Bakterie to jedne z najstarszych i najbardziej rozpowszechnionych organizmów na Ziemi. Należą do prokariotów – grupy jednokomórkowych mikroorganizmów, których budowa jest prostsza niż komórek eukariotycznych.
Jak wyglądają bakterie, jakie mają właściwości i czym różnią się od siebie?
Bakterie w przeciwieństwie do komórek roślinnych czy zwierzęcych nie posiadają wyodrębnionego jądra komórkowego, a ich materiał genetyczny znajduje się w cytoplazmie w postaci nukleoidu. Mikroorganizmy te pomimo swojej pozornie prostej budowy odgrywają kluczową rolę w ekosystemach, uczestnicząc w procesach takich jak rozkład materii organicznej, czy wspomaganie trawienia u innych organizmów. Dzięki ogromnej różnorodności i zdolności przystosowywania się do ekstremalnych warunków, bakterie stały się nieodzownym elementem życia na naszej planecie.
Bakterie? Co to takiego?
Bakterie to mikroskopijne organizmy żywe składające się z tylko jednej komórki. Pojedyncza bakteria nazywana jest „bakterium”. Na całym świecie istnieją miliony (jeśli nie miliardy) różnych typów bakterii, w tym również w ludzkim ciele. Bakterie znajdują się m.in. na skórze, w drogach oddechowych i jamie ustnej. Występują także w układzie pokarmowym, rozrodczym i moczowym. Naukowcy szacują, że w organizmie człowieka znajduje się 10 razy więcej komórek bakteryjnych niż komórek ludzkich. Na pierwszy rzut oka bakterie wydają się stosunkowo prostymi formami życia – w rzeczywistości są one wysoce zaawansowane i niezwykle przystosowawcze. Wiele bakterii rozmnaża się w szybkim tempie, a różne gatunki mogą wykorzystywać ogromną różnorodność substratów węglowodorowych, w tym fenol, gumę i ropę naftową. Organizmy te występują powszechnie, zarówno w postaci pasożytniczej, jak i wolno żyjącej. Te organizmy są wszechobecne i mają niezwykłą zdolność adaptacji do zmieniających się warunków poprzez selekcję spontanicznych mutacji.
Czym są bakterie
Gram-dodatnie i Gram-ujemne, czyli podział bakterii?
Naukowcy klasyfikują bakterie jako Gram-dodatnie lub Gram-ujemne głównie klasyfikacja ta odbywa się na podstawie koloru, jaki przyjmują podczas barwienia metodą Grama. Barwią się one inaczej ze względu na różnice w budowie ich ściany komórkowej. Określenia „dodatnie” i „ujemne” nie oznaczają „dobrych” lub „złych” bakterii. Bakterie Gram-dodatnie mają niebieski lub fioletowy kolor po barwieniu metodą Grama.
Zaś, jeżeli mowa o bakteriach Gram-ujemnych to po barwieniu metodą Grama przyjmują kolor czerwony lub różowy. Powodują one inne rodzaje infekcji niż bakterie Gram-dodatnie i wymagają stosowania innych antybiotyków do ich zwalczania.
Przykłady bakterii Gram-dodatnich:
■ Corynebacterium
■ Clostridium
■ Listeria
Rozmiar bakterii
Komórki bakteryjne są niezwykle małe, najwygodniej mierzy się je w mikrometrach (10⁻⁶ m). Ich rozmiary wahają się od dużych komórek, takich jak Bacillus anthracis (1,0-1,3 µm × 3-10 µm), do bardzo małych, takich jak Pasteurella tularensis (0,2 × 0,2 do 0,7 µm). Patrząc na mikoplazmy, które są jeszcze mniejsze i mają średnicę od 0,1 do 0,2 µm możemy stwierdzić, iż bakterie przyjmują różnorodne rozmiary w zależności od ich występowania i klasyfikacji. Bakterie mają więc bardzo wysoki stosunek powierzchni do objętości, wynoszący około 100 000.
Kształt bakterii
Bakterie charakteryzują się wielorakimi kształtami, które stanowią istotną cechę klasyfikacyjną i diagnostyczną. Wyróżnia się kilka podstawowych form morfologicznych. Ziarniaki, które mają kształt kulisty i mogą występować pojedynczo lub tworzyć charakterystyczne układy, takie jak dwoinki (Neisseria), paciorkowce układające się w łańcuszki (Streptococcus), gronkowce tworzące nieregularne skupiska przypominające kiść winogron (Staphylococcus). Pałeczki to bakterie o cylindrycznym, wydłużonym kształcie, które mogą występować pojedynczo, w parach lub układać się w łańcuszki, jak ma to miejsce u bakterii z rodzaju Bacillus czy Escherichia coli. Niektóre pałeczki mają zdolność do wytwarzania przetrwalników, co pozwala im przetrwać w trudnych warunkach środowiskowych. Inną charakterystyczną grupą są bakterie o spiralnym kształcie, do których należą krętki (Treponema), śrubowce (Spirillum) oraz przecinkowce (Vibrio). Te formy często posiadają rzęski, umożliwiające im aktywny ruch.
Oprócz różnorodności kształtów bakterie często tworzą charakterystyczne układy przestrzenne, nazywane inaczej jako agregaty, które wynikają ze sposobu ich podziału i przylegania do siebie. Takie struktury mają duże znaczenie diagnostyczne, ponieważ ich układ pod mikroskopem pozwala na wstępną identyfikację rodzaju i gatunku bakterii. Obserwacja tych cech pod mikroskopem jest kluczowym elementem w diagnostyce mikrobiologicznej, pomagając w rozpoznaniu patogenów i doborze odpowiedniego leczenia.
Przykłady bakterii Gram-ujemnych:
■ Pseudomonas
■ Proteus
■ Klebsiella
Budowa komórkowa
Bakterie, jako organizmy prokariotyczne, charakteryzują się prostą budową, która pozwala im przetrwać w różnych warunkach środowiskowych. W przeciwieństwie do komórek eukariotycznych nie posiadają jądra komórkowego ani błoniastych organelli cytoplazmatycznych. Ich materiał genetyczny znajduje się w cytoplazmie w postaci nukleoidu – kolistej cząsteczki DNA, która nie jest oddzielona od reszty komórki żadną błoną. Dodatkowo, wiele bakterii zawiera mniejsze fragmenty DNA zwane plazmidami, które mogą zawierać geny warunkujące odporność na antybiotyki lub inne cechy przystosowawcze.
Błona komórkowa bakterii pełni kluczowe funkcje, które w komórkach eukariotycznych są realizowane przez wyspecjalizowane organelle. Jest odpowiedzialna m.in. za transport substancji, oddychanie komórkowe, a u niektórych bakterii fotosyntetycznych zawiera struktury umożliwiające przeprowadzanie fotosyntezy.
Na zewnątrz błony większość bakterii posiada ścianę komórkową, której głównym składnikiem jest peptydoglikan. Struktura i skład tej ściany pozwala na podział bakterii na Gram-dodatnie i Gram-ujemne, co ma znaczenie diagnostyczne i wpływa na ich wrażliwość na antybiotyki. Niektóre bakterie mogą dodatkowo posiadać otoczkę polisacharydową, która zwiększa ich odporność na działanie układu odpornościowego gospodarza.
Wewnątrz cytoplazmy bakterii znajdują się rybosomy, które są odpowiedzialne za syntezę białek, choć różnią się budową od rybosomów eukariotycznych. U komórek prokariotycznych rybosomy są w postaci 70S (duża podjednostka 50S i mała podjednostka 30S). Z kolei jeśli spojrzymy na komórki eukariotyczne to rybosomy występują głównie jako 80S i są zbudowane z dużej podjednostki 60S i małej podjednostki 40S. Niektóre bakterie posiadają również struktury takie jak mezosomy, które zwiększają powierzchnię błony komórkowej i biorą udział w procesach metabolicznych.
Bakterie rozmnażają się bezpłciowo poprzez podział binarny, który jest szybkim i efektywnym procesem zwiększającym ich liczebność. W sprzyjających warunkach podział ten może zachodzić nawet co kilkanaście minut, co pozwala bakteriom na szybkie zajmowanie nowych środowisk. W trudniejszych warunkach niektóre gatunki potrafią tworzyć przetrwalniki – wysoce odporne formy, które umożliwiają im przetrwanie ekstremalnych temperatur czy brak pożywienia.
Rys. 1. Przykłady różnych kształtów ziarniaków- paciorkowce, dwoinki, gronkowce
Dodatkowo, wyróżniamy trzy główne struktury powierzchniowe, należą do nich:
- Rzęski: Rzęski bakterii ruchliwych różnią się budową od rzęsek eukariotycznych. Struktura ta składa się z ciałka podstawowego zakotwiczonego w błonie komórkowej i ścianie komórkowej, z którego wyrasta cylindryczna nić białkowa. Rzęska porusza się poprzez obrót wokół własnej osi. Liczba i rozmieszczenie rzęsek na komórce są, także cechami diagnostycznymi.
- Pili (inaczej fimbrie): Pili to smukłe, włosowate, białkowe wypustki na powierzchni wielu bakterii (szczególnie Gram-ujemnych). Odgrywają one kluczową rolę w przyleganiu do powierzchni gospodarza.
- Otoczki: Niektóre bakterie tworzą grubą otoczkę z wysokocząsteczkowego, lepkiego żelu polisacharydowego, inne natomiast mają mniej uporządkowane warstwy śluzowe. Otoczki zwiększają odporność bakterii na fagocytozę.
Jakie są korzyści z obecności bakterii?
Większość bakterii nie jest szkodliwa, a niektóre wręcz przynoszą korzyści. Pożyteczne bakterie znajdują się głównie na skórze oraz w układzie pokarmowym. Nazywane są mikroflorą jelitową lub mikrobiomem, czyli zespołem drobnoustrojów zamieszkujących organizm człowieka. Bakterie jelitowe odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu zdrowia, pomagając wchłaniać składniki odżywcze, trawić pokarm oraz zapobiegać namnażaniu się szkodliwych bakterii.
Rys. 2. Budowa bakterii
Bakterie vs. wirusy – jaka jest różnica?
Bakterie i wirusy to różne rodzaje drobnoustrojów, czyli mikroorganizmów. Oba te rodzaje mogą powodować infekcje, które mogą dawać podobne objawy. Jednak infekcje bakteryjne i wirusowe wymagają różnych metod leczenia. Specjaliści medyczni mogą zalecać antybiotyki w leczeniu niektórych infekcji bakteryjnych, ale warto wspomnieć, że antybiotyki nie działają na wirusy. Niektóre wirusy można leczyć lekami przeciwwirusowymi, jednak leki te nie będą skuteczne w przypadku infekcji bakteryjnych.
Podsumowanie
Oto kilka ważnych informacji charakteryzujących grupę mikroorganizmów jakimi są bakterie:
- Prokariotyczna struktura budowy – bakterie nie posiadają jądra komórkowego, a ich materiał genetyczny znajduje się w cytoplazmie w postaci nukleoidu.
- Różnorodność kształtów – mikroorganizmy te mogą przyjmować m.in. formy kuliste (ziarniaki), cylindryczne (pałeczki), spiralne (krętki).
- Podział komórkowy – bakterie rozmnażają się głównie przez podział binarny, czyli jest to prosty podział na dwie identyczne komórki.
- Ściana komórkowa – większość bakterii posiada ścianę komórkową z peptydoglikanu, co stanowi istotną cechę diagnostyczną (klasyfikacja bakterii na Gram-dodatnie i Gram-ujemne).
- Zdolność do przetrwania w trudnych warunkach – niektóre bakterie tworzą przetrwalniki, które pozwalają im przetrwać ekstremalne temperatury, promieniowanie czy brak pożywienia.
- Występowanie w różnych środowiskach – bakterie można odnaleźć niemal wszędzie: w glebie, wodzie, powietrzu, organizmach żywych, a nawet w ekstremalnych warunkach, jak gorące źródła czy głębiny oceaniczne.
- Znaczenie dla człowieka – bakterie mogą być zarówno pożyteczne (np. w produkcji żywności, medycynie, biodegradacji, mikroflora jelitowa), jak i chorobotwórcze, wywołując infekcje i choroby.
