Vi khuẩn là gì và chúng làm gì?

Vi khuẩn là vi sinh vật đơn bào tồn tại trong hàng triệu, trong mọi môi trường, cả bên trong và bên ngoài các sinh vật khác.

Một số vi khuẩn có hại, nhưng hầu hết phục vụ một mục đích hữu ích. Họ hỗ trợ nhiều hình thức của cuộc sống, cả thực vật và động vật, và chúng được sử dụng trong các quy trình công nghiệp và dược liệu.

Vi khuẩn được cho là những sinh vật đầu tiên xuất hiện trên trái đất, cách đây khoảng 4 tỷ năm. Hóa thạch lâu đời nhất được biết đến là các sinh vật giống vi khuẩn.

Vi khuẩn có thể sử dụng hầu hết các hợp chất hữu cơ và một số hợp chất vô cơ làm thực phẩm, và một số có thể tồn tại trong điều kiện khắc nghiệt.

Sự quan tâm ngày càng tăng về chức năng của hệ vi sinh vật đường ruột đang làm sáng tỏ những vai trò của vi khuẩn trong sức khỏe con người.

Vi khuẩn là gì?

Vi khuẩn là những sinh vật đơn bào không phải là thực vật và động vật.

Họ thường đo một vài micromet chiều dài và tồn tại cùng nhau trong cộng đồng hàng triệu người.

Một gam đất thường chứa khoảng 40 triệu tế bào vi khuẩn. Một mililít nước ngọt thường chứa khoảng một triệu tế bào vi khuẩn.

Trái đất được ước tính có chứa ít nhất 5 vi khuẩn không phải hàng trăm, và phần lớn sinh khối của trái đất được cho là tạo thành từ vi khuẩn.

Các loại

Có rất nhiều loại vi khuẩn khác nhau. Một cách để phân loại chúng là hình dạng. Có ba hình dạng cơ bản.

Hình cầu: Vi khuẩn có hình dạng giống như quả bóng được gọi là cầu khuẩn, và một loại vi khuẩn duy nhất là một cầu khuẩn. Ví dụ như nhóm liên cầu, chịu trách nhiệm về “viêm họng liên cầu khuẩn”.
Hình que: Chúng được gọi là trực khuẩn (trực khuẩn đơn). Một số vi khuẩn hình que bị cong. Chúng được gọi là vibrio. Ví dụ về vi khuẩn hình que bao gồm Bacillus anthracis (B. anthracis), hoặc bệnh than.
Xoắn ốc: Chúng được gọi là xoắn ốc (xoắn ốc số ít). Nếu cuộn dây của chúng rất chặt, chúng được gọi là spirochetes. Leptospirosis, bệnh Lyme và giang mai là do vi khuẩn của hình dạng này gây ra.

Có nhiều biến thể trong mỗi nhóm hình dạng.

Kết cấu

Tế bào vi khuẩn khác với tế bào thực vật và động vật. Vi khuẩn là prokaryote, có nghĩa là chúng không có hạt nhân.

Một tế bào vi khuẩn bao gồm:

Viên nang: Một lớp được tìm thấy ở bên ngoài thành tế bào ở một số vi khuẩn.
Cell tường: Một lớp được làm bằng một polymer gọi là peptidoglycan. Bức tường tế bào cho vi khuẩn hình dạng của nó. Nó nằm bên ngoài màng plasma. Bức tường tế bào dày hơn ở một số vi khuẩn, được gọi là vi khuẩn Gram dương.
Màng Plasma: Được tìm thấy bên trong thành tế bào, điều này tạo ra năng lượng và vận chuyển hóa chất. Màng thấm được, có nghĩa là các chất có thể đi qua nó.
Chất tế bào chất: Một chất keo trong màng tế bào có chứa chất liệu di truyền và ribosome.
DNA: Điều này chứa tất cả các hướng dẫn di truyền được sử dụng trong sự phát triển và chức năng của vi khuẩn. Nó nằm bên trong tế bào chất.
Ribosome: Đây là nơi các protein được tạo ra, hoặc được tổng hợp. Ribosome là các hạt phức tạp được tạo thành từ các hạt giàu RNA.
Flagellum: Được sử dụng để di chuyển, để đẩy một số loại vi khuẩn. Có một số vi khuẩn có thể có nhiều hơn một vi khuẩn.
Pili: Những phần phụ giống như tóc ở bên ngoài tế bào cho phép nó dính vào bề mặt và chuyển vật liệu di truyền sang các tế bào khác. Điều này có thể góp phần vào sự lây lan của bệnh tật ở người.

cho ăn

Vi khuẩn ăn theo nhiều cách khác nhau.

Vi khuẩn dị dưỡng hoặc heterotrophs, có được năng lượng của chúng thông qua việc tiêu thụ carbon hữu cơ. Hầu hết hấp thụ các chất hữu cơ chết, chẳng hạn như phân hủy thịt. Một số vi khuẩn ký sinh này giết chết vật chủ của chúng, trong khi những vi khuẩn khác giúp chúng.

Vi khuẩn tự dưỡng (hoặc chỉ là tự dưỡng) tạo ra thức ăn của riêng chúng, hoặc thông qua:

quang hợp, sử dụng ánh sáng mặt trời, nước và carbon dioxide, hoặc
hóa hợp chất, sử dụng carbon dioxide, nước và các hóa chất như amoniac, nitơ, lưu huỳnh và các chất khác

Vi khuẩn sử dụng quang hợp được gọi là photoautotrophs. Một số loại, ví dụ, cyanobacteria tạo ra oxy. Đây có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra oxy trong bầu khí quyển của trái đất. Những người khác, chẳng hạn như heliobacteria, không tạo ra oxy.

Những người sử dụng chemosynthesis được gọi là chemoautotrophs. Những vi khuẩn này thường được tìm thấy trong các lỗ thông hơi đại dương và trong rễ của các loại đậu, như cỏ linh lăng, cỏ ba lá, đậu Hà Lan, đậu, đậu lăng và đậu phộng.

Họ sống ở đâu?

Vi khuẩn có thể được tìm thấy trong đất, nước, thực vật, động vật, chất thải phóng xạ, sâu trong lớp vỏ trái đất, băng và sông băng, và suối nước nóng. Có vi khuẩn trong tầng bình lưu, từ 6 đến 30 dặm lên trong khí quyển, và ở các vùng sâu, xuống 32.800 feet hoặc sâu 10.000 mét.

Aerobes, hoặc vi khuẩn hiếu khí, chỉ có thể phát triển ở nơi có oxy. Một số loại có thể gây ra vấn đề cho môi trường của con người, chẳng hạn như ăn mòn, ô nhiễm, các vấn đề với độ trong của nước và mùi hôi.

Anaerobes, hoặc vi khuẩn kỵ khí, chỉ có thể phát triển ở nơi không có oxy. Ở người, điều này chủ yếu ở đường tiêu hóa. Chúng cũng có thể gây ra chứng hoại thư khí, uốn ván, ngộ độc và hầu hết các bệnh nhiễm trùng răng miệng.

Các vi khuẩn kỵ khí, hoặc vi khuẩn kị khí có thể sống hoặc không có oxy, nhưng chúng thích môi trường có oxy hơn. Chúng chủ yếu được tìm thấy trong đất, nước, thảm thực vật và một số hệ thực vật bình thường của con người và động vật. Ví dụ như Salmonella.

Mesophiles, hoặc vi khuẩn mesophilic, là vi khuẩn chịu trách nhiệm cho hầu hết các bệnh nhiễm trùng ở người. Chúng phát triển mạnh ở nhiệt độ vừa phải, khoảng 37 độ C. Đây là nhiệt độ của cơ thể con người.

Các ví dụ bao gồm Listeria monocytogenes, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli và Clostridium kluyveri.

Hệ thực vật đường ruột của con người, hoặc hệ vi sinh đường ruột, có chứa vi khuẩn có lợi như mesophilic, chẳng hạn như chế độ ăn uống Lactobacillus acidophilus.

Vi khuẩn cực đoan hoặc vi khuẩn cực đoan, có thể chịu được các điều kiện được coi là quá khắc nghiệt đối với hầu hết các dạng sống.

Nhiệt độ có thể sống ở nhiệt độ cao, lên đến 75 đến 80 độ C (C), và hyperthermophiles có thể sống ở nhiệt độ lên đến 113 độ C.

Sâu trong đại dương, vi khuẩn sống trong bóng tối hoàn toàn bởi các lỗ thông hơi nhiệt, nơi cả nhiệt độ và áp suất đều cao. Họ tự làm thức ăn bằng cách oxy hóa lưu huỳnh đến từ sâu bên trong trái đất.

Những người cực đoan khác bao gồm:

Halophiles, chỉ tìm thấy trong môi trường mặn
Acidophiles, một số trong đó sống trong môi trường có tính axit như pH0
Alkaliphiles, sống trong môi trường alkiline lên đến pH 10.5
Ví dụ, trong các nhiệt độ lạnh, ví dụ như trong các dòng sông băng

Những người cực đoan có thể sống sót ở nơi không có sinh vật nào khác có thể.

Sinh sản và chuyển đổi

Vi khuẩn có thể sinh sản và thay đổi bằng các phương pháp sau:

Phân hạch nhị phân: Một hình thức sinh sản vô tính, trong đó một tế bào tiếp tục phát triển cho đến khi một thành tế bào mới phát triển qua trung tâm, hình thành hai tế bào. Những riêng biệt, làm cho hai tế bào với cùng một vật liệu di truyền.
Chuyển giao vật liệu di truyền: Các tế bào có được vật liệu di truyền mới thông qua các quá trình được gọi là liên hợp, chuyển hóa hoặc truyền tải. Những quá trình này có thể làm cho vi khuẩn mạnh hơn và có khả năng chống lại các mối đe dọa, chẳng hạn như thuốc kháng sinh.
Bào tử: Khi một số loại vi khuẩn có ít tài nguyên, chúng có thể hình thành bào tử. Các bào tử giữ nguyên liệu DNA của sinh vật và chứa các enzym cần thiết cho sự nảy mầm. Chúng có khả năng chống lại các ứng suất môi trường. Các bào tử có thể vẫn không hoạt động trong nhiều thế kỷ, cho đến khi điều kiện thích hợp xảy ra. Sau đó, họ có thể kích hoạt lại và trở thành vi khuẩn.
Các bào tử có thể tồn tại qua các giai đoạn của stress môi trường, bao gồm tia cực tím (UV) và bức xạ gamma, làm khô da, đói, phơi nhiễm hóa chất và cực đoan của nhiệt độ.

Một số vi khuẩn tạo ra endospores, hoặc bào tử nội bào, trong khi những vi khuẩn khác tạo ra exospores, được giải phóng ra ngoài. Chúng được gọi là u nang.

Clostridium là một ví dụ về một vi khuẩn hình thành endospore. Có khoảng 100 loài Clostridium, bao gồm Clostridium botulinim (C. botulinim) hoặc ngộ độc botulism, chịu trách nhiệm cho một loại ngộ độc thực phẩm gây tử vong, và Clostridium difficile (C. Difficile), gây viêm đại tràng và các vấn đề đường ruột khác.

Sử dụng

Vi khuẩn thường được cho là xấu, nhưng nhiều vi khuẩn có ích. Chúng tôi sẽ không tồn tại nếu không có họ. Oxy chúng ta hít thở có lẽ được tạo ra bởi hoạt động của vi khuẩn.

Sự sống còn của con người

Nhiều vi khuẩn trong cơ thể đóng một vai trò quan trọng trong sự sống còn của con người. Vi khuẩn trong hệ thống tiêu hóa phá vỡ các chất dinh dưỡng, chẳng hạn như đường phức tạp, thành các dạng cơ thể có thể sử dụng.

Vi khuẩn không độc hại cũng giúp ngăn ngừa bệnh tật bằng cách chiếm những nơi gây bệnh, hoặc gây bệnh, vi khuẩn muốn gắn vào. Một số vi khuẩn bảo vệ chúng ta khỏi bệnh tật bằng cách tấn công các tác nhân gây bệnh.

Cố định đạm

Vi khuẩn lấy nitơ và giải phóng nó khi sử dụng thực vật khi chúng chết. Cây cần nitơ trong đất để sống, nhưng chúng không thể tự làm được. Để đảm bảo điều này, nhiều hạt giống cây trồng có một thùng nhỏ vi khuẩn được sử dụng khi cây mầm nảy mầm.

Công nghệ thực phẩm

Vi khuẩn axit lactic, như Lactobacillus và Lactococcus cùng với nấm men và nấm mốc, hoặc nấm, được sử dụng để chế biến các loại thực phẩm như pho mát, nước tương, natto (đậu nành lên men), giấm, sữa chua và dưa chua.

Không chỉ là quá trình lên men hữu ích cho việc bảo quản thực phẩm, nhưng một số loại thực phẩm này có thể mang lại lợi ích cho sức khỏe.

Ví dụ, một số loại thực phẩm lên men có chứa các loại vi khuẩn tương tự như các loại liên quan đến sức khỏe đường tiêu hóa. Một số quá trình lên men dẫn đến các hợp chất mới, chẳng hạn như axit lactic, mà dường như có tác dụng chống viêm.

Cần có thêm điều tra để xác nhận lợi ích sức khỏe của thực phẩm lên men.

Vi khuẩn trong công nghiệp và nghiên cứu

Vi khuẩn có thể phá vỡ các hợp chất hữu cơ. Điều này rất hữu ích cho các hoạt động như xử lý chất thải và làm sạch tràn dầu và chất thải độc hại.

Các ngành công nghiệp dược phẩm và hóa chất sử dụng vi khuẩn trong sản xuất một số hóa chất nhất định.

Vi khuẩn được sử dụng trong sinh học phân tử, sinh hóa và nghiên cứu di truyền, bởi vì chúng có thể phát triển nhanh và tương đối dễ thao tác. Các nhà khoa học sử dụng vi khuẩn để nghiên cứu cách thức hoạt động của các gen và enzyme.

Vi khuẩn là cần thiết để tạo ra kháng sinh.

Bacillus thuringiensis (BT) là một loại vi khuẩn có thể được sử dụng trong nông nghiệp thay vì thuốc trừ sâu. Nó không có những hậu quả không mong muốn về môi trường liên quan đến việc sử dụng thuốc trừ sâu.

Nguy hiểm

Một số loại vi khuẩn có thể gây bệnh ở người, chẳng hạn như dịch tả, bạch hầu, kiết lỵ, bệnh dịch hạch, viêm phổi, lao (TB), thương hàn và nhiều bệnh khác.

Nếu cơ thể con người tiếp xúc với vi khuẩn mà cơ thể không nhận ra là hữu ích, hệ miễn dịch sẽ tấn công chúng. Phản ứng này có thể dẫn đến các triệu chứng sưng và viêm mà chúng ta thấy, ví dụ, trong một vết thương bị nhiễm bệnh.

Kháng chiến

Năm 1900, viêm phổi, lao và tiêu chảy là ba người giết người lớn nhất ở Hoa Kỳ (Mỹ). Kỹ thuật tiệt trùng và thuốc kháng sinh đã dẫn đến giảm đáng kể tử vong do bệnh do vi khuẩn gây ra.

Tuy nhiên, việc lạm dụng thuốc kháng sinh đang làm cho nhiễm khuẩn khó điều trị hơn.Khi vi khuẩn biến đổi, chúng trở nên kháng nhiều hơn với các loại thuốc kháng sinh hiện có, khiến nhiễm trùng khó điều trị hơn. Vi khuẩn biến đổi một cách tự nhiên, nhưng việc lạm dụng thuốc kháng sinh đang đẩy nhanh quá trình này.

“Ngay cả khi các loại thuốc mới được phát triển, mà không có thay đổi hành vi, kháng kháng sinh sẽ vẫn là một mối đe dọa lớn.” Tổ chức Y tế Thế giới (WHO)

Vì lý do này, các nhà khoa học và cơ quan y tế đang kêu gọi các bác sĩ không kê toa thuốc kháng sinh trừ khi cần thiết, và để mọi người thực hành các cách phòng ngừa bệnh khác như vệ sinh thực phẩm tốt, rửa tay, tiêm vắc-xin và quan hệ tình dục an toàn.

Hệ vi sinh đường ruột

Nghiên cứu gần đây đã dẫn đến một sự phát triển mới và ngày càng tăng về cách cơ thể con người tương tác với vi khuẩn, và đặc biệt là các vi khuẩn sống trong đường ruột, được gọi là hệ vi sinh đường ruột, hoặc hệ thực vật đường ruột.

Trong năm 2009, các nhà nghiên cứu đã công bố những phát hiện cho thấy phụ nữ bị béo phì có nhiều khả năng có một loại vi khuẩn đặc biệt là noxianoxia trong miệng.

Vào năm 2015, các nhà khoa học tại Đại học Bắc Carolina đã phát hiện ra rằng ruột của người bị chán ăn có chứa vi khuẩn “rất khác”, hoặc cộng đồng vi sinh vật, so với những người không mắc bệnh này. Họ cho rằng điều này có thể có tác động tâm lý.

Lịch sử

Hơn 2000 năm trước, một tác giả người La Mã, Marcus Terentius Varro, đã gợi ý rằng bệnh có thể do những con vật nhỏ bé nổi lên trong không khí. Anh khuyên mọi người nên tránh những nơi lầy lội trong công trình xây dựng vì chúng có thể chứa côn trùng quá nhỏ để mắt nhìn vào cơ thể qua miệng và lỗ mũi và gây bệnh.

Vào thế kỷ 17, một nhà khoa học người Hà Lan, Antonie van Leeuwenhoek đã tạo ra một kính hiển vi một thấu kính mà ông đã nhìn thấy cái mà ông gọi là động vật, sau này được gọi là vi khuẩn. Ông được coi là nhà vi sinh học đầu tiên.

Trong thế kỷ 19, các nhà hóa học Louis Pasteur và Robert Koch nói rằng các bệnh do vi trùng gây ra. Điều này được gọi là Lý thuyết Germ.

Vào năm 1910, nhà khoa học Paul Ehrlich đã tuyên bố phát triển loại kháng sinh đầu tiên, Salvarsan. Ông đã sử dụng nó để chữa bệnh giang mai. Ông cũng là nhà khoa học đầu tiên phát hiện vi khuẩn bằng cách sử dụng vết bẩn.

Năm 2001, Joshua Lederburg đặt ra thuật ngữ “hệ vi sinh đường ruột”, và các nhà khoa học trên toàn thế giới hiện đang tìm cách mô tả và hiểu chính xác hơn về cấu trúc, loại và cách sử dụng của “hệ thực vật đường ruột” hoặc vi khuẩn trong cơ thể con người.

Theo thời gian, công việc này dự kiến sẽ làm sáng tỏ một loạt các điều kiện sức khỏe.