Bakterie

Jesteś tu: Baza wiedzy / Biologia / Bakterie


Nazwa tej grupy organizmów pochodzi od greckiego słowa bakterion, oznaczającego laseczkę. Mikroskopijne (od 0,2 do 80 mikrometrów, przeciętnie 1 mikrometr; jeden mikrometr to jedna milionowa metra) jednokomórkowe organizmy, nie posiadające jądra komórkowego (stąd nazwa bezjądrowe - Procaryota). Ich informacja genetyczna nie jest zamknięta w otoczce jądrowej, jako nośnik informacji genetycznej wykorzystane jest "nagie" DNA (bez histonów) umieszczone swobodnie w cytoplazmie. Bakterie były pierwszymi organizmami, które pojawiły się na Ziemi w przybliżeniu 3,5 miliarda lat temu. Do czasu pojawienia się komórek eukariotycznych (posiadających jądro komórkowe) około 1,7 - 1,5 miliarda lat temu, czyli przez dwa miliardy lat, bakterie rozwijały się nie mając konkurencji. Zmieniły pierwotnie beztlenową atmosferę Ziemi, umożliwiając rozwój organizmów wykorzystujących tlen. Trzy i pół miliarda lat ewolucji zaowocowało niesłychaną różnorodnością bakterii pod względem przeprowadzanych reakcji metabolicznych, a w szczególności sposobów odżywiania i otrzymywania energii. Pozwoliło im to na opanowanie praktycznie wszystkich środowisk na Ziemi, nawet tych, które są niedostępne dla innych żywych istot.



Występowanie


Bakterie są organizmami kosmopolitycznymi, występują w następujących środowiskach:

  • Gleba. W jednym gramie suchej masy gleby w warstwie powierzchniowej przeciętnie występuje kilka tysięcy komórek bakterii (!). Ogromne ilości bakterii zawiera ryzosfera - warstwa gleby otaczająca korzenie roślin.
  • Woda. W jednym mililitrze wody występuje przeciętnie około miliona bakterii. Szczególnie dużo bakterii występuje w mułach na dnie zbiorników wodnych. Bakterie występują także w wodach o bardzo wysokim stopniu zasolenia, w gorących źródłach, gdzie temperatura osiąga prawie 100o C, na dnie oceanicznym.
  • Organizmy żywe, powierzchnia ich ciała lub wnętrze, są doskonałym, zasobnym w pokarm środowiskiem dla bakterii. Bakterie mogą być komensalami, symbiontami lub pasożytami innych organizmów. Komensale nie wyrządzają szkód, symbionty idą o krok dalej - w zamian za schronienie i pokarm dostarczają różne związki chemiczne, często bardzo potrzebne gospodarzowi (np. bakterie jelitowe żyjące w przewodzie pokarmowym człowieka produkują witaminy z grupy B i K), pasożyty korzystają z ciał swoich gospodarzy nie dając nic w zamian.
  • Powietrze. Bakterie oraz ich przetrwalniki można znaleźć w powietrzu, które z oczywistych względów nie jest środowiskiem, w którym mogłyby być aktywne. Możliwość przemieszczenia się bakterii z powietrzem musi być brana pod uwagę w profilaktyce zakażeń.

 


Budowa bakterii

 

Kształty bakterii


Bakterie mogą występować pojedynczo lub w skupieniach, gdzie kilka lub kilkanaście komórek jest osłoniętych wspólną otoczką śluzową.

Komórki bakteryjne mogą przyjmować następujące kształty:

kształt podstawowy bakterii przykłady
  • ziarenkowiec - coccus
  • dwoinka - diplococcus np. dwoinka rzeżączki, dwoinka zapalenia opon mózgowych
  • paciorkowiec - streptococcus
  • gronkowiec - staphylococcus - np. gronkowiec złocisty
  • pakietowiec - sarcina
  • pałeczka - bacterium - np. pałeczka okrężnicy
  • laseczka - bacillus (może, w odróżnieniu od pałeczki tworzyć przetrwalniki) np.laseczka jadu kiełbasianego, laseczka wąglika, laseczka zgorzeli gazowej
  • maczugowiec - np. maczugowiec błonicy
  • wrzecionowiec
  • nici - np. promieniowce
  • krętki - np. krętek blady kiły
  • przecinkowiec - vibrio - np. przecinkowiec cholery
  • śrubowiec - spirillum

 

Budowa komórki bakteryjnej

Komórka bakteryjna jest otoczona sztywną ścianą komórkową zbudowaną zupełnie inaczej, niż ściana komórkowa u roślin. Podstawowym składnikiem budującym ścianę bakterii jest mureina - skomplikowany polimer pochodnych glukozy (kwasu muraminowego i acetyloglukozoaminy). Łańcuchy mureiny połączone są ze sobą (za pomocą kwasu dwuaminopimelinowego, który jest aminokwasem), tworząc zwartą strukturę. Mureina jest związkiem występującym tylko u bakterii. Ze względu na budowę ściany komórkowej bakterie dzielimy na dwie grupy: gramdodatnie i gramujemne. Podział ten odnosi się do metody barwienia bakterii, zaproponowanej w XIX wieku przez duńskiego lekarza Ch. Grama - bakterie pobrane na szkiełko podstawowe, wysusza się nad palnikiem i barwi fioletem goryczki lub fioletem krystalicznym. Bakterie wybarwiają się na fioletowo; następnie preparat traktuje się płynem Lugola, a na końcu spłukuje alkoholem etylowym. Bakterie gramdodatnie wybarwiają się metodą Grama na fioletowo. Bakterie gramujemne ulegają odbarwieniu w alkoholu i nie są wybarwione. Różnice w barwieniu wynikają z różnic w budowie ściany komórkowej, a te pociągają za sobą ważne następstwa w postaci różnej odporności na leki. Dlatego podział na bakterie gramdodatnie i gramujemne ma ważne znaczenie w diagnostyce i leczeniu chorób wywoływanych przez bakterie. I tak bakterie gramdodatnie posiadają grubą (15 - 50 nm) ścianę, zbudowaną z wielu warstw mureiny; wybarwiają się, ponieważ barwnik z łatwością wnika pomiędzy jej cukrowe łańcuchy. Równie łatwo wnika do tych bakterii antybiotyk i, choć osłonięte grubszą ścianą, są bardziej podatne na działanie antybiotyków, niż bakterie gramujemne. Bakterie gramujemne mają cienką (2-10 nm) ścianę i tylko jedną warstwę mureiny, pokrytą od zewnątrz tzw. lipopolisacharydem - błoną, składającą się z lipidów, cukrów i białek. Struktura ta utrudnia trwałe wybarwienie, utrudnia również wnikanie antybiotykom. U wielu bakterii ściana jest osłonięta z zewnątrz grubą otoczką śluzową, zbudowaną z polisacharydów, jej średnica często przekracza średnicę komórki bakteryjnej. Otoczka chłonie wodę z otoczenia, zabezpieczając komórki przed wyschnięciem. Ma to duże znaczenie dla bakterii wolnożyjacych. Otoczka bakterii chorobotwórczych chroni je przed rozpoznaniem i atakiem układu odpornościowego żywiciela, szczepy posiadające otoczkę są bardziej zjadliwe.

Pod ścianą komórkową bakterii znajduje się błona komórkowa, zbudowana wedle tej samej zasady, co błona elementarna komórek eukariotycznych. Jednakże w błonie bakteryjnej występują inne lipidy; mniejsza jest różnorodność fosfolipidów i, u większości bakterii, brak cholesterolu.

Wyrostki błony w kształcie spinki do włosów, wychodzące poza ścianę komórkową i otoczkę tworzą tzw. fimbrie (inaczej pile). Fimbrie pomagają bakterii w przyczepianiu się do różnych powierzchni, tzw. fimbrie płciowe umożliwiają bakteriom połączenie się ze sobą w procesie koniugacji.

Liczne bakterie o kształcie pałeczkowatym lub spiralnym posiadają rzęski, które są organellami ruchu. Liczba i rozmieszczenie rzęsek zależą od gatunku bakterii. Budowa i mechanizm ruchu rzęski bakteryjnej w niczym nie przypominają rzęski eukariotycznej.

Rzęska u bakterii składa się z białka - flageliny. Cząsteczki flageliny są ułożone spiralnie w taki sposób, że we wnętrzu rzęski znajduje się pusty kanał. Dzięki rzęskom bakterie mogą pokonać w ciągu jednej sekundy drogę nawet kilkadziesiąt razy dłuższą od długości własnego organizmu.


Wnętrze komórki bakteryjnej wypełnia cytoplazma. Jest ona gęsta, zawiera krople lipidów, ziarna cukrów i białek, nie zawiera natomiast organelli typowych dla komórek eukariotycznych (takich jak: jądro komórkowe, mitochondria, chloroplasty, aparat Golgiego czy siateczka wewnątrzplazmatyczna); brak także cytoszkieletu.


W cytoplazmie zawieszona jest kolista cząsteczka DNA, stanowiąca genom bakterii, nazywana obszarem jądrowym, nukleoidem lub genoforem. Stosowana czasami nazwa chromosom bakteryjny nie jest poprawna, ponieważ bakteryjne DNA nie tworzy takich struktur, jak występujące w jądrze komórkowym u organizmów eukariotycznych chromosomy (u bakterii nie występują ani nukleosomy, ani chromatyna). Cząsteczka DNA w nukleoidzie ma skomplikowaną budowę przestrzenną (konformację), jest skręcona jak sprężynka i połączona z białkami i RNA. Wszystko to wpływa stabilizująco na DNA, które nie ma żadnej osłony przed związkami chemicznymi znajdującymi się w cytoplazmie (nukleoid nie jest otoczony błoną). Brak takiej osłony umożliwia szybkie wykorzystanie informacji genetycznej. U bakterii translacja, czyli synteza białka, zachodzi podczas transkrypcji. Brak osłony ma jednak swoje minusy - genom bakteryjny jest narażony na atak wirusów dużo bardziej, niż genomy komórek eukariotycznych, schowane w jądrze komórkowym. Bakterie bronią się przed wirusami w prosty sposób - wytwarzają enzymy przecinające DNA (tzw. enzymy restrykcyjne), zaś własne DNA modyfikują tak, aby nie zostało pocięte. Odkrycie enzymów restrykcyjnych, precyzyjnie tnących DNA, umożliwiło rozwój inżynierii genetycznej.


U wielu bakterii występują w cytoplazmie małe, koliste cząsteczki DNA, replikujące się (ulegające powieleniu) niezależnie od nukleoidu, nazywane plazmidami. Plazmidy zawierają geny, często są to geny związane z odpornością na antybiotyki. Plazmidy są przekazywane komórkom potomnym podczas podziału, mogą również przenieść się z bakterii do innej bakterii (w procesie koniugacji - wymiany informacji genetycznej). Dzięki plazmidom cecha odporności na antybiotyk może szybko się rozprzestrzeniać wśród bakterii, utrudniając leczenie. Plazmidy są wykorzystywane w inżynierii genetycznej jako wektory, czyli struktury umożliwiające wprowadzenie obcych genów do komórki. Plazmidy i enzymy restrykcyjne są podstawowymi narzędziami inżynierii genetycznej.


Wszystkie bakterie muszą posiadać organella służące do syntezy białek, czyli rybosomy. Rybosomy bakteryjne są mniejsze od eukariotycznych, zaś podobne do rybosomów z mitochondriów i chloroplastów.


Bakterie tlenowe posiadają strukturę odpowiadające mitochondriom, nazywaną mezosomem. Mezosom jest utworzony z wpuklonej do środka komórki błony komórkowej. Bierze udział w produkcji energii.


Bakterie przeprowadzające proces fotosyntezy muszą mieć barwniki i enzymy biorące udział w tym procesie. Związki te znajdują się w tzw. ciałach chromatoforowych, nazywanych inaczej tylakoidami. Są to błoniaste twory, będące wpukleniami błony komórkowej, występujące w cytoplazmie i będące odpowiednikami chloroplastów.