Por mais nojentos que pareçam, as bactérias desempenham um papel crucial em ajudar a humanidade a prosperar. Alexander Raths / iStock / Thinkstock Como uma respiração - e leitura - humana, você está se beneficiando de bactérias neste exato momento.
Do oxigênio que inalamos aos nutrientes que nosso estômago retira dos alimentos, temos que agradecer às bactérias por prosperarem neste planeta. Em nossos corpos, microorganismos, incluindo bactérias, superam nossas próprias células humanas de 10 para 1, nos tornando mais micróbios do que o homem [fonte:Savage].
Só recentemente começamos a compreender totalmente esses organismos microscópicos e seu impacto em nosso planeta e na saúde, mas a história sugere que nossos ancestrais, séculos atrás, estavam aproveitando o poder das bactérias para fermentar alimentos e bebidas (cerveja e pão, qualquer um?).
Não foi até o século 17 que começamos a ver as bactérias de perto e em um lugar igualmente próximo e pessoal - a boca humana. O sempre curioso Anton van Leeuwenhoek descobriu a bactéria enquanto examinava uma amostra da placa entre seus próprios dentes. Ele se torna poético em sua escrita, descrevendo a colônia bacteriana em seus brancos perolados como "um pouco de substância branca, que é tão espesso como se fosse uma massa "[fonte:Dobell]. Depois de colocar a amostra em um microscópio composto, van Leeuwenhoek viu que os micróbios estavam se movendo. É aliiiiivo!
De fato, as bactérias foram um divisor de águas para a Terra, desempenhando um papel fundamental na criação de ar respirável e no planeta biologicamente rico que chamamos de lar.
Neste artigo, nós daremos a você uma visão geral sobre esses microorganismos minúsculos, mas influentes. Vamos dar uma olhada no bom, as formas ruins e totalmente bizarras pelas quais as bactérias moldaram a história humana e nosso meio ambiente. Começar, nós lhe daremos informações sobre o que torna as bactérias diferentes de outros tipos de vida.
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As bactérias não têm o núcleo que as células em humanos, animais e plantas têm, o que significa que são células procarióticas. ttsz / iStock / Thinkstock Se uma única bactéria não for visível a olho nu, como podemos saber tanto sobre isso?
Os cientistas desenvolveram microscópios poderosos para ampliar as bactérias - geralmente variando de um a um punhado de mícrons (um milionésimo de metro) de comprimento, dando-nos um vislumbre de seu funcionamento interno e como eles se comparam a outras formas de vida, como plantas, animais, vírus e fungos.
Como você já deve saber, as células agem como os blocos de construção da vida, se eles compõem nossos próprios tecidos ou um galho de árvore fora de sua janela. Humanos, animais e plantas possuem células com informações genéticas contidas em um tipo de membrana chamada núcleo . Esses tipos de células, chamado células eucarióticas , têm organelas especializadas, cada um com um trabalho único para manter a célula funcionando e saudável.
Bactérias, Contudo, falta um núcleo, e seu material genético, ou DNA, flutua livremente dentro da célula. Essas células microscópicas não possuem organelas e possuem métodos diferentes para reproduzir e trocar material genético. As bactérias são classificadas como procariota células .
Categorias básicas de lado, os cientistas também colocam bactérias em campos diferentes com base em:
Microbiologia - o estudo de todos os diferentes tipos de micróbios, incluindo bactérias, archaea, fungos, vírus e protozoários - alavancou uma riqueza crescente de conhecimento para distinguir ainda mais as bactérias de seus irmãos microbianos.
Organismos procarióticos semelhantes agora classificados no domínio archaea foram previamente agrupados com bactérias, mas depois que os pesquisadores aprenderam mais sobre eles, eles deram aos micróbios em arquea sua própria categoria por suas semelhanças com as células eucarióticas.
As cianobactérias comem luz solar no café da manhã para criar oxigênio. Auscape / Universal Images Group / Getty Images Como humanos, plantas e animais, as bactérias precisam de comida para sobreviver.
Algumas bactérias são autótrofos , o que significa que eles usam entradas básicas, como luz solar, água e produtos químicos do meio ambiente para criar alimentos (pense em cianobactérias, que têm transformado a luz do sol em oxigênio por aproximadamente 2,5 milhões de anos) [fonte:Konhauser et al.]. Outras bactérias são o que os pesquisadores chamam heterotróficos porque retiram energia da matéria orgânica existente para a alimentação (pense em folhas mortas no chão da floresta).
A verdade é, o que pode ser apetitoso para as bactérias provavelmente é repulsivo para nós. Eles evoluíram para prosperar em todos os tipos de coisas, de derramamentos de óleo e subprodutos nucleares a resíduos humanos e matéria em decomposição.
Mas a tendência das bactérias por uma fonte específica de alimento pode beneficiar a sociedade. Por exemplo, especialistas em arte na Itália recorreram a bactérias para eliminar o excesso de camadas de sal e cola, ameaçando a longevidade de obras de arte de valor inestimável [fonte:Asociación RUVID (em inglês)]. O talento das bactérias para reciclar matéria orgânica também é útil, especialmente considerando seu tremendo papel como recicladores da superfície da Terra - tanto no solo quanto na água.
Diariamente, você pode estar muito familiarizado com os efeitos indutores de odor das bactérias famintas daquele cheiro desagradável em sua lata de lixo enquanto eles pegam suas sobras, quebrando-os e liberando seus próprios subprodutos gasosos. Não para por aí, no entanto. Você também tem bactérias para culpar por esses momentos de chamada da natureza (sim, flatulência), quando as bactérias em seu intestino liberam metano malcheiroso durante a digestão.
Este biofilme - uma massa pegajosa de bactérias - contém Legionella pneumophila e Hartmannella vermiformis . BSIP / Universal Images Group / Getty Images As bactérias crescem e formam colônias quando têm oportunidade. Se a comida e as condições ambientais forem favoráveis, eles se reproduzirão e formarão agregações pegajosas chamadas biofilmes para sobreviver em uma variedade de superfícies, de pedras em um riacho a molares em sua boca.
Os biofilmes têm suas vantagens e problemas. Por um lado, eles estão beneficiando mutuamente os jogadores na natureza. Por outro lado, eles podem ser uma ameaça séria. Por exemplo, os médicos que tratam de pacientes com implantes e dispositivos médicos estão especialmente preocupados com os biofilmes, porque essas superfícies são propriedades primordiais para as bactérias. Uma vez colonizado, biofilmes podem produzir subprodutos que são tóxicos - e até mortais - para o corpo humano.
Como as pessoas nas cidades, as células em biofilmes se comunicam enviando mensagens para compartilhar informações sobre a disponibilidade de alimentos e perigos potenciais. Mas em vez de ligar para os vizinhos por telefone, bactérias enviam memorandos por meio de produtos químicos para seus amigos próximos.
Mas as bactérias não têm medo de voar sozinhas, qualquer. Na verdade, algumas espécies desenvolveram maneiras de sobreviver em condições difíceis. Quando não sobra comida ou as condições pioram, essas bactérias se preservam criando uma casca resistente chamada de endosporo , colocar a célula em um estado dormente que preserva o material genético da bactéria [fonte:Cornell University Department of Microbiology].
Um cientista até encontrou bactérias em uma cápsula do tempo que foi descoberta e examinada 100 anos depois, enquanto outros grupos de cientistas descobriram bactérias que datam de 250 milhões de anos atrás [fontes:Silverman; Vreeland et al.]. Tudo isso mostra que as bactérias podem se autopreservar por muito tempo.
Agora que sabemos que as bactérias são colonizadoras, dada a oportunidade, vamos dar uma olhada em como eles chegam lá por meio da divisão e reprodução.
Um E. coli bactéria é capturada nos estágios iniciais da fissão binária, ou dividindo-se em duas células idênticas. CNRI / Science Photo Library / Getty Images Em primeiro lugar, como as bactérias criam colônias?
Bactérias, como outras formas de vida na Terra, precisam fazer cópias de si mesmos para sobreviver. Embora os humanos e outros organismos façam isso por meio da reprodução sexual, funciona de maneira um pouco diferente com as bactérias.
Mas primeiro, discutiremos por que a diversidade é uma coisa boa.
A vida sofre seleção natural , ou forças seletivas em um determinado ambiente que permitem que um tipo prospere e se reproduza mais. Como você deve se lembrar da aula de biologia, os genes são as unidades que instruem uma célula sobre o que fazer - se tornar seu cabelo castanho ou loiro ou seus olhos verdes ou azuis. Você obtém genes de ambos os pais que fornecem uma boa combinação. Além disso, a reprodução sexual dá origem a mutações , ou mudanças aleatórias no DNA, que cria diversidade. Quanto mais diversidade genética extrair, mais provavelmente um organismo pode se adaptar às restrições de um ambiente.
Para bactérias, a reprodução não é uma questão de encontrar o micróbio certo e se estabelecer; está simplesmente replicando seu próprio DNA e se dividindo em duas células idênticas. Este processo, chamado fissão binária , ocorre quando uma única bactéria se divide em duas depois de replicar seu DNA e mover o material genético para extremidades opostas da célula.
Como a célula resultante é geneticamente idêntica àquela de onde veio, esse método de reprodução não é exatamente a melhor maneira de criar um pool genético diversificado.
Então, como as bactérias obtêm novos genes?
Acontece que as bactérias empregam truques para fazer o trabalho, com o resultado final sendo transferência horizontal de genes , ou trocar material genético sem se reproduzir. Existem algumas maneiras pelas quais as bactérias podem fazer isso. Um método envolve a coleta de material genético do ambiente fora da célula, depender de outros micróbios e bactérias (por meio de moléculas chamadas plasmídeos). Outro resultado de vírus que usam bactérias como hospedeiros. Ao infectar novas bactérias, os vírus acidentalmente deixam material genético de bactérias anteriores na nova [fonte:Marraffini].
A troca de material genético dá às bactérias a flexibilidade de se adaptar - e algumas o fazem, uma vez que percebem mudanças estressantes no ambiente, como escassez de alimentos ou mudanças químicas.
Desenvolver uma melhor compreensão de como as bactérias se adaptam é extremamente importante para compreender e combater a resistência das bactérias aos antibióticos na medicina. As bactérias podem trocar material genético com tanta frequência que os tratamentos que antes funcionavam provavelmente não irão na próxima vez.
Agora que examinamos de perto como as bactérias funcionam em um nível microscópico, vamos dar um passo atrás para ver onde você os encontra no quadro geral.
A piscina opalescente do Parque Nacional de Yellowstone obtém suas cores fantásticas de bactérias termofílicas. Michael Detay / Moment Open / Getty Images A questão não é, "Onde estão as bactérias?" mas sim, "Onde não estão as bactérias?"
Eles são encontrados virtualmente em todos os lugares da Terra. É impossível ter uma compreensão completa do número de bactérias do planeta de uma só vez, mas algumas estimativas apontam para cerca de 5 octilhões de micróbios, como bactérias e arqueas - isso é 10 elevado à 28ª potência! [fonte:Whitman et al.]
Fixar um número em quantas espécies, ou tipos classificáveis, de bactérias também permanece difícil. Uma estimativa aponta para aproximadamente 30, 000 espécies formalmente identificadas, mas os cientistas estão constantemente aprendendo e aumentando sua base de conhecimento e acham que ainda não exploramos a superfície para o verdadeiro número de espécies lá fora [fonte:Dykhuizen].
A verdade é que as bactérias já existem há muito tempo, muito tempo. Na verdade, eles deram origem a alguns dos primeiros fósseis conhecidos, datando de 3,5 bilhões de anos [fonte:Museu de Paleontologia da Universidade da Califórnia]. A evidência científica sugere que as cianobactérias começaram a criar oxigênio entre 2,5 e 2,3 bilhões de anos atrás nos oceanos do mundo, que deu origem à atmosfera da Terra e oxigênio abundante para respirarmos [fonte:Konhauser et al.].
As bactérias podem sobreviver no ar, agua, solo, gelo e calor extremo; nas plantas; e até mesmo em nossos intestinos, na nossa pele e na pele de outros animais.
Algumas bactérias são extremófilos , o que significa que eles podem resistir a ambientes extremos que são muito quentes ou frios ou que não possuem os nutrientes e produtos químicos que normalmente associamos à vida. Pesquisadores descobriram bactérias na Trincheira de Mariana, o ponto mais profundo da Terra sob o Oceano Pacífico, além de aberturas aquecidas subaquáticas e no gelo.
Mas a diversão vai além dos pesquisadores da área. Os turistas ficam fascinados com a beleza natural mais bela das bactérias em lugares como Opalescent Pool no Parque Nacional de Yellowstone, que apresenta bactérias termofílicas (amantes do calor) de cores vivas colorindo o ponto de referência.
Houston, temos bactérias.As bactérias que normalmente não têm um efeito negativo na saúde humana têm uma vantagem na formação de infecções entre os astronautas no espaço. Para estudar melhor os efeitos do voo espacial sobre as bactérias, A NASA enviou micróbios que normalmente causam infecções tratáveis na Terra para o espaço com as missões Atlantis em 2010 e 2011. O grupo descobriu que as comunidades dessas bactérias foram capazes de se formar de maneiras que não ocorriam na Terra, dando aos pesquisadores uma visão sobre como melhorar os resultados de saúde dos astronautas no espaço, além de pessoas na Terra.
Resistente à meticilina Staphylococcus aureus (MRSA) pode causar infecções de feridas, pneumonia e envenenamento do sangue em pessoas vulneráveis. PASIEKA / Science Photo Library / Thinkstock Embora as bactérias sejam valiosas contribuintes para a saúde dos humanos e do planeta, eles também têm um lado negro. Certas bactérias têm potencial para ser patogênico , o que significa que podem causar doenças e enfermidades.
Ao longo da história humana, algumas bactérias (compreensivelmente) tiveram uma má reputação, causando ansiedade e histeria pública. Pegue a praga, por exemplo. A bactéria que causa a peste, Yersinia pestis , não só matou mais de 100 milhões de pessoas, mas também é sugerido que moldou a história, até mesmo contribuindo para o colapso do Império Romano [fonte:Centros para Controle e Prevenção de Doenças]. Antes do advento dos antibióticos, ou medicamentos capazes de tratar infecções bacterianas, infecções eram difíceis de parar.
Ainda hoje, essas bactérias patogênicas ainda pesam muito em nossas mentes. Bactérias que causam uma série de doenças - desde o antraz, pneumonia, meningite, cólera, salmonela e estreptococos de garganta para E. coli e infecções por estafilococos - podem desafiar nossos tratamentos graças a resistência a antibióticos .
Isso é especialmente verdadeiro para Staphylococcus aureus , a bactéria responsável pelas infecções por estafilococos. A "superbactéria" tem causado problemas tremendos para hospitais e clínicas de saúde, onde os pacientes são mais propensos a serem expostos a ele durante implantes médicos e inserção de cateter.
Em uma seção anterior, falamos sobre a seleção natural e como algumas bactérias têm genes mais diversos para ajudar a lidar com o que seu ambiente joga sobre elas. Se você tiver uma infecção, e algumas bactérias em seu corpo são diferentes de outras, os antibióticos podem cuidar da maioria da população bacteriana. Mas isso também dá aos micróbios não afetados por seus antibióticos espaço para se reproduzirem e se estabelecerem. É por isso que os médicos recomendam evitar os antibióticos, a menos que você realmente precise deles.
As armas biológicas são outro aspecto assustador desta conversa. As bactérias podem ser usadas como armas em alguns casos, incluindo ser implantado em sustos de antraz e incorporado em sprays de aerossol.
E não são apenas os humanos sendo atingidos pelas bactérias. De fato, bactérias até têm apetite pelo navio afundado Titanic, também [fonte:Kaufman]. As espécies, nomeado Halomonas titanicae , corrói o metal do navio histórico.
Aprendemos como as bactérias podem ser prejudiciais. Na próxima seção, veremos como eles podem nos ajudar.
Bactérias e saúde bucalVeja só, a substância viscosa que chamamos de placa em nossos dentes é, na verdade, de bactérias. Se tiver rédea solta, essas bactérias podem corroer o esmalte de nossos dentes, eventualmente nos dando cáries. Os arqueólogos colheram conhecimento do passado estudando crânios e dentes humanos para aprender mais sobre a dieta humana e a suscetibilidade a doenças em vários momentos [fonte:Watson].
Sir Alexander Fleming, um bacteriologista, descobriu a penicilina por acaso em 1928. Peter Purdy / Hulton Archive / Getty Images Vamos examinar o lado bom das bactérias. Afinal, esses são os micróbios que nos trazem alimentos saborosos, como queijo, Cerveja, fermento e outros itens fermentados. Eles também são os heróis anônimos por trás da medicina e do avanço da saúde humana.
Também temos que agradecer às bactérias por moldar a evolução humana. A ciência está colhendo mais informações do microbiota , ou os microrganismos que residem em nossos próprios corpos, particularmente em nosso sistema digestivo e intestino. A pesquisa sugere que as bactérias, e a diversidade e novos materiais genéticos que eles trazem para nossos corpos, permitiram que os humanos se adaptassem e explorassem novas fontes de alimentos que antes não podiam usar [fonte:Backhed et al.].
Veja desta forma:forrando as superfícies de seu estômago e intestino, bactérias estão "trabalhando" para você. Quando você come, bactérias e outros micróbios ajudam a decompor e extrair nutrientes dos alimentos, especialmente carboidratos, como milho, batatas, pão e arroz. As bactérias mais diversificadas que consumimos e expostas contribuem para essa comunidade diversificada em nossos corpos.
Embora nosso conhecimento de nossas próprias comunidades microbianas seja incipiente, na melhor das hipóteses, há evidências que sugerem que a falta de certos micróbios e bactérias no corpo pode afetar a saúde de uma pessoa, metabolismo, e suscetibilidade a alérgenos e doenças. Estudos preliminares em ratos sugerem que doenças metabólicas, como obesidade, estão ligadas à diversidade e à saúde do microbioma, em vez de nossa visão predominante das "calorias em, calorias esgotadas "[fonte:Cox].
Também em estágios iniciais, os transplantes fecais que envolvem o compartilhamento de microrganismos fecais de um indivíduo saudável para outra pessoa mostram-se promissores no início. Sim, esta pode não ser a melhor imagem mental, mas a ciência e as opções para tratar certas doenças gastrointestinais parecem promissoras. A pesquisa está sendo feita sobre probióticos, micróbios que se acredita ter adicionado benefícios à saúde, mas as recomendações gerais sobre seu uso não foram estabelecidas em novembro de 2014.
Além disso, as bactérias têm mudado o jogo no desenvolvimento do pensamento científico e da medicina humana. As bactérias desempenharam um papel importante no desenvolvimento dos postulados de Koch em 1884, uma série de considerações que ligam um determinado micróbio a uma doença.
Entre outras contribuições, pesquisadores que estudam bactérias descobriram acidentalmente a penicilina - um antibiótico que salvou inúmeras vidas - e, mais recentemente, uma maneira mais fácil de editar genomas de organismos que podem revolucionar a medicina [fonte:Marraffini]. Os pesquisadores modificaram as bactérias para beneficiar a saúde humana de várias maneiras, incluindo a produção de insulina para o tratamento da diabetes.
Apenas começamos a entender tudo o que podemos aprender com nossos amigos bacterianos.
Apesar de seu status de micróbios "irracionais", as bactérias se comportam de maneiras surpreendentes. Dê-lhes um obstáculo, e muito provavelmente eles encontrarão uma maneira de contornar isso. Antibióticos em casa? Eles trocam genes para sobreviver melhor. Não tem comida suficiente? Sem problemas, eles podem pegar alguns Zzzs e ficar dormentes. Estamos apenas começando a aprender os segredos das bactérias, e o quadro geral está se tornando claro:uma amplitude de vida complexa fervilha debaixo de nossos narizes (e neles também).
