细菌是单细胞生物，几乎无处不在：在地下、在海洋、在你的手上和在你的肠道里。虽然有些有害，但大多数都无害，有些甚至对人类健康有益。在许多情况下，人类与细菌共生，在不知不觉中维持着互惠互利的关系。
因此，让我们揭开这一多样化单细胞生物群体的神秘面纱。以下概述了细菌是什么、它们有什么作用以及需要注意哪些细菌。
什么是细菌？
细菌是具有独特内部结构的单细胞生物。人类和其他多细胞生物是真核生物，这意味着我们的细胞具有与膜结合的不同细胞核。细菌是原核生物，这意味着它们没有有组织的细胞核或任何其他膜结合的细胞器。
细菌它以一种称为类核的扭曲的线状物质自由漂浮在细菌细胞内。有些还具有独立的环状 DNA 片段，称为质粒。根据微生物学会，质粒通常含有赋予细菌生存优势的基因，例如传递抗生素抗性的基因。
细菌不应与另一类主要的原核生物（称为古细菌）相混淆。古细菌也是单细胞生物，但这两个群体在构建细胞壁的分子种类和代谢过程方面有所不同。
细菌的结构
细菌有五种基本形状：球形、圆柱形、逗号形、螺旋形和螺旋形。这些形状的学名是球菌（圆形）、杆菌（圆柱形）、弧菌（逗号形）、螺旋菌（螺旋形）和螺旋菌（螺旋形）。细菌的形状和构造通常反映在它们的名称中。例如，凝乳嗜酸乳杆菌是杆菌，并且 肺炎链球菌是一串球菌。
细菌细胞通常被外细胞壁和内细胞膜包围。某些细菌，如支原体，根本没有细胞壁。有些细菌甚至可能有第三个最外层的保护层，称为荚膜。鞭状的延伸物通常覆盖细菌的表面——长的，称为鞭毛，或短的，称为菌毛——并帮助细菌四处移动并附着在宿主上。
根据卡尔顿学院科学教育资源中心的说法，可以使用革兰氏染色法根据细胞壁的成分对细菌进行分类。该测试可对革兰氏阳性细菌或没有外膜的细菌进行染色。革兰氏阴性细菌有外膜，不会沾染污渍。例如，肺炎链球菌是革兰氏阳性细菌，但是大肠杆菌，这可能导致食物中毒，以及霍乱弧菌引起霍乱的细菌是革兰氏阴性细菌。
深入细胞壁和细胞膜下方，细菌含有细胞质，一种主要由水和盐组成的溶液。细胞质内漂浮着类核、质粒和称为核糖体的微小蛋白质工厂，核糖体是细胞遗传指令翻译成细胞产物的场所。一些抗生素，如四环素，以细菌核糖体为目标，阻止它们合成蛋白质，从而毁灭细胞。
一些细菌的细胞质也可能有小口袋，称为内含物，其中储存营养物质以备不时之需。光合细菌利用阳光产生能量，其细胞质中可能具有称为色素细胞的结构。这些色素细胞含有用于。
细菌如何进食和繁殖？
作为一些最古老的生命形式，细菌进化出了令人眼花缭乱的生存方式。有些细菌进行光合作用，而另一些细菌则是主要分解者，将腐烂和腐烂的有机物质分解成营养物质。有些与宿主建立了共生或互利的关系（稍后会详细介绍）。
大多数细菌通过称为二元的过程繁殖，根据康奈尔大学农业与生命科学学院。在此过程中，单个细菌细胞（称为“亲本”）复制其 DNA，并通过使其细胞含量加倍而变得更大。然后细胞分裂，将复制的材料推出并产生两个相同的“子”细胞。
某些类型的细菌，例如蓝细菌和厚壁菌，通过出芽繁殖。在这种情况下，子细胞作为亲代细胞的分支生长。它一开始是一个小结节，逐渐长大，直到与母体大小相同，然后分裂。
经过二元裂变或出芽后，父母和后代的 DNA 是完全相同的。因此，细菌细胞通过将额外的 DNA（通常来自周围环境）整合到其基因组中，从而将变异引入其遗传物质中。根据该研究，这被称为水平基因转移圣地亚哥州立大学科学学院。由此产生的遗传变异确保细菌能够随着环境的变化而适应并生存，。
水平基因转移有三种方式：转化、转导和接合。
转化是水平基因转移最常见的过程，当细菌通过细胞膜从环境中吸收短 DNA 片段时就会发生转化。 （DNA 片段被其他细菌释放到环境中。）要进行转化，细菌必须处于一种称为能力的状态。当营养物质稀缺或细菌菌落密度较高时，通常会发生这种情况。在这种情况下，尝试一些新的 DNA 可能在进化上是有利的。
当病毒从一种细菌中获取 DNA 并感染另一种细菌并插入新的基因序列时，就会发生转导。当细菌直接接触时就会发生结合。供体细胞长出管状附属物，称为菌毛，并将 DNA 直接传递给受体细胞。这发生在，其中一些单个细胞携带一种特殊类型的质粒，称为生育因子，或 F 因子，根据“现代遗传分析“（WH Freeman and Company，1999）。这些 F 因子细胞可以将 DNA 捐赠给 F 因子阴性的细胞。第三种类型的转移称为接合，有助于抗生素抗性基因的传播。
细菌如何有益于健康？
许多细菌对人类有益。我们利用它们的力量将牛奶凝结成酸奶，将卷心菜发酵成泡菜。有些物种甚至在我们体内发挥作用。根据微生物学会的数据，人体内的细菌细胞数量约为人体细胞的 10 倍，其中许多生活在消化道中。这些细菌从人体肠道源源不断地获取营养。作为回报，它们有助于分解人类消化酶无法分解的食物。多形拟杆菌例如，有助于分解复杂的碳水化合物。嗜酸乳杆菌据该公司称，它分解牛奶中的糖并产生乳酸和过氧化氢等副产品西奈山健康图书馆;这些副产品使肠道不太适合有害细菌。
根据该杂志 2018 年的一篇论文，皮肤上的细菌还会产生副产品，从而阻止有害细菌的进入。良性细菌棒状杆菌例如，抑制引起肺炎的细菌的生长肺炎链球菌。
有些皮肤细菌既有益又有害。表皮葡萄球菌是一种球形细菌，通常在皮肤上定殖，但如果进入皮肤内部可能会引起感染。然而，表皮葡萄球菌还产生抑制其毒性更强的亲属生长的蛋白质，金黄色葡萄球菌。金黄色葡萄球菌当它穿过皮肤屏障时也会引起感染，但它们通常比表皮葡萄球菌感染。
细菌如何危害健康？
有些细菌，比如金黄色葡萄球菌，大部分时间与人类相对和平相处；大约30%的人携带金黄色葡萄球菌据美国疾病控制与预防中心 (CDC) 称，它们的鼻子里有细菌。但是，当这些细菌进入人体时，尤其是在患有以下疾病的人体内，它们可能导致致命的感染。葡萄球菌感染可导致（感染引起的全身炎症），根据疾病预防控制中心的说法，心内膜炎（心脏和心脏瓣膜的炎症）和骨髓炎（骨骼的炎症）。
其他细菌几乎总是对人类有害。霍乱是一种腹泻病，每年在全球造成约 95,000 人死亡，由以下疾病引起：霍乱弧菌。细菌鼠疫耶尔森菌由咬啮齿动物的跳蚤传播，是导致。和炭疽杆菌可以形成几乎坚不可摧的炭疽孢子，潜伏在土壤中，如果吸入或食用，可能会导致致命的疾病。
一些最常见的问题细菌通过变质的食物感染人类。细菌会引起沙门氏菌病，其特征是腹泻、胃痉挛和发烧。疾病预防控制中心表示，尽管大多数人会在四到七天后康复，但沙门氏菌病对于幼儿和老年人来说可能很严重，甚至致命。
大肠杆菌另一种导致食物中毒的细菌通常通过受污染的食物和水传播。虽然许多菌株无害地生活在人类肠道中，但其他菌株会引起腹泻疾病。与沙门氏菌病一样，大肠杆菌疾病预防控制中心表示，腹泻通常非常令人不快，但持续时间很短，但 5% 到 10% 的人会出现一种称为溶血性尿毒症综合征的肾脏并发症，这种并发症可能会危及生命。
另一种对人类有害的常见细菌是幽门螺杆菌。据该机构称，大约一半的人胃里携带这些细菌梅奥诊所。大多数人从未表现出这种感染的任何不良影响，但在某些情况下，细菌会导致，或胃壁上的疼痛性溃疡。目前还不完全清楚细菌是如何传播的，但危险因素包括拥挤的生活
什么是细菌性阴道病？
细菌性阴道病是厌氧菌（在新陈代谢中不使用氧气的细菌）取代的一种疾病乳酸菌，一种存在于阴道中的有益细菌。症状包括阴道瘙痒、灰色或绿色分泌物、鱼腥味和排尿时疼痛。梅奥诊所。
细菌性阴道病很常见：全国2001年至2004年间进行的研究研究发现，29% 的女性随机检测了导致这种疾病的细菌，相当于在任何特定时间，美国约有 2100 万女性受到感染。 （检测呈阳性的女性中只有约 15% 出现症状。）
据梅奥诊所称，目前尚不清楚是什么原因导致细菌性阴道病。有些人可能很容易受到影响，因为他们的阴道环境不太舒服。乳酸菌构成健康阴道微生物群的细菌。冲洗或与新伴侣或多位性伴侣发生性行为可能是一个危险因素，可能是因为这些活动破坏了阴道中常见的细菌群落。通常与细菌性阴道病相关的细菌包括阴道加德纳菌,普雷沃特拉物种，动线虫物种和阿托波菌鞘,据CDC称。
如果不治疗，细菌性阴道病是早产的危险因素，并且会使人更容易感染性传播感染。细菌性阴道病可以用抗生素治疗。
抗生素耐药性
抗生素通常用于治疗细菌感染。然而，近年来，抗生素的不当和不必要的使用已屡见不鲜。多种抗生素耐药细菌菌株。
在抗生素耐药性的情况下，传染性细菌不再对以前有效的抗生素敏感。根据CDC美国每年至少有 200 万人感染抗生素耐药细菌，每年导致 23,000 人死亡。
威斯康星大学医院和威廉·S·米德尔顿纪念退伍军人医院的传染病医生兼医院流行病学家克里斯托弗·克尼奇博士说：“现在几乎所有你能想到的感染都被认为与一定程度的耐药性有关。” “我们现在治疗的感染很少是由耐药细菌引起的感染不是临床问题的。”
例如，是一种臭名昭著的抗生素耐药菌株；它对甲氧西林和其他用于治疗的抗生素有抵抗力葡萄球菌感染，主要通过皮肤接触获得。例如医院和疗养院，可能导致肺炎或血液感染。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌也在社区中传播，特别是在有大量皮肤暴露、其他身体接触和使用共用设备的情况下，例如运动员之间、纹身店、日托机构和学校。CDC。社区获得的 MRSA 最常引起严重的皮肤感染。
对抗抗生素耐药性的一个重要方面是谨慎使用它们。 “明智地使用抗生素对我们来说非常重要，”克里尼奇告诉《生活科学》。 “只有当你有明显的细菌感染时，你才需要使用抗生素。”
其他资源：
- 阅读更多关于细菌的生活史和生态学来自加州大学伯克利分校。
- 手表：细菌：未来的能源生产者？来自国家科学基金会。
- 了解面包师和他们的面包如何成为微生物匹配，来自美国国家公共广播电台。
本文由 Live Science 撰稿人 Stephanie Pappas 于 2021 年 10 月 14 日更新。
