Aussi dégoûtants qu'ils puissent paraître, les bactéries jouent un rôle crucial pour aider l'humanité à prospérer. Alexander Raths/iStock/Thinkstock En tant qu'humain qui respire - et lit -, vous bénéficiez de bactéries en ce moment même.
De l'oxygène que nous inhalons aux nutriments que notre estomac tire de la nourriture, nous avons des bactéries à remercier pour prospérer sur cette planète. Dans nos corps, les micro-organismes, y compris les bactéries, sont plus nombreux que nos propres cellules humaines 10 à 1, faisant de nous plus de microbes que d'hommes [source :Savage].
Nous n'avons que récemment commencé à comprendre pleinement ces organismes microscopiques et leur impact sur notre planète et notre santé, mais l'histoire suggère que nos ancêtres, il y a des siècles, exploitaient le pouvoir des bactéries pour fermenter les aliments et les boissons (bière et pain, n'importe qui?).
Ce n'est qu'au 17ème siècle que nous avons commencé à voir les bactéries de près et de manière personnelle dans un endroit tout aussi proche et personnel - la bouche humaine. Le toujours curieux Anton van Leeuwenhoek a découvert des bactéries en examinant un échantillon de la plaque entre ses propres dents. Il devient poétique dans son écriture, décrivant la colonie bactérienne sur ses blancs nacrés comme « un peu de matière blanche, qui est aussi épais que si "twere pâte" [source:Dobell]. Après avoir placé l'échantillon sous un microscope composé, van Leeuwenhoek a vu que les microbes se déplaçaient. C'est vivant !
En effet, les bactéries ont changé la donne pour la Terre, jouant un rôle clé dans la création d'air respirable et de la planète biologiquement riche que nous appelons notre maison.
Dans cet article, nous vous donnerons une vue d'ensemble de ces micro-organismes minuscules mais influents. Nous regarderons le bien, les mauvaises et les manières tout à fait bizarres dont les bactéries ont façonné l'histoire humaine et notre environnement. Pour commencer, nous vous expliquerons ce qui différencie les bactéries des autres types de vie.
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Les bactéries n'ont pas le noyau que les cellules humaines, les animaux et les plantes ont, ce qui signifie que ce sont des cellules procaryotes. ttsz/iStock/Thinkstock Si une seule bactérie n'est pas visible à l'œil nu, comment peut-on en savoir autant ?
Les scientifiques ont mis au point de puissants microscopes pour grossir les bactéries - généralement d'une à une poignée de microns (un millionième de mètre) de longueur, nous donnant un aperçu de leur fonctionnement interne et comment ils se comparent à d'autres formes de vie telles que les plantes, animaux, virus et champignons.
Comme vous le savez peut-être déjà, les cellules agissent comme les éléments constitutifs de la vie, qu'ils composent nos propres tissus ou une branche d'arbre à l'extérieur de votre fenêtre. Humains, les animaux et les plantes ont des cellules avec des informations génétiques contenues dans un type de membrane appelée noyau . Ces types de cellules, appelé des cellules eucaryotes , ont des organites spécialisés, chacun avec un travail unique pour garder la cellule en état de marche et en bonne santé.
Bactéries, cependant, manque de noyau, et leur matériel génétique, ou ADN, flotte librement dans la cellule. Ces cellules microscopiques n'ont pas d'organites et possèdent différentes méthodes pour se reproduire et échanger du matériel génétique. Les bactéries sont classées comme procaryote cellules .
À part les catégories de base, les scientifiques placent également les bactéries dans différents camps en fonction de :
Microbiologie - l'étude de tous les différents types de microbes, y compris les bactéries, archée, champignons, virus et protozoaires - a tiré parti d'une richesse croissante de connaissances pour mieux distinguer les bactéries de leurs frères microbiens.
Des organismes procaryotes similaires maintenant classés dans le domaine des archées étaient auparavant regroupés avec des bactéries, mais après que les chercheurs en aient appris plus à leur sujet, ils ont donné aux microbes dans les archées leur propre catégorie pour leurs similitudes avec les cellules eucaryotes.
Les cyanobactéries mangent la lumière du soleil au petit-déjeuner afin de créer de l'oxygène. Auscape/Universal Images Group/Getty Images Comme les humains, plantes et animaux, les bactéries ont besoin de nourriture pour survivre.
Certaines bactéries sont autotrophes , ce qui signifie qu'ils utilisent des intrants de base tels que la lumière du soleil, l'eau et les produits chimiques de l'environnement pour créer de la nourriture (pensez aux cyanobactéries, qui transforment la lumière du soleil en oxygène depuis environ 2,5 millions d'années) [source :Konhauser et al.]. D'autres bactéries sont ce que les chercheurs appellent hétérotrophes parce qu'ils tirent de l'énergie de la matière organique existante pour se nourrir (pensez aux feuilles mortes sur le sol de la forêt).
La vérité est, ce qui pourrait être appétissant pour les bactéries nous répugne probablement. Ils ont évolué pour prospérer sur toutes sortes de choses, des déversements de pétrole et des sous-produits nucléaires aux déchets humains et aux matières en décomposition.
Mais le penchant des bactéries pour une source de nourriture particulière peut profiter à la société. Par exemple, des experts en art en Italie se sont tournés vers les bactéries pour ingurgiter les couches excessives de sel et de colle menaçant la longévité d'œuvres d'art inestimables [source :Asociación RUVID]. Le talent des bactéries pour recycler la matière organique est également utile, surtout compte tenu de leur énorme rôle en tant que recycleurs de la surface de la Terre, à la fois dans le sol et dans l'eau.
Sur une base quotidienne, vous n'êtes peut-être que trop familier avec les effets induisant des odeurs des bactéries affamées de cette odeur funky dans votre poubelle pendant qu'elles prennent vos restes, les décomposer et libérer leurs propres sous-produits gazeux. ça ne s'arrête pas là, bien que. Vous avez également des bactéries à blâmer pour ces moments d'appel à la nature (oui, flatulence), lorsque les bactéries de votre intestin libèrent du méthane nauséabond pendant la digestion.
Ce biofilm – une masse collante de bactéries – contient Legionella pneumophila et Hartmannella vermiformis . BSIP/Universal Images Group/Getty Images Les bactéries se développent et forment des colonies lorsqu'on leur en donne l'occasion. Si les conditions alimentaires et environnementales sont favorables, ils vont se reproduire et former des agrégats collants appelés biofilms pour survivre sur une variété de surfaces, des roches dans un ruisseau aux molaires dans votre bouche.
Les biofilms ont leurs avantages et leurs problèmes. D'une part, ils profitent mutuellement aux joueurs dans la nature. D'autre part, ils peuvent être une menace sérieuse. Par exemple, les médecins traitant des patients avec des implants et des dispositifs médicaux sont particulièrement préoccupés par les biofilms, car ces surfaces sont des terrains de premier ordre pour les bactéries. Une fois colonisé, les biofilms peuvent produire des sous-produits toxiques - et même mortels - pour le corps humain.
Comme les gens dans les villes, les cellules des biofilms communiquent entre elles en envoyant des messages pour partager des informations sur la disponibilité de la nourriture et les dangers potentiels. Mais plutôt que d'appeler leurs voisins au téléphone, les bactéries envoient des mémos via des produits chimiques à leurs amis proches.
Mais les bactéries n'ont pas peur de voler en solo, Soit. En réalité, certaines espèces ont développé des moyens de rester dans des conditions difficiles. Lorsqu'il ne reste plus de nourriture ou que les conditions se détériorent, ces bactéries se préservent en créant une coquille dure appelée un endospore , mettre la cellule dans un état dormant qui préserve le matériel génétique de la bactérie [source :Cornell University Department of Microbiology].
Un scientifique a même trouvé des bactéries dans une capsule temporelle qui a été découverte et examinée 100 ans plus tard, tandis que d'autres groupes de scientifiques ont découvert des bactéries remontant à 250 millions d'années [sources :Silverman; Vreeland et al.]. Tout cela montre que les bactéries peuvent s'auto-préserver pendant longtemps.
Maintenant que nous savons que les bactéries sont des colonisateurs si elles en ont l'opportunité, Voyons comment ils y parviennent par division et reproduction.
Un E. coli la bactérie est capturée dans les premiers stades de la fission binaire, ou se diviser en deux cellules identiques. CNRI/Photothèque scientifique/Getty Images Comment les bactéries créent-elles des colonies en premier lieu ?
Bactéries, comme d'autres formes de vie sur Terre, besoin de faire des copies d'eux-mêmes pour survivre. Alors que les humains et d'autres organismes le font par reproduction sexuée, cela fonctionne un peu différemment avec les bactéries.
Mais d'abord, nous discuterons des raisons pour lesquelles la diversité est une bonne chose.
La vie subit sélection naturelle , ou des forces sélectives dans un environnement donné qui permettent à un type de prospérer et de se reproduire davantage. Comme vous vous en souvenez peut-être du cours de biologie, les gènes sont les unités qui ordonnent à une cellule ce qu'elle doit faire - que ce soit pour rendre vos cheveux bruns ou blonds ou vos yeux verts ou bleus. Vous obtenez des gènes de vos deux parents qui offrent un bon mélange. En outre, la reproduction sexuée donne lieu à mutation , ou des changements aléatoires dans l'ADN, qui crée de la diversité. La plus grande diversité génétique dans laquelle puiser, plus un organisme est susceptible de s'adapter aux contraintes d'un environnement.
Pour les bactéries, la reproduction n'est pas une question de rencontrer le bon microbe et de s'installer; il réplique simplement son propre ADN et se divise en deux cellules identiques. Ce processus, appelé fission binaire , se produit lorsqu'une seule bactérie se scinde en deux après avoir répliqué son ADN et déplacé le matériel génétique dans les extrémités opposées de la cellule.
Parce que la cellule résultante est génétiquement identique à celle dont elle est issue, cette méthode de reproduction n'est pas exactement la meilleure façon de créer un pool génétique diversifié.
Alors, comment les bactéries obtiennent-elles de nouveaux gènes ?
Il s'avère que les bactéries utilisent des astuces pour faire le travail, le résultat final étant transfert horizontal de gènes , ou échanger du matériel génétique sans se reproduire. Les bactéries peuvent le faire de plusieurs manières. Une méthode consiste à prélever du matériel génétique de l'environnement à l'extérieur de la cellule, en s'appuyant sur d'autres microbes et bactéries (par le biais de molécules appelées plasmides). Un autre résulte de virus qui utilisent des bactéries comme hôtes. Lors de l'infection de nouvelles bactéries, les virus laissent incidemment le matériel génétique des bactéries précédentes dans la nouvelle [source :Marraffini].
L'échange de matériel génétique donne aux bactéries la flexibilité de s'adapter - et certains le font, une fois qu'ils sentent des changements stressants dans l'environnement tels que des pénuries alimentaires ou des changements chimiques.
Mieux comprendre comment les bactéries s'adaptent est extrêmement important pour comprendre et combattre la résistance des bactéries aux antibiotiques en médecine. Les bactéries peuvent échanger du matériel génétique si fréquemment que les traitements qui fonctionnaient auparavant ne fonctionneront probablement pas la prochaine fois.
Maintenant que nous avons examiné de près le fonctionnement des bactéries à un niveau microscopique, prenons du recul pour voir où vous les trouvez dans l'ensemble.
La piscine opalescente du parc national de Yellowstone tire ses couleurs fantastiques de bactéries thermophiles. Michael Detay/Moment Open/Getty Images La question n'est pas, « Où sont les bactéries ? » mais plutôt, « Où ne sont pas les bactéries ? »
On les trouve pratiquement partout sur Terre. Il est impossible d'avoir une idée précise du nombre de bactéries sur la planète à la fois, mais certaines estimations indiquent quelque 5 octillions de microbes tels que des bactéries et des archées - c'est 10 à la puissance 28 ! [source :Whitman et al.]
Épingler un nombre sur le nombre d'espèces, ou types classifiables, de bactéries il y a aussi reste difficile. Une estimation pointe à environ 30, 000 espèces formellement identifiées, mais les scientifiques apprennent et ajoutent constamment à leur base de connaissances et pensent que nous n'avons pas effleuré la surface pour le nombre réel d'espèces là-bas [source :Dykhuizen].
La vérité est que les bactéries existent depuis longtemps, Longtemps. En réalité, ils ont donné naissance à certains des premiers fossiles connus, datant de 3,5 milliards d'années [source :University of California Museum of Paleontology]. Des preuves scientifiques suggèrent que les cyanobactéries ont commencé à créer de l'oxygène il y a entre 2,5 et 2,3 milliards d'années dans les océans du monde, qui a donné naissance à l'atmosphère terrestre et à l'oxygène abondant que nous respirons [source :Konhauser et al.].
Les bactéries peuvent survivre dans l'air, l'eau, sol, glace et chaleur extrême; sur les plantes; et même dans nos intestins, sur notre peau et sur la peau des autres animaux.
Certaines bactéries sont extrêmophiles , ce qui signifie qu'ils peuvent résister à des environnements extrêmes qui sont soit très chauds, soit très froids ou qui manquent des nutriments et des produits chimiques que nous associons généralement à la vie. Des chercheurs ont découvert des bactéries dans la fosse des Mariannes, l'endroit le plus profond de la Terre sous l'océan Pacifique, en plus des évents chauffés sous-marins et dans la glace.
Mais le plaisir s'étend au-delà des chercheurs sur le terrain. Les touristes sont fascinés par la plus belle beauté naturelle des bactéries dans des endroits comme la piscine opalescente du parc national de Yellowstone, qui présente des bactéries thermophiles (aimant la chaleur) aux couleurs vives colorant le point de repère.
Houston, nous avons des bactéries.Les bactéries qui n'ont normalement pas d'effet négatif sur la santé humaine ont une longueur d'avance dans la formation d'infections chez les astronautes dans l'espace. Pour mieux étudier les effets des vols spatiaux sur les bactéries, La NASA a envoyé des microbes qui provoquent généralement des infections traitables sur Terre dans l'espace avec les missions Atlantis en 2010 et 2011. Le groupe a découvert que les communautés de ces bactéries étaient capables de se former d'une manière qu'elles n'avaient pas sur Terre, donner aux chercheurs un aperçu de la façon d'améliorer la santé des astronautes dans l'espace, en plus des gens sur Terre.
Résistant à la méthicilline Staphylococcus aureus (SARM) peut provoquer des infections de plaies, pneumonie et empoisonnement du sang chez les personnes vulnérables. PASIEKA/Bibliothèque de photos scientifiques/Thinkstock Bien que les bactéries soient de valeureux contributeurs à la santé des humains et de la planète, ils ont aussi un côté sombre. Certaines bactéries ont le potentiel d'être pathogène , ce qui signifie qu'ils peuvent causer des maladies et des maladies.
Tout au long de l'histoire de l'humanité, certaines bactéries ont (naturellement) mauvaise réputation, provoquant l'anxiété et l'hystérie du public. Prends la peste, par exemple. Les bactéries responsables de la peste, Yersinia pestis , a non seulement tué plus de 100 millions de personnes, mais il est également suggéré d'avoir façonné l'histoire, contribuant même à l'effondrement de l'Empire romain [source :Centers for Disease Control and Prevention]. Avant l'avènement des antibiotiques, ou des médicaments capables de traiter les infections bactériennes, les infections étaient difficiles à arrêter.
Même aujourd'hui, ces bactéries pathogènes pèsent encore lourdement sur nos esprits. Les bactéries causant une gamme de maladies - de l'anthrax, pneumonie, méningite, choléra, la salmonelle et l'angine streptococcique à E. coli et les infections à staphylocoques - peuvent défier nos traitements grâce à résistance aux antibiotiques .
Ceci est particulièrement vrai pour Staphylococcus aureus , la bactérie responsable des infections à staphylocoques. Le "superbug" a posé d'énormes problèmes aux hôpitaux et aux cliniques de soins de santé, où les patients sont plus susceptibles d'y être exposés lors des implants médicaux et de l'insertion du cathéter.
Dans une section précédente, nous avons parlé de la sélection naturelle et de la façon dont certaines bactéries ont des gènes plus divers pour aider à faire face à ce que leur environnement leur jette. Si vous avez une infection, et certaines bactéries de votre corps sont différentes des autres, les antibiotiques pourraient prendre soin de la majorité de la population bactérienne. Mais cela donne également aux microbes non affectés par vos antibiotiques la possibilité de se reproduire et de s'installer. C'est pourquoi les médecins recommandent de rester à l'écart des antibiotiques, sauf si vous en avez vraiment besoin.
Les armes biologiques sont un autre aspect effrayant de cette conversation. Les bactéries peuvent être utilisées comme armes dans certains cas, y compris être déployé dans des alertes à l'anthrax et intégré dans des aérosols.
Et il n'y a pas que les humains qui sont touchés par les bactéries. En effet, les bactéries ont même un appétit pour le paquebot Titanic coulé, aussi [source :Kaufman]. Les espèces, nommé Halomonas titanicae , ronge le métal du navire historique.
Nous avons appris comment les bactéries peuvent être nocives. Dans la section suivante, nous verrons comment ils peuvent nous aider.
Bactéries et santé dentaireEt voilà, la substance visqueuse que nous appelons plaque sur nos dents provient en fait de bactéries. Si on vous laisse carte blanche, ces bactéries peuvent ronger l'émail de nos dents, finalement nous donner des caries. Les archéologues ont puisé dans le passé des connaissances en étudiant les crânes et les dents humains pour en savoir plus sur le régime alimentaire des humains et leur susceptibilité aux maladies à différents moments [source :Watson].
Sir Alexandre Fleming, un bactériologiste, découvert la pénicilline tout à fait par hasard en 1928. Peter Purdy/Hulton Archive/Getty Images Prenons un moment pour examiner le bon côté des bactéries. Après tout, ce sont les microbes qui nous apportent des aliments savoureux comme le fromage, Bière, levain et autres produits fermentés. Ce sont aussi les héros méconnus de la médecine et de l'avancement de la santé humaine.
Nous devons également remercier les bactéries qui ont façonné l'évolution humaine. La science recueille plus d'informations de la microbiote , ou les micro-organismes résidant dans notre propre corps, en particulier dans notre système digestif et notre intestin. La recherche suggère que les bactéries, et la diversité et le nouveau matériel génétique qu'ils apportent à notre corps, ont permis aux humains de s'adapter et d'exploiter de nouvelles sources de nourriture qu'ils ne pouvaient pas utiliser auparavant [source :Backhed et al.].
Regardez-le de cette façon :tapisser les surfaces de votre estomac et de votre intestin, les bactéries "travaillent" pour vous. Quand vous mangez, les bactéries et autres microbes vous aident à décomposer et à extraire les nutriments des aliments, en particulier les glucides comme le maïs, pommes de terre, pain et riz. Les bactéries les plus diverses que nous consommons et auxquelles nous sommes exposés contribuent à cette communauté diversifiée dans notre corps.
Bien que notre connaissance de nos propres communautés microbiennes soit au mieux naissante, il existe des preuves suggérant qu'un manque de certains microbes et bactéries dans le corps peut être lié à la santé d'une personne, métabolisme, et la sensibilité aux allergènes et aux maladies. Des études préliminaires chez la souris suggèrent que les maladies métaboliques telles que l'obésité sont liées à la diversité et à la santé du microbiome plutôt qu'à notre vision prédominante des « calories dans, l'approche "calories out" [source :Cox].
Également dans les premiers stades, les greffes fécales impliquant le partage de micro-organismes fécaux d'un individu en bonne santé à une autre personne sont très prometteuses. Oui, ce n'est peut-être pas la meilleure image mentale, mais la science et les options pour traiter certaines maladies gastro-intestinales semblent prometteuses. Des recherches sont en cours sur les probiotiques, les microbes censés avoir des avantages supplémentaires pour la santé, mais des recommandations générales sur leur utilisation n'ont pas été établies en novembre 2014.
En outre, les bactéries ont changé la donne dans le développement de la pensée scientifique et de la médecine humaine. Les bactéries ont joué un rôle de premier plan dans le développement en 1884 des postulats de Koch, une série de considérations qui lient un microbe donné à une maladie.
Entre autres contributions, des chercheurs étudiant les bactéries ont découvert par hasard la pénicilline - un antibiotique qui a sauvé d'innombrables vies - et, plus récemment, un moyen plus simple d'éditer les génomes des organismes qui pourraient révolutionner la médecine [source :Marraffini]. Les chercheurs ont modifié les bactéries pour bénéficier à la santé humaine de plusieurs manières, y compris la production d'insuline pour le traitement du diabète.
Nous commençons seulement à comprendre tout ce que nous pouvons apprendre de nos amis bactériens.
Malgré leur statut de microbes « insensés », les bactéries se comportent de manière étonnante. Donnez-leur un obstacle, et ils trouveront plus que probablement un moyen de le contourner. Des antibiotiques à la maison ? Ils échangent des gènes pour mieux survivre. Pas assez de nourriture ? Pas de soucis, ils peuvent attraper des Zzz et se mettre en sommeil. Nous commençons seulement à découvrir les secrets des bactéries, et la situation dans son ensemble devient claire :une ampleur de vie complexe grouille sous notre nez (et en eux aussi).
