Bakterier (Anatomi og morfologi) (Legionella)

Bakterien Legionella pneumophila er årsak til alvorlig infeksjonssykdom, med blant annet lungebetennelse. Den kan for eksempel finnes i luftfuktings- og luftforbedringsanlegg som ikke renses godt nok. 90 000 ganger forstørret.

Bakterier (Anatomi og morfologi) (E. coli)

Escherichia coli er en stavformet, gramnegativ bakterie som er vanlig i tarmkanalen hos mennesker og dyr. Det er den bakterien som er mest brukt ved genetiske forsøk.

Bakterier (Anatomi og morfologi) (streptokokker)

Streptokokker er grampositive, kuleformede eller ovale bakterier som opptrer i kjeder. Mange arter er sykdomsfremkallende.

Ulike bakterier som forårsaker sykdom hos mennesker.

Skjematisk fremstilling av bakterier som forårsaker sykdom hos mennesker. Staphylococcus aureus og Streptococcus pyogenes forårsaker hudinfeksjoner. Streptococcus pneumoniae, eller pneumokokken, og Klebsiella pneumoniae forårsaker lungebetennelse. Bordetella pertussis og Corynebacterium diphtheriae forårsaker henholdsvis kikhoste og difteri. Helicobacter pylori gir magesår, Clostridium botulinum gir botulisme, Clostridium tetani gir stivkrampe, Neisseria gonorrheae gir gonorré og Treponema pallidum gir syfilis.

Ulike bakterier som forårsaker sykdom hos mennesker.
Av /Shutterstock.

Form og anordning av forskjellige bakterier.

/Store norske leksikon.
Lisens: Begrenset gjenbruk

Bakterier er små encellete organismer som finnes overalt der det er mulighet for liv, som i jord, vann, luft, på og i andre organismer, i varme kilder og i forbindelse med radioaktivt avfall. Helt siden livet oppsto for omkring 3,8 milliarder år siden har det vært bakterier på Jorden. De er tilpasningsdyktige og har stor påvirkning på livet på Jorden.

Faktaboks

Uttale
baktˈerier
Etymologi
gresk bakterion, ‘liten stav’

Størrelsen på bakterier varierer fra 0,2 til 10 mikrometer. De er så små at det er nødvendig med mikroskop for å se dem, og kalles derfor mikrober eller mikroorganismer. Encellete alger, protozoer og noen sopper er også mikroorganismer.

Bakteriene er prokaryote organismer som vil si at de ikke har avgrenset cellekjerne, men har arvematerialet sitt liggende løst inne i cellen. Dette i motsetning til eukaryote organismer, som planter, dyr og sopp, som har cellekjerne omgitt av en membran. Arker (Archaea) er også prokaryote.

Bakterier er ofte forbundet med sykdom og død, men de aller fleste bakterier er nyttige både direkte og indirekte. De påvirker oss på mange områder; helse, mat, landbruk, miljø, energi og industri.

Her er en liste over noen av de mest kjente bakteriene som forårsaker sykdom, ofte kalt sykdomsfremkallende bakterier:

Organisme Sykdom
Treponma pallidum syfilis
Neisseria gonorrhea gonoré
Salmonella typhosa tyfoid feber
Vibrio cholera kolera
Yersinia pestis byllepest
Staphylococcus aureus matforgifning, toksisk sjokk
Clostridium tetani stivkrampe
Clostridim botulinum botulisme
Legionella pneumonia legionærsyke
Salmonella arter matforgiftning
Clostridium perfringens matforgiftning
Streptococcus arter halsesyke, skarlagensfeber
Chlamydia trachomatis klamydia, trakom

Her er noen eksempler på bakterier som brukes i produksjon av medisiner, kjemiske forbindelser og næringsmidler:

Organisme Bruk i produksjon av
Streptococcus lactis surmelk
Leuconstoc bulgaricus yoghurt
Propionibacterium sveitserost
Escherichia coli insulinproduksjon
Acetobacyet suboxidans vineddik
Clostridium acetobutylicum butanol, aceton
Rhizobium ammoniakk
Pyrococcus varmestabil DNA-polymerase
Pseudomonas bioremediering

Dyrking og analyse av bakterier

At bakterier finnes ble først klart da mikroskopet ble tilgjengelig for nesten 350 år siden. Da ble det mulig å se formen på dem, og få inntrykk av størrelsen. Det ble også mulig å se om og hvordan de beveger seg. For å få mer kunnskap er det imidlertid nødvendig å undersøke bakteriene biokjemisk.

Fordi mikroorganismer er så små, er det nødvendig å ha mange av dem for å kunne undersøke hvordan de er bygd opp, hva de består av, hvordan de lever og hvordan de vokser. For å få nok materiale, er det vanlig å dyrke bakterier enten i flytende næringsbuljong for eksempel i en glassbeholder, eller på en fast, geléaktig overflate i en petriskål. På slike skåler kan det vokse opp kolonier av bakterier, hvor en enkelt koloni kan inneholde mer enn 109 (en milliard) bakterier. En utvokst flytende kultur kan inneholde et tilsvarende antall bakterier per milliliter.

Det finnes en mengde ulike arter av bakterier og bakteriestammer med ulike vekstkrav. Noen vokser godt på glukose og salter, mens andre må ha tilført vekstfaktorer som vitaminer og aminosyrer. Andre bakterier klarer seg bare med reduserte uorganiske forbindelser som hydrogensulfid, H2S og ammoniakk, NH3.

Renkultur og sterilteknikk

For å få kunnskap om bakteriene i en kultur, er det avgjørende at den kulturen vi arbeider med inneholder bakterier av bare en type. Derfor er det avgjørende å arbeide med renkulturer som vil si at kulturen bare inneholder en bakterieart. Det er dessuten viktig å sikre at renkulturen ikke blir forurenset med andre bakterier utenfra og at bakteriene i renkulturen ikke sprer seg til omgivelsene.

For å tilfredsstille disse kravene, er det utarbeidet flere ulike arbeidsmetoder, hvor sterilteknikk er helt avgjørende. At noe er sterilt betyr at det ikke inneholder noe som er levende. Sterilisering av væsker foregår vanligvis i en autoklav under høyt trykk og ved 120oC. Etter 20 minutter ved slike forhold, vil alt levende være drept. Løsninger som ikke tåler høye temperaturer kan gjøres sterile ved filtrering. Da blir løsningen presset gjennom et sterilt filer med porer som er så små at bakterier ikke kommer gjennom. En vanlig porestørrelse er 0,2 mikrometer. Tørre gjenstander kan steriliseres ved å utsette dem for 170oC i 90 minutter for eksempel i et varmeskap.

Det er viktig å undersøke om en renkultur virkelig er ren og bare inneholder én bakterieart. For å gjøre dette tar man en prøve med en steril nål og sprer bakteriene ut på overflaten av en skål med næringsagar, et gelelaktig stoff, som bakterien vil vokse på. Bakteriecellene skilles fra hverandre på overflaten av agaren og hver enkelt celle gir opphav til en isolert koloni. Er kulturen ren, vil alle koloniene se like ut. Hvis koloniene på skålen er forskjellige, er ikke kulturen ren. Ved å plukke ut en enkelt koloni med en steril nål og deretter overføre kolonien til en ny kolbe med steril næringsbuljong, kan vi få en ny renkultur.

Med en renkultur, er det enkelt å undersøke bakteriene biokjemisk. Kulturen høstes i en sentrifuge før bakteriene knuses mekanisk eller kjemisk for å få ut innholdet. Dette cellefrie ekstraktet et er utgangspunktet for eksempel når det gjelder å isolere DNA eller proteiner, eller måle aktiviteten til enzymer.

Anrikningskulturer

For å isolere bestemte bakterier fra naturen, brukes anrikningskulturteknikk. Da blir forholdene lagt til rette slik at bare en bestemt type bakterier vil vokse opp. Et eksempel er nitrogenfikserende bakterier som lever i jord og kan utnytte nitrogengass (N2) fra luft som kilde til nitrogen. For å få tak i disse bakteriene, brukes et vekstmedium uten noe bundet nitrogen, som NH3, NO3- eller aminosyrer. Når litt jord tilsettes, vil bare bakterier som kan utnytte nitrogengass fra lufta vokse opp.

Molekylærbiologiske metoder

I løpet av de siste årtiene har kunnskapen innenfor molekylærbiologi økt enormt og ført til, stadig enklere og billigere metoder for analyse av bakterier, planter, mennesker og andre dyr.

Maskiner som sekvenserer DNA (bestemmer rekkefølgen av baser i DNA) blir stadig raskere og billigere og har ført til mye ny kunnskap. Fullstendige genomer, såkalte hel-genomer fra så ulike organismer som bakterier og mennesket er sekvensert, og informasjonen ligger lagret i store databaser hvor den lett kan hentes ut.

Har vi et lite stykke DNA fra en ukjent bakterie, kan vi først bestemme rekkefølgen av baser ved å sekvensere DNA-biten, og deretter lete etter en «match» i en database. Dette vil kunne gi informasjon om hvilken organisme vi har med å gjøre. Denne teknologien er grunnlaget for de store prosjektene som går ut på å kartlegge menneskets mikrobiom; det vil si alle ulike arter av mikrober på og i kroppen.

Klassifisering av bakterier

Bakterier

Størrelsesforholdet mellom en rød blodcelle og noen mikroorganismer (fem bakterietyper og to virustyper). 1 μm = 1/1000 mm. A) Koldbrannbakterier. B) Miltbrannbakterier. C) Tyfoidbakterier. D) Haemophilus influenzae. E) Kokker. F) Koppevirus. G) Munn- og klovsykevirus.

Av /Store norske leksikon ※.

Molekylærbiologisk klassifisering

Molekylærbiologiske metoder gjør det enkelt å vise slektskap mellom organismene. Ved hjelp av DNA-analyser er det mulig å sammenligne gener fra ulike arter, og få vite graden av slektskap mellom dem. Resultatene fra slike analyser er årsaken til at prokaryote organismer faller i to grupper (domener); Bacteria (bakterier) og Archaea (arker, urbakterier). I tillegg til disse to domenene finnes et tredje domene Eukarya som omfatter alle eukaryote organismer (sopp, planter, dyr). Inndelingen fremstilles ofte i form av et fylogenetisk stamtre. Roten av treet er LUCA (Last Universal Common Ancestor), som regnes som den cellen alle andre er oppstått fra.

Livets tre
Av /OpenStax.
Lisens: CC BY SA 4.0

Tradisjonell klassifisering basert på ulike egenskaper

Det finnes tusenvis av ulike bakterier, og det er nødvendig å ha et praktisk system for å identifisere bakterier som vi allerede har kunnskap om. For eksempel når det gjelder sykdomsframkallende bakterier, er det viktig å vite hvilken bakterie en har med å gjøre for å finne fram til riktig medisin.

Noen bakterier har så spesielt utseende at det er lett å identifisere dem i et godt mikroskop. I tillegg er det nødvendig å bruke andre egenskaper hos bakteriene enn det vi ser i mikroskopet.

Egenskapene som vanligvis brukes til klassifisering av bakterier er:

Egenskaper som kan undersøkes i mikroskop:

Biokjemiske og fysiologiske egenskaper:

  • forhold til oksygen (aerob, anaerob, fakultativt anaerob)
  • nærings og energikilde (uorganisk, organisk)
  • pH-område og pH-optimum for vekst
  • temperaturområde og temperaturoptimum for vekst
  • krav til vekstfaktorer
  • produkter som skilles ut (for eksempel melkesyre)
  • følsomhet overfor antibiotika

En mye brukt inndeling av bakterier er i hovedgruppene kokker og staver etter deres ytre form, videre i grampositive og gramnegative etter deres fargingsegenskaper ved gramfarging, og i aerobe og anaerobe etter om de lever i oksygen eller ikke. Blant gramnegative staver finnes det også bakterier som kan leve både med og uten oksygen. Disse kalles fakultativt anaerobe. De grampositive stavene deles i tillegg inn etter deres evne til å danne sporer.

Tradisjonell klassifisering av bakterier basert på egenskaper
Tradisjonell klassifisering av bakterier basert på egenskaper
Lisens: CC BY SA 3.0

Vekst

Bakterier (Anatomi og morfologi) (formering)

Bakterier formerer seg vanligvis ved todeling, som her hos tarmbakterien Escherichia coli. 16 500 ganger forstørret.

Når en bakteriecelle har nådd en viss størrelse, deler den seg i to og gir opphav til to identiske celler som også er identiske med morcellen. Tiden det tar fra en nydannet celle er blitt til to datterceller er generasjonstiden. Under gunstige forhold vokser bakterier raskt, for eksempel kan tarmbakterien Escherichia coli ha en generasjonstid på 20 minutter når vi dyrker den i laboratoriet. Noen bakterier kan under visse forhold ha en generasjonstid på bare 12 minutter, men i naturen har de fleste bakterier normalt mye lenger generasjonstid.

Det er helt nødvendig at de to dattercellene etter en deling har et fullstendig sett av gener, og derfor er celledelingen en velordnet og kontrollert prosess særlig når det gjelder kromosomet, som blir kopiert før cellen deler seg.

Med vekst hos bakterier menes vanligvis økning i antall celler, ikke i cellestørrelse. Når bakterier vokser og celletallet øker, er resultatet en populasjon av bakterier. For å få kunnskap om vekstforhold hos bakterier er det vanlig å undersøke populasjoner. I et forsøk som starter med en enkeltbakterie av et bakterieslag med en generasjonstid på 30 minutter, vil det være to bakterier etter 30 minutter, fire etter 60 minutter, åtte etter 90 minutter, og så videre. I begynnelsen øker antallet langsomt fordi det er få bakterier tilstede. Med tiden øker antallet raskere og raskere, og etter n antall delinger har vi 2n bakterier i populasjonen. Hver bakterie gir et konstant bidrag til veksten. Når en populasjon vokser på denne måten kalles det eksponentiell vekst.

Veksten stopper opp fordi det med tiden alltid er noe i omgivelsene som er begrensende Dette gjelder alle populasjoner enten det er fisk, mennesker eller bakterier. Hos bakterier er det oftest næringsmangel eller produksjon av skadelige forbindelser som for eksempel syre som begrenser veksten.

Biofilm

Mye av det vi vet om vekst hos bakterier kommer fra laboratorieforsøk med renkulturer under gunstige forhold. Slike forhold finner vi sjelden ute i naturen, hvor bakteriene lever i samfunn med andre organismer enten det er i vann, jord eller på kroppen hos mennesker og andre dyr.

Når bakterier vokser på overflater, danner de vanligvis et belegg, en biofilm. Biofilm er en samling bakterier festet til en overflate og omgitt av en «matriks» av polysakkarid, protein og DNA fra bakterier. Det er biofilm overalt; i vannrør, i plastslanger, på tennene, på instrumenter, på steiner og på organer som tarm og lunger.

En biofilm består oftest av mange ulike bakteriearter i samvirke. Biofilm på tenner kan for eksempel inneholde mer enn 100 ulike arter. I lungene hos pasienter med sykdommen cystisk fibrose derimot, dominer den gram negative bakterien Pseudomonas aeruginosa og gjør stor skade.

Dannelsen av en biofilm følger et bestemt mønster. Først får ulike signaler i omgivelsene en frittlevende bakterie til å feste seg på en eller annen overflate ved hjelp av tynne proteintråder, pili, som stikker ut fra bakterien. Signalet kan være pH, konsentrasjon av ioner, temperatur, eller at visse aminosyrer er tilstede. Når bakterien har festet seg, begynner den å skille ut polysakkarider som andre celler lett kan feste seg til. Etter hvert som flere og flere celler er festet til overflaten, begynner de å kommunisere med hverandre ved hjelp av kjemiske signalmolekyler. Bakteriene produserer kjemiske signalmolekyler hele tiden og når populasjonen har nådd en viss størrelse og konsentrasjonen av signalmolekylene er høy, vil cellene binde seg både til hverandre og til overflaten. På den måten øker biofilmen i størrelse.

Bakterier kommuniserer

Bakterier som lever i kolonier eller i biofilm kommuniserer med hverandre. Fenomenet kalles quorum-registrering og gjør det mulig for bakteriene å samordne gruppeadferd. «Quorum-registrering er godt undersøkt hos bakterien Allivibrio fischeri som har evnen til å sende ut lys, bioluminescens. Den lever i havet og kan danne store lysende kolonier på overflaten av fisk. Bakteriene sender ikke ut lys når de svømmer fritt, bare når de er mange sammen. Kommunikasjonen skjer ved hjelp av signalmolekyler som bakteriene produserer. Molekylene går fritt ut og inn av cellene, og det fører til at jo tettere populasjonen er, jo flere molekyler er tilstede. Først når konsentrasjonen av molekylene har nådd en bestemt terskelverdi, blir genene som koder for produksjon av lys hos A. fischeri slått på.

Hos sykdomsbakterier som for eksempel Salmonella og Stahylococcus er produksjonen av toksiner ofte regulert på denne måten.

Kontrollsystemer av denne typen sikrer at bakteriene produserer visse forbindelser bare når det er hensiktsmessig. En eneste lysende bakterie gir ikke lys som monner, og toksin fra en enkelt bakterie har ingen virkning.

Levevis

Variasjon og mangfold næringsforhold

Alle organismer, må ha tilgang på energi og karbon (C) til vekst og vedlikehold, og som gruppe viser bakteriene stort mangfold når det gjelder hva de kan utnytte til disse formålene. Nesten alle forbindelser, både enkle molekyler som glukose og makromolekyler som cellulose, kan utnyttes av en eller annen bakterie. Små molekyler blir tatt opp direkte av bakteriene, mens store molekyler først blir spaltet i mindre ved hjelp av enzymer som bakteriene skiller ut. Noen bakterier lever godt på enkle uorganiske forbindelser som hydrogensulfid (H2S) eller ammoniakk (NH3) mens andre inneholder klorofyll og har fotosyntese.

Organismer som utnytter energi fra lyset kalles fototrofe, og de som får energi fra kjemiske forbindelser kalles kjemotrofe. Organismer som kan klare seg med CO2 som eneste karbonkilde kalles autotrofe, mens de som må ha organiske forbindelser som karbonkilde kalles heterotrofe.

En måte å holde orden på de hundrevis av bakteriene vi kjenner, er å plassere dem i grupper etter hva de bruker som karbon- og energikilde. Tabellen viser en slik inndeling og gir noen eksempler på bakterier innenfor hver gruppe

Inndeling av bakterier etter næringskrav:

Næringstype Energikilde Karbonkilde Eksempel
Fotoautotrof Lys CO2 Cyanobakterier
Kjemoautotrof Uorganiske forbindelser CO2 Nitrobacter
Fotoheterotrof Lys Organiske forbindelser Rhodospirillum
Kjemoheterotrof Organiske forbindelser Organiske forbindelser E. coli

Forholdet til oksygen

Ulike bakterier forholder seg til oksygen på ulikt vis.

Aerobe organismer er avhengige av oksygen til celleåndingen (respirasjon og klarer seg ikke uten oksygen. De er obligat aerobe.

Anaerobe organismer lever uten oksygen og skaffer seg energi enten ved gjæring (fermentering) eller ved anaerob respirasjon hvor en annen forbindelse enn for eksempel NO3- brukes i stedet for oksygen, O2. Anaerobe bakterier lever for eksempel i tarmen hos dyr og mennesker, eller i jord og vann og mange er strengt anaerobe og tåler ikke oksygen.

Det finnes mange ulike gjæringer med forskjellige gjæringsprodukter som resultat.

Fakultativt aerobe organismer veksler mellom et liv med eller uten oksygen alt etter forholdene. Et eksempel er tarmbakterien Escherchia coli. Når oksygen er tilstede har den celleånding, men straks det blir mangel på oksygen begynner den å gjære (fermentere). I stedet for CO2 og vann som er sluttproduktene ved aerob respirasjon, produserer E.coli en blanding av organiske syrer.

Noen viktige gjæringer og de organismene som utfører dem:

Type gjæring Reaksjon Organisme
Alkoholgjæring glukose → etanol+CO2 Gjær, Zymomonas
Melkesyregjæring glukose → melkesyre Lactobacillus
Proprionsyregjæring melkesyre → propionsyre + eddiksyre+CO2 Propionibacterum
Blandet syregjæring glukose → melkesyre+eddiksyre +maursyre+H2+CO2 Escherchia coli
Smørsyregjæring glukose → smørsyre+H2+CO2 Clostridium butyricum
Butanolgjæring glukose → butanol+aceton+H2+CO2 Clostridium acetobutylicum

Forholdet til temperatur

Bakteriers vekstrate ved ulike temperaturer

Den loddrette aksen viser bakterienes vekstrate, mens den vannrette aksen viser ulike temperaturer. Ulike bakterier trives best ved ulike temperaturer.

Av /OpenStax.
Lisens: CC BY 4.0

Temperatur, pH, tilgjengelig vann og oksygen er alle viktige ytre faktorer som påvirker vekst og overlevelse av mikroorganismer, men den faktoren som påvirker veksten mest direkte er temperaturen. Hastigheten til biokjemiske reaksjoner øker med temperaturen, og når temperaturen har nådd en bestemt grense, går reaksjonene saktere før de til slutt stopper. Årsaken er at proteiner og andre komponenter i cellen kan bli uopprettelig skadet når temperaturen blir for høy. Denne grensen er forskjellig hos ulike bakterier.

For hver enkelt organisme er det en bestemt minimum-temperatur som er den laveste temperaturen hvor organismen vokser, en optimum-temperatur hvor de vokser raskest og en maksimum-temperatur som er den øvre grensen for vekst. Samlet sett finner vi mikroorganismer over et bredt temperaturområde. Noen arter har optimum nær 0oC mens andre vokser best ved 100oC, men ingen dekker hele området.

Bakterier deles inn i grupper etter ulik optimumstemperatur som psykrofile, mesofile, termofile eller hypertermofile.

Det finnes mikrober som kan leve over hele temperaturområdet der vann er i flytende form, det vil si mellom 0oC og 100oC og ved normal trykk.

Mesofile bakterier finner vi overalt rundt oss. Tarmbakterien Escherichia coli er en typisk mesofil bakterie og har optimum for vekst på 39oC, maksimum er 48oC og minimum er 8oC.

Termofile bakterier finner vi i varme kilder, men de kan også være tilstede i varmtvannsberedere og i forbindelse med bade- og dusjrom. Inne i en kompost i hagen kan temperaturen bli svært høy på grunn av aktivitetene til termofile bakterier.

Det finnes organismer som lever ved 110oC. Under normalt trykk er vann i form av vanndamp ved så høy temperatur, men under høyt trykk er vannet i form av væske ved denne temperaturen. Organismene som vokser ved 110oC, lever langt under havbunnen hvor trykket er høyt. De hører til arkebakteriene, Archaea.

Noen psykrofile bakterier kan vokse helt ned til -15oC. De er funnet i saltsjøer med lave temperaturer. Fordi konsentrasjonen av salt er så høy, er frysepunktet for vann nedsatt og vannet er i flytende form selv om temperaturen er lav. Psykrofile bakterier kalles også for kjøleskapsbakterier fordi et kjøleskap kan gi gode vekstvilkår for bakterier som liker seg ved lave temperaturer.

Bakteriers rolle i viktige kretsløp

Karbonkretsløpet

Grunnstoffet karbon (C) går gjennom et kretsløp på Jorda hvor ulike forbindelser som gassene karbondioksid, CO2, og metan, CH4, og organiske forbindelser som glukose og fett deltar. Alle organismer, også bakterier, har viktige roller i karbonkretsløpet gjennom sine aktiviteter. Sollyset driver kretsløpet ved at energien i lyset blir omdannet til kjemisk energi i fotosyntesen hos grønne planter og noen bakterier. Den kjemiske energien brukes til flere ting, blant annet til å lage glukose fra CO2. I sin tur omdannes glukosen til andre molekyler i plantecellene og bakteriene. I neste omgang blir dette materialet næring til dyr og mikroorganismer som omsetter det blant annet til CO2 og kretsløpet er sluttet.

Blågrønnbakterier er en utbredt og viktig gruppe av bakterier som har fotosyntese og omdanner CO2 til organiske forbindelser..

Noen mikrober i karbonkretsløpet danner metangass, CH4 når de bryter ned organisk materiale. Metandannende, metanogene, organismer hører til riket Archaea, er strengt anaerobe, lever i sumper, i bunnen av innsjøer og i tarmen hos dyr og mennesker. I vomma hos drøvtyggere som ku og sau er det enorme mengder av metandannende mikrober. Her lever de på cellulose og annet plantemateriale i foret og produserer metan som dyrene raper opp og promper ut.

Nitrogenkretsløpet

I likhet med karbon, går grunnstoffet nitrogen, N, gjennom et kretsløp på Jorda, og her spiller ulike bakterier en stor rolle.

Nitrogen finnes i jord og vann i form av ammonium NH3 (NH4+) og nitrat NO3- som mikroorganismer og planter tar opp og bruker til å lage nitrogenholdige organiske forbindelser. Disse forbindelsene går i sin tur videre gjennom næringskjedene og nitrogenatomene kommer tilbake til jorda når organismene skiller ut avfallsstoffer som urin, eller når de dør. Mye av ammoniakken som blir frigjort i jord og vann, blir tatt opp av bakterier og brukt til å lage aminosyrer. Spesielle bakterier omdanner ammoniakk til nitritt NO2- som andre bakterier omdanner videre til nitrat NO3-. Denne måten å danne nitrat på kalles nitrifisering og utføres av nitrifiserende bakterier.

Atmosfæren inneholder omkring 78 prosent nitrogen og er det største lageret av nitrogengass, N2 på kloden. Verken planter eller dyr kan nyttiggjøre seg nitrogengass direkte, men noen bakterier har denne evnen. De omdanner nitrogengass, N2, til ammoniakk NH3 (eller ammonium NH4+ ) ved en energikrevende reaksjon som kalles nitrogenfiksering (nitrogenbinding). De nitrogenbindende bakteriene bruker produktet av reaksjonen, NH4+, til å lage aminosyrer og andre byggesteiner, som trengs for å lage protein og DNA. Skal nitrogenkretsløpet fungere, er de nitrogenbindende bakteriene avgjørende.

Sykdomsbakterier

Omkring halvparten av sykdommer hos mennesker er forårsaket av bakterier. For eksempel er bakterien Mycobacterium tuberculosis årsak til at over én million mennesker dør av tuberkulose hvert år, og mer enn to millioner dør hvert år av tarmsykdommer forårsaket av ulike bakterier i omgivelsene.

Noen bakterier overføres til mennesker fra andre dyr. Pest er forårsaket av bakterien Yersinia pestis og kan overføres fra lopper. Borreliose, er forårsaket av Borrelia burgdorfii som overføres av flått.

Årsaken til at bakterier forårsaker sykdom er vanligvis at de produserer giftstoff, toksin.

Eksotoksin er protein som skilles ut av bakterier når de vokser. Denne evnen finnes både blant grampositive og gramnegative bakterier. Koleratoksin er et eksotoksin som skilles ut av bakterien Vibrio cholerae og som forårsaker kraftig diaré. Botulisme skyldes botulismetoksinet som produseres og skilles ut av Clostridium botulinum. Dette toksinet virker på nervesystemet.

Endotoksin er lipopolysakkarid fra den ytre membranen hos Gram negative bakterier. I motsetning til eksotoksin som skilles ut av levende celler, blir endotoksin frigjort først når bakterien dør. Endotoksin fra arter i slekten Salmonella forårsaker for eksempel matforgiftning med kraftig diarré.

Bruk av bakterier i industri og landbruk

Tradisjonell bioteknologi

Bioteknologi er bruk av levende organismer, eller deler av organismer (for eksempel enzymer) i industriell sammenheng. Mange bakterier er nyttige i denne sammenhengen fordi de produserer og skiller ut ulike syrer og alkoholer når de vokser. Til alle tider har menneskene utnyttet disse produktene til mat og drikke.

Produkter basert på bakterier:

Produkt Organisme
Surdeigsbrød Melkesyrebakterier
Eddik Acetobacter
Ost Propionibacterium
Melksyrebakterier
Surkål Melksyrebakterier
Sylteagurker Melksyrebakterier
Alkohol Zymomonas
Yoghurt Melksyrebakterier

Syrene og alkoholen som bakteriene produserer gjør maten mer holdbar over tid og var viktige før oppfinnelsen av kjøle- og fryseskap. Når mikroorganismer i dag brukes i industriell produksjon av matvarer, er det ikke bare for å bevare maten, men fordi smaken og lukten av gjæringsproduktene er blitt en del av matkulturen.

Bakterier har lenge vært brukt til å produsere finkjemikalier, enzymer og antibiotika industrielt. Storskalaproduksjon av penicillin ved hjelp av soppen Pencillium er viktig. Enkelte andre antibiotika framstilles på tilsvarende måte.

Moderne bioteknologi

Utviklingen av molekylærbiologi og genteknologi er grunnlaget for moderne bioteknologi innenfor landbruk og industri og har i stor grad vært basert på arbeid med bakterier. At det er mulig å endre gener og deretter overføre gener fra en organisme til en annen gir store muligheter. Bestemte gener fra dyr og planter kan lett isoleres og deretter bli satt inn i for eksempel bakterier. Bakteriene vil da produsere de produktene som genene koder for. Hormonet insulin var et av de første livsviktige produktene som ble produsert i bakerier på denne måte og nå brukes tilsvarende metode i produksjon av vaksiner og veksthormon.

Bakterien Agrobacterium tumefaciens forårsaker gallesyke hos mange planter. Den inneholder et plasmid, T-plasmid, som har evnen til å sette inn gener i plantens arvemateriale og forårsake dannelse av svulster. Ved hjelp av T-plasmidet er det satt inn nye gener i mange planter. Blant annet er det framstilt kaffeplanter med mindre koffein i bønnene, tomater som modnes langsomt og bomullsplaner som er motstandsdyktige mot sykdom.

En annen bakterie som er viktig for landbruket er den sporedannende Bacillus thuringensis. Det spesielle med den er at den produserer et protein i form av en krystall når den danner endosporer. Proteinet er et toksin, Bt toksin, som produseres og brukes for å drepe insektslarver. Ved hjelp av DNA-teknikk (T-plasmidet fra A.tumefaciens) er genet for toksinet isolert og satt inn i viktige matplanter På den måten produserer planten selv toksinet og sprøyting blir unødvendig.

Bioremediering

Antakelig finnes det ingen naturlig kjemisk forbindelse som ikke en eller annen bakterie kan utnytte. Dette utnyttes i praksis når det gjelder renovering av avfall. Fjerning av uønskede forbindelser ved hjelp av mikroorganismer kalles bioremediering. Dette er særlig viktig i forbindelse med renseanlegg for kloakk og avfallsvann. I renseanleggene blir partikler og faste stoffer først fjernet mekanisk. Deretter blir avfallsvannet behandlet med bakterier: først anaerobt og så aerobt. Det er mange ulike bakterier som deltar, blant annet arter i slekten Pseudomonas.

Oljenedbrytende bakterier hjelper til med å fjerne oljen etter oljelekkasjer og mange andre bakterier brukes praktisk til å bryte ned giftige stoffer.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer (3)

skrev Tor Stian Holte

Jeg finner ikke oppslagsordet mikrobiom i Store norske leksikon. Det står lite om samspillet mellom vert og bakterier og bakteriene i mellom. I tillegg til å kunne være farlige eller ufarlige, kan være bakterier være nyttige eller nødvendige. Dette er en del av bakterienes økologi og vertenes helse. Opplysningene om at mye av stoffskifte til deres foregår utenfor bakteriene, er viktig for å forstå samspillet mellom bakterier og vert. Det er for enkelt å tro at mekanismen bare består i at de snille bakteriene går løs på de slemme og kverker dem. De snille bakteriene endrer miljøet i verten, og dette endrer balansen mellom bakterieartene.

svarte Kjell-Olav Hovde

Hei Tor Stian. Takk for relevant og godt innspill. I høst har vi hatt et ryddeprosjekt i mikrobiologien for å skaffe oss oversikt over hva som finnes i Store medisinske og Store norske. Det er en god del overlappende artikler, og vi har begynt med å slå sammen dubletter slik at vi står igjen med én artikkel. I vårsemesteret skal vi i gang med revisjon og nyskriving, og da er mikrobiom et begrep vi setter på lista. Du er hjertelig velkommen til å foreslå en artikkel om mikrobiom, men den vil først blir evaluert når vi kommer i gang med revisjonen. Hilsen Kjell-Olav i redaksjonen

skrev Lars Nygaard

"De eldste dyrefossilene som er funnet, er til sammenligning 700 millioner år gamle." Det skal vel være 600 millioner, så vidt jeg kan skjønne. "Andre mikroorganismer er eukaryote og tilhører soppene, algene eller protozoene." Jeg skønnner at man må forenkle, men det blir litt voldsomt å utelate arkene, som er et helt domene. Noen velger jo å ta med arkene som en type bakterier, men da må det i så fall presiseres ett eller annet sted i artikkelen om opplysningene også gjelder for dem. "De er imidlertid prokaryote og har en cellevegg som minner om bakterienes." Det er jo strengt tatt riktig, men kan virke litt forvirrende. Det bør vel stå "en cellevegg av samme type som andre bakterier" eller noe lignende. Mvh, Lars Nygaard

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg