แบคทีเรีย

แบคทีเรียหรือบัคเตรี(อังกฤษ:bacteria/bækˈtɪəriə/;เอกพจน์bacterium) เป็นเซลล์ประเภทหนึ่ง ประกอบขึ้นจากโดเมนขนาดใหญ่ของจุลชีพที่เป็นโพรแคริโอตโดยมากมีความยาวไม่กี่ไมโครเมตรแบคทีเรียมีรูปร่างที่หลากหลาย ตั้งแต่ทรงกลมไปจนถึงแบบแท่งและแบบเกลียว แบคทีเรียเป็นหนึ่งในรูปแบบแรก ๆ ของชีวิตที่ปรากฏขึ้นบนโลกและพบได้ในสิ่งแวดล้อมเกือบทุกรูปแบบ แบคทีเรียอาศัยอยู่ในดิน, แหล่งน้ำ,น้ำพุร้อนที่มีความเป็นกรด,ขยะกัมมันตรังสี, และชีวมณฑลส่วนลึกของแผ่นเปลือกโลกนอกจากนี้ยังดำรงความสัมพันธ์แบบอยู่ร่วมกันและแบบปรสิตกับพืชและสัตว์ แบคทีเรียส่วนมากยังไม่ถูกอธิบายคุณลักษณะ และมีเพียงร้อยละ 27 จากไฟลัมแบคทีเรียทั้งหมดที่สามารถเติบโตในห้องปฏิบัติการสาขาวิชาที่ศึกษาแบคทีเรียรู้จักกันในชื่อแบคทีเรียวิทยา(bacteriology) อันเป็นสาขาหนึ่งของจุลชีววิทยา
สัตว์เกือบทุกชนิดล้วนพึ่งพาแบคทีเรียเพื่อการดำรงชีวิต เนื่องจากมีเพียงแบคทีเรียและและอาร์เคียบางชนิดที่มีเอนไซม์จำเป็นสำหรับการสร้างวิตามินบี 12(โคบาลามิน) และส่งผ่านวิตามินนี้ทางห่วงโซ่อาหาร วิตามินบี 12 เป็นวิตามินสามารถละลายในน้ำได้ที่มีส่วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการเมแทบอลิซึมของทุกเซลล์ในร่างกายมนุษย์, เป็นโคแฟกเตอร์ในกระบวนการสังเคราะห์ดีเอ็นเอและกระบวนการเมแทบอลิซึมของกรดไขมันกับกรดอะมิโนวิตามินบี 12 มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานตามปกติของระบบประสาทผ่านบทบาทในการสังเคราะห์ไมอีลินปกติมีแบคทีเรียประมาณ 40 ล้านเซลล์ในดินหนึ่งกรัม และประมาณหนึ่งล้านเซลล์ในน้ำจืดหนึ่งมิลลิลิตร ประมาณกันว่ามีแบคทีเรียประมาณ 5×10ตัวบนโลกทำให้เกิดมวลชีวภาพที่เป็นรองเพียงแต่พืชเท่านั้นแบคทีเรียมีความจำเป็นสำหรับหลายขั้นในวัฏจักรของสารอาหารด้วยการนำสารอาหารกลับมาใช้ใหม่ ดังเช่นการตรึงไนโตรเจนจากชั้นบรรยากาศวัฏจักรสารอาหารยังรวมถึงกระบวนการเน่าเปื่อย(decomposition) ของซากสิ่งมีชีวิตซึ่งแบคทีเรียมีส่วนเกี่ยวข้องในขั้นตอนการเน่าสลาย(putrefaction) ของกระบวนการดังกล่าวกลุ่มสังคมทางชีววิทยาโดยรอบปล่องน้ำร้อนและปล่องน้ำเย็นใต้ทะเลมีแบคทีเรียอิกซ์ตรีโมไฟล์(extremophile) เป็นผู้ให้สารอาหารที่จำเป็นสำหรับการดำรงชีวิตด้วยการเปลี่ยนรูปสารประกอบที่ละลายอยู่ในน้ำ (เช่นไฮโดรเจนซัลไฟด์และมีเทน) ให้เป็นพลังงาน
ในมนุษย์และสัตว์ส่วนมากมีแบคทีเรียอาศัยอยู่ในท่อทางเดินอาหารและผิวหนังเป็นจำนวนมากแบคทีเรียส่วนใหญ่ที่อยู่ในร่างกายถูกทำให้ไร้พิษภัยโดยผลของระบบภูมิคุ้มกันบางชนิดให้ประโยชน์ต่อร่างกาย โดยเฉพาะที่อยู่ในทางเดินอาหาร อย่างไรก็ตาม มีแบคทีเรียบางสปีชีส์เป็นเชื้อที่ก่อโรคติดเชื้ออาทิอหิวาตกโรคซิฟิลิสแอนแทรกซ์โรคเรื้อนกาฬโรคต่อมน้ำเหลืองโรคอันตรายถึงที่เกิดจากแบคทีเรียที่พบได้บ่อยคือโรคติดเชื้อของระบบทางเดินหายใจวัณโรคเพียงอย่างเดียวคร่าชีวิตประมาณ 2 ล้านคนในแต่ละปี ส่วนใหญ่มาจากแอฟริกาใต้สะฮารายาปฏิชีวนะถูกใช้เพื่อรักษาการติดเชื้อแบคทีเรีย และยังมีการใช้ในภาคเกษตรกรรมอีกด้วย ทำให้แบคทีเรียดื้อยาเป็นปัญหามากยิ่งขึ้น ในภาคอุตสาหกรรม แบคทีเรียมีความสำคัญต่อการบำบัดน้ำเสียและการย่อยสลายคราบน้ำมันรั่วไหล, การผลิตชีสและโยเกิร์ตด้วยการหมัก, การนำทองพัลลาเดียมทองแดงและโลหะอื่น ๆ กลับมาใช้ใหม่ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่และเทคโนโลยีชีวภาพ, และการผลิตยาปฏิชีวนะกับสารเคมีอื่น ๆ
ปัจจุบันแบคทีเรียถูกจัดเป็นโพรแคริโอตจากแต่เดิมที่ถือว่าเป็นพืชที่อยู่ในชั้น Schizomycetes (เห็ดราที่แบ่งตัวแบบฟิชชัน) แบคทีเรียไม่มีนิวเคลียสน้อยนักที่จะพบออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้มซึ่งแตกต่างจากสัตว์และยูแคริโอตอื่น ๆ แม้เดิมคำว่าแบคทีเรียจะหมายถึงโพรแคริโอตทุกชนิดการจำแนกชั้นทางวิทยาศาสตร์ก็ได้เปลี่ยนไปนับตั้งแต่การค้นพบในทศวรรษ 1990 ว่าโพรแคริโอตประกอบไปด้วยสองกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่มีชื่อเรียกโดเมนว่าแบคทีเรียและอาร์เคียซึ่งแตกต่างกันมาก แต่วิวัฒน์มาจากบรรพบุรุษเดียวกัน
คำว่าbacteriaเป็นรูปพหูพจน์ของbacteriumจากภาษาละตินสมัยใหม่ซึ่งเป็นการแปลงβακτήριον(bakterion)ในภาษากรีกให้เป็นภาษาละตินซึ่งβακτήριονเป็นตัวบอกความเล็ก (diminutive) ของβακτηρία(bakteria) อันแปลว่า "คทา, ไม้เท้า"เนื่องจากแบคทีเรียชนิดแรกที่ถูกค้นพบมีรูปร่างเป็นแท่ง
บรรพบุรุษของแบคทีเรียสมัยใหม่คือจุลชีพเซลล์เดียวที่เป็นรูปแบบแรกของชีวิตบนโลก เมื่อประมาณ 4 พันล้านปีที่แล้ว เป็นเวลากว่า 3 พันล้านปีที่สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีขนาดเล็กระดับที่มองด้วยตาเปล่าไม่เห็น และแบคทีเรียกับอาร์เคียเป็นรูปแบบเด่นของชีวิตแม้ว่าจะมีซากดึกดำบรรพ์ของแบคทีเรีย เช่นสโตรมาโทไลต์อยู่ก็ตาม ก็ยังขาดสัณฐานวิทยาที่เด่นชัดพอสำหรับการตรวจสอบประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของแบคทีเรีย หรือเพื่อการระบุเวลาถือกำเนิดของแบคที่เรียบางสปีชีส์ อย่างไรก็ตาม สามารถใช้การหาลำดับยีน (gene sequencing) เพื่อสร้างสายวิวัฒนาการชาติพันธุ์ของแบคทีเรียได้ ซึ่งทำให้ทราบว่าแบคทีเรียแตกออกมาจากเชื้อสายของอาร์เคีย/แบคทีเรียเป็นลำดับแรกบรรพบุรุษร่วมล่าสุดของแบคทีเรียและอาร์เคียอาจเป็นไฮเพอร์เทอร์โมไฟล์ที่มีชีวิตอยู่เมื่อประมาณ 2.5 พันล้าน–พันล้านปีที่แล้วชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดบนผืนดินอาจเป็นแบคทีเรียเมื่อ 3.22 พันล้านปีที่แล้ว
แบคทีเรียยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับการแตกสายวิวัฒนาการใหญ่ครั้งที่สอง ซึ่งแบ่งแยกอาร์เคียและยูแคริโอตออกจากกัน ในเหตุการณ์นี้ ยูแคริโอตเกิดขึ้นมาจากการที่แบคทีเรียโบราณเข้าไปมีความสัมพันธ์แบบเอนโดซิมไบโอติกกับบรรพบุรุษของเซลล์ยูแคริโอต ซึ่งมีความเป็นไปได้ที่บรรพบุรุษของยูแคริโอตจะมีความสัมพันธ์กับอาร์เคียเหตุการณ์นี้ยังเกี่ยวข้องกับการกลืนกินอัลฟาโพรทีโอแบคทีเรียร่วมอาศัยของเซลล์ยูแคริโอตแรกเริ่ม (proto-eukaryotic cell) เพื่อพัฒนาเป็นไมโทคอนเดรียหรือไฮโดรเจโนโซมซึ่งยังคงพบในยูแคริโอตทุกชนิด (บางครั้งอาจพบว่าลดรูปไปอย่างมาก เช่นที่พบในแบคทีเรียโบราณที่ขาดไมโทคอนเดรีย; amitocondrial protozoa) ในเวลาต่อมา ยูแคริโอตบางชนิดที่มีไมโทคอนเดรียอยู่แล้วได้กลืนกินสิ่งมีชีวิตคล้ายไซยาโนแบคทีเรียเข้าไป นำไปสู่กำเนิดของคลอโรพลาสต์ในสาหร่ายและพืช เหตุการณ์นี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อเอนโดซิมไบโอซิสปฐมภูมิ(primary endosymbiosis)
แบคทีเรียแสดงให้เห็นถึงความหลากหลายอย่างยิ่งของรูปร่างและขนาด เรียกว่าพหุสัณฐาน(morphologies) เซลล์ของแบคทีเรียมีขนาดประมาณหนึ่งในสิบของเซลล์ยูแคริโอต และมีความยาวประมาณ 0.5–5.0ไมโครเมตรอย่างไรก็ตาม บางสปีชีส์มีขนาดใหญ่จนสามารถมองเห็นด้วยตาเปล่า เช่นThiomargarita namibiensisที่มีความยาวประมาณครึ่งมิลลิเมตรและEpulopiscium fishelsoniที่ยาวถึง 0.7 มิลลิเมตรหนึ่งในแบคทีเรียที่ขนาดเล็กที่สุดคือแบคทีเรียในสกุลMycoplasmaซึ่งมีความยาวเพียง 0.3 ไมโครเมตร หรือประมาณไวรัสที่มีขนาดใหญ่ที่สุดบางชนิดอาจมีขนาดเล็กกว่านี้ได้ เรียกว่าไมโครแบคทีเรียขนาดเล็กยิ่งยวด(ultramicrobacteria) แต่ว่ายังไม่ได้รับการศึกษามากนัก
สปีชีส์เกือบทั้งหมดของแบคทีเรียมีรูปทรงเป็นทั้งทรงกลม เรียกว่าค็อกไซ(เอกพจน์: ค็อกคัส; จากภาษากรีกkókkosเมล็ดธัญพืช, เมล็ด), หรือรูปทรงท่อน เรียกว่าบาซิลไล(เอกพจน์: บาซิลลัส; จากภาษาละตินbaculusไม้ถือ)แบคทีเรียบางชนิดที่เรียกว่าไวบริโอรูปร่างคล้ายแท่งไม้ที่มีความโค้งเล็กน้อย หรือรูปร่างเป็นเครื่องหมายจุลภาค บางชนิดมีรูปร่างเป็นเกลียว เรียกว่าสไปริลา, หรือมีการขดตัวในระดับสูง เรียกว่าสไปโรคีตส์มีแบคทีเรียที่มีรูปร่างวิกลจำหนึ่งที่ได้รับการอธิบาย เช่นแบคทีเรียรูปดาวการมีรูปทรงหลากหลายเช่นนี้ถูกกำหนดด้วยผนังเซลล์และไซโทสเกเลทอนของตัวแบคทีเรีย ซึ่งมีความสำคัญเนื่องจากการมีรูปร่างที่หลากหลายจะช่วยเสริมความสามารถของแบคทีเรียในการได้มาซึ่งสารอาหาร, การยึดติดกับพื้นผิว, การว่ายผ่านของเหลว และการหลบหนีผู้ล่า
แบคทีเรียหลายสปีชีส์ดำรงชีวิตในรูปแบบเซลล์โดดเดี่ยว บางสปีชีส์อาศัยอยู่รวมกันเป็นแบบแผนที่มีลักษณะเฉพาะ เช่นNeisseriaที่อยู่เป็นดิพลอยด์ (คู่),Streptococcusอยู่รวมกันเป็นสายยาว, และStaphylococcusเกาะกลุ่มกันเป็นกระจุกคล้ายพวงองุ่น แบคทีเรียยังสามารถรวมกันเพื่อสร้างโครงสร้างหลายเซลล์ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นได้ ดังการต่อสายฟิลาเมนต์ของActinobacteria, การเกาะกลุ่มของMyxobacteria, และเส้นใยไฮฟาที่ซับซ้อนของStreptomycesโครงสร้างที่ประกอบขึ้นจากหลายเซลล์เช่นนี้สามารถพบได้ในบางสภาวะ ตัวอย่างเช่น เมื่อขาดกรดอะมิโนMyxobacteriaจะตรวจหาเซลล์ที่อยู่โดยรอบด้วยกระบวนการที่เรียกว่าควอรัมเซนซิง(quorum sensing) จากนั้นจะเคลื่อนย้ายเข้ามาหากันและรวมกลุ่มกันเป็นฟรุตติงบอดี (fruiting body) ที่มีความยาวได้ถึง 500 ไมโครเมตรและประกอบขึ้นจากแบคทีเรียประมาณ 100,000 ตัวในฟรุตติงบอดี แบคทีเรียจะทำหน้าที่ต่าง ๆ แยกกัน ตัวอย่าง เซลล์ประมาณหนึ่งในสิบจะขึ้นไปสู่ยอดของฟรุตติงบอดีและมีการเปลี่ยนแปลงหน้าที่ของเซลล์ (differentiation) ไปสู่สถานะพักตัวที่เรียกว่า มิกโซสปอร์ (myxospore) ซึ่งมีความทนทานต่อการขาดน้ำและสิ่งแวดล้อมที่เป็นอันตรายอื่น ๆ สูงกว่าสถานะปกติ
แบคทีเรียมักจะเกาะตัวอยู่บนพื้นผิวและเกาะเป็นกลุ่มหนาแน่นที่เรียกว่าฟิล์มชีวภาพ(biofilm) และกลุ่มที่ใหญ่กว่าเรียกว่าพรมจุลชีพ(microbial mat) ฟิล์มชีวภาพและพรมจุลชีพมีความหนาตั้งแต่ไม่กี่ไมโครเมตรไปจนถึงครึ่งเมตร และอาจมีแบคทีเรีย,โพรทิสต์และอาร์เคียอาศัยอยู่หลายสปีชีส์ แบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในฟิล์มชีวภาพแสดงการจัดเรียงเซลล์และองค์ประกอบนอกเซลล์ที่มีความซับซ้อน จนกลายเป็นโครงสร้างขั้นทุติยภูมิ ดังเช่นไมโครคอลอนี(microcolony) อันปรากฏโครงข่ายของช่องเปิด เพื่อให้การแพร่สารอาหารดียิ่งขึ้นในสิ่งแวดล้อมตามธรรมชาติ ดังในดินหรือบนพื้นผิวของพืช แบคทีเรียส่วนใหญ่เกาะกลุ่มกันบนพืนผิวในรูปของฟิล์มชีวภาพฟิล์มชีวภาพ ยังมีความสำคัญทางแพทยศาสตร์ เนื่องจากโครงสร้างเช่นนี้มักปรากฏในช่วงที่เกิดการติดเชื้อแบคทีเรียเรื้อรัง (chronic bacterial infection) หรือการติดเชื้อในอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ปลูกถ่ายเข้าไป และแบคทีเรียที่ได้รับการปกป้องจากฟิล์มชีวภาพจะกำจัดได้ยากกว่าแบคทีเรียที่อยู่โดดเดี่ยว
เซลล์ของแบคทีเรียถูกล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งประกอบด้วยฟอสโฟลิพิดเป็นหลัก เยื่อหุ้มเซลล์ห่อหุ้มสารต่าง ๆ ที่อยู่ภายในเซลล์และทำหน้าที่เป็นแนวกั้นสำหรับกักสารอาหารโปรตีนและองค์ประกอบอื่นที่จำเป็นของไซโทพลาซึมเอาไว้ในเซลล์ต่างจากเซลล์ยูแคริโอตไซโทพลาซึมของแบคทีเรียมักขาดโครงสร้างขนาดใหญ่ที่มีเยื่อหุ้ม เช่นนิวเคลียสไมโทคอนเดรียคลอโรพลาสต์และออร์แกเนลล์อื่นที่ปรากฏในเซลล์ยูแคริโอตอย่างไรก็ตาม แบคทีเรียบางชนิดมีออร์แกเนลล์ที่มีโปรตีนหุ้ม (protein-bound organelle) อยู่ในไซโทพลาซึม  เช่นคาร์บอกซิโซม(carboxysome)ซึ่งทำให้เกิดการจัดส่วนการทำงาน (compartmentalisation) สำหรับกระบวนการเมแทบอลิซึมของแบคทีเรียนอกจากนี้แบคทีเรียยังมีไซโทสเกเลทอนที่มีองค์ประกอบหลายชนิด เพื่อควบคุมการจัดตำแหน่ง (localisation) ของโปรตีนและกรดนิวคลิอิกภายในเซลล์ และเพื่อจัดการกระบวนการแบ่งเซลล์
ปฏิกิริยาชีวเคมีที่สำคัญ เช่นการสร้างพลังงาน เกิดขึ้นจากความลดหลั่นในความเข้มข้นระหว่างสองฝั่งของเยื่อหุ้ม ทำใหเกิดความต่างศักย์ในที่คล้ายคลึงกับแบตเตอรี การขาดเยื่อหุ้มภายใน ซึ่งเป็นปกติของแบคทีเรีย หมายความว่าปฏิกิริยาดังเช่นการขนส่งอิเล็กตรอนเกิดขึ้นที่เยื่อหุ้มเซลล์ ระหว่างไซโทพลาซึมกับภายนอกเซลล์หรือเพอริพลาซึม(periplasm)อย่างไรก็ตาม แบคทีเรียที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้หลายชนิดมีเยื่อหุ้มเซลล์ที่พับทบไปมาหลายครั้ง และกินพื้นที่ส่วนใหญ่ของเซลล์ด้วยเยื่อสำหรับรวบรวมแสง (light-gathering membrane)ซึ่งโครงสร้างรวบรวมแสงนี้อาจก่อตัวเป็นโครงสร้างหุ้มด้วยลิพิดที่เรียกว่าคลอโรโซม(chlorosome) ในแบคทีเรียกำมะถันสีเขียว
แบคทีเรียไม่มีนิวเคลียสที่มีเยื่อหุ้ม และสารพันธุกรรมมักเป็นโครโมโซมแบบวงกลมของดีเอ็นเอเพียงหนึ่งวงอยู่ภายในไซโทพลาซึมที่มีรูปร่างไม่แน่นอน เรียกว่านิวคลีออยด์(nucleoid)นิวคลีออยด์บรรจุโครโมโซมที่มีโปรตีนมาเกาะ และอาร์เอ็นเอไว้ภายใน เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตอื่น แบคทีเรียมีไรโบโซมสำหรับการผลิตโปรตีน แต่โครงสร้างของไรโบโซมในแบคทีเรียแตกต่างจากของยูแคริโอตและอาร์เคีย
แบคทีเรียบางชนิดสร้างแกรนูลลเพื่อกักเก็บสารอาหารไว้ภายในเซลล์ เช่นไกลโคเจน,โพลิฟอสเฟต,ซัลเฟอร์, หรือโพลิไฮดรอกซีอัลคาโนเอตบางชนิด เช่นไซยาโนแบคทีเรียที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ สามารถสร้างแวคิวโอลแก๊สสำหรับควบคุมการลอยตัว ทำให้แบคทีเรียสามารถเคลื่อนที่ขึ้นหรือลงไปที่ระดับความลึกต่าง ๆ ของแหล่งน้ำ ซึ่งมีความเข้มแสงและความเข้มข้นของสารอาหารแตกต่างกันไป
ถัดจากเยื่อหุ้มเซลล์ออกมาคือผนังเซลล์อันประกอบขึ้นจากเปปทิโดไกลแคน(เรียกอีกอย่างว่ามูรีน; peptidoglycan, murein) ซึ่งประกอบด้วยสายพอลิแซ็กคาไรด์ที่เชื่อมกันด้วยเพปไทด์ที่มีกรดอะมิโนแบบเด็กซ์โทรผนังเซลล์ของแบคทีเรียต่างจากของพืชและเห็ดราซึ่งสร้างขึ้นจากเซลลูโลสและไคทินตามลำดับนอกจากนี้ยังมีความแตกต่างจากผนังเซลล์ของอาร์เคีย ซึ่งไม่มีเพปทิโดไกลแคน ผนังเซลล์มีความสำคัญต่อการอยู่รอดของแบคทีเรียหลายชนิด ยาปฏิชีวนะเพนิซิลิน(สร้างโดยเห็ดราทีเรียกว่าPenicillium) สามารถฆ่าแบคทีเรียด้วยการยับยั้งขั้นตอนหนึ่งของการสังเคราะห์เพปทิโดไกลแคน
แบคทีเรียมีผนังเซลล์สองประเภทคร่าว ๆ ซึ่งจำแนกแบคทีเรียออกเป็นแบคทีเรียแกรมบวก(Gram-positive bacteria) และแบคทีเรียแกรมลบ(Gram-negative bacteria) โดยต้นกำเนิดของชื่อมาจากปฏิกิริยาของเซลล์ที่มีต่อการย้อมสีแกรม(Gram stain) อันเป็นการทดสอบเพื่อจำแนกสปีชีส์ของแบคทีเรียที่ปฏิบัติกันมาอย่างยาวนาน
แบคทีเรียแกรมบวกมีมีผนังเซลล์ที่หนา อันประกอบเพปทิโดไกลแคนและกรดเทโคอิกหลายชั้น ในทางตรงกันข้าม แบคทีเรียแกรมลบมีผนังเซลล์ที่ค่อนข้างบาง ประกอบด้วยชั้นเพปทิโดไกลแคนไม่กี่ชั้นล้อมรอบด้วยเยื่อลิพิดชั้นที่สองที่มีลิโพพอลิแซกคาไรด์และลิโพโปรตีนแบคทีเรียส่วนมากมีผนังเซลล์แบบแกรมลบ และมีเพียงแบคทีเรียในไฟลัมFirmicutesและActinobacteria(ซึ่งก่อนหน้านี้รู้จักกันในชื่อแบคทีเรียแกรมบวกที่มี C+G ต่ำ และ C+G สูง ตามลำดับ) ที่การจัดเรียงผนังเซลล์ผิดไปจากแบคทีเรียแกรมบวกชนิดอื่นการที่แบคทีเรียมีโครงสร้างผนังเซลล์ที่หลากหลายทำให้แต่ละชนิดมีความไวต่อต่อยาปฏิชีวนะแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นแวนโคมัยซินสามารถฆ่าได้เพียงแบคทีเรียแกรมบวก และไม่มีประสิทธิภาพต่อเชื้อแบคทีเรียแกรมลบเช่นHaemophilus influenzaeหรือPseudomonas aeruginosaแบคทีเรียบางชนิดมีผนังเซลล์ที่ไม่สามารถจัดจำแนกได้ว่าเป็นแบบแกรมบวกหรือแบบแกรมลบ กลุ่มนี้มีแบคทีเรียที่มีความสำคัญทางคลินิกรวมอยู่ด้วย เช่นMycobacteriaที่มีผนังเพปทิโดไกลแคนที่หนา แต่ก็มีเยื่อลิพิดที่สองมาหุ้มอีกชั้นหนึ่ง
แบคทีเรียหลายชนิดมีชั้นเอส(S-layer, surface layer) เป็นโมเลกุลเป็นโปรตีนที่เรียงตัวกันอย่างแน่นหนามาปกคลุมด้านนอกเซลล์ชั้นนี้ช่วยป้องกันพื้นผิวของเวลล์จากปัจจัยภายนอกเชิงกายภาพและเคมี และยังสามารถทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันการแพร่ของมหโมเลกุลชั้นเอสนี้มีหน้าที่ที่หลากหลาย เป็นต้นว่าทำหน้าที่เป็นปัจจัยก่อ่โรคในCampylobacterและบรรจุเอนไซม์พื้นผิวในBacillus stearothermophilusแต่ส่วนใหญ่ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างเพียงพอ
แฟลเจลลาเป็นโครงสร้างโปรตีนแข็งเกร็ง มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 นาโนเมตร และยาวได้ถึง 20 ไมโครเมตร ใช้สำหรับการเคลื่อนที่แฟลเจลลาถูกขับเคลื่อนโดยพลังงานที่ถูกปลดปล่อยออกมาจากการแลกเปลี่ยนไอออนไปตามระดับศักย์ไฟฟ้าเคมีระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์
ฟิมเบรีย(fimbriae) หรือ "พิไลยึดเกาะ(attachment pili)" เป็นเส้นใยละเอียดของโปรตีน มักมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2–10 นาโนเมตร และมีความยาวได้หลายนาโนเมตร ฟิมเบรียมีกระจายอยู่ทั่วพื้นผิวของเซลล์ และมีลักษณะคล้ายเส้นขนละเอียดเมื่อนำไปส่องดูใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเชื่อกันว่าฟิมเบรียมีส่วนเกี่ยวข้องต่อการยึดเกาะกับพื้นผิวแข็งหรือกับเซลล์อื่น และมีส่วนสำคัญต่อความรุนแรงของแบคทีเรียก่อโรคบางชนิดพิไล(pili; พหูพจน์ pilus) เป็นรยางค์ในระดับเซลล์ มีขนาดใหญ่กว่าฟิมเบรียเล็กน้อย สามารถใช้เพื่อขนส่งสารพันธุกรรมระหว่างเซลล์แบคทีเรียระหว่างกระบวนที่เรียกว่าคอนจูเกชัน(conjugation) โดยมีชื่อเรียกว่าคอนจูเกชันพิไลหรือเซ็กส์พิไล (ดูที่หัวข้อพันธุศาสตร์แบคทีเรียด้านล่าง)นอกจากนี้ยังสามารถทำให้เกิดการเคลื่อนไหว ซึ่งพิไลชนิดนี้จะเรียกว่าพิไลชนิด 4(type IV pili)
แบคทีเรียหลายชนิดสร้างไกลโคแคลิกซ์ขึ้นมาล้อมรอบเซลล์ ซึ่งมีความซับซ้อนของโครงสร้างแตกต่างกันไป  มีตั้งแต่ชั้นเมือกของอิกซ์ตราเซลลูลาร์พอลิเมอริกซับสแตนซ์(extracellular polymeric substance) ที่ไร้ระเบียบ ไปจนถึงแคปซูลที่มีโครงสร้างจัดตัวเป็นระเบียบ โครงสร้างเหล่านี้ช่วยปกป้องเซลล์จากการถูกเซลล์ยูแคริโอต เช่นแมโครฟาจ(ส่วนหนึ่งของระบบภูมิคุ้มกัน)กลืนกิน นอกจากนี้ยังสามารถทำหน้าที่เป็นแอนติเจน(antigen), เกี่ยวข้องกับการรู้จำของเซลล์, ช่วยในการยึดเกาะกับพื้นผิว ไปจนถึงการสร้างฟิล์มชีวภาพ
การประกอบหน่วยต่าง ๆ โครงสร้างภายนอกเซลล์ขึ้นอยู่กับระบบการหลั่งสารของแบคทีเรียที่มีอยู่หลายระบบ ระบบเหล่านี้ขนส่งโปรตีนจากไซโทพลาซึมออกไปยังเพอริพลาซึม หรือออกไปยังสิ่งแวดล้อมรอบเซลล์ ระบบการหลั่งหลายประเภทเป็นที่รู้จักและมักมีความสำคัญต่อศักยภาพก่อโรคของเชื้อ จึงมีการศึกษากันอย่างเข้มข้น
แบคทีเรียแกรมบวกบางสกุลเช่นBacillus,Clostridium,Sporohalobacter,Anaerobacter, และHeliobacteriumสามารถสร้างโครงสร้างสำหรับพักตัวที่มีความทนทานสูง เรียกว่าเอนโดสปอร์(endospore)โดยพัฒนาขึ้นอยู่ภายในไซโทพลาซึมของเซลล์ปกติหนึ่งสปอร์ต่อหนึ่งเซลล์ แต่ละเอนโดสปอร์มีแกนกลางเป็นดีเอ็นเอและไรโบโซมล้อมรอบด้วยชั้นคอร์เทกซ์ (cortex layer) ซึ่งมีเปลือกอันประกอบขึ้นจากเพปทิโดไกลแคนและโปรตีนหลายชนิดมาหุ้มอีกชั้นหนึ่ง
เอนโดสปอร์ไม่แสดงกระบวนการเมแทบอลิซึมที่สามารถตรวจพบได้ และสามารถเอาชีวิตรอดจากสิ่งกดดันทางเคมีและฟิสิกส์ในระดับสุดขั้วได้ เช่นรังสียูวีความเข้มข้นสูง,การแผ่รังสีแกมมา,สารซักฟอก,สารฆ่าเชื้อ, ความร้อน, การแช่แข็ง, ความดัน, และการทำแห้งสนิทในสภาพจำศีลเช่นนี้ แบคทีเรียสามารถมีชีวิตได้ถึงหลายล้านปีเอนโดสปอร์ยังทำให้แบคทีเรียมีชีวิตรอดจากสภาวะสุญญากาศและรังสีในอวกาศ เป็นไปได้ว่าแบคทีเรียกระจายไปทั่วเอกภพด้วยฝุ่นอวกาศ,สะเก็ดดาว,ดาวเคราะห์น้อย,ดาวหาง,วัตถุคล้ายดาวเคราะห์(planetoid), หรือผ่านกระบวนการแพนสเปอร์เมียแบบมีการกำกับ(directed panspermia)แบคทีเรียที่สร้างเอนโดสปอร์สามารถทำให้เกิดโรคได้ ตัวอย่างเช่นแอนแทรกซ์ซึ่งเกิดจากการหายใจเอาเอนโดสปอร์ของBacillus anthracisเข้าสู่ร่างกาย, และบาดทะยักที่เกิดจากบาดแผลถูกแทงปนเปื้อนเอนโดสปอร์ของClostridium tetani
แบคทีเรียมีประเภทของวิถีเมแทบอลิซึมที่มีความหลากหลายอย่างยิ่งมีการใช้การกระจายลักษณะ (trait) ทางเมแทบอลิซึมที่พบในแบคทีเรียกลุ่มต่าง ๆ มากำหนดอนุกรมวิธานให้กับแบคทีเรียมาอย่างยาวนาน แต่ลักษณะเหล่านี้อาจไม่ตรงกับผลที่ได้จากการจัดจำแนกทางพันธุศาสตร์สมัยใหม่เมแทบอลิซึมของแบคทีเรียจำแนกตามกลุ่มโภชนาการ ซึ่งตั้งอยู่บนหลักเกณฑ์สำคัญสามประการ ได้แก่ แหล่งของพลังงาน,ตัวให้อิเล็กตรอน, และแหล่งของคาร์บอนที่ใช้ในการเจริญเติบโต
แบคทีเรียสามารถรับพลังงานได้จากแสงอาทิตย์ผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง(โฟโตทรอฟี; phototrophy) หรือจากการสลายสารประกอบด้วยกระบวนการออกซิเดชัน(เคโมทรอฟี; chemotrophy)แบคทีเรียประเภทหลังใช้สารประกอบเป็นแหล่งพลังงานด้วยการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจากตัวให้อิเล็กตรอนไปยังตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายในปฏิกิริยารีดอกซ์โดยปฏิกิริยานี้จะปลดปล่อยพลังงานที่ใช้สำหรับขับเคลื่อนกระบวนการเมแทบอลิซึม แบคทีเรียเคโมทรอพยังแบ่งออกตามประเภทของสารประกอบที่ใช้ถ่ายทอดอิเล็กตรอน ซึ่งแบคทีเรียที่ใช้สารประกอบอนินทรีย์ เช่นไฮโดรเจน,คาร์บอนมอนอกไซด์, หรือแอมโมเนียเป็นแหล่งของอิเล็กตรอนจะถูกเรียกว่าลิโททรอพ(lithotroph) และที่ใช้สารประกอบอินทรีย์จะถูกเรียกว่าออร์แกโนทรอพ(organotroph)นอกจากนี้ยังสามารถใช้สารประกอบที่นำมารับอิเล็กตรอนมาจำแนกแบคทีเรียได้อีกด้วย โดยแบ่งเป็นแบคทีเรียที่หายใจแบบใช้ออกซิเจน(aerobic bacteria) ซึ่งใช้ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้าย และแบคทีเรียที่หายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน(anaerobic bacteria) ซึ่งใช้สารประกอบอื่น เช่นไนเตรต,ซัลเฟต, หรือคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้าย
แบคทีเรียจำนวนมากได้รับคาร์บอนจากแหล่งคาร์บอนอินทรีย์(เฮเทอโรทรอฟี; heterotrophy) แบคทีเรียอื่น ๆ เช่นไซยาโนแบคทีเรียและแบคทีเรียสีม่วงบางชนิดเป็นออโตทรอพซึ่งหมายความว่ารับคาร์บอนเข้ามาในเซลล์ด้วยการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ในสถานการณ์ที่ไม่ปกติ แบคทีเรียเมทาโนทรอพ(methanotroph) สามารถใช้แก๊สมีเทนเป็นทั้งแหล่งอิเล็กตรอนและสารตั้งต้นสำหรับกระบวนการแอแนบอลิซึมของคาร์บอน
เมแทบอลิซึมของแบคทีเรียทำให้เกิดลักษณะที่เป็นประโยชน์ต่อเสถียรภาพของระบบนิเวศและสังคมมนุษย์ได้หลากหลายวิธี ตัวอย่างเช่นแบคทีเรียที่สามารถตรึงแก๊สไนโตรเจนได้โดยใช้เอนไซม์ไนโตรเจนีสลักษณะที่มีความสำคัญต่อระบบนิเวศเช่นนี้สามารถพบได้ในแบคทีเรียในกลุ่มที่กล่าวไว้ข้างต้นเกือบทุกกลุ่มทำให้เกิดกระบวนการที่สำคัญ คือดีไนตริฟิเคชัน, การรีดิวซ์ซัลเฟต, และการสังเคราะห์อะซีโตนตามลำดับกระบวนการทางเมแทบอลิซึมของแบคทีเรียยังมีความสำคัญในการตอบสนองทางชีวภาพต่อมลพิษตัวอย่างเช่นแบคทีเรียรีดิวซ์ซัลเฟตที่มีส่วนสำคัญต่อการสร้างฟอร์มที่มีความเป็นพิษสูงของปรอท(methyl-และdimethylmercury) ในสิ่งแวดล้อมแบคทีเรียที่หายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนใช้การหมักเพื่อสร้างพลังงานและกำลังในการรีดิวซ์ และขับผลพลอยได้จากกระบวนการเมเแทบอซึม (เช่นเอทานอลในการกลั่นเหล้า) ออกมาเป็นของเสียแบคทีเรียที่เจริญได้ทั้งที่มีและไม่มีอากาศ(facultative anaerobe) สามารถสลับไปมาระหว่างการหมักและตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายตัวอื่น ขึ้นอยู่กับสภาวะทางสิ่งแวดล้อมที่มันประสบ
ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว การเพิ่มขนาดของเซลล์ (กล่าวคือการเจริญเติบโตของเซลล์) มีความเชื่อมโยงกับการสืบพันธุ์ด้วยการแบ่งเซลล์ซึ่งต่างจากสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ แบคทีเรียจะเติบโตจนถึงขนาดที่ตายตัวขนาดหนึ่ง จากนั้นจะสืบพันธุ์ด้วยการแบ่งตัวออกเป็นสองซึ่งเป็นการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศรูปแบบหนึ่งแบคทีเรียสามารถเติบโตและแบ่งตัวได้อย่างรวดเร็วหากว่าอยู่ใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม และจำนวนประชากรอาจเพิ่มเป็นทวีคูณทุก ๆ 9.8 นาทีซึ่งในการแบ่งเซลล์จะได้ผลเป็นเซลล์ลูกสองเซลล์ที่เหมือนกันทุกประการแบคทีเรียบางชนิดแม้จะสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ แต่ก็สร้างโครงสร้างสำหรับการสืบพันธุ์ที่มีความซับซ้อน ซึ่งช่วยกระจายเซลล์ที่สร้างขึ้นมาออกไป ตัวอย่างเช่นการสร้างฟรุตติงบอดีของMyxobacteriaและการสร้างเส้นใยไฮฟาที่ชี้ขึ้นสู่อากาศของStreptomyces,หรือการแตกหน่อ ซึ่งเป็นการที่เซลล์ยื่นส่วนหนึ่งออกมาและหลุดเป็นเซลล์ลูก
ในห้องปฏิบัติการเลี้ยงแบคทีเรียโดยใช้อาหารเลี้ยงเชื้อแบบหรือแบบเหลว อาหารแบบแข็งเช่นเพลทวุ้น(agar plate) ใช้เพื่อแยกเชื้อให้บริสุทธิ์ อาหารเลี้ยงเชื้อแบบเหลวใช้เมื่อต้องการวัดการเจริญเติบโตหรือเมื่อต้องการเพาะเชื้อในปริมาณมาก แบคทีเรียที่เพาะในอาหารเลี้ยงเชื้อเหลวที่มีการคน (stirred liquid media) จะเจริญเติบโตในรูปแบบสารแขวนลอยที่กระจายตัวทั่วภาชนะ ทำให้ง่ายต่อการแบ่งและย้ายเชื้อที่เพาะเลี้ยง อย่างไรก็ตามการแยกเชื้อแบคทีเรียจากอาหารเลี้ยงเชื้อแบบเหลวถือว่าทำได้ยาก อาหารสำหรับคัดแยกเชื้อ (selective media; อาหารเลี้ยงเชื้อที่เติมหรือปราศจากสารอาหารบางอย่าง หรือเติมยาปฏิชีวนะลงไป) สามารถใช้ระบุชนิดของแบคทีเรียได้
เทคนิคส่วนใหญ่ที่ใช้เพาะเลี้ยงแบคทีเรียในห้องปฏิบัติการใช้สารอาหารในปริมาณมากเพื่อให้ได้เซลล์ในปริมาณมากในเวลาอันสั้นและประหยัดค่าใช้จ่าย อย่างไรก็ตาม สารอาหารมีจำกัดในสภาพแวดล้อมตามธรรมชาติ ทำให้แบคทีเรียไม่สามารถเพิ่มจำนวนได้อย่างไม่สิ้นสุด สารอาหารที่มีจำกัดเป็นตัวชี้นำกลยุทธ์วิวัฒนาการของแบคทีเรีย (โปรดดูทฤษฎีการคัดเลือก r/K) บางชนิดสามารถเติบโตได้อย่างรวดเร็วเมื่อมีสารอาหาร เช่นปรากฏการณ์สาหร่ายสะพรั่ง(algal bloom) ที่มักเกิดขึ้นในทะเลสาบช่วงฤดูร้อนบางชนิดปรับตัวให้ทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่นStreptomycesที่ผลิตสารปฏิชีวนะหลายชนิดออกมายับยั้งการเจริญเติบโตของจุลชีพคู่แข่งในธรรมชาติ จุลชีพหลายชนิดอยู่ร่วมกันแบบกลุ่มสังคม (เช่นฟิล์มชีวภาพ) ที่ทำให้จุลชีพหาสารอาหารได้มากขึ้น และป้องกันจุลชีพจากสิ่งกดดันในสิ่งแวดล้อม (environmental stress)ความสัมพันธ์ในลักษณะนี้อาจเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตบางชนิด (syntrophy)
การเจริญเติบโตของแบคทีเรียดำเนินผ่านสี่ระยะ เมื่อประชากรของแบคทีเรียเข้าสู่สิ่งแวดล้อมที่มีสารอาหารสูงเอื้อต่อการเจริญเติบโต แบคทีเรียจำเป็นต้องปรับตัวต่อสิ่งแวดล้อมดังกล่าว ระยะแรกคือระยะแล็ก(lag phase) ซึ่งเป็นระยะที่เกิดการเจริญเติบโตอย่างค่อยเป็นค่อยไปในขณะที่เซลล์ของแบคทีเรียกำลังปรับตัวในสิ่งแวดล้อมที่มีสารอาหารสูงและเตรียมพร้อมสำหรับการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว ระยะแล็กมีอัตราชีวสังเคราะห์ (biosynthesis) สูง ซึ่งมีการผลิตโปรตีนที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตระยะที่สองของการเจริญเติบโตคือระยะลอการิทึม(logarithmic phase) หรือเรียกอีกชื่อว่าระยะเอกซ์โพเนนเชียล (exponential phase) ซึ่งเป็นระยะที่มีการเพิ่มจำนวนแบบเอกซ์โพเนนเชียลอัตราที่เซลล์เจริญในระยะนี้เรียกว่าอัตราการเจริญเติบโต (growth rate,k) และระยะเวลาที่เซลล์ใช้แบ่งตัวเรียกว่าระยะเวลาชั่วอายุ (generation time,g)  ในระยะนี้แบคทีเรียจะเมตาบอไลส์สารอาหารอย่างรวดเร็วจนกระทั่งสารอาหารชนิดหนึ่งหมดไปและเริ่มจำกัดการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ระยะที่สามคือระยะคงที่(stationary phase) ซึ่งเกิดจากการใช้สารอาหารจนหมด ระยะนี้เซลล์จะลดกิจกรรมทางเมตาบอลิสมและเผาผลาญโปรตีนภายในเซลล์ที่ไม่จำเป็น ระยะนี้เป็นระยะเปลี่ยนผ่านจากการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วไปยังการตอบสนองต่อสิ่งกดดัน และมีการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการซ่อมแซมดีเอ็นเอเมตาบอลิสมของสารต้านอนุมูลอิสระและการขนส่งสารอาหารมากขึ้นระยะสุดท้ายคือระยะเซลล์ตาย(death phase) ซึ่งเป็นระยะที่แบคทีเรียขาดสารอาหารและตายลง
แบคทีเรียส่วนมากมีโครโมโซมแบบวงกลมหนึ่งวง มีขนาดตั้งแต่ 160,000คู่เบสในแบคทีเรียเอนโดซิมไบโอติกCarsonella ruddiiไปจนถึงกว่า 12,200,000 คู่เบส (12.2 Mbp) ในแบคทีเรียSorangium cellulosumที่อาศัยอยู่ในดินแต่กระนั้นก็ยังมีข้อยกเว้นบางประการ อาทิ แบคทีเรียสกุลStreptomycesและBorreliaบางสปีชีส์มีโครโมโซมแบบเส้นหนึ่งชุดและVibrioบางสปีชีส์มีโครโมโซมมากกว่าหนึ่งชุดนอกจากนี้แบคทีเรียยังมีพลาสมิดซึ่งเป็นโมเลกุลดีเอ็นเอนอกโครโมโซม (extra-chromosomal molecule of DNA) ขนาดเล็กที่สามารถบรรจุยีนสำหรับความสามารถบางประการ เช่นความดื้อต่อยาความสามารถเกี่ยวกับกระบวนการเมแทบอลิซึม หรือกระทั่งศักยภาพก่อโรค
โดยปกติจีโนมของแบคทีเรียเข้ารหัสยีนตั้งแต่ไม่กี่ร้อยไปจนถึงไม่กี่พันยีน โดยยีนในจีโนมมักเป็นสายดีเอ็นเอต่อเนื่องกันเป็นเส้นเดียว แม้ว่าจะมีการค้นพบอินทรอน(intron) หลายชนิดในแบคทีเรีย แต่ก็พบได้ยากกว่าในยูแคริโอตมาก
แบคทีเรียซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตไม่มีเพศได้รับสำเนาจีโนมที่เหมือนกันทุกประการกับจีโนมของเซลล์แม่ และถือเป็นตัวโคลนอย่างไรก็ตามแบคทีเรียสามารถวิวัฒน์ได้จากการคัดเลือกการเปลี่ยนแปลงที่เกิดกับสารพันธุกรรมดีเอ็นเอซึ่งอาจเกิดจากการรวมกันใหม่ของยีนหรือการกลายพันธ์การกลายพันธุ์เกิดจากความผิดพลาดที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการจำลองดีเอ็นเอ หรือเกิดจากการได้รับสารก่อกลายพันธุ์(mutagen) อัตราการกลายพันธุ์ต่างกันไปในแบคทีเรียแต่ละสปีชีส์ และกระทั่งตัวโคลนของแบคทีเรียสปีชีส์เดียวกันก็มีอัตราการกลายพันธุ์ต่างกันการเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมในจีโนมของแบคทีเรียเกิดขึ้นทั้งจากการกลายพันธุ์แบบสุ่มที่เกิดขึ้นในช่วงกระบวนการจำลองดีเอ็นเอหรือจากการกลายพันธุ์ที่มีความเครียดกำกับ (stress-directed mutation) ที่ยีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการจำกัดการเจริญเติบโตบางอย่างมีอัตราการกลายพันธุ์ที่เพิ่มขึ้น
แบคทีเรียบางชนิดสามารถถ่ายทอดสารพันธุกรรมข้ามเซลล์ได้ ซึ่งเกิดได้สามวิธี วิธีแรกแบคทีเรียจะเก็บดีเอ็นเอภายนอก (exogenous DNA) จากสิ่งแวดล้อมในกระบวนการทรานส์ฟอร์เมชัน(transformation)แบคทีเรียหลายชนิดสามารถรับดีเอ็นเอจากสิ่งแวดล้อมได้ตามธรรมชาติบางชนิดต้องทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเสียก่อนเพื่อเหนี่ยวนำให้รับดีเอ็นเอเข้าไปพัฒนาการของความสามารถในการรับดีเอ็นเอจากภายนอกมักสัมพันธ์กับปัจจัยกดดันทางสิ่งแวดล้อม และอาจเป็นการปรับตัวเพื่อช่วยซ่อมแซมความเสียหายในดีเอ็นเอของเซลล์ที่รับเข้าไปวิธีที่สองที่แบคทีเรียจะส่งผ่านสารพันธุกรรมคือทรานส์ดักชัน(transduction) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแบคเทอริโอเฟจ(bacteriophage) แทรกดีเอ็นเอแปลกปลอมเข้าสู่โครโมโซมของแบคทีเรีย แบคเทอริโอเฟจมีหลายชนิด บางชนิดเพียงทำให้ติดเชื้อและทำให้เซลล์แบคทีเรียโฮสต์แตก(lyses) และชนิดที่แทรกตัวเข้าไปในโครโมโซมของโฮสต์แบคทีเรียต้านทานการติดเฟจด้วยระบบตัดจำเพาะและดัดแปลง(restriction modification system) ที่ย่อยสลายดีเอ็นเอแปลกปลอมและระบบที่ใช้ลำดับคริสเปอร์(CRISPR) เพื่อเก็บรักษาชิ้นส่วนจีโนมของเฟจที่แบคทีเรียเคยพบมาก่อน ทำให้แบคทีเรียสามารถป้องกันการเพิ่มจำนวนของแบคทีเรียผ่านกระบวนการยับยั้งอาร์เอ็นเอ(RNA interference)วิธีที่สามคือกระบวนการคอนจูเกชัน(conjugation) ที่มีการส่งผ่านดีเอ็นเอผ่านการสัมผัสเซลล์โดยตรง โดยปกติแล้วทรานส์ดักชัน คอนจูเกชัน และทรานส์ฟอร์เมชันเกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดสารพันธุกรรมระหว่างแบคทีเรียที่อยู่ในสปีชีส์เดียวกัน แต่บางครั้งก็เกิดการถ่ายทอดระหว่างแบคทีเรียต่างสปีชีส์ และอาจมีผลพวงที่มีนัยยะสำคัญ เช่น การถ่ายทอดความสามารถดื้อยาในกรณีนี้ การได้รับยีนมาจากแบคทีเรียอื่นหรือจากธรรมชาติเรียกว่าการถ่ายทอดยีนในแนวราบ(horizontal gene transfer) และอาจเกิดขึ้นเป็นปกติตามสภาพธรรมชาติ
แบคทีเรียหลายชนิดสามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยตัวเอง (motile) โดยใช้กลไกหลากหลายชนิดแฟลเจลลาเป็นกลไกหนึ่งที่มีการศึกษาไว้เป็นอย่างดี แฟลเจลลาเป็นเส้นใยสายยาวที่มีมอเตอร์อยู่ที่ฐานคอยหมุนให้เกิดการเคลื่อนไหวคล้ายใบพัดแฟลเจลลาของแบคทีเรียประกอบด้วยโปรตีน 20 ชนิด และมีโปรตีนอีกประมาณ 30 ที่จำเป็นสำหรับการควบคุมและการประกอบแฟลเจลลาแฟลเจลลาเป็นโครงสร้างที่สามารถหมุนได้ ขับเคลื่อนโดยมอเตอร์เปลี่ยนทิศทางได้ที่อยู่ตรงฐาน มอเตอร์นี้ใช้พลังงานจากเกรเดียนต์ของไฟฟ้าเคมีระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์
แบคทีเรียสามารถใช้แฟลเจลลาได้หลายวิธีเพื่อทำให้เกิดการเคลื่อนที่ในลักษณะที่แตกต่างกัน แบคทีเรียหลายชนิด (เช่นE. coli) มีการเคลื่อนที่สองรูปแบบที่แตกต่างกัน ได้แก่ การเคลื่อนที่ไปข้างหน้า (swimming) และการตีลังกา (tumbling) การตีลังกาทำให้แบคทีเรียดังกล่าวจัดทิศทางใหม่ได้ และทำให้การเคลื่อนที่มีลักษณะเป็นการเดินสุ่มแบบสามมิติแบคทีเรียแต่ละสปีชีส์มีจำนวนและการจัดเรียงแฟลเจลลาบนผิวเซลล์แตกต่างกัน บางชนิดมีแฟลเจลลาเส้นเดียว (monotrichous), บางชนิดมีแฟลเจลลาหนึ่งเส้นที่ปลายแต่ละด้าน (amphitrichous), บางชนิดมีแฟลเจลลาเป็นกระจุกที่ขั้วของเซลล์ (lophotrichous), และบางชนิดมีแฟลเจลลากระจายอยู่ทั่วทั้งพื้นผิวของเซลล์ (peritrichous) แฟลเจลลาของสไปโรคีทซึ่งเป็นแบคทีเรียพิเศษกลุ่มหนึ่ง อยู่ในพื้นที่ระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ทั้งสอง (periplasmic space) และสไปโรคีทยังมีลักษณะเฉพาะคือรูปร่างเป็นเกลียว ซึ่งจะหมุนไปพร้อมกับการเคลื่อนที่ของสไปโรคีท
แม้แบคทีเรียจะมีลักษณะภายนอกที่เรียบง่าย แต่ก็สามารถสร้างรูปแบบความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนกับสิ่งมีชีวิตอื่นได้ ภาวะที่แบคทีเรียอาศัยอยู่ร่วมกับสิ่งมีชีวิตอื่นแบ่งออกเป็นสามประเภท ได้แก่ภาวะปรสิตภาวะพึ่งพาภาวะอิงอาศัยแบคทีเรียที่ดำรงชีวิตแบบอิงอาศัยมีขนาดเล็ก จึงมีจำนวนมหาศาลและสามารถเจริญเติบโตบนตัวสัตว์ พืช และบนพื้นผิวต่าง ๆ นอกจากนี้ แบคทีเรียยังสามารถเติบโตได้ดีขึ้นเมื่อได้รับความอบอุ่นและเหงื่อซึ่งในมนุษย์ หากบนผิวมีประชากรแบคทีเรียสูงจะทำให้เกิดกลิ่นกาย
แบคทีเรียบางสปีชีส์สามารถฆ่าและกินจุลชีพอื่นได้ กลุ่มสปีชีส์นี้เรียกว่าแบคทีเรียล่าเหยื่อตัวอย่างเช่นMyxococcus xanthusซึ่งจับกลุ่มกันฆ่าและย่อยแบคทีเรียใดก็ตามที่พบแบคทีเรียล่าเหยื่อชนิดอื่นใช้การเกาะติดอยู่กับเหยื่อเพื่อที่จะย่อยและดูดซึมสารอาหาร เช่นVampirovibrio chlorellavorusหรือรุกรานเซลล์อื่นและเพิ่มจำนวนในไซโทซอล เช่นDaptobacterเชื่อว่าแบคทีเรียล่าเหยื่อวิวัฒนาการมาจากสิ่งมีชีวิตอาศัยซากที่บริโภคจุลชีพที่ตายแล้ว จนสามารถดักจับและฆ่าสิ่งมีชีวิตอื่นได้
หากแบคทีเรียมีความสัมพันธ์ในลักษณะปรสิตกับสิ่งมีชีวิตอื่น ก็จะถูกจัดเป็นเชื้อก่อโรค แบคทีเรียก่อโรคเป็นสาเหตุสำคัญของโรคและการเสียชีวิตในมนุษย์ และก่อโรคติดเชื้อ เช่นบาดทะยัก(เกิดจากClostridium tetani),ไข้ไทฟอยด์,โรคคอตีบ,ซิฟิลิส,อหิวาตกโรค,อาหารเป็นพิษ,เรื้อน(เกิดจากMicobacterium leprae) และวัณโรค(เกิดจากMycobacterium tuberculosis) เชื้อที่เป็นสาเหตุของโรคหนึ่งอาจได้รับการค้นพบในอีกหลายปีให้หลังก็ได้ ดังในกรณีของHelicobacter pyloriกับแผลหลุมในกระเพาะอาหารนอกจากนี้โรคที่เกิดจากแบคทีเรียยังมีความสำคัญในด้านการเกษตรดังเห็นได้จากแบคทีเรียที่ก่อโรคใบจุดโรคใบไหม้และโรคเหี่ยวในพืช รวมถึงโรคโจนส์โรคเต้านมอักเสบการปนเปื้อนเชื้อซัลโมเนลลาและแอนแทรกซ์ในปศุสัตว์
เชื้อก่อโรคแต่ละสปีชีส์มีช่วงลักษณะปฏิสัมพันธ์กับโฮสต์ที่เป็นมนุษย์ประจำสปีชีส์ แบคทีเรียบางชนิด เช่นStaphylococcusหรือStreptococcusสามารถทำให้เกิดการติดเชื้อที่ผิวหนัง,ปอดอักเสบ(pneumonia),เยื่อหุ้มสมองอักเสบและการติดเชื้อในกระแสเลือดการอักเสบตอบสนองทั่วร่างกายที่ทำให้เกิดภาวะช็อกหลอดเลือดขยายทั่วร่างกาย และอาจทำให้เสียชีวิตได้กระนั้นแบคทีเรียเหล่านี้ก็ยังเป็นส่วนหนึ่งของจุลชีพประจำถิ่นของมนุษย์และมักจะอาศัยอยู่บนผิวหนังหรือในจมูกโดยที่ไม่ก่อให้เกิดโรคแต่อย่างใด แบคทีเรียบางชนิดก่อโรคได้อย่าง invariably เช่นRickettsiaซึ่งเป็นปรสิตที่ต้องอาศัยอยู่ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตอื่นเพื่อเติบโตและสืบพันธ์ุ (obligate intracellular parasite) สปีชีส์หนึ่งของ Rickettsia ก่อไข้รากสาดใหญ่และอีกชนิดก่อโรคไข้พุพองเทือกเขาร็อกกี(Rocky Mountain spotted fever)Chlamydiaซึ่งแบคทีเรียปรสิตในเซลล์อีกไฟลัมหนึ่ง ประกอบด้วยสปีชีส์ที่สามารถก่อโรคปอดอักเสบหรือการติดเชื้อในระบบทางเดินปัสสาวะได้ และอาจเกี่ยวข้องกับโรคหลอดเลือดเลี้ยงหัวใจด้วยบางสปีชีส์ เช่นPseudomonas aeruginosa,Burkholderia cenocepaciaและMycobacterium aviumเป็นเชื้อฉวยโอกาสและก่อโรคในผู้ที่มีภาวะกดภูมิคุ้มกันหรือซิสติก ไฟโบรซิส
การติดเชื้อแบคทีเรียอาาจรักษาได้ด้วยยาปฏิชีวนะซึ่งแบ่งได้เป็นยาฆ่าแบคทีเรียหากเป็นยาที่มีฤทธิ์ฆ่าแบคทีเรีย และยายับยั้งแบคทีเรียหากว่ามีฤทธิ์เพียงป้องกันการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ยาปฏิชีวนะมีหลายชนิด และแต่ละกลุ่มจะยับยั้งกระบวนการของเชื้อก่อโรคที่ต่างออกไปจากที่พบในโฮสต์ ตัวอย่างเช่นคลอแรมเฟนิคอลและพูโรมัยซินที่ทำให้เกิดความเป็นพิษต่อเพียงเชื้อก่อโรคด้วยการยับยั้งไรโบโซมของแบคทีเรีย ซึ่งมีโครงสร้างต่างจากไรโบโซมของยูแคริโอตมีการใช้ยาปฏิชีวะทั้งในการรักษาโรคในมนุษย์และการเกษตรแบบมุ่งเน้น(intensive farming) เพื่อเร่งการเจริญเติบโตของปศุสัตว์ ซึ่งอาจมีส่วนเร่งให้เกิดการพัฒนาการดื้อยาในประชากรแบคทีเรียอย่างรวดเร็วโรคติดเชื้อสามารถป้องกันได้ด้วยมาตรการระงับเชื้อเช่นการทำไร้เชื้อผิวหนังก่อนทำหัตถการที่ใช้เข็มเจาะเข้าร่างกาย และการดูแลสายสวนชนิดที่ต้องเสียบคาไว้อย่างเหมาะสม นอกจากนี้เครื่องมือทางศัลยกรรมและทันตกรรมต้องไร้เชื้อเพื่อป้องกันการปนเปื้อนแบคทีเรีย มีการนำสารฆ่าเชื้อ(disinfectant) เช่นน้ำยาฟอกขาวมาฆ่าแบคทีเรียหรือเชื้อก่อโรคอื่นบนพื้นผิวของสิ่งไม่มีชีวิตเพื่อป้องกันการปนเปื้อนและลดความเสี่ยงที่จะติดเชื้อโรคลงไปอีก
มนุษย์นำแบคทีเรีย ซึ่งมักเป็นแบคทีเรียที่สร้างกรดแลกติกเช่นLactobacillusและLactococcusมาใช้ร่วมกับยีสต์และเชื้อราเพื่อเตรียมอาหารหมักดองมากว่าหลายพันปี เช่นชีสผักดองซีอิ๊วน้ำส้มสายชูไวน์เซาเออร์เคราท์
แบคทีเรียมีคุณสมบัติโดดเด่นคือสามารถย่อยสลายสารประกอบอินทรีย์ได้หลายชนิด มนุษย์นำความสามารถนี้มาใช้ในการจัดการขยะและการบำบัดสารมลพิษด้วยวิธีชีวภาพแบคทีเรียสามารถย่อยไฮโดรคาร์บอนในปิโตรเลียมได้และถูกนำมาใช้ทำความสะอาดคราบน้ำมันรั่วไหลที่อ่าวปรินซ์วิลเลียม(Prince William Sound) มีการเติมปุ๋ยลงบนชายหาดบางแห่งเพื่อเอื้อการเจริญเติบโตของแบคทีเรียประเภทนี้หลังจากเหตุการณ์น้ำมันรั่วไหลเอ็กซอน วัลเดซปี 1989 ซึ่งได้ผลในชายหาดที่น้ำมันปกคลุมไม่หนามากนัก นอกจากนี้ยังมีการใช้แบคทีเรียในการบำบัดขยะพิษจากอุตสาหกรรมในทางอุตสาหกรรมเคมีแบคทีเรียมีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลิตสารที่บริสุทธิ์ทางอีแนนทิโอเมอร์สำหรับใช้ในทางเภสัชกรรมและเคมีเกษตร
แบคทีเรียยังสามารถนำมาใช้แทนยาฆ่าแมลงในการควบคุมสัตว์รบกวนด้วยวิธีทางชีวภาพ(biological pest control) ซึ่งมักใช้แบคทีเรียBacillus thuringiensis(หรือเรียกว่า BT) ซึ่งเป็นแบคทีเรียแกรมบวกที่อาศัยอยู่ในดิน มีการสปีชีส์ย่อยของแบคทีเรียนี้เป็นสารฆ่าแมลงที่จำเพาะต่อแมลงในอันดับผีเสื้อภายใต้ชื่อทางการค้าเช่น ไดเพล (Dipel) และทูริไซด์ (Thuricide)การใช้แบคทีเรียเป็นสารกำจัดสัตว์รังควาญมีความจำเพาะ จึงถือว่าเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยมีผลกระทบต่อมนุษย์สัตว์ป่าสัตว์ผสมเกสรและแมลงมีประโยชน์ส่วนใหญ่ในระดับน้อยหรือไม่มีผลกระทบ
แบคทีเรียสามารถเจริญเติบโตได้อย่างรวดเร็วและค่อนข้างสะดวกต่อการจัดการควบคุม แบคทีเรียจึงกลายเป็นเครื่องมือสำหรับปฏิบัติงานทางชีววิทยาโมเลกุลพันธุศาสตร์และชีวเคมีนักวิทยาศาสตร์สามารถระบุหน้าที่ของยีนเอนไซม์และวิถีเมแทบอลิซึมของแบคทีเรียด้วยการทำให้ดีเอ็นเอของแบคทีเรียเกิดการกลายพันธ์ุและตรวจสอบผลฟีโนไทป์ที่ได้ จากนั้นจึงนำองค์ความรู้ที่ได้มาประยุกต์ใช้กับสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนกว่าความมุ่งหมายในการทำความเข้าใจชีวเคมีของเซลล์มาถึงระดับที่ซับซ้อนที่สุด คือการสังเคราะห์ข้อมูลเกี่ยวกับการแสดงออกของยีนและจลนศาสตร์ของเอนไซม์จำนวนมากให้กลายเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตทั้งตัว ซึ่งอาจกระทำได้กับแบคทีเรียที่มีผู้ศึกษาวิจัยไว้อย่างดีแล้ว ดังเช่นในปัจจุบันที่มีผู้สร้างและทดสอบแบบจำลองเมแทบอลิซึมของEscherichia coliความเข้าใจในเมแทบอลิซึมและพันธุกรรมของแบคทีเรียทำให้มนุษย์สามารถนำเทคโนโลยีชีวภาพมาปรับแต่งแบคทีเรียเพื่อผลิตโปรตีนรักษาโรค เช่นอินซูลินโกรทแฟกเตอร์หรือแอนติบอดี
เนื่องจากแบคทีเรียมีความสำคัญต่อวงการการวิจัยโดยรวม จึงมีการคัดแยกและเก็บรักษาตัวอย่างสายพันธุ์แบคทีเรียไว้ที่ธนาคารเก็บตัวอย่างทางชีวภาพ(biorepository)
อันโตนี ฟัน เลเวินฮุกนักจุลทรรศน์วิทยาชาวฮอลแลนด์ เป็นผู้สังเกตเห็นแบคทีเรียเป็นคนแรก โดยใช้กล้องจุลทรรศน์เลนส์เดี่ยวที่ออกแบบขึ้นเองเลเวินฮุกประกาศการค้นพบผ่านทางชุดจดหมายที่ส่งไปยังราชสมาคมแห่งลอนดอนแบคทีเรียเป็นการค้นพบทางจุลทรรศน์ที่โดดเด่นที่สุดของเลเวินฮุก แบคทีเรียมีขนาดเล็กเสียจนเกือบเกินขีดจำกัดของกล้องจุลทรรศน์ของเขา และไม่มีใครสังเกตเห็นอีกเลยเป็นเวลากว่าศตวรรษซึ่งถือเป็นการหยุดชะงักใหญ่ครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ นอกจากนี้เลเวินฮุกยังสังเกตเห็นโปรโตซัว ซึ่งเขาเรียกว่า "แอนิมอลกุล(animalcule)" สิ่งที่เลเวินฮุกค้นพบกลับมามีผู้ทำการศึกษาอีกครั้งเนื่องจากการค้นพบทางทฤษฎีเซลล์ในสมัยใหม่
คริสทีอัน ก็อทฟรีท เอเรินแบร์คเป็นผู้เริ่มใช้คำว่า "bacterium" เมื่อ ค.ศ. 1828แต่ความจริงแล้วคำว่าBacteriumของเอเรินแบร์คคือสกุลที่ประกอบด้วยแบคทีเรียรูปท่อนที่ไม่สร้างสปอร์ตรงกันข้ามกับBacillusซึ่งเป็นแบคทีเรียรูปท่อนสร้างสปอร์ ที่เอเรินแบร์คได้นิยามไว้ใน ค.ศ. 1835
ใน ค.ศ. 1859 หลุยส์ ปาสเตอร์สาธิตว่าการเจริญเติบโตของจุลชีพทำให้เกิดกระบวนการหมักและการเจริญเติบโตนี้ไม่ได้เกิดขึ้นมาเองจากสิ่งไร้ชีวิต(ยีสต์และราที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการหมักไม่ใช่แบคทีเรียแต่เป็นฟังไจ) ปาสเตอร์เป็นบุคคลแรก ๆ ที่สนับสนุนทฤษฎีเชื้อของโรคเช่นเดียวกับโรแบร์ท ค็อคนายแพทย์ร่วมสมัยเดียวกัน
โรแบร์ท ค็อคทำการศึกษาอหิวาตกโรคแอนแทรกซ์วัณโรคและเป็นผู้บุกเบิกวิชาจุลชีววิทยาการแพทย์ เขาได้พิสูจน์ทฤษฎีเชื้อโรคในระหว่างการศึกษาวัณโรคและได้รับรางวัลโนเบลใน ค.ศ. 1905 จากการพิสูจน์นี้เขาเป็นผู้ตั้งสมมติฐานของค็อคที่ซึ่งมีเกณฑ์สำหรับพิสูจน์ว่าสิ่งมีชีวิตที่ต้องการศึกษาเป็นสาเหตุของโรคหนึ่ง ๆ หรือไม่ สมมติฐานของค็อคยังเป็นที่ใช้กันมาจนถึงปัจจุบัน
กล่าวกันว่าแฟร์ดีนันท์ โคห์นเป็นผู้ก่อตั้งวิชาวิทยาแบคทีเรีย โดยเขาได้ศึกษามาตั้งแต่ ค.ศ. 1870 เขาเป็นบุคคลแรกที่จำแนกแบคทีเรียตามลักษณะสัณฐาน
ถึงแม้จะเป็นที่ทราบกันในคริสต์ศตวรรษที่ 19 ว่าแบคทีเรียเป็นสาเหตุของโรคหลายชนิดแต่ก็ไม่มีวิธีการรักษาที่มีประสิทธิภาพพอในสมัยนั้นใน ค.ศ. 1910เพาล์ แอร์ลิชพัฒนายาปฏิชีวนะตัวแรกขึ้นมาโดยเปลี่ยนสีที่ใช้ย้อมTreponema pallidumซึ่งเป็นแบคทีเรียสไปโรคีทที่ทำให้เกิดโรคซิฟิลิสเป็นสารประกอบที่ทำลายเฉพาะเชื้อดังกล่าวแอร์ลิชได้รับรางวัลโนเบลสำหรับการศึกษาทางด้านภูมิคุ้มกันวิทยาใน ค.ศ. 1908 และริเริ่มการใช้สีย้อมเพื่อตรวจหาและวินิจฉัยแบคทีเรีย การศึกษาของเขาเป็นพื้นฐานสำหรับสีย้อมแกรมและสีย้อมซีห์ล–นีลเซน
การศึกษาแบคทีเรียได้ก้าวหน้าไปอีกขั้นหนึ่งเมื่อคาร์ล โวซระบุได้ว่าอาร์เคียมีสายวิวัฒนาการแยกต่างหากจากแบคทีเรียการจัดสายวิวัฒนาการนี้เกิดขึ้นจากการหาลำดับเบสไรโบโซมัลอาร์เอ็นเอขนาด 16sและทำให้โพรแคริโอตถูกแบ่งออกเป็นสองโดเมน โดยเป็นส่วนหนึ่งของระบบสามโดเมน