Τα βακτηρια στο εδαφος διατηρουν το χαμπουργκερ σας "υγιες"
ΣΧΗΜΑ 1: Τα βακτήρια, σε αντίθεση με τους περισσότερους άλλους οργανισμούς, μπορούν να αλλάξουν τα γονίδιά τους. (Α) Το στέλεχος O157:H7 του Escherichia coli έχει γονίδια που άφησε πίσω του ένας ιός που το μόλυνε. (Β) Το O157:H7 έχει επίσης πάρει γονίδια από το περιβάλλον. Τα βακτήρια μπορούν επίσης να πάρουν γονίδια από άλλα βακτήρια.
Open PDF in new window.
Stephanie D. Jurburg1
1 German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Leipzig, Germany
Το 1993, μια επιδημία του βακτηρίου Escherichia coli έκανε πάνω από 700 άτομα να αρρωστήσουν σε όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής. Ένα ειδικό είδος E. coli, που ονομάζεται στέλεχος O157:H7, κατοικεί στα έντερα των βοοειδών και εξαπλώνεται στο νερό και στο λίπασμα μέσω της κοπριάς των αγελάδων. Το στέλεχος O157:H7 μπορεί να επιβιώσει για πολλούς μήνες στο νερό ή στο κομπόστ, μέχρι να φτάσει στον άνθρωπο μέσω του κρέατος ή των λαχανικών, προκαλώντας ασθένεια. Ωστόσο, το E. coli επιβιώνει για πολύ μικρότερο χρονικό διάστημα στο έδαφος επειδή πρέπει να ανταγωνιστεί τα πολλά είδη βακτηρίων που υπάρχουν ήδη εκεί. Για τα βακτήρια του εδάφους το στέλεχος O157:H7 είναι ένας εισβολέας και οι εισβολείς εξαρτώνται από τα "υπολείμματα" των ντόπιων οργανισμών για να επιβιώσουν. Στις πιο ποικιλόμορφες κοινότητες, λιγότεροι πόροι περισσεύουν και άρα είναι πιο δύσκολο για νέους οργανισμούς να εισβάλουν. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το E. coli O157:H7 έχει μικρότερες πιθανότητες να επιβιώσει στο έδαφος, το πιο ποικιλόμορφο περιβάλλον στη Γη, και είναι ένας από τους πολλούς λόγους για τους οποίους τα βακτήρια του εδάφους είναι σημαντικά και για την δική μας υγεία.
ΤΟ ESCHERICHIA COLI ΕΠΙΤΙΘΕΤΑΙ!
Το 1993, μια επιδημία του βακτηρίου Escherichia coli προκάλεσε τη σοβαρή νόσηση περισσότερων από 700 ανθρώπων στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής. Ο ένοχος ήταν μη σωστά ψημένα μπιφτέκια βοδινού κρέατος. Δεκατρία χρόνια αργότερα, μια άλλη επιδημία E. coli προκάλεσε μαζικές ανακλήσεις προσυσκευασμένου σπανακιού σε όλη τη χώρα. Αυτή τη φορά, η πηγή ήταν ένα ράντσο βοοειδών δίπλα σε ένα αγρόκτημα σπανακιού. Έκτοτε, άλλες επιδημίες E. coli ξεκίνησαν από την κατανάλωση τυριού, κρεμμυδιών, σόγιας και πιο πρόσφατα, μαρουλιού (τύπου ρόμεϊν). Αυτές οι επιδημίες προκλήθηκαν πάντα από το ίδιο βακτήριο: E. coliστέλεχος O157:H7. Ποιο είναι άραγε αυτό το βακτήριο και γιατί εξακολουθεί να προκαλεί κρούσματα ασθενειών; Συνεχίστε να διαβάζετε για να μάθετε περισσότερα!
Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΚΑΙ ΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ E. COLI
Τα περισσότερα από τα βακτήρια που γνωρίζουμε σήμερα ανακαλύφθηκαν τα τελευταία 10 χρόνια. Ωστόσο, το E. coli αποτελεί εξαίρεση. Αυτό το βακτήριο ανακαλύφθηκε στο παχύ έντερο υγιών ανθρώπων το 1885, από τον παιδίατρο Theodor Escherich, από τον οποίο πήρε και το όνομά του. Το Coli παραπέμπει στο βιότοπό του, το παχύ έντερο. Επειδή επίσης αναπτύσσεται τόσο καλά στο εργαστήριο, οι μικροβιολόγοι συνέχισαν να μελετούν το E. coli για να κατανοήσουν πώς αναπτύσσονται τα βακτήρια και πώς ανταποκρίνονται στο περιβάλλον τους.
Πολλά από τα χαρακτηριστικά που κάνουν το E. coli τόσο ελκυστικό ως οργανισμό για μελέτη, κάνουν επίσης το βακτήριο αυτό να ξεχωρίζει. Πρώτον, το E. coli αναπτύσσεται πολύ καλά εάν του δοθούν οι σωστές πηγές τροφής - και υπάρχουν πολλές πηγές τροφής που είναι "σωστές" για αυτό το βακτήριο. Με αρκετή τροφή, το E. coli μπορεί να αναπτυχθεί πολύ γρήγορα: από ένα μόνο κύτταρο σε ένα εκατομμύριο κύτταρα μέσα σε 7 μόνο ώρες! Δεύτερον, τα βακτήρια μπορούν να αλλάζουν τα γονίδιά τους, και το E. coli είναι ιδιαίτερα καλό σε αυτό (σχήμα 1). Τα γονίδια είναι το εγχειρίδιο οδηγιών του κυττάρου, και σε αντίθεση με μεγαλύτερους οργανισμούς όπως τα ζώα, τα βακτήρια μπορούν να ανταλλάσσουν γονίδια μεταξύ τους, να λαμβάνουν γονίδια από έναν ιό ή να παίρνουν γονίδια από το περιβάλλον. Όταν ένα βακτήριο αλλάζει τα γονίδιά του, αλλάζουν και οι συμπεριφορές και οι ικανότητές του! Επίσης και οι απόγονοί του, οι οποίοι κληρονομούν τα ίδια νέα γονίδια, και γίνονται μέλη ενός συγκεκριμένου στελέχους - όπως εσείς είστε μέλος της οικογένειάς σας και μοιράζεστε πολλά χαρακτηριστικά με τα άτομα της οικογένειας σας. Αντί για οικογενειακά ονόματα ή επίθετα, τα στελέχη συνήθως αναγνωρίζονται με ένα κωδικό όνομα από γράμματα και αριθμούς, όπως το O157:H7.
ΤΟ ΣΟΥΠΕΡ ΣΤΕΛΕΧΟΣ O157:H7
Χιλιάδες κύτταρα E. coli από διαφορετικά στελέχη ζουν στο υγιές ανθρώπινο έντερο και μας προστατεύουν από άλλα παθογόνα, ή βακτήρια που προκαλούν ασθένειες, όπως η σαλμονέλα. Αυτό όμως δεν συμβαίνει με το στέλεχος O157:H7. Το στέλεχος E. coli O157:H7 ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1983 και σήμερα μολύνει περίπου 73.000 ανθρώπους ετησίως μόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής[1]. Αυτό που κάνει αυτό το στέλεχος μοναδικό είναι το σύνολο των γονιδίων που έχει αποκτήσει: ένα σύνολο γονιδίων που δίνει στο στέλεχος O157:H7 την ικανότητα να παράγει την τοξίνη Shiga, η οποία είναι η δηλητηριώδης ουσία που κάνει τους μολυσμένους ανθρώπους να αρρωσταίνουν. Η παραγωγή δηλητηρίου δεν είναι από μόνη της αρκετή για να γίνει απειλή για την υγεία μας. Το στέλεχος O157:H7 όμως συμπεριφέρεται επίσης και με τρόπο που το καθιστά παθογόνο: προσπαθεί ενεργά να εξαπλωθεί. Δεν το κάνουν αυτό όλα τα στελέχη E. coli. Αυτή η συμπεριφορά εξάπλωσης είναι επίσης αποτέλεσμα γονιδίων που έχουν ληφθεί από το περιβάλλον (Σχήμα 1).
Από το 1993, υπάρχουν σχεδόν ετήσια κρούσματα νόσου που προκαλούνται από το O157:H7. Άραγε γιατί εξακολουθούν να συμβαίνουν; Η απλή απάντηση είναι ότι υπάρχουν πάρα πολλοί τρόποι με τους οποίους το E. coli μπορεί να φτάσει στο φαγητό σας. Εάν το βοδινό κρέας που χρησιμοποιήθηκε για την παρασκευή του χάμπουργκερ (ή του μπιφτεκιού ή του κιμά στα μακαρόνια σας) προήλθε από μολυσμένη αγελάδα, το χάμπουργκερ σας είναι πιθανότατα μολυσμένο, αλλά αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα, επειδή τα χάμπουργκερ κανονικά δεν τρώγονται ποτέ ωμά. Όταν μαγειρεύετε το χάμπουργκερ σας, το E. coli σε αυτό σκοτώνεται από τη θερμότητα και το κρέας είναι ασφαλές για να το φάτε. Αλλά τα λαχανικά, όπως το μαρούλι, τρώγονται συχνά ωμά, και σε αυτή την περίπτωση, τα βακτήρια μπορεί να είναι ζωντανά όταν τα τρώτε.
Το E. coli ζει κανονικά στα έντερα των βοοειδών για εβδομάδες έως μήνες, όπου δεν προκαλεί κάποια ασθένεια (Σχήμα 2). Τα κόπρανα αυτών των ζώων περιέχουν πολλά κύτταρα E. coli: ένα μόνο γραμμάριο κοπράνων (αλλίως λέγεται και κοπριά) από μια μολυσμένη αγελάδα μπορεί να περιέχει πάνω από 50 εκατομμύρια κύτταρα E. coli, και είναι εξαιρετικά δύσκολο να απαλλαγούμε από αυτά μόλις φύγουν από την αγελάδα ως κοπριά. Η κοπριά μπορεί να φιλοξενήσει αυτά τα βακτήρια για πάνω από 21 μήνες, δίνοντας στα βακτήρια πολλές ευκαιρίες να φτάσουν στο έδαφος. Εάν η κοπριά φτάσει στο νερό, τότε τα βακτήρια μπορούν να επιβιώσουν εκεί για περισσότερους από 8 μήνες, και κατά τη διάρκεια αυτού του χρόνου, μπορούν επίσης να εισέλθουν στο έδαφος, όταν το νερό χρησιμοποιείται για την άρδευση των καλλιεργειών. Μόλις εισέλθουν στο έδαφος, το E. coli μπορεί να έρθει σε επαφή με τα καλλιεργούμενα φυτά, με αποτέλεσμα να μολυνθούν τα φρούτα και τα λαχανικά.
ΤΑ ΒΑΚΤΗΡΙΑ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ ΕΙΝΑΙ ΜΙΑ ΛΥΣΗ
Δεδομένου του πόσο καιρό μπορούν να ζήσουν αυτά τα βακτήρια και πόσο εύκολα εξαπλώνονται, τι συμβαίνει τελικά και το E. coli να είναι σχετικά σπάνιο; Η απάντηση: τα βακτήρια του εδάφους! Για να μολύνει τα λαχανικά μας, το E. coli πρέπει να επιβιώσει στο έδαφος, αλλά η ικανότητά του να το κάνει αυτό είναι περιορισμένη. Στο έδαφος, το E. coli μπορεί να επιβιώσει μόνο για 3 μήνες. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η ποικιλομορφία των βακτηρίων του εδάφους, ή ο αριθμός των διαφορετικών ειδών βακτηρίων που ζουν φυσιολογικά εκεί, κάνει όλη τη διαφορά [2]. Κανένα περιβάλλον δεν είναι πιο ποικιλόμορφο από το έδαφος. Μια μόνο χούφτα χώματος μπορεί να περιέχει 10.000 διαφορετικά βακτήρια [3], και πολύ συχνά, πολλά από αυτά είναι μη μολυσματικά στελέχη του E. coli. Σε διάφορα πειράματα, οι επιστήμονες έχουν δείξει ότι όσο μεγαλύτερη ποικιλομορφία έχει ένα έδαφος, τόσο πιο δύσκολο είναι για τα επικίνδυνα βακτήρια να εισβάλουν επιτυχώς σε αυτό και να νικήσουν. Ο λόγος για αυτό φαίνεται να είναι η διαθεσιμότητα των πόρων που χρειάζονται τα εισβάλλοντα βακτήρια για να επιβιώσουν [4]. Η κατανάλωση πόρων για τα βακτήρια είναι παρόμοια με τις διατροφικές προτιμήσεις των ζώων, και διαφορετικά στελέχη βακτηρίων καταναλώνουν διαφορετικούς πόρους, δηλαδή τρώνε διαφορετικά πράγματα. Όταν ένα περιβάλλον όπως το έδαφος έχει μεγάλη ποικιλομορφία φυσικών βακτηρίων, η βακτηριακή κοινότητα καταναλώνει ένα ευρύ φάσμα πόρων, χωρίς να αφήνει τίποτα πίσω της. Με άλλα λόγια τρώνε όλο τους το φαγητό! Όταν το E. coli προσγειώνεται σε αυτό το περιβάλλον, δεν είναι σε θέση να τραφεί (δεν βρίσκει δηλαδή τίποτα να φάει) ή να αναπτυχθεί και έτσι πεθαίνει. Οι λιγότερο ποικιλόμορφες ομάδες βακτηρίων δεν μπορούν να καταναλώσουν όλους τους πόρους, αφήνοντας "υπολείμματα", τα οποία το E. coli μπορεί να χρησιμοποιήσει για να αναπτυχθεί και να εξαπλωθεί.
ΠΩΣ ΤΑ ΑΝΤΙΒΙΟΤΙΚΑ ΒΟΗΘΟΥΝ ΤΟ E. COLI
Τώρα ξέρετε ότι η ποικιλομορφία των βακτηρίων στο έδαφος είναι σημαντική επειδή εξασφαλίζει ότι απομένουν ελάχιστοι διαθέσιμοι πόροι για τα παθογόνα βακτήρια που προκαλούν ασθένειες. Δυστυχώς όμως, τα βακτήρια του εδάφους συνεχώς απειλούνται από την αλόγιστη χρήση αντιβιοτικών. Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν αντιβιοτικά για την καταπολέμηση ασθενειών στα ζώα και στους εαυτούς τους, κατά συνέπεια τα εδάφη εκτίθενται στα αντιβιοτικά με τρόπους που δεν γνωρίζαμε αρχικά και δεν το περιμέναμε. Σκεφτείτε πώς το έδαφος μπορεί να μολυνθεί με παθογόνα E. coli από περιττώματα βοοειδών. Για να αποτραπεί η εκδήλωση ασθενειών, οι αγελάδες συχνά λαμβάνουν μεγάλες ποσότητες αντιβιοτικών από τους κτηνοτρόφους. Αυτά δεν απορροφώνται πλήρως από τις σώμα τους και μπορούν να απελευθερωθούν στο περιβάλλον μέσω των ούρων της αγελάδας και των περιττωμάτων. Αλλά δυστυχώς αυτό είναι μόνο η αρχή. Τα λύματα περιέχουν πολλά αντιβιοτικά που απελευθερώνονται με τον ίδιο τρόπο από τους ανθρώπους καθώς και από το νερό των ιχθυοτροφείων, στο οποίο βρίσκουμε επίσης υψηλή περιεκτικότητα αντιβιοτικών. Αυτά τα νερά αναμειγνύονται με τα νερά των ποταμών, με τα οποία στην συνέχεια ποτίζονται τα εδάφη που χρησιμοποιούνται για τη γεωργία. Μόλις τα αντιβιοτικά φτάσουν στο έδαφος σκοτώνουν τα περισσότερα από τα καλά βακτήρια του εδάφους, αφήνοντας διαθέσιμους πόρους που παθογόνα βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιήσουν για να αναπτυχθούν και να πολλαπλασιαστούν, εξαπλώνοντας δυνητικά την ασθένεια. Μια ομάδα χωρών σε όλο τον κόσμο που συνεχώς μεγαλώνει έχει δημιουργήσει νόμους για τον περιορισμό της χρήσης των αντιβιοτικών σε ζώα όπως τα βοοειδή, σαν ένα τρόπο να μειωθεί η εξάπλωση αντιβιοτικών στο περιβάλλον και να βελτιωθεί η υγεία των πολιτών, αλλά και της άγριας ζωής.
ΒΑΚΤΗΡΙΑ: ΕΝΑ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΟ ΒΗΜΑ ΓΙΑ ΤΑ ΒΑΚΤΗΡΙΑ, ΕΝΑ ΜΕΓΑΛΟ ΒΗΜΑ ΜΠΡΟΣΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΘΡΩΠΟΤΗΤΑ
Οι άνθρωποι γνωρίζουν ότι τα βακτήρια προκαλούν ασθένειες ήδη από το 1800, αλλά ακόμη μαθαίνουμε τους τρόπους με τους οποίους τα βακτήρια προλαμβάνουν τις ασθένειες. Στην πραγματικότητα, μόλις τα τελευταία 20 χρόνια αρχίσαμε να βλέπουμε την πλήρη έκταση της βακτηριακής βιοποικιλότητας. Συνηθίζαμε να πιστεύουμε ότι ένα καθαρό περιβάλλον ήταν ένα αποστειρωμένο περιβάλλον, χωρίς βακτήρια. Καθώς συγκεντρώνουμε όλο και περισσότερες πληροφορίες για τον κόσμο των βακτηρίων, ο ορισμός μας για το τι είναι "καθαρό" αλλάζει. Αντί να δίνουμε έμφαση στην έλλειψη βακτηρίων, εστιάζουμε στην ύπαρξη των "σωστών" βακτηρίων που μπορούν να εμποδίσουν τα παθογόνα βακτήρια να προκαλέσουν ασθένειες. Γνωρίζουμε πλέον ότι τα βακτήρια βρίσκονται παντού και δεν είναι δυνατόν να ζούμε χωρίς αυτά. Η έρευνά μετατοπίζεται από το να προσπαθούμε να κρατήσουμε τον κόσμο μας απαλλαγμένο από βακτήρια, στο να μάθουμε πώς να επιλέγουμε τα σωστά βακτήρια: εκείνα που βοηθούν το περιβάλλον, το χάμπουργκερ και το σώμα μας να παραμείνουν υγιή. Υπάρχουν ακόμη πολλά αναπάντητα ερωτήματα. Για παράδειγμα, ποια είναι τα "σωστά" βακτήρια και τι τα κάνει τόσο ξεχωριστά;
ΛΕΞΙΚΟ ΟΡΩΝ
Στελεχος
Ένα υποείδος ενός βακτηριακού είδους που έχει κάποιες μικρές αλλά σημαντικές διαφορές στα γονίδιά του από άλλα στελέχη του ίδιου είδους.
ΓονΙδιο
Ένα τμήμα DNA που περιέχει οδηγίες για την κατασκευή μιας πρωτεΐνης.
Παθογονο
Ένας οργανισμός που μπορεί να προκαλέσει ασθένεια.
Ποικιλομορφια
Ο αριθμός των διαφορετικών ειδών σε μια κοινότητα.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙA
[1] Lim, J. Y., Yoon, J. W., and Hovde, C. J. 2013. A brief overview of Escherichia coli O157:H7 and its plasmid O157. J. Microbiol. Biotechnol. 20:5–14. doi: 10.4014/jmb.0908.08007
[2] Thakur, M. P., Putten, W. H., Cobben, M. M. P., Kleunen, M., and Geisen, S. 2019. Microbial invasions in terrestrial ecosystems. Nat. Rev. Microbiol. 17:621–31. doi: 10.1038/s41579-019-0236-z
[3] Le Roux, X., Recous, S., and Attard, E. 2011. “Soil microbial diversity in grasslands,” in Grassland Productivity and Ecosystem Services, eds G. Lemaire, J. Hodgson, and A. Chabbi (CAB International). p. 158–65.
[4] Eisenhauer, N., Schulz, W., Scheu, S., and Jousset, A. 2013. Niche dimensionality links biodiversity and invasibility of microbial communities. Funct. Ecol. 27:282–8. doi: 10.1111/j.1365-2435.2012.02060.x
ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Malte Jochum, German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Germany
ΑΝΑΦΟΡΑ: Jurburg SD (2020) Bacteria in Soil Keep Your Hamburger “Healthy”. Front. Young Minds 8:545905. doi: 10.3389/frym.2020.545905
CONFLICT OF INTEREST: The author declares that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.
COPYRIGHT © 2020 Jurburg. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
ΝΕΑΡΟΙ/ΝΕΑΡΕΣ ΚΡΙΤΕΣ
MADDIE, Ηλικία: 15
Το όνομά μου είναι Maddie. Είμαι 15 ετών και ζω κοντά στο Σαν Φρανσίσκο.
MATÍAS, Ηλικία: 14
Είμαι 14 ετών και αγαπώ την επιστήμη, τον προγραμματισμό, τους Βίκινγκς, τη μυθολογία, το Jiu-Jitsu, το rock and roll, το τραγούδι και τα ντραμς.
TACY, Ηλικία: 13
Γεια σας, είμαι η Tacy. Είμαι 13 ετών και ζω κοντά στο Σαν Φρανσίσκο. Μου αρέσει να ζωγραφίζω, να παίζω βιντεοπαιχνίδια και να παίζω κιθάρα.
ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ
STEPHANIE D. JURBURG
Η Stephanie Jurburg είναι λάτρης των μικροσκοπικών πραγμάτων. Εδώ και σχεδόν μια δεκαετία μελετά πώς τα βακτήρια που ζουν μέσα και γύρω μας διαμορφώνουν τον κόσμο μας, κάνοντάς μας υγιείς ή ασθενείς, και διατηρώντας τα εδάφη μας γόνιμα. Ενδιαφέρεται ιδιαίτερα για το πώς οι κοινότητες βακτηρίων αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου και πώς ανακάμπτουν όταν διαταράσσονται. Είναι ερευνήτρια στο German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), όπου μελετά πώς μοιάζουν οι βακτηριακές κοινότητες σε διαφορετικά περιβάλλοντα. *s.d.jurburg@gmail.com
ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ
Ευαγγελιαλινταχρονοπουλου
Η Λίντα είναι Γεωπόνος και εργάζεται σαν ερευνήτρια στο German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv) όπου παράλληλα κάνει την διδακτορική της διατριβή συνδυάζοντας την Εξελικτική Οικολογία με την Συμπεριφορά Ζώων. Στα πλαίσια των σπουδών και της εργασίας της έχει ζήσει σε 5 διαφορετικές χώρες μέχρι τώρα και ταξιδέψει σε πολλές περισσότερες χρησιμοποιώντας κυρίως την Αγγλική γλώσσα. Πιστεύει πως η ζωή μας χωρίς την βιοποικιλότητα θα ήταν βαρετή και «λάθος», σαν ένα ουράνιο τόξο δίχως χρώματα.
ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ
(για την διαχείριση και επιμέλεια των μεταφρασμένων κειμένων)
Η ομάδα Translating Soil Biodiversity ευχαριστεί για την υποστήριξη του το German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv)Halle-Jena-Leipzig που χρηματοδοτείται από το Γερμανικό Ίδρυμα Ερευνών (DFG FZT 118, 202548816).
