В чем разница между бактериями и вирусами?

И бактерии, и вирусы невидимы невооруженным глазом и вызывают насморк, лихорадку или кашель, так как же мы можем отличить их?

Поскольку бактерии быстро развивают устойчивость к антибиотикам, становится все более важным знать разницу, потому что вирусы нельзя лечить антибиотиками, а бактерии — противовирусными препаратами.

Необходимо быстрое и эффективное тестирование, чтобы можно было успешно лечить патогенный микроорганизм.

COVID-19 учит нас трудному пути: у нас нет лечения от нового вируса, пока у нас нет противовирусных препаратов и вакцин, специально предназначенных против него.

Терапия, разработанная против существующего вируса, часто не работает или работает плохо против нового вируса. До сих пор нашим лучшим оружием было и остается — мытье рук и физическое дистанцирование.

На биологическом уровне основное отличие состоит в том, что бактерии — это свободноживущие клетки, которые могут жить внутри или вне тела, а вирусы — это неживой набор молекул, которым для выживания нужен хозяин.

Многие бактерии помогают нам: живут в нашем кишечнике, переваривают и помогают усваивать нашу пищу, фиксируют азот и разлагают органические вещества в почве. Точно так же не все вирусы плохие — теперь мы знаем, что в нашем кишечнике, коже и крови присутствуют и полезные вирусы, которые могут убивать нежелательные бактерии и более опасные вирусы.

 

Бактерии и вирусы окружают нас повсюду

Бактерии и вирусы могут быть невидимы человеческому глазу, но они повсюду вокруг нас в поистине ошеломляющих количествах. В наших океанах бактерий в 10 миллиардов раз больше, чем звезд во Вселенной. Миллионы вирусов в мире, уложенные встык, растянулись бы на 100 миллионов световых лет.

Микроорганизмы, безвредно живущие в наших телах, превосходят по численности человеческие клетки в соотношении 10 к 1, играя жизненно важную роль в здоровье человека.

Но не все микроорганизмы существуют в гармонии с нами. Патогены представляют собой подмножество микроорганизмов, которые могут вызывать заболевания, и к ним относятся представители бактерий, грибов, вирусов, гельминтов и простейших.

Известно, что 1% известной в мире микробной популяции является патогенным для человека — примерно 1400 видов.

Что такое бактерии?

Бактерии — это свободноживущие клетки, которые могут жить внутри или вне тела. Бактерии — это прокариоты — мельчайшие, простейшие и самые древние клетки с свободно плавающим генетическим материалом. Эти микроскопические одноклеточные организмы могут иметь стержневую, спиралевидную или сферическую форму.

Существует два типа бактерий: грамотрицательные и грамположительные. Ключевым отличием является наличие дополнительной наружной мембраны у грамотрицательных бактерий. По сути, это дополнительная линия защиты, которая затрудняет проникновение антибиотиков, что затрудняет уничтожение грамотрицательных бактерий и делает их более склонными к развитию резистентности.

Бактерии в изобилии обитают в почве, населяя корневую систему растений, чтобы выполнять такие функции, как фиксация азота или действовать как противогрибковые агенты. Термофильные (теплолюбивые) бактерии фиксируют серу для производства сульфидов и энергии для фотосинтеза в водных отложениях или богатых органикой водах.

 

Опасные бактерии живут в почве, и это хороший повод надеть садовые перчатки.

Опасные бактерии также обитают в почве, что является хорошей причиной для использования садовых перчаток. Наводнения в 2019 году вынесли на поверхность Burkholderia pseudomallei, бактерии, вызывающие серьезную инфекцию, известную как мелиоидоз.

В нашем организме бактерии обитают в пищеварительной системе человека, живут на нашей коже и способствуют энергетическому обмену, пищеварению, работе мозга и общему самочувствию. Но если баланс этих бактерий нарушается дозой антибиотиков или плохим состоянием здоровья, тогда дискомфорт в кишечнике или кожные инфекции являются обычным явлением.

Инфекционные заболевания, вызываемые бактериями, унесли жизни более половины всех людей, когда-либо живших на Земле. Исторически сложилось так, что бактериальные инфекции стали причиной крупных пандемий, таких как бубонная чума, которая, по оценкам, унесла жизни 50-60 процентов населения Европы во время Черной смерти в 14 веке.

 

Бактерии размножаются в основном бинарным делением

Бактерии размножаются в основном путем бинарного деления — репликации своей ДНК, так что у них есть две копии на противоположных сторонах клетки, а затем выращивание новой клеточной стенки посередине, чтобы произвести две дочерние клетки. Это удвоение времени занимает от 20 минут до часа. Это короткое время генерации позволяет мутациям быстро появляться и накапливаться и быстро вызывать значительные изменения в бактериях, такие как устойчивость к антибиотикам.

Бактерии могут общаться друг с другом, высвобождая химические сигнальные молекулы, позволяя популяции действовать как один многоклеточный организм.

В зависимости от плотности молекул и сигнала, который они генерируют, бактериальное сообщество может адаптироваться и реагировать, чтобы конкурировать за ресурсы в процессе, известном как чувство  кворума,  способность регуляции экспрессии генов микроорганизмов.

 

Общение наделяет бактерии некоторыми качествами высших организмов.

Эта способность общаться друг с другом позволяет бактериям координировать экспрессию генов и, следовательно, поведение всего сообщества.

Этот процесс придает бактериям некоторые качества высших организмов и является мощным оружием против антибиотиков. Это может привести к тому, что некоторые бактерии отключатся и станут бездействующими при воздействии антибиотика, и они могут регенерировать, когда антибиотик исчезнет.

 

Что такое вирусы?

Вирусы представляют собой совокупность различных типов молекул, состоящих из генетического материала (одно- или двухцепочечной ДНК или РНК) с белковой оболочкой, а иногда и с жировым слоем (оболочкой). Они могут принимать различные формы и размеры — космические корабли, спирали, цилиндры и шары.

Вирусы, покрытые слоем жира (например, SARS-CoV-2, вызывающий COVID-19), легче уничтожаются простым мытьем рук, потому что мыло разрушает этот жировой слой. Вирусы не могут размножаться сами по себе (в отличие от бактерий), поэтому они не считаются «живыми», но они могут выживать на поверхностях в течение разного периода времени.

Вирусы — это неживой набор молекул, которым для выживания нужен хозяин.

Вирусы должны проникнуть в живую клетку (например, в человеческую клетку), чтобы иметь возможность размножаться, и, оказавшись внутри, они захватывают все клеточные механизмы и заставляют клетку производить новый вирус.

Вирусы вызывают заболевания, включая грипп, вирус простого герпеса, лихорадку Эбола, вирус Зика и грозную простуду.

Вирусы могут быть весьма избирательны в отношении того, где они живут и размножаются — многие вирусы даже не заражают людей. Некоторые вирусы заражают только бактерии, некоторые заражают только растения, а многие заражают только животных.

Однако вирус может эволюционировать и проникнуть в человека. Это часто происходит с гриппом: например, птичьим гриппом или свиным гриппом, которые возникли у птиц и свиней и сумели заразить людей. SARS-CoV-2, вирус, вызывающий COVID-19, вероятно, попал в человека от летучих мышей.

Жизненный цикл вируса можно разделить на следующие этапы: проникновение вируса в клетку-хозяин; репликация вирусного генома; производство новых вирусных белков; сборка этих вирусных белков в новые вирусы, а затем высвобождение из клетки-хозяина (либо путем уничтожения клетки, либо путем отпочкования от мембраны клетки-хозяина), готовых заразить новые клетки.

 

Почему так важно различать?

Молекулярные инструменты улучшают способность врачей выявлять вирусные или бактериальные инфекции быстрее и эффективнее. Есть надежда, что врачи смогут проверять пациентов в кабинете врача общей практики или в экстренной ситуации и сразу выяснять, вызвано ли их заболевание вирусом или бактерией.

Цель состоит в том, чтобы быстрые тесты были доступны в хирургии общей практики.

Важно знать разницу между вирусной и бактериальной инфекцией, чтобы врачи могли лечить правильное заболевание, а антибиотики не использовались без необходимости, способствуя росту устойчивых к антибиотикам супербактерий.

По этой же причине не следует ожидать, что врач назначит антибиотики, если вы страдаете от вирусной инфекции, такой как простуда. Исследователи из IMB работают над тем, чтобы за несколько часов выявлять и идентифицировать бактерии, вызванные инфекциями, — в настоящее время на это уходит несколько дней. Воспользовавшись преимуществами этих молекулярных электростанций исследователи переделывают смертельную конструкцию бактерий и вирусов, чтобы найти способы остановить их инфекционные циклы.

 

На данный момент разрабатываются вакцины для защиты от COVID-19.

Вакцины показывают иммунной системе важные части вируса, чтобы иммунная система могла подготовить инструменты для эффективной борьбы с настоящим вирусом — вакцины обманом заставляют иммунную систему реагировать так, как она раньше видела вирус. Наиболее изученными из этих иммунных «инструментов» являются антитела, которые препятствуют проникновению вирусов в новые клетки. Но иммунная система также производит клетки-киллеры, которые останавливают репликацию вируса, убивая любые инфицированные клетки-хозяева. Традиционно вакцины представляют собой слабые или инактивированные формы вируса. В мире находится много потенциальных вакцин-кандидатов, созданных с использованием широкого спектра новых технологий. Эти вакцинные технологии включают использование субъединичных вакцин: исследователи производят вирусные белки и вводят их в организм, так что иммунная система вырабатывает антитела против этих вирусных белков. Этот метод обычно безопаснее и быстрее, чем использование живого или инактивированного вируса. Другие технологии обманывают организм, чтобы он сам производил эти вирусные белки, к ним относятся доставка РНК в липосомах или ДНК-плазмид в наночастицах, а также модифицированные безопасные вирусы и существующие вакцины. Изучая жизненные циклы вирусов и то, как вирусы обнаруживаются иммунной системой, мы можем открыть новые способы нацеливания на вирус и лечения вирусных заболеваний даже без вакцины.

 

Бактериальные и вирусные инфекции часто связаны

Хотя бактериальные и вирусные инфекции различаются, они часто связаны между собой. Тяжелые случаи вирусной пневмонии часто заканчиваются ассоциированной бактериальной инфекцией. Это особенно верно в отношении COVID-19, когда до 50% тяжелобольных госпитализированных пациентов развили бактериальную инфекцию. Таким образом, несмотря на то, что COVID-19 вызывается вирусом, антибиотики действительно важны для лечения связанных с ним бактериальных инфекций. Поскольку устойчивые к антибиотикам бактерии становятся все более серьезной глобальной проблемой, исследователи IMB изучают поверхностную активность бактерий на молекулярном уровне и обнаруживают, как они ускользают от иммунной системы человека. Они также занимаются разработкой новых методов лечения устойчивых бактерий и помогают исследователям во всем мире открывать новые антибиотики.

Сейчас мы находимся на пути к разработке превентивной терапии, биомаркеров и вакцин