare mulig mellom visse typer bakterier.

Bakterier vs. virus

Den viktigste forskjellen er at bakterier har et stoffskifte og kan reprodusere seg selvstendig – dette er ikke sant for virus. Les mer om sammenligningen mellom virus og bakterier i artikkelen Virus.

Hvilke bakterier er det?

For tiden er rundt 5,000 arter av bakterier kjent. Faktisk er det sannsynligvis mange flere: Eksperter mistenker at det finnes hundretusenvis av forskjellige typer bakterier i verden.

Kimene kan klassifiseres etter ulike kriterier; de vanligste er:

Klassifisering etter farge

Bakterier kan klassifiseres i henhold til fargen de tar på når de kommer i kontakt med visse fargestoffer. Den vanligste fargemetoden for å identifisere bakterier kalles Gram-farging. I følge dette skilles det mellom:

  • Gram-positive bakterier: De blir blå etter tilsetning av et bestemt kjemisk stoff. Eksempler inkluderer difteri- og miltbrannpatogener, pneumokokker (forårsaker lungebetennelse, meningitt, bihulebetennelse og mellomørebetennelse, for eksempel), og streptokokker (mulige utløsere av lungebetennelse og tonsillitt, blant andre).
  • Gram-negative bakterier: De får en rød farge når de blir gramfarget. Eksempler er patogenene til kikhoste, tyfus, kolera og pest.

Den ulike veggstrukturen har også praktiske konsekvenser for medisin, nemlig når det gjelder behandling av bakterielle infeksjoner: Noen antibiotika er kun effektive mot Gram-positive bakterier, andre kun mot Gram-negative bakterier.

Klassifisering etter skjema

Det er tre grunnleggende bakterielle former:

  • sfæriske bakterier: Disse runde til ovale bakteriene (også kalt kokker) klynger seg ofte sammen på typiske måter: i grupper på to, fire eller åtte, i større klynger (stafylokokker), eller som mer eller mindre lange kjeder (streptokokker).
  • Stavformede bakterier: De slanke eller fyldige stavformede bakteriene kan være til stede enkeltvis (som tyfusbakterier) eller i forskjellige peilinger til hverandre (som difteribakterier). Staveformede bakterier som trenger oksygen for å leve (aerob) og kan danne sporer (se nedenfor) kalles også basiller (som miltbrannbakterier).
  • spiralformede bakterier: I henhold til deres eksakte utseende er disse bakteriene delt inn i fire grupper – spirilla (f.eks. årsaken til rottebittfeber), borrelia (f.eks. årsaken til borreliose), treponema (f.eks. syfilisbakterier), og leptospira (f.eks. årsaken til leptospirose).

Klassifisering etter patogenitet

  • fakultative patogene bakterier: Disse bakteriene forårsaker sykdom bare under visse omstendigheter, for eksempel når immunsystemet er svekket.
  • obligatoriske patogene bakterier: I tilstrekkelig mengde forårsaker de alltid en sykdom, for eksempel salmonella.

Bakterier som forekommer naturlig i kroppen kan også forårsake sykdom – for eksempel hvis de sprer seg for mye som følge av et svakt immunsystem eller kommer inn på feil steder i kroppen (f.eks. tarmbakterier som kommer inn i urinrøret eller skjeden som følge av dette). av feil toaletthygiene). De tilhører altså de fakultative patogene bakteriene.

Klassifisering etter flageller

De fleste bakterier bærer flageller på sin ytre overflate, ved hjelp av disse er de mobile. Eksperter skiller mellom følgende former for flagellasjon:

  • monotrik flagellering: kun ett flagellum, f.eks. kolerabakterier
  • lophotrichous flagella: flere flageller arrangert i en eller to tuer, f.eks. Pseudomonas-arter
  • peritrichous flagella: flere flageller fordelt over hele den ytre overflaten av bakteriecellen (flagella rundt), f.eks Salmonella (årsak til salmonellose og tyfoidfeber)

Klassifisering i henhold til innkapsling

Bakterien Haemophilus influenzae er for eksempel innkapslet. Den kan blant annet gi hjernehinnebetennelse, mellomørebetennelse, bronkitt, lungebetennelse og – som Haemophilus influenzae type B (HiB) – laryngitt.

Også blant de innkapslede bakterieformene er pneumokokker (Streptococcus pneumoniae). De forårsaker vanligvis lungebetennelse, men noen ganger andre bakterielle infeksjonssykdommer.

Klassifisering etter sporedannelse

Under ugunstige leveforhold kan noen bakterier danne permanente former med kraftig redusert metabolisme – såkalte sporer. I motsetning til den metabolsk aktive (vegetative) cellen, kan disse tåle ekstremt ugunstige miljøforhold som varme og kulde og forbli levedyktige i år eller til og med tiår. Så snart forholdene forbedres igjen, forvandles sporen tilbake til en vegetativ bakteriecelle.

Sporer er effektivt bakterier i en sovende tilstand.

Sporedannende bakterier inkluderer hovedsakelig representanter for slektene Bacillus og Clostridium, for eksempel miltbrannpatogenet (Bacillus anthracis) og patogenene til stivkrampe (Clostridium tetani) og botulisme (Clostridium botulinum).

Klassifisering etter forhold til oksygen

Obligate anaerobe bakterier (anaerobe) er det stikk motsatte av obligate aerobe: De kan ikke vokse og trives i nærvær av oksygen – selv små spor av oksygen kan drepe disse bakteriene på kort tid. I motsetning til aerobe, kan de ikke eliminere giftige oksygenradikaler (aerobe bakterier har spesielle enzymer som katalase til dette formålet). Obligate anaerobe bakterier får sin nødvendige energi enten ved fermentering eller ved såkalt anaerob respirasjon.

Fakultative anaerobe bakterier er tolerante når det gjelder oksygen: de kan vokse både med og uten oksygen. Når oksygen er tilstede, får de energien de trenger gjennom "normal" (aerob) cellulær respirasjon, akkurat som aerobe bakterier og dyre- og menneskeceller gjør. I et oksygenfritt miljø, derimot, foregår energiproduksjonen deres via gjæring eller anaerob respirasjon.

Aerotolerante bakterier kan trives uten problemer i nærvær av oksygen, men kan ikke bruke det til energiproduksjon.

Klassifisering i henhold til temperaturkrav

Avhengig av temperaturområdet bakterier foretrekker eller tolererer, skilles tre grupper av bakterier:

  • psykrofile bakterier: De trives best ved fem til ti grader celsius. Minimumstemperaturen de tåler er -5 til -3 grader, avhengig av bakteriearten, og deres maksimale temperatur er 15 til 20 grader, avhengig av arten.
  • Mesofile bakterier: Deres temperaturoptimum er 27 til 37 grader. Temperaturen kan maksimalt synke til 20 til 25 grader. På den annen side må temperaturen ikke stige til mer enn 42 til 45 grader.
  • Termofile bakterier: De føles mest komfortable 50 til 60 grader. Avhengig av type bakterie, må temperaturen ikke synke under 40 til 49 grader og må ikke stige til mer enn 60 til 100 grader.

Klassifisering etter taksonomi

Som andre levende organismer klassifiseres bakterier etter vitenskapelige kriterier i ulike hierarkiske nivåer som familier, slekter og arter. Noen bakteriearter kan også deles inn i ulike typer (bakteriestammer) – avhengig av arvelige faktorer og kjemisk sammensetning.

Hvordan formerer seg bakterier?

Bakterier formerer seg aseksuelt ved celledeling:

Hvor raskt bakterier kan formere seg avhenger av bakterietypen og miljøforholdene. Under optimale forhold kan mange bakterier doble antallet i løpet av bare tjue minutter.

Når vi snakker om bakterievekst, mener vi økningen i bakteriecelletall. Det bestemmes som antall celler per milliliter.

Hvilke sykdommer forårsakes av bakterier?

Det finnes en rekke sykdommer forårsaket av bakterier. Her er et lite utvalg:

  • Skarlagensfeber: Denne svært smittsomme bakterielle infeksjonssykdommen er forårsaket av de gram-positive, sfæriske A-streptokokkene (Streptococcus pyogenes).
  • Andre streptokokkinfeksjoner: En streptokokk kan også forårsake mellomørebetennelse, betennelse i mandlene, erysipelas, lungebetennelse og revmatisk feber, blant andre. B-streptokokker (S. agalactiae) er mulige utløsere av for eksempel hjernehinnebetennelse og sårinfeksjoner. Andre streptokokker kan oppstå for eksempel som kariesbakterier.
  • Pneumokokkinfeksjoner: Pneumokokker er også streptokokker som vanligvis oppstår som par (diplokokker). Mer spesifikt er de Streptococcus pneumoniae. Denne bakterien er et typisk patogen for lungebetennelse, men kan også forårsake blant annet hjernehinnebetennelse, mellomøre eller bihulebetennelse.
  • Meningokokkinfeksjoner: Meningokokker er bakterier av arten Neisseria meningitis. Infeksjoner med disse bakteriene manifesterer seg vanligvis i form av hjernehinnebetennelse eller bakteriell "blodforgiftning" (sepsis).
  • Gonoré (gonoré): Denne kjønnssykdommen er også forårsaket av Neisseria-bakterier, denne gangen Neisseria gonorrhoeae (også kalt gonococcus). Behandlet i tide leger gonoré vanligvis uten konsekvenser. Ellers er det fare for varige senfølger som infertilitet.
  • Klamydiainfeksjoner: Det finnes ulike typer klamydia (noen med undergrupper) som kan forårsake ulike kliniske bilder, for eksempel konjunktivitt, infeksjoner i urinveiene og kjønnsorganene (som uretritt, cervicitt eller prostatitt) og lungebetennelse.
  • Kikhoste: Den gramnegative bakterien Bordetella pertussis er vanligvis bak denne «barnesykdommen», som også i økende grad forekommer hos ungdom og voksne.
  • Difteri: Symptomer som bjeffende hoste, problemer med å svelge og søtlig dårlig ånde er forårsaket av giftstoffet til den grampositive stavformede bakterien Corynebacterium diphtheriae.
  • Tuberkulose: Mycobacterium tuberculosis er den vanligste årsaken til denne alvorlige, meldepliktige infeksjonssykdommen.
  • E. coli-infeksjoner: Escherichia coli er en gramnegativ bakterie som det finnes flere stammer av. Noen av dem lever naturlig i tarmen til friske mennesker. Andre stammer av E.coli kan imidlertid forårsake infeksjoner, for eksempel i fordøyelses- eller urinveiene (som diaré og blærebetennelse).
  • Salmonellose (salmonellaforgiftning): Dette begrepet refererer til infeksjonssykdommer og matforgiftning forårsaket av en spesifikk undergruppe av Salmonella-bakterier. Det inkluderer blant annet tyfus- og paratyfusfeber.
  • Listeriainfeksjon (listeriose): Denne matforgiftningen er forårsaket av gram-positive bakterier av arten Listeria monocytogenes. Det er ledsaget av kvalme, oppkast og diaré. Det kan smitte ved å spise forurenset mat som meieriprodukter, rå grønnsaker eller utilstrekkelig oppvarmet kjøtt.
  • Kolera: Den gramnegative bakterien Vibrio cholerae er ansvarlig for den alvorlige diarésykdommen, som hovedsakelig forekommer i områder med dårlige hygieniske forhold.

Bakteremi og sepsis

Normalt finnes ikke bakterier i blodet. Hvis det er det, kalles det bakteriemi. Det kan for eksempel oppstå når noen får blødende tannkjøtt av kraftig tannpuss eller kutter seg med en lommekniv. Bakterier kan også komme inn i blodet under bakterielle infeksjoner (som bakteriell lungebetennelse) eller under en tannlege eller medisinsk prosedyre.

Bakteremi gir ikke alltid symptomer hvis immunsystemet raskt eliminerer bakteriene.

Spesielt hos personer med svekket immunforsvar kan imidlertid bakteriene forårsake en infeksjon (f.eks. betennelse i hjertets indre slimhinne = endokarditt) dersom de blir liggende i blodet i tilstrekkelig lang tid og i større antall. Konsekvensen kan være en veldig voldsom reaksjon av hele kroppen, som kalles sepsis (“blodforgiftning”). I verste fall kan det føre til døden. Risikoen for død i enkelttilfeller varierer imidlertid betydelig. Det avhenger blant annet av hvilken type bakterier det er snakk om og hvor raskt pasienten behandles.

Bakterier: Overføring eller infeksjon

Folk kan for eksempel bli smittet av salmonella via smøreinfeksjon: Hvis personer med salmonellarelatert diaré ikke vasker hendene grundig etter toalettbesøk, kan de overføre bakteriene til gjenstander (som dørhåndtak, bestikk). Hvis en frisk person berører disse gjenstandene og deretter tar tak i munnen, nesen eller øynene, kan de bli smittet. Direkte person-til-person infeksjon gjennom smøreinfeksjon er også mulig når smittede personer håndhilser på en frisk person med kontaminerte hender.

Salmonella smitter imidlertid hovedsakelig via forurenset mat. Denne infeksjonsveien eksisterer også for noen andre bakterier som Listeria (årsak til listeriose) og representanter for Campylobacter-slekten (årsak til smittsomme diarésykdommer).

Sistnevnte kan, som Salmonella og noen andre bakterier, også overføres via forurenset vann.

I noen tilfeller er infeksjon mulig ved samleie, som i tilfellet med klamydia og årsaken til gonoré (gonokokker).

Bakteriell infeksjon: Behandling

Noen antibiotika er effektive mot mange forskjellige typer bakterier (bredspektrede eller bredspektrede antibiotika), mens andre retter seg mot spesifikke grupper av bakterier (smalspektret eller smalspektret antibiotika).

Velkjente grupper av antibiotika inkluderer penicilliner, cefalosporiner, tetracykliner og makrolidantibiotika.

Ikke alle bakterielle infeksjoner krever behandling med antibiotika. Alternativt eller i tillegg kan andre tiltak være nyttige som ikke spesifikt retter seg mot bakterier, men som i det minste lindrer symptomer (f.eks. smerte og antiinflammatoriske medisiner).

Vaksinasjon mot bakterier

Enkelte infeksjonssykdommer forårsaket av bakterier kan forebygges med vaksinasjon. Vaksinen som gis stimulerer immunsystemet til å utvikle spesifikke antistoffer mot det aktuelle bakterielle patogenet (aktiv immunisering). Dette armerer immunsystemet i tilfelle en "ekte" infeksjon med disse bakteriene oppstår senere. Infeksjonen kan dermed nappes i knoppen på et tidlig stadium eller i det minste svekkes.

Eksempler på tilgjengelige vaksinasjoner mot bakterier:

  • Difterivaksinasjon
  • Kikhostevaksinasjon
  • Stivkrampevaksinasjon (også tilgjengelig som passiv immunisering, der ferdige antistoffer injiseres)
  • Haemophilus influenzae type b-vaksinasjon (HiB-vaksinasjon)
  • Meningokokkvaksinasjon
  • Kolera vaksinasjon
  • Tyfusvaksinasjon

Noen av disse vaksinene er tilgjengelige som kombinasjonspreparater av forskjellige sammensetninger. For eksempel beskytter Td-vaksinen mot tetanus- og difteribakterier samtidig.