Что такое вредные микроорганизмы
Чем отличаются бактерии, микробы и вирусы?
Бактерии, вирусы и различные паразиты беспокоили человечество на протяжении всей его истории. За примерами далеко ходить не надо, вспышка коронавируса в 2020 году — яркое тому подтверждение. Но микроорганизмы также изменили жизнь (при этом не всегда в худшую сторону) и повлияли на нашу эволюцию. Например, паразиты помогли нашей иммунной системе обрести необходимый стимул и стать рабочей, а бактерии целиком и полностью определили правила жизни на этой планете. Иногда кажется, что мы, люди, просто игрушки в их руках. И здесь встает вполне разумный вопрос: чем же, собственно, отличаются микробы, бактерии и вирусы?
Микробы являются хозяевами этой планеты
Что такое микробы
Большинство микробов являются безвредными для человека, однако есть и те, которые, попадая в организм, вызывают различные болезни и инфекции. В зависимости от строения и влияния на человека выделяют несколько видов микробов, в том числе самые распространенные:
Другими словами, под микробами подразумеваются все живые микроорганизмы, которые нас окружают. А уже они подразделяются на виды. Чаще всего в повседневной жизни под микробами подразумеваются бактерии, то есть их приравнивают друг к другу. В теории это можно делать (мы же называем апельсины фруктами), однако бактерии это отдельный класс микробов.
К микробам относятся бактерии, вирусы и другие микроорганизмы
Что такое бактерии
Бактерии — одноклеточные микроорганизмы (микробы), у которых нет оформленного клеточного ядра. Это самый распространенный вид живых организмов, которые обитают на Земле.
Бактерии бывают не только «плохие», которые вызывают инфекции и последующие за ними болезни. Многие бактерии являются неотъемлемой частью жизни человека, без них мы просто не смогли бы жизнь. Например, в этот момент, когда вы читаете этот текст, получаете пользу от работы бактерий. От кислорода, который вы вдыхаете, до питательных веществ, которые извлекает желудок из еды, вам нужно благодарить бактерии за процветание на этой планете. В нашем организме микроорганизмов, включая бактерий, больше, чем наших собственных клетках примерно в десять раз.
В человеческом организме около 39 триллионов бактерий.
Из-за этого многие шутят, что мы, наверное, больше микробы, чем люди. И в определенной степени это действительно так.
Лактобактерий помогает пищеварительным процессам в кишечнике
Чем бактерии так уникальны? Все в мире состоит из клеток — это строительные кирпичики жизни, из них состоят ткани нашего тела, лапка вашего кота и дерево, которое растет за окном. Такие клетки обладают ядром и называются эукариотами. Бактерии же не имеют ядер, и их генетический материал (ДНК) свободно плавает внутри клетки. Они обладают другими методами воспроизводства и передачи генетического материала. Бактерии считаются прокариотами.
Чем отличаются бактерии от микробов
Чтобы выделить бактерии среди микробов, необходимо убедиться в том, что мы имеем дело с одноклеточным безъядерным организмом. Этим занимаются специалисты — микробиологи.
В отличие от других микробов, бактерии выделяют на категории по критериям, которые относятся только к ним:
Большинство бактерий являются полезными, причем зачастую их используют в промышленности, пользуясь одним их ярким качеством: они могут есть то, что не может человек. Бактерии развивались, чтобы поглощать все типы продуктов, от разливов нефти и побочных продуктов ядерного распада до человеческих отходов и продуктов разложения.
Именно бактерии вызывают неприятный запах, который появляется в мусорной корзине — они перерабатывают остатки пищи и испуская собственные газообразные побочные продукты. Вы также можете обвинить бактерии в том, что они вызывают эти неловкие моменты, когда вы сами испускаете газы, или если у вас запах изо рта.
Сколько лет бактериям? Ученые до сих пор не могут ответить на этот вопрос. Предположительно именно они породили одни из самых древних окаменелостей, которым 3,5 миллиарда лет. Сколько до этого существовали сами бактерии — и представить-то сложно. Дело в том, что некоторые бактерии могут противостоять экстремальным условиям, когда либо очень жарко или холодно, либо отсутствуют питательные вещества и химикаты, которые мы обычно ассоциируем с жизнью. Они могут существовать практически вечно.
Вредные бактерии
Так выглядят бактерии, которые вызывают стафилококковые инфекции
Большинство вредных бактерий удается уничтожить с помощью антибиотиков, однако если прервать лечение раньше времени, те бактерии, которые выживут, выработают устойчивость к лекарству и останутся, дожидаясь следующего шанса. Поэтому врачи рекомендуют завершать курс антибиотиков до конца.
Бактерии вида Halomonas titanicae прямо сейчас разъедают металл, оставшийся после крушения корабля «Титаник». Представьте, на что они способны.
Бактерия Halomonas titanicae потихоньку «обедает» Титаником
Что такое вирус
Но если бактерии могут быть такими опасными, почему мы больше боимся вирусов, чем бактерий? В отличие от бактерий, вирусы могут поражать не только сложные живые организмы, но и… сами бактерии.
Вирус — неклеточный инфекционный организм, который может жить только внутри живых клеток.
Некоторые вирусы могут уничтожать бактерии
Вирусы могут поразить все организмы, от растений и животных до бактерий и архей. В то же время это паразиты, то есть они не могут выживать сами по себе, в отличие от бактерий. Вирусы используют клетки (человека, растений, животных), чтобы жить. Если вирус оказывается вне клетки, он существует в виде вирусной частицы, но тоже может быть опасен: любой контакт с живой клеткой может активизировать его, дать ему пищу. При этом размножаться клеточным методом вирус не может — свои копии он создает только с помощью живых клеток.
Когда вирус оказывается около клетки, он прикрепляется к ней, создавая связь между белками вирусной оболочки и рецепторами на поверхности живой клетки. С помощью этой связи вирус проникает внутрь клетки и высвобождает свой генетический материал. А там дело за малым — создавать свои копии и заселять таким же образом новые клетки.
Чем отличаются бактерии от вирусов
Особенность вирусов в том, что они могут меняться не генетическом уровне. Эти изменения приводят к их мутациям в живых организмах; в случае с коронавирусом, например, вирус сначала мог поражать только животных (летучих мышей), а затем изменил ДНК настолько, что получил возможность заражать человеческие клетки.
Чтобы жить, вирусу необходимы живые клетки
Любопытно, что ученые до сих пор не могут прийти к выводу, живые вирусы — или нет. Поэтому вирусы называют «организмами на границе живого».
Вирусы могут быть опаснее бактерий из-за своей возможности меняться на генетическом уровне. Именно так появились вирусы гриппа, иммунодефицита, гепатита A и C. Но если вирусы паразиты и не могут существовать без живых организмов, они ведь как-то появились? Согласно одной из гипотез, вирусы когда-то (миллиарды лет назад) были маленькими бактериями, которые паразитировали на более крупных живых организмах. Позже эти бактерии упростились, лишившись функций, которые не нужны для паразитирующего образа жизни. Доказательством этой гипотезы является существование риккетсий и хламидий. Так что вирусы — «прокаченные» бактерии, которые тем не менее не могут жить самостоятельно.
Размер вирусной частицы примерно в 100 раз меньше размера бактерии, а форма варьируется от просто спиральной до более сложных структур. Одна их форм похожа на корону. Именно она и является тем самым коронавирусом.
Как частица коронавируса оказывается в организме
Что опаснее — бактерии или вирусы?
Очевидно, вирусы могут нанести гораздо больший вред, чем бактерии. По той простой причине, что не бывает «хороших» вирусов, как в случае с бактериями (вроде бифидо- и лактобактерий, которые позволяют нам переваривать пищу). Кроме того, многие вирусы отличаются просто безобразным поведением — они могут годами существовать внутри клетки, вызывая хронические заболевания. Примером таких вирусов может быть герпес.
Из всей тройки — микробы, бактерии и вирусы, получается, что самыми опасными являются микробы, поскольку они включают в себя все микроорганизмы: как полезные, так и максимально вредные для организма. Сейчас ученые работают над тем, чтобы извлечь как можно больше пользы из «хороших» бактерий: активно исследуются возможности внедрения определенных микробов и бактерий в организм человека, которые могут дать определенные преимущества. Например, уничтожать опухоли. Кстати, именно из-за бактерий был случайно открыт пенициллин — антибиотик, который спас множество жизней.
На самом деле мы только начинаем понимать, как извлекать пользу из нашего сожительства с этими маленькими друзьями.
Но после прочитанного вы еще уверены, что истинный хозяин Земли — человек?
5 самых опасных бактерий
Нас повсюду окружают бактерии. Среди них встречаются те, которые помогают нам жить (например, переваривать пищу), но также и те, которые могут стереть часть населения с лица Земли. Хотя современная медицина уже научилась бороться с некоторыми возбудителями заболеваний, наиболее живучая часть бактерий в настоящее время все еще остается непобежденной. Есть среди них пятерка настоящих «головорезов», способных вызывать тяжелые болезни и даже смерти. Что самое страшное — подцепить такие бактерии можно почти где угодно.
Некоторые из этих бактерий могут обитать в вашем доме
Самые опасные бактерии
Пока что микробиологи выделяют несколько самых опасных бактерий, которые уже широко встречаются. И не одолели человечество только благодаря высокому уровню медицины и сознательности самих людей (которые, например, не пьют грязную воду, где могут содержаться опасные бактерии).
Бактерия, которая не позволяет дышать — Clostridium botulinum
Одна из самых страшных и свирепых бактерий. Она вызывает ботулизм — тяжелое заболевание, которое характеризуется сильными повреждениями нервной системы человека. Впоследствии бактерия приводит к параличу дыхательной мускулатуры, то есть человек просто не может самостоятельно дышать. В результате он может погибнуть от недостатка кислорода в организме.
Clostridium botulinum обычно обитает в почве, часто обнаруживается в кишечнике лошадей и других животных, реже встречается в кишечнике человека. Туда она попадает, как правило, из домашних консервов — грибов, фасоли и свеклы. Бактерию также могут содержать колбасные изделия, мясные полуфабрикаты, копченая и соленая рыба. Чтобы не стать ее жертвой, медики рекомендуют не употреблять в пищу консервы, если у них вздулась упаковка или нарушена герметичность, а также проводить термическую обработку еды. В случае с мясными изделиями — выбирать проверенные магазины и производителей.
Так выглядит Clostridium botulinum
Эта бактерия настолько свирепая, что если добавить всего одну ее ложку в питьевую воду, можно истребить население крупной страны. А нескольких килограмм хватит, чтобы погибло все население нашей планеты.
Кишечная палочка — Escherichia coli
Эта бактерия имеет красивое название Escherichia coli, но пусть вас не вводит в заблуждение ее имя. Кишечная палочка опасна тем, что у нее есть как безвредные штаммы, способные проживать внутри человека и животных, так и патогенные, вызывающие кишечные инфекции.
Опасные виды кишечной палочки обычно попадают в организм с грязной водой, непрожаренным мясом (если только оно не предназначено для сырого употребления), немытыми фруктами или овощами. Поэтому стоит ответственно относиться к еде, которую вы потребляете. Если же кишечная палочка попала в организм, необходимо срочно обратиться к врачу — он назначит лечение в виде антибиотиков.
3D-модель кишечной палочки. А ведь красивая!
Недавно во время изучения штамма кишечной палочки (Escherichia coli) исследователи обнаружили, что у некоторых из них есть мутации в гене ydcl, из-за которого бактерии будто бы забывают как расти. Впоследствии они становятся маленькими и медлительными, из-за чего антибиотики попросту не могут их найти и уничтожить.
Сибирская язва — Bacillus antracis
Да, эта опасная болезнь тоже вызывается бактерией — ее возникновению способствует Bacillus antracis. Эта смертоносная бактерия может десятилетиями оставаться на поверхностях, попадая в организм человека через желудочно-кишечный тракт или воздушно-капельным путем. Она способна передаваться от животных людям, поэтому если на ферме обнаруживается вспышка сибирской язвы, весь скот, как правило, уничтожается.
Большую часть времени бактерия проводит в форме спор, неактивной форме с чрезвычайными способностями выживания. Она может выдержать практически все, от ванной с мощнейшими дезинфицирующими средствами до нагревания при температуре 180 градусов в течение двух минут.
Бактерии Bacillus antracis — сибирской язвы
Несмотря на свирепость некоторых бактерий, вирусы все равно считаются более опасными. Некоторые из них могут даже уничтожать бактерии.
Возбудитель холеры — Vibrio cholerae
Никому в нашем Telegram-чате не желаем встретиться с этой опасной бактерией, ведь холера — очень серьезное заболевание, при котором наблюдается хроническая диарея, обезвоживание, рвота и судороги. В итоге из-за потери воды в организме и отсутствия лечения человек может погибнуть.
В основном бактерия обитает в грязной воде, но в российских широтах вы вряд ли ее встретите. Основным местоположением инфекции считается остров Гаити, где в 2010 году произошла одна из самых смертоносных эпидемий планеты. Тогда инфекция поразила более 200 000 человек, из которых 3 000 погибли. При своевременном лечении смертность от холеры довольно невысока, но без применения антибиотиков рискуют погибнуть многие заразившиеся.
Vibrio cholerae под микроскопом
Но это вовсе не значит, что нужно пить грязную воду из под крана!
Бактерия, вызывающая столбняк — Clostridium tetani
Возбудитель столбняка — столбнячная палочка, проникает через поврежденные кожные покровы (раны, ожоги и так далее). Она обитает в почве, поэтому стоит быть особенно осторожным при порезах, например, в саду или огороде. Некоторые бактерии столбняка могут оставаться жизнеспособными в течение нескольких месяцев и даже лет!
При заражении столбняком первые симптомы могут появиться в период от трех дней до нескольких недель или даже месяцев. Болезнь сначала проявляется сокращениями (подергиваем) мышц в месте попадания инфекции. Затем спазм могут распространиться по всему телу. Спазмы очень болезненны, их продолжительность — от нескольких секунд до нескольких минут. Они могут вызвать трудности с дыханием, сердечными сокращениями, кровяным давлением.
Бактерии столбняка похожи на кое-что другое
Сейчас столбнячная палочка является довольно распространенной бактерией (она обитает и в России), но за счет масштабной вакцинации эпидемии столбняка не происходит. Причем даже у переболевших не вырабатывается иммунитет к этой болезни, без прививки они могут заболеть столбняком снова. Поэтому вакцинацию повторяют через несколько лет.
Где обитают опасные бактерии?
Это лишь некоторые из бактерий, которые могут быть опасными для человека. Некоторые из них в огромном количестве обитают даже в наших домах. Наверное, многим из вас уже известно, что самыми грязными предметами в квартире являются разделочная доска и кухонные губки. Ученые вообще считают их настоящими инкубаторами бактерий, потому что на их поверхности они прекрасно себя чувствуют. Так что мыть руки необходимо даже дома и как можно чаще. Ну и соблюдать чистоту продуктов, конечно же.
Страшнее коронавируса Откуда взялись смертельно опасные бактерии и можно ли от них спастись
Фото: Elise Amendola / AP
Многие ученые и врачи считают, что человечество вступает в новую эру, когда антибиотики, спасающие множество жизней, перестают быть эффективными против новых штаммов микробов. Ситуация обостряется с каждым годом во многом из-за того, что люди злоупотребляют препаратами и буквально сами взращивают неуязвимые бактерии. Золотистый стафилококк, устойчивый к метициллину, — как раз один из таких смертельно опасных монстров. «Лента.ру» пишет, чем опасны новые штаммы стафилококков, откуда они появились и можно ли их победить.
Тяжелый случай
В 2008 году в педиатрическое отделение при Университете Аристотеля (Греция) поступила десятилетняя девочка с царапиной на локте правой руки. У ребенка в последние три дня держалась высокая температура 40 градусов, и она с трудом могла двигать правой ногой. Врачи диагностировали воспаление правого тазобедренного сустава. Заподозрив бактериальную инфекцию, врачи назначили антибиотик клоксациллин. Тогда они еще не знали, что столкнулись со смертельно опасным противником.
Состояние девочки ухудшалось с каждым часом. Проявились симптомы поражения мозга и серьезные нарушения дыхания из-за проникновения инфекции в легкие. Стало ясно, что клоксациллин не помогает, поэтому было назначено сразу несколько новых антибиотиков. На пятый день рентген показал обширное поражение правой бедренной кости и прилегающей мышечной ткани. Доктора провели дренирование мягких тканей на ноге и выпустили гной, в котором кишели метициллинрезистентные золотистые стафилококки (МРЗС).
Микробные культуры золотистого стафилококка
Фото: Andrei Papkou
Девочка находилась в критическом состоянии целую неделю, после чего ее самочувствие стало улучшаться благодаря интенсивной терапии. Однако инфекция терроризировала организм ребенка в течение нескольких месяцев, бактерии практически «объели» кость. На полное восстановление организма после тяжелой инфекции потребовалось три года. Девочке сильно повезло, потому что благополучный исход составляет лишь небольшой процент подобных случаев.
МРЗС обычно связан с внутрибольничными инфекциями. Иными словами, пациенты в больницах, имеющие раны и ослабленный иммунитет, являются основной группой риска. Золотистый стафилококк способен выживать в почти стерильных условиях и распространяется несмотря на дезинфекцию. Но, к сожалению, МРЗС встречается и за пределами больниц, в этом случае он называется бытовым. Именно его подхватила десятилетняя пациентка через обыкновенную царапину. Стафилококк может и не вызвать инфекции, но если организм по какой-то причине ослаблен, последствия могут быть катастрофическими.
Поедающие заживо
МРЗС является одной из тех самых «пожирающих плоть бактерий», о которых СМИ рассказывают леденящие душу истории. Этот микроб отвечает за треть всех случаев некротизирующего фасциита — тяжелой инфекции, буквально разъедающей мягкие ткани организма. Входными воротами для смертельно опасного микроба может быть порез или ожог, хотя известны случаи, когда фасциит развивался после употребления сырых морепродуктов. Зубные болезни тоже повышают риск инфекции.
Впрочем, некротизирующий фасциит можно предотвратить, если правильно ухаживать за ранами, мыть руки и следить за гигиеной полости рта. При лечении врачи ампутируют пораженные ткани и вводят ударную смесь антибиотиков. Однако даже при правильном и своевременном лечении треть пациентов умирает.
Легкие, пораженные стафилококком
В 2015 году врачи сообщили о крайне необычном случае некротизирующего фасциита, вызванного бытовым стафилококком. Инфекция развивалась молниеносно у пациента с нормальной иммунной системой. Мужчина в возрасте 52 лет поступил в больницу с невыносимой болью в левом бедре и отеком, который держался уже неделю. На коже ноги виднелись гематомы, пузыри, а пораженные участки потеряли чувствительность. Несмотря на агрессивную терапию, хирургическую обработку раны и прием антибиотиков широкого спектра действия больной скончался от сепсиса менее чем через 24 часа после обращения. У мужчины не было никаких травм или предполагаемых контактов с МРЗС, однако он лечился от остеоартроза левого колена периодическими инъекциями стероидов. Последняя инъекция была сделана за три недели до начала симптомов.
МРЗС вызывает не только инфекции мягких тканей. Стафилококк наряду с некротизирующим фасциитом способен провоцировать смертельную некротизирующую пневмонию или внутреннюю гангрену, быстро разрушающую легочные ткани. В большинстве случаев заболевание приводит к летальному исходу, даже несмотря на ударную дозу сильнодействующих антибиотиков, нацеленных против стафилококков. Такая пневмония чаще развивается у детей и молодых взрослых, особенно после вирусной респираторной инфекции, однако поражает и людей старшего возраста.
Опасный вид
Ежегодно в США регистрируется почти 300 тысяч госпитализаций, связанных с золотистым стафилококком, при этом почти половина приходится на МРЗС. Бытовой стафилококк отличается от внутрибольничного генетически. В Северной Америке наиболее распространен «суперзаразный» штамм USA300.
Устойчивость к метициллину придает ген mecA, располагающийся в так называемой стафилококковой кассетной хромосоме (SCC, staphylococcal cassette chromosome), которые у разных штаммов имеют разное строение. Бытовые штаммы имеют меньшую и менее сложную версию SCC, специалисты ее обозначают как SCC mecA типа IVa. Она содержит меньше генов, способствующих устойчивости, чем внутрибольничные виды МРЗС, однако включает уникальные гены вирулентности, то есть способности вызывать заболевания или гибель организма. Таким образом бытовые штаммы легче поддаются лечению, но они убивают быстрее, чем те, что атакуют пациентов больниц и клиник. Гены вирулентности производят токсины, представляющие опасность даже для здоровых людей с нормальным иммунитетом. Один из таких токсинов — лейкоцидин Пантона-Валентайна (PVL) — помогает бактерии бороться с клетками иммунитета. Попадание МРЗС, вырабатывающих PVL, в организм человека часто приводит к инфекции мягких тканей, в том числе некротизирующему фасцииту.
Распространение золотистого стафилококка в Европе
Штамм USA300 прибыл в Северную Америку в первой половине XX века из Европы, где он появился в середине XIX века. Тогда он был менее заразным и не имел многих мутаций, сейчас делающих его смертельно опасным. Роковую роль в создании супермикроба-монстра сыграл заразивший стафилококк вирус — бактериофаг ϕSa2USA, который нес в себе ген, кодирующий PVL. В начале третьего тысячелетия штамм получил широкое распространение в США, а также переселился в Южную Америку, Европу, Африку и Азиатско-Тихоокеанский регион. Считается, что к 2001 году МРЗС колонизировал примерно восемь процентов населения США.
Бой с монстром
Журналистка Соня Шах в своей книге «Пандемия: Всемирная история смертельных вирусов» так вспоминает свою встречу с бытовым МРЗС, которым заразился ее сын: «Педиатр, обычно шутливая и жизнерадостная, взглянув на колено моего сына, резко посуровела. Назначение она выписала, не дожидаясь результатов анализов: сильный антибиотик клиндамицин, старый добрый и надежный бактрим и в придачу жесткий режим избавления от гноя с помощью горячих компрессов и выдавливания. Каждую каплю требовалось аккуратно подбирать и удалять, чтобы она не просочилась в микротрещины на коже или, что еще хуже, не поселилась на полотенцах, постелях, обивке или свободных поверхностях, где она может ждать своего часа целый год».
Ребенок выздоровел, однако, несмотря на все усилия и гигиенические процедуры, семье не удалось полностью избавиться от МРЗС. Рецидив сначала случился у сына, так как стафилококк поселился у него в организме, иногда проявляясь в виде болезненных нарывов, наполненных гноем. Через некоторое время инфекция перешла и на журналистку. Шах пишет, что хроническая инфекция затихла сама собой, несмотря на всю борьбу с коварными микробами. Тем не менее в запущенных случаях иногда единственным способом остановить заражение остается ампутация конечностей.
Пока МРЗС остается восприимчив к ряду антибиотиков, не принадлежащих бета-лактамам. Однако обнаруживаются новые штаммы, которые проявляют устойчивость и к другим лекарствам. Ситуацию осложняет то, что антибиотики применяют повсеместно и часто неправильно, что только провоцирует размножение бактерий, вызывающих трудноизлечимые или вообще неизлечимые инфекции. При этом антибиотики новых классов изобретаются достаточно редко, а эффективных заменителей, к сожалению, пока не существует.