A prokarióták Szerkesztette: Vizkievicz András
A biológia tudománya az élők világát két alapvető egységre – ún. doménre, birodalomra - osztja: • a prokariótákra és az • eukariótákra. A prokarióták (legszembetűnőbb) közös sajátsága, hogy sejtjükben nincs membránnal körülhatárolt sejtmag. (Pro=előtt, karion=mag gör). Ezenkívül persze számos eltérés van e két birodalom között, a pro- és az eukarióták között nagyobb a különbség, mint az állatok és a növények között, a törzsfejlődés során kb. 2 milliárd évre volt szükség ahhoz, hogy a prokarióták kialakulását követően az első eukarióták megjelenjenek. Földünk legrégibb ismert élőlényei. Legkorábbi geológiai maradványaik a sztromatolitok, kb. 3,4 milliárd évesek. A sztromatolitok réteges, párnaszerű üledékes kőzetek, amelyek egyes ősi kékbaktériumok sejtjei körüli mészkiválás erdményeképpen jöttek létre. Máshol maradványaik főleg olyan szilikátos kőzetekben maradtak fenn, amelyek nagyon híg kovasavoldatok lassú töményedésével, majd kikristályosodásával keletkeztek. Abban az időben a földi légkör nem tartalmazott oxigént, tehát az ekkor élt baktériumok anaerobok voltak. Kb. 2.5 milliárd évvel ezelőtt terjedtek el tömegesen az aerob fotoszintetizáló baktériumok, amelyek lassan oxigénnel töltötték meg a légkört. A prokarióták a legegyszerűbb felépítésű, már sejtes szerveződést mutató élőlények. A prokariótákon belül 2 fő csoportot – országot különítünk el: 1. ősbaktériumok-archaeák (az élőlények 6. országa), 2. valódi baktériumok (eubacteria). Az ősbaktériumok az élővilág korai formáit képviselő szervezetek. A talajban, természetes vizekben, szélsőséges körülmények között élnek. Viszonylag magas hőmérsékletű, gyakran 100 °C-nál melegebb helyeken, gejzírekben, óceán fenekén található hőforrásokban is képesek túlélni és szaporodni. Mások rendkívül hideg vagy nagyon sós, savas vagy lúgos vizekben találhatóak meg. Előfordulnak az ember környezetében, a kérődzők bendőjében, illetve a termeszek emésztőcsatornájában végzik feladatukat. A szennyvizek tisztításában, a biogáz előállításában (metántermelők) jelentős szerepet játszanak.
1
Az általuk kedvelt élőhely alapján három csoportba szokás osztani őket: • a halofil fajok extrém sós környezetben élnek, • metanogén fajok anaerob környezetben – kérődzők gyomrában, mélytengerekben - fejlődnek és ecetsavból vagy H2-ből, CO2-al metánt termelnek (a CO2 a végső e felvevő), • termofilek meleg élőhelyeken, például hőforrásokban élnek. A Föld őstörtének egy hosszú periódusában az élővilág főtömegét valószínűleg ők alkották. Az ősi elnevezés arra utal, hogy egyes feltételezés szerint ezek a szervezetek az eubaktériumoknál előbb léteztek. A sejtfal felépítésében, a sejtmembrán szerkezetében, ill. a genetikai anyag működésében (átírás, fehérjeszintézis) alapvető különbség van az eubaktériumokhoz képest. A fehérjeszintézisben való hasonlóság alapján az eukarioták ősi ágának is tekinthetők. Az archaeák néhány tulajdonsága az eubaktériumokéval közös, de genetikai anyaguk átírási módja inkább eukarióta sajátságokat mutat. Sejtmembránjuk és sejtfaluk felépítése viszont egyedülálló az élővilágban. Mindkét prokarióta csoport valamilyen feltételezett – hipotetikus - ősből a földi élet kialakulásának korai szakaszában ágazott ki. Az ősbaktériumok törzsfejlődéstanilag azonban sok tekintetben közelebb állnak az eukariotákhoz, mint a baktériumokhoz.
Az eubaktériumok Az eubaktériumok a hagyományos értelemben vett baktériumok. A Föld minden élőhelyén megtalálhatóak: vízben, szárazföldön vagy a levegőben, még mélytengeri hőforrásokban és nukleáris hulladékban is. Egy gramm talaj kb. 40 millió, egy ml felszíni víz egymillió baktériumsejtet tartalmaz. A Földön pedig összesen mintegy 5 kvintillió (5 × 1030) baktérium élhet. Tízszer annyi baktérium van az emberi testben, mint emberi sejt. A legtöbb baktérium a bőr felszínén és az emésztőrendszerben található.
Méret Már fénymikroszkóppal láthatók néhány 100 x-os nagyítás mellett. Átlagos méretük 1 -10 mikrométer (1µm = 10-6 m). Kicsiny méretük óriási összfelülettel párosul, melynek ökológiai jelentősége van (lebontó szerep). 1mikrométer átmérőjű kokkuszokat véve, 1 mm3-ben 109 sejt található, amelyek összfelülete 3.1 négyzetméter. Egy felnőtt ember testfelülete 1.9 négyzetméter.
A fénymikroszkóp Főbb részei: • talpazat, • a tubus, • a revolverfoglalat, • mozgatható tárgyasztal, • kezelőgombok, • megvilágító rendszer.
2
A tubus a szemlencse (okulár) és a tárgylencse (objektív) befoglalására szolgál. A tárgyasztal az objektív alatt található, amely a preparátum elhelyezésére szolgál. Az optikai rendszer nagyítása az objektív és az okulár nagyításának szorzatával egyenlő. A baktériumok szerveződése A sejtek magányosak v. osztódás után együtt maradva laza kolóniákat, ún. sejttársulást hozhatnak létre. Alak 4 csoportba oszthatók: 1. gömb (kokkuszok) 2. pálcika (bacillusok) 3. csavar (spirillumok) 4. félhold (vibrió) A sejtek felépítése Sejtfal Minden baktériumot kívülről sejtfal borít, amely biztosítja a sejt állandó alakját és egyben véd is. A sejtfal anyagának a neve: murein. A murein • szénhidrátokból és • aminosavakból épül fel, felépítése, összetétele egyedülálló az élővilágban (D-aminosavak). A szénhidrátláncokat peptidekből álló hidak kapcsolják össze, melyekben sok D-aminósav fordul elő.
A sejtfal szerkezete alapján megkülönböztetünk Gram+ és Gram- baktériumokat. • A Gram+ baktériumok sejtfala vastag murein rétegből áll. • a Gram- baktériumok sejtfala összetett, a murein csak egy vékony réteget alkot, amelyen kívül van még egy lipopoliszacharid membrán. A Gram elnevezés egy festési eljárás: a baktériumokat kristályibolya festékkel és jóddal megfestik, majd etanollal megpróbálják a festéket kimosni. A Gram- baktériumoknál a festék a sejtfalhoz gyengén kötődik könnyen kimosható, a Gram+ esetén ellenkezőleg. Magyarázat: a festék alkoholos kivonását a sejtfal határozza meg: ha ez vastag akkor megakadályozza a festék eltávolítását, másrészt a membránon és a plazmán kívül maga a sejtfal is festődik. Gram+ pl. a tej savanyodását okozó lactcoccus, vagy a tüdőgyulladást okozó streptococcus. Gram- pl. az Escherichia coli, Rhizobium fajok, amelyek a pillangósvirágúak gyökérgümőiben élnek és a légköri N-t képesek megkötni. Christian Gram 1884.
Kedvezőtlen körülmények között spórát képeznek: a plazma vizet veszít, összezsugorodik, újabb falat választ az örökitőanyag és egy kis 3
plazma köré. Pl. a lépfene baktérium így a 130 fokot is elviseli. Tehát a baktériumok spórája nem ivartalan szaporítósejt, mint a növényeknél. A baktériumok penicillin érzékenysége is a sejtfalnak köszönhető, a penicillin a bakteriális sejtfal képzését gátolja úgy, hogy megakadályozza a szénhidrát láncok közötti peptidhidak kialakulását. Tok A baktériumok egy részén a sejtfalon kívül még egy nyálkás, kocsonyás tok található. A tok feladata • a védelem az immunrendszerrel szemben, védi a sejtet a bekebelezéstől, • szerepet játszik a tápanyag megkötésében, • segítségével összetapadhatnak a sejtek (sejttársulás), • méreganyagokat tartalmazhat, pl. tetanusz baciknál. Citoplazma membrán Egy foszfolipid kettősréteg, mely a sejtfal alatt található, lebonyolítja az anyagforgalmat a sejt és környezete között. Jelentős feladatai miatt a sejt igyekszik felületét növelni. Mivel a sejtfal miatt ez kifelé nem valósulhat meg, ezért a sejt belseje felé terjeszkedik, különféle betűrődések jönnek létre. A betüremkedések alapvetően 2 feladatot látnak el: 1. a fotoszintetizáló baktériumok esetén itt találhatóak a színanyagok pl. a bakterioklorofill. 2. Lehetnek mezoszómák, amelyekhez DNS kapcsolódik, részt vesz a DNS megkettőződésében, egyenletes szétosztásában.
Citoplazma A sejtanyagcsere színtere. Itt található a DNS állomány (genom), amely egy v. több azonos összetételű gyűrűs DNS-ből áll, nem határolódik el membránnal a citoplazmától. Ezt a DNS-t baktérium kromoszómának is nevezzük. Ezenkívül vannak plazmidok (antibiotikum rezisztencia gének) és riboszómák. Ostor A baktériumok egy része ún. ostor segítségével mozogni képes. Ez az ostor kémiailag és szerkezetileg is eltér az eukarióták ostorától. A sejteken lehet 1, 2, v. sok ostor, amelyek lehetnek a sejt egyik oldalán, de lehetnek körben is. Szaporodás A prokarióták nagyon gyorsan tudnak szaporodni. 20 percenként kettéosztódnak, tehát számuk 20 percenként a kettő hatványainak sorozatában nő. Ha egyetlen baktériumból indulunk ki, és feltételezzük, hogy a belőle keletkező utódok minden 20dik percben kettéosztódnak, akkor 48 óra alatt a földnek megfelelő tömeg jönne létre.
A prokarióták a legegyszerűbb módon főleg hasadással szaporodnak, amikor is a sejt egyszerűen kettéfűződik. A folyamatot ivartalan szaporodásnak tekintjük, mivel az osztódást nem előzi meg 2 sejt egyesülése.
4
A baktériumoknál hiányzik az ivaros szaporodásnak az eukariótáknál megszokott formája. Nincs meiózis és nincs az ivarsejtek teljes összeolvadásához hasonlító megtermékenyítés. A baktériumok ivaros szaporodása során a sejtek valamilyen módon kicserélhetik genetikai anyaguk egy részét, így az utódsejtek tulajdonságai eltérhetnek a szülői sejtekétől. Az ivaros szaporodásuknak három különböző módja lehetséges. Ezek a transzformáció, konjugáció és transzdukció. Mindhárom esetben a génátadás egyirányú. A transzformáció A transzformáció során a sejt a környezetéből idegen DNS-t vesz fel és a rajta elhelyezkedő gént v. géneket beépíti saját genetikai anyagába. Így adhatja át az egyik baktérium a másiknak, pl. az antibiotikumokkal szembeni ellenállóképességet. Konjugáció Két baktérium között egy plazmahíd jön létre. A konjugáció során a plazmid megkettőződik és a hídon keresztül a „hím” baktérium DNS-t ad át a „nő” baktériumnak megváltoztatva annak genetikai készletét. A „hím” vagy donor az a baktérium, amely a tartalmazza az ún. F plazmidot, azt a kis méretű gyűrűalakú DNS-t, amely hordozza a híd kialakulásához szükséges információt. Transzdukció A transzdukció a génátvitelnek az a módja, amelyben az egyik baktériumsejtből a másikba bakteriofágok segítségével jut át genetikai információ. A vírus DNS és a baktérium DNS-e kombinálódik, az új vírusrészecskék tartalmazzák a donor bakteriális DNS-t, melyet a kiszabaduló vírusok visznek át a következő baktériumba. A molekuláris genetikában a génátvitel egy bevált módszere.
Az ivaros folyamat után az új információtartalmú sejtek hasadással szaporodnak tovább. Életmód Az élőlényeket – így a baktériumokat is – A) a szénforrás, ill. B) az energiaszerzés szerint azaz az anyagcsere szempontjából lehet csoportosítani.
5
A) Szénforrás szerint az élőlények lehetnek: 1. autotrófok: melyek a testük felépítéséhez szükséges anyagokat az élettelen környezetből veszik fel. A felvett anyagok mindig szervetlen anyagok: CO2, H2O, NH3 (autosz=önmaga, trófosz=táplálkozó, gör.).
Az autotrófok baktériumok az energiaforrás típusát tekintve lehetnek: a) fototrófok: ahol az energiaforrás a nap fényenergiája. A folyamat a fotoszintézis, mikor az élőlények széndioxidból és vízből a nap energiájának segítségével saját testük felépítéséhez szükséges szerves anyagokat állítanak elő. A folyamat mellékterméke lehet oxigén. Ilyenek pl. a kékbaktériumok. • • •
Fikocián tartalmuk miatt kékek. H-forrás: a víz. Aerobok. Oxigént termelnek.
b) Kemotrófok, kemoszintetizálók: a szükséges energia valamilyen szevetlen anyag oxidációjából származik. Ezek a baktériumok pigment- és fényhiány ellenére is életképesek. • Nitrifikálók, pl. NH3 NO2 pl. Nitrosomonas, • •
pl. H2S pl. Fe2+
S kénbaktériumok, Fe3+ vasbaktériumok.
2. Heterotrófok: testük felépítéséhez szükséges anyagokat az élő környezetből veszik fel szerves anyagok formájában, s ennek egy részének lebontásával nyerik az energiát, más részét átalakítják saját testük anyagaivá. Ide tartoznak heterotróf baktériumok, gombák és az állatok. B) Energiaforrás szerinti csoportosítás Csoportosíthatjuk az élőlényeket aszerint is, hogy a testük felépítéséhez szükséges anyagok (szerves anyagok) előállításához honnan nyerik az energiát. 1. Fototrófok, lásd fent. A fototróf élőlények lehetnek baktériumok, egysejtű algák, és növények. 2. Kemortófok A szerves anyagaik előállításához különböző forrásból származó kémiai energiát használnak fel. A kemotróf élőlények lehetnek: a) autotrófok, ha az energia szervetlen anyagok oxidálásából származik (nitrifikálók) (kemolitotrófok). b)
Heterotrófok, ha az energia szerves anyagok lebomlásából származik, mint pl. a gombáknál, ill. az állatoknál (kemoorganotrófok).
6
A heterotróf baktériumokat életmód szerint tovább csoportosíthatjuk: 1. szaprofiták: az elpusztult élőlények szerves anyagait bontják le (szaprosz=korhadt, fita=növény, gör.). A szaprofiták nélkül megállna az anyagok körforgása, pl. az összes szén az elpusztult állatokban és növényekben halmozódna fel. Ilyenek pl. tejsavbaktériumok, amelyek a tejcukrot bontják tejsavvá, ill. a talajbacik. 2. Szimbionták: amikor egy baktérium egy másik élőlénnyel olyan együttélésben él, amely mindkét fél számára előnyös. A prokarióták több olyan különleges anyagcsereúttal rendelkeznek, amelyekkel a magasabb rendű élőlények nem (a légköri nitrogén felhasználása, cellulóz bontása). Az eukarióták ezeket a képességeiket igénybe veszik, cserébe szaporodásukhoz megfelelő körülményeket teremtenek. • Pillangósvirágú növények gyökérgümőiben élő nitrogénkötő baktériumok, • a növényevő állatok beleiben élő cellulózbontó baktériumok. • Ember beleiben coli baktériumok. 3. Paraziták A parazita baktériumok különféle betegségeket okoznak. A baktériumos fertőzés jellemző tünetei: láz, fejfájás, hányás, hasmenés, gyulladások, melyeket a baktériumsejt által termelt méreganyagok váltanak ki. Például a legerősebb ismert toxin a Clostridium botulinum által termelt botulin neurotoxin (botox) egy grammja egy millió ember halálát okozhatja. Amennyiben botoxszal meggátoljuk a ráncképződésért felelős izmok működését, elérhetjük, hogy a ráncképződés megszűnjön, az arcbőr kisimuljon. A hatás csak időleges, a kezelést 3-4 havonta meg kell ismételni.
Szalmonella: ételmérgezés, rendszerint fertőzött étel fogyasztása után kialakuló gyomor-bélrendszeri betegség. A baktérium a szájon át kerül be a szervezetbe szennyezett élelmiszerrel vagy innivalóval. A fertőzés, amely magas lázzal, görcsös hasfájással, hányással, hasmenéssel jár. A kezelés során fokozottan ügyelni kell a folyadék pótlására a kiszáradás elkerülésének érdekében. A fertőzés a nyári hónapokban gyakoribb, mert ilyenkor a meleg hatására a nem megfelelően tárolt élelmiszerekben a baktérium könnyen elszaporodik. A kórokozó a széklettel ürül, a nem megfelelő higiénés viszonyok, a kézmosás hiánya elősegítheti lakóközösségen belüli terjedését. Ritkán előfordulhat társuló ízületi gyulladás, ha a baktérium a véráram útján eljut az ízületekbe.
Vérhas: tünetei az előzőhöz hasonlóak, de a betegség lefolyása annál súlyosabb, véres nyálkás széklettel. Kolera: A betegséget rizslészerű, híg vizes székletürítés jellemzi, hányással vagy anélkül. Láz ritkán alakul ki, hasi görcsök, fájdalom nincs. A kolerabaktérium leginkább vizes környezetben él. Az ember akkor fertőződik, amikor a kórokozóval szennyezett vizet vagy fertőzött ételféleségeket fogyaszt.
7
Pestis: a nyirokcsomók gennyesedésével járó igen súlyos betegség. A pestis kórokozója a fertőzött patkány bolhájának csípésével vagy a bolha ürülékének elfogyasztásával jut be az emberi szervezetbe. A baktérium cseppfertőzéssel is terjed. A pestisnek két típusát különítjük el, úgymint bubópestis és tüdőpestis. A bubópestis tünetei: • Testszerte erősen megduzzadt nyirokcsomók ("bubók") jönnek létre. • Hirtelen kialakuló magas láz, hidegrázás. • Rosszullét. • Izomfájdalmak, kínzó fejfájás. A tüdőpestis tünetei: • Kínzó, rohamokban jelentkező köhögés, habos, véres köpetürítés. • Légzési és keringési elégtelenség. Kezelés nélkül a bubópestis kb. 50%-ban a tüdőpestis közel 100%-ban halálos betegség. A megfelelő kezelés a halálozási arányt 5%-ra szoríthatja le.
Lepra: jellemzője a végtagok idegeinek a pusztulása, melyet egyéb szövetek, pl. izomszövetek elhalása kísér, erőteljes testi és szellemi leépülés, súlyosan torzító bőrgyulladás. Lappangási ideje 3-5 év! A bőrben gümőkórhoz hasonló csomók keletkeznek. Az idegek károsodása érzéskiesésekben, izomgyengeségben, a végtagokban megjelenő állandó zsibbadásban nyilvánul meg. Gyakoriak az ujjak, kezek, lábujjak elveszítése. A lepra krónikus betegség, a beteg akár 20 évig is élhet. Tbc (tuberculosis): elsődlegesen a tüdő szövetének pusztulásával járó betegség. A betegség jellemzően a tüdőben gyulladással kezdődik, de később az egész szervezetre kiterjedhet. A megelőzés elődleges eszköze Magyarországon az újszülöttek és a gyermekek kötelező rendszeres BCG-oltása. Tüdőszűréssel az esetlegesen kezdődő folyamatok jól kimutathatók, és idejében, hatékonyan gyógyíthatók. Ha a kórokozók a vérárammal szétszóródnak, és más szervekben is megtelepednek, tüdőn kívüli szervi tuberkulózis alakulhat ki, melyek a következők lehetnek: • A csont-tbc csontszövetelhalást, kóros csonttöréseket okoz. • A vese tbc a vese szöveteinek elhalásával jár. • A gyomor-bél- tbc A tüdőből felköhögött fertőző váladék lenyelése is okozhatja. A bélcsatornában körkörösen elhelyezkedő fekélyek formájában mutatkozik meg, mely hegesedés következtében bélelzáródáshoz vezet. • A szív-tbc a szívburkok megbetegedése.
A skarlát lázzal, hidegrázással, torokfájással, gyakran hányással, hasi fájdalommal járó kiütéses betegség. A nyelv megduzzad, vörössé és szemcsézetté válik, ez az úgynevezett málnanyelv-tünet. A tetanusz egy a talajban élő anaerob baktérium toxinja által okozott merevgörccsel járó bénulás, mely kezeletlen esetben halálos. A kórokozó a szervezetbe földdel szennyezett sérüléseken keresztül tud bejutni. A baktérium méreganyaga az ideg-izom jelátvitelben szereplő anyag – acetilkolin – lebomlását gátolja, miáltal súlyos izomgörcsök 8
alakulnak ki. Az izommerevség gyorsan terjed fentről lefelé, folyamatosan egyre több izmot érint, végül a légzőizmok görcse halált okoz. A lappangási átlagosan egy hét. Magyarországon 3, 4, 5, 36 hónapos, majd pedig 6 és 11 éves korban a gyerekek DPT védőoltást (diftéria = torokgyík, pertussis =szamárköhögés, tetanusz = merevgörcs) kapnak. Ugyanakkor levegőtől elzárt, mély, szúrt, földdel szennyezett sérülések esetén szükséges ún. emlékeztető oltás az immunrendszer válaszának erősítése céljából. A pertussis - szamárköhögés különböző kórokozók által okozott tünetegyüttes, amelyet rohamokban jelentkező, súlyos, kezdetben hurutos, később "szamár-ordítás" szerű köhögés jellemez. Az életet veszélyeztető idegrendszeri és léguti szövődményei főként csecsemőkorban fordulnak elő, egyébként a betegség magától gyógyul. A diftéria vagy torokgyík ún. álhártyás gyulladás, amely leginkább a mandulákon, ritkábban a gégében alakul ki. A betegség lassan, fokozatosan fejlődik ki, a láz nem jellemző. Súlyos szövődményként szívizomkárosodást és ideggyulladást okoz, illetve ha az álhártya a gégében jelenik meg, ez fulladáshoz vezet. A Lyme-kór kullancs által terjesztett bakteriális fertőzés, amely először bőrtünetekkel, később, kezeletlen esetekben pedig ízületi és izomfájdalmakkal jár, majd gyakran idegrendszeri elváltozásokat okoz. Közép-Európa a világ egyik legfertőzöttebb területe. Magyarországon évente kb. 10 000 friss fertőzés fordulhat elő. Különösen fertőzött a Budai-hegység, a Balaton-felvidék és a nyugat-magyarországi területek. A legelső tünet általában a csípés körül megjelenő, legalább 5 cmesre megnövő, többnyire ovális alakú bőrpír. A baktériumos betegségekkel szemben antibiotikummal védekezhetünk. Az antibiotikumok olyan hatóanyagok, melyek az állati, ill. emberi szervezetben megtelepedett baktériumokat elpusztítják vagy szaporodásukat gátolják. Antibiotikus hatású számos különböző összetételű és szerkezetű anyag lehet. Hagyományosan korábban antibiotikumoknak csak a különféle gombák által termelt hatóanyagokat nevezték. Azóta kiderült, hogy, antibiotikus hatású anyagokat nem csak gombák termelnek, hanem pl. baktériumok is, ill. már ismertek mesterségesen előállított ún. szintetikus, ill. természetes antibiotikumok kémiai módosításával készített félszintetikus hatóanyagok is. Amennyiben egy baktérium ellenáll az antibiotikumnak, úgy rezisztensnek tekintjük a hatóanyaggal szemben. Ennek hátterében a plazmidokon található antibiotikum rezisztencia gének állnak, amelyek olyan fehérjéket kódolnak, amelyek közömbösítik az antibiotikumok hatását. Mivel a plazmidokat a baktériumok ivaros folyamataikban könnyen átadják egymásnak ezért fontos, hogy betartsuk a gyógyszerek szedésére vonatkozó szabályokat. Az első antibiotikum a penicillin felfedezése Alexander Fleming (1881-1955) nevéhez kötődik. A laboratóriumában található egyik Staphylococcus baktériumkultúrát levegő érte, és megpenészedett. Fleming észrevette, hogy a tenyészetnek az a része, amely közvetlenül körülvette a penészt, feloldódott.
9
Ebből helyesen arra következtetett, hogy a penész olyan anyagot termelt, amely mérgező volt a Staphylococcus baktériumra. Hamarosan azt is sikerült kimutatnia, hogy ugyanez az anyag sok más káros baktériumfajta növekedését is meggátolta. Az anyag, melyet penicillinnek nevezett el a penész (penicillium notatum) után, amely termelte, nem volt mérgező emberre és állatra sem. Később az emberi nyálban felfedezte a lizozim nevű antibakteriális enzimet. A fertőző betegségek kialakulását, terjedését különféle fertőtlenítési eljárásokkal előzhetjük meg. A különféle fertőzéseses, járványokat okozó betegségek és a mikroorganizmusok közötti összefüggés felderítésében és a járványok (lépfene) elleni küzdelemben úttörőszerepet játszott Louis Pasteur 1822-1895 francia vegyész és mikrobiológus. Tudományosan először ő bizonyította, hogy a baktériumok fertőzések forrásai, és bemutatta, hogyan lehet elszaporodásukat megelőzni. Tanulmányozta az erjedést, kimutatta, hogy az erjedést parányi organizmusok okozzák, ill. ha nincsenek jelen, az erjedés nem indul meg, megfigyelte, hogy az élesztőgomba képes oxigén nélkül szaporodni. Bizonyította, hogy hő hatására lejátszódó csírátlanítás megakadályozta az élelmiszerek romlását. Az élelmiszeriparban használt hőkezeléses eljárást feltalálójáról pasztörizálásnak nevezték el. Felismerte, hogy néhány mikroorganizmus-fajta az emberekben és az állatokban is betegségeket okozhatnak, a megelőzés módja lehet, hogy az ártalmas baktériumok bejutását kell megakadályozni az szervezetbe. A másik legismertebb felfedezése a veszettség elleni védőoltás kidolgozása volt. Kimutatta, hogy ha egy egészséges kutyát beoltanak egy veszett kutya nyúltagyának egy darabjával, az állaton megjelennek a veszettség tünetei. Ugyanakkor fertőzött állatok szárított szöveteivel – nyúlgerinc - kísérletezve Pasteurnek sikerült a vírusból olyan gyengített változatot előállítania, amelyet már felhasználhatott a védőoltásokhoz. Egy menthetetlennek látszó kilenc éves kutyaharapásos elzászi kisfiún tesztelte a vakcinát. A gyermek egészségi állapota a próbaoltás után tíz nappal látványosan javult. Hőgyes Endre1847. nov. 30. – 1906. szept. 8 Egyike a legkimagaslóbb magyar orvoskutatóknak. Ideg- és veseélettani kutatásokat folytatott, azonban a legnagyobb sikert és a nemzetközi elismerést az hozta meg számára, hogy módosította Pasteur veszettség elleni védőoltását, amennyiben a vírus gyengítésére nem a beszáradásos – eredeti – eljárást, hanem hígítást alkalmazott. Ez irányú eredményeit maga Pasteur is elismerte, és a nemzetközi gyógyászatban a Hőgyes-féle módszer terjedt el, ezt a módszert alkalmazzák jelenleg is. Méltán nevezi tehát az utókor a „magyar Pasteur”-nek. A fertőzések, járványok megelőzésének érdekében fontos, hogy betartsuk az alapvető higiénés szabályokat: • Fontos a rendszeres, szappanos vagy kézfertőtlenítő készítményekkel történő kézmosás. • Soha ne nyúljunk piszkos kézzel a szemünkhöz, a szánkhoz.
10
• A sebeket minél előbb, megfelelően el kell látni, hogy ezzel is csökkentsük a fertőzésveszélyt. • Csak megbízható eredetű ételt és italt fogyasszunk. A meleg ételeket lehetőség szerint forraljuk át - hőkezeléssel a kórokozók jelentős része elpusztítható. • A zöldségféléket fogyasztás előtt ivóvíz minőségű vízzel alaposan mossuk át, hámozzuk meg. • Az idegen területeken csak ellenőrzött, vezetékes ivóvizet használjunk, az ásott kutakból inni kockázatos. A sterilizálásnak két alapvető módja ismert. 1. A fizikai eljárások során vagy hővel, vagy különféle sugárzásokkal pusztítjuk el a kórokozókat. A fertőtlenítés hatékonyságát jelentősen befolyásolja, hogy nedves vagy száraz hővel történik–e. A mikroorganizmusok a száraz hőnek jobban ellenállnak, mint a nedvesnek. A mikroorganizmusok hővel viszonylag könnyen elpusztíthatók. A baktériumok nedves közegben • 58-60 ºC-on 30-60 perc alatt, • 70ºC-on 5-10 perc alatt, • 100 ºC-on pedig néhány másodperc alatt eliminálódnak. A baktériumok spórás alakjai ellenállóbbak, de a forrásban lévő víz hőmérsékletén a legtöbbjük 20 percen belül elpusztul. A vírusok nagy része 50-60 ºC-on néhány perc alatt inaktiválódik. Az autoklávokban a magas hőmérséklet mellett nagy nyomást alkalmaznak, ez a tuti.
2. A kémiai eljárások során a fertőtlenítőszerek (baktericid, sporocid, virucid, fungicid) hatásukat annak köszönhetik, hogy: • • • • •
Oxidatív úton károsítják a sejteket. Megváltoztatják a sejtmembrán áteresztőképességét, illetve roncsolják a sejthártyákat. A sejtek fehérjekomponenseit koagulálják. Inaktiválják a sejtek létfontosságú enzimeit. Klór, jód formalin, hidrogénperoxid, alkohol.
A fertőzések, járványok megelőzésének érdekében fontos, hogy betartsuk az alapvető higiénés szabályokat. A kórházakban nélkülözhetetlen higiéniára először Semmelweis Ignác (1818-1865) magyar orvos az „anyák megmentője” hívta fel a figyelmet. A lelkiismeretesség, a kötelességtudás és önzetlenség mintaképe. Szt. Rókus kórház szülészeti osztályának főorvosaként kimutatta az fertőtlenítő eljárások előnyeit a szülészetben és a sebészetben. Rájött, hogy a gyermekágyi lázat az orvosok és orvostanhallgatók okozzák azzal, hogy boncolás után mentek át a szülészeti osztályra, s ott fertőtlenítetlen kézzel vizsgálták a várandós nőket. Fertőtlenítésként klórmeszes kézmosást ajánlott kollégáinak. Ezzel kezdődött szélmalomharca az akkori hivatalos, tudományos világgal. Mind gyakorlatával, mind írásaiban próbálta terjeszteni nézeteit, de sajnos az orvostársadalom nem vett róla tudomást. Élete végén magatartásában az elmezavar jelei mutatkoztak, Döblingben elmegyógyintézetbe zárták, ahol – ápolói agresszív magaviselete miatt súlyosan bántalmazták – tisztázatlan körülmények között két hét után meghalt. A hivatalos verzió szerint a hullamérgezés végzett vele.
11
Miért maradhattak fenn a prokarióták az evolúcióban? 1. A baktériumok anyagcseréje rendkívül sokféle, számos olyan működésre képesek, amelyekre az eukarióták nem, ezért az élet számára nélkülözhetetlenek. • Nitrogénkötés, • cellulózbontás. 2. A fentieknek köszönhetően igen szélsőséges körülményekhez is képesek alkalmazkodni, így fennmaradhattak olyan – pl. oxigén szegény - élőhelyeken ahol az eukarióták már nem versenyképesek. 3. Rendkívüli mértékben képesek szaporodni. A baktériumok hasznosítása •
Élelmiszergyártásban az emberiség évezredek óta használja a baktériumokat (az élesztőkkel és penészgombákkal együtt) olyan alapvető élelmiszerek készítésére, mint a bor, sajtok, savanyúság, ecet, szójaszósz, savanyú káposzta vagy joghurt.
•
Iparban hulladékfeldolgozásra, szennyvíztisztításra hasznosítják őket.
•
A kőolajban levő szénhidrogéneket lebontó baktériumokat olajfoltok megszüntetésére használják.
•
Metántermelő anaerob lebontó baktériumok biogáz előállítására képesek.
•
A biológiai védekezés során a növényvédőszerek helyett is használhatóak baktériumok, mivel az emberre, az élővilágra és a hasznos rovarokra kicsi vagy semmilyen káros hatással nincsenek, környezetbarát rovarirtónak tekinthetőek.
•
A gyógyszeriparban egyes gyógyszerek, vitaminok – B2 és B12 - előállításában szintén baktériumok működnek közre, mint pl. a biotechnológiában alkalmazott baktériumok inzulin, növekedési faktorok vagy antitestek előállítására képesek.
•
Silózás (erjesztett takarmányok) Silózás során a felhalmozott és jól összetömörített takarmányokban a növényeken mindig jelenlévő tejsavbaktériumok elszaporodnak, a takarmányok cukraiból tejsavat állítanak elő, mely a többi, káros bontó baktérium tevékenységét gátolja, a takarmányt pedig tartósítja. Ha a takarmányhoz levegő nem jut, igen hosszú ideig (akár évtizedekig) eltartható romlatlan állapotban.
12
