Mikrobit ylläpitävät luonnon järjestystä ja ihmisen terveyttä
Mihin mikrobeja tarvitaan ja miten niitä tutkitaan? Entä mikä on niiden merkitys terveydelle ja luonnolle? Tutustu nyt mikrobien mielenkiintoiseen maailmaan mikrobiologi Elias Hakalehdon johdatuksella!
Silmille näkymättömät pieneliöt, joita myös kutsutaan mikrobeiksi tai mikro-organismeiksi, ovat ratkaisevassa asemassa luonnon tasapainon säilyttämisessä. Siksi niiden elämän ja toiminnan ymmärtäminen on erityisen tärkeää, kun pyrimme pitämään pallon elinkelpoisena. – Toinen mikrobien keskeinen rooli tai tehtävä on kehittää elimistön toimintakykyä ja terveyttä. Meillä on kehossamme vähintään yhtä monta mikrobisolua kuin meidän omia solujamme.
Elävässä luonnossa, biosfäärissä, toimii hieman pelkistetysti ajatellen kolme eliöiden pääryhmää: kasvit, eläimet ja mikrobit. Viimeksimainittuja ovat ”alkeistumalliset” (prokarioottiset) bakteerit, syanobakteerit eli sinilevät sekä arkit eli archeonit eli arkkibakteerit. Näiden prokarioottien lisäksi mikrobeihin luetaan tavallisesti ”aitotumallisista” eliöistä (eukarioottiset) yksisoluiset levät, mikrosienet (hiivat ja homeet) sekä alkueläimet (protistit).
Jotta päästään hyvään ymmärrykseen mikrobien roolista kasvien ja eläinten rinnalla kolmantena eliöiden pääryhmänä, on meidän usein mielikuvituksessamme mentävä siihen maailmaan ja mittakaavaan, jossa ne operoivat. – Tiesitkö, että aamupalallasi on jugurttilusikallisessa osapuilleen yhtä monta hapatteesta peräisin olevaa maitohappobakteerien solua kuin maapallolla on ihmisiä? – Ja mikrobit eivät nuku. Silloinkin, kun elimistömme aiheellisesti on levossa, mikrobit ruuansulatuskanavassa, iholla ja muualla kehossamme toimivat lakkaamatta. Ne vaihtavat viestejä keskenään ja meidän solujemme kanssa.
Tiesitkö, että aamupalallasi on jugurttilusikallisessa osapuilleen yhtä monta hapatteesta peräisin olevaa maitohappobakteerien solua kuin maapallolla on ihmisiä?
Vaikka emme yleensä voi suoraan nähdä yksittäisiä mikrobisoluja, näemme niiden valtavat vaikutukset ympäristössään, olipa se luonnon ekosysteemi, pelto, metsä, vesistön pohjasedimentti, teollisuusprosessi tai ihmiselimistö. Mikrobiologisessa laboratoriossa tämä ympäristö on tavallisesti kasvualusta (”medium”), josta kyseinen mikrobi ottaa ravintonsa ja johon se myös vaikuttaa omilla elintoiminnoillaan. Koska mikrobisolut ovat niin pieniä, tyypillisesti esimerkiksi yhden mikrometrin (millimetrin tuhannesosa) halkaisijaltaan, tutkitaan niiden aiheuttamia biokemiallisia tai muita vaikutuksia sekä ravinteiden käyttöä yleensä suuren solujoukon toimintaa havainnoimalla ja mittaamalla. Ts. samanlaiset solut, jotka ovat usein saaneet alkunsa yhdestä tai muutamasta solusta, toimivat samansuuntaisesti. Ja tätä toimintaa seuraamalla voidaan tehdä johtopäätöksiä yksittäisen solun elämästä. Tutkimuksia varten solujoukko on eristettynä viljelyastiaan, joka voi olla koeputki, Petri-malja, Erlenmeyer-pullo tai muu kasvatusväline tai vaikkapa käymisastia eli fermentori tai bioreaktori. Jos kaikki mikrobisolut ovat perimältään samanlaisia, ne synnyttävät tällöin ”puhdasviljelmän”. Jos samassa astiassa on useita erilaisia lajeja tai kantoja toimimassa samaan aikaan, puhutaan ”sekaviljelmästä”.
Meille ihmisille on mahdollista nähdä esimerkiksi bakteerisolu, yksisoluinen levä tai muu mikrobi apulaitteiden kautta, joista tunnetuin on valomikroskooppi. Sen linssien avulla saatava suurennus on maksimissaan noin tuhatkertainen, koska erotuskyky perustuu valon suhteelliseen aallonpituuteen. Toisin sanoen, kulkiessaan mikroskooppisessa maailmassa valon aaltoliike piirtää kuvan siellä kohtaamistaan asioista. Tämä kuva sitten suurennetaan linssien ja okulaarien avulla mikroskoopissa. – Meidän havaitsemamme värit myös ovat valoa, jolla on hieman toisistaan poikkeavat aallonpituudet. Mikrobien solujen ja hienorakenteiden kokoluokassa värit eivät kuitenkaan tule selvästi esiin tässä tarkastelussa. Monet mikrobit kuitenkin erittävät värillisiä aineita eli pigmenttejä ympäristöönsä, ja ne voidaan usein havaita paljaalla silmälläkin. – Myös soluihin voimme kuvitella värit mielessämme.
Mikrobisolujen tuottamat monet signaalimolekyylit auttavat niitä kommunikoimaan keskenään. Tätä kommunikaatiota tapahtuu myös mikrobien isäntäeliöiden suuntaan. Elimistössä esimerkiksi meidän hormonimme vaikuttavat mikrobeihin, ja ne myös voivat tuottaa hormonien kaltaisia yhdisteitä. Siten mikrobit voivat vaikuttaa lukemattomiin asioihin kehossamme, usein eri suuntiin mikrobilajista riippuen, kuten ruokahaluun, uneen, mielialaan, vastustuskykyyn, ravinteiden ottoon, terveyden säilymiseen jne. Kasvien juuristoissa ja lehdillä mikrobit tuottavat myös aineita, jotka vaikuttavat kasvien kasvuun ja kehitykseen. Vastaavasti kasvit vaikuttavat maaperään ja siinä eläviin mikrobeihin omilla elintoiminnoillaan ja aineenvaihdunnallaan. Tämän vuorovaikutuksen takia kasviravinnon terveysvaikutukset ovat seurausta, paitsi niiden omien solujen toiminnasta ja ympäristöoloista, myös mikrobien vaikutuksista. Me ihmiset olemme myös oppineet käyttämään ruuan säilönnässä ja valmistuksessa näitä mikrobeja apunamme, esimerkiksi hapankasvisten valmistuksessa. Tällöin tietyjen bakteerikantojen tuottamat etikkahappo (asetaatti) tai maitohappo (laktaatti) toimivat vaikuttavina aineina lisäten happamuutta kasviainekseen ja liemeen.
Koska valomikroskoopin erotuskyky ja suurennus on enimmillään noin tuhatkertainen, tarvitaan solujen hienorakenteiden, osien tai suurten molekyylien tarkasteluun voimakkaampaa suurennusta. Elektronimikroskoopeilla saadaan näkymiä solukalvoista ja muista pintarakenteista, uintisiimoista, tarttumisrihmoista jne., joita mikrobisoluissa on erilaisten toimintojen suorittamista varten. Laboratoriossa mikrobit päällystetään esimerkiksi hyvin hienojakoisella kultakerroksella, johon muottiin piirtyy tarkka kopio soluista ja niiden rakenteista. Kun tätä ”valua” sitten tutkitaan elektronisuihkun avulla, saadaan noin tuhatkertainen lisäsuurennus verrattuna valomikroskooppiin. Alkuperäinen kohde nähdään siis noin miljoonakertaisena suurennoksena. Päästään tarkastelemaan nanometrien kokoluokkaa olevia partikkeleita (millimetrin miljoonasosan mittaisia kohteita).
Monia muitakin tapoja on kurkistaa mikrobien ihmeelliseen maailmaan, ja niistä enemmän tämän alkavan blogisarjan jatko-osissa. Samalla tällä tutkimusretkellä valtavaan mikroskooppiseen universumiin käsitellään myös mikrobien asemaa luonnon järjestelmässä, sekä meidän elämämme ja terveytemme ytimessä.
Tervetuloa mukaan!
SYVENTÄVÄÄ KIRJALLISUUTTA
- Hakalehto, E. (2000). Characterization of Pectinatus cerevisiophilus and P. frisingiensis surface components. Use of synthetic peptides in the detection of some gram-negative bacteria, PhD Thesis, Kuopio University Publications C, Natural and Environmental Sciences 112, Kuopio, Finland.
- Hakalehto, E. (2015). Structure and function of bacteria in contact with host. In: Hakalehto, E. (ed.) Microbiological Clinical Hygiene. Nova Science Publishers, Inc., New York, NY, USA.
- Hakalehto, E. (2015). Bacteriological indications of human activities in the ecosystems. In: Armon, R. and Hänninen, O. (eds.) Environmental Indicators. Springer, Dordrecht, Netherlands.
Heräsikö ajatuksia? Jaa mietteesi ja kommentoi alle. :)