Baktérie

Štúdium baktérií

Štúdiom mikroskopických organizmov sa zaoberá mikrobiológia. Jej zakladateľom bol v 19. storočí Louis Pasteur. Neskoršie sa mikrobiológia rozdelila na viacero disciplín. Štúdiom baktérií sa zaoberá bakteriológia, o jej vznik sa výrazne zaslúžil nemecký lekár Robert Koch.

Delenie

Uvádzame príklady delenia baktérií (staršie delenia ich chápu vo vyššie uvedenom širšom zmysle, novšie delenia vo vyššie uvedenom novšom zmysle):

Fotosyntetizujúce baktérie

U fotosyntetizujúcich baktérií sa vyskytuje bakteriochlorofyl, farbivo potrebné na priebeh fotosyntézy. Fotosyntetizujúce baktérie majú cytoplazmatickú membránu na niektorých miestach preliačenú. Utvára vačky, ktoré obsahujú farbivo umožňujúce premenu energie svetelného (slnečného) žiarenia na energiu chemickú. Je to látka podobná chlorofylu. Bakteriálna fotosyntéza je anoxygénna (produktom nie je kyslík).

Veľkosť

Priemerná veľkosť bunky baktérií sa pohybuje okolo 0,3 – 2,0 µm. Len niektoré vodné baktérie majú veľkosť niekoľko desiatok i stoviek mikrometrov. Dajú sa pozorovať pod svetelným mikroskopom. Najväčšou známou baktériou je Epulopiscium fishelsoni dlhá až pol milimetra.

Cytoplazma

Cytoplazma tvorí 75 – 95 % bunkovej hmoty. Obsahuje mnohé vysokomolekulové a nízkomolekulárne látky. K nim patria rozpustné lipidy, bielkoviny, stopové prvky a minerálne soli. V cytoplazme sa nachádzajú ribozómy, chromozóm, plazmidy.
Okrem toho sa v cytoplazme nachádzajú ešte rôzne inklúzie. Ide o granulá a vezikuly.

Cytoplazmatická membrána

Cytoplazma je obklopená membránou, ktorá sa volá cytoplazmatická membrána. Pozostáva z dvojitej vrstvy fosfolipidov. Fosfátová časť je hydrofilná, lipidická časť ležiaca vo vnútri membrány vodu odpudzuje. Cytoplazmatická membrána má funkciu bariéry. Nachádzajú sa v nej mnohé polypeptidové molekuly, ktoré bunke umožňujú kontrolovať výmenu látok medzi vnútorným a vonkajším prostredím. Vďaka membránovému transportu sa tak môžu látky dostať do bunky alebo von.
V membráne sa nachádzajú enzýmy dýchacieho reťazca a enzýmy nutné pre stavbu bunkovej steny.

Bunková stena

S výnimkou mykoplaziem majú baktérie bunkovú stenu, ktorá im určuje vonkajší tvar. Hlavnou časťou steny baktérií je mureín. Bunková stena tvorí pri Grampozitívnych baktériách až jednu tretinu hmoty baktérie. Pri Gramnegatívnych baktériách je to len 10 %. Bunka baktérie má na vonkajšej strane bunkovej steny slizovitú vrstvu (puzdro), niekedy aj bičíky.

Glykokalyx

Útvary na povrchu baktérie sú oveľa menšie než bičíky. Slúžia baktériám na pevné prilepenie k podkladu. Skladajú sa z vláknitých proteínov, ktoré sa spájajú s glykoproteínmi hostiteľskej bunky. Sú buď vo forme fimbrií (vlákienok) alebo pilusov (vláskov).

Gramovo farbenie

Gramovo farbenie zaviedol v roku 1884 Christian Gram. Je to diferenciačné farbenie založené na sfarbení gram-pozitívnych a gram-negatívnych buniek baktérií. Rozdiel medzi týmito dvoma bunkami je predovšetkým v ich bunkovej stene. Bunkové steny G+ baktérií majú oveľa hrubšiu vrstvu peptidoglykánu ako bunkové steny G- baktérií. G- bunky majú vo vonkajšej bunkovej stene aj množstvo lipidov.
Princíp Gramovo farbenia spočíva v tom, že sa obidve bunky (G+ aj G-) zafarbia farbivom kryštálovou violeťou, čím sa obe sfarbia do fialova. Preparát sa potom morí jódom v roztoku jodidu draselného, ktorý s farbivom vytvorí komplex v obidvoch bunkách. Potom sa farbivo vymýva etanolom (alebo acetónom), pričom komplex sa vyplavuje len z G- baktérií (rozpúšťa sa vonkajšia lipidová vrstva bunkovej steny), ktoré sa odfarbia. Napokon sa preparát dofarbuje karbolfuchsínom (alebo safranínom). G+ bunky teda po Gramovom farbení ostávajú fialové, G- bunky sú červené (alebo ružové).
Rozdelenie baktérií na základe Gramovo farbenia má hlbší význam, medzi obidvoma kategóriami existujú mnohé ďalšie rozdiely (napríklad v citlivosti na antibakteriálne látky typu antibiotík).

Rozmnožovanie

Rozmnožujú sa nepohlavne, priečnym delením, prípadne pučaním.
Pri priečnom delení sa bunka predĺži na dvojnásobnú veľkosť, pričom sa uprostred vytvorí septum (prehriadka zložená z membrány a základu bunkovej steny), ktoré bunku rozdelia na dve rovnaké časti. Z každej potom vznikne jedna sesterská bunka. Pri priečnom delení dochádza k replikácii DNA.
Pučanie prebieha tak, že zrelá bunka začne na svojom povrchu vytvárať novú bunku. Keď dcérska bunka dorastie do dostatočnej veľkosti, je do nej vpustená DNA a bunka je odpojená. Časom dorastie a môže sa začať sama rozmnožovať.

Výskyt

Baktérie patria k najstarším organizmom nájdených vo forme fosílií. Môžeme ich nájsť už v staršom proterozoiku. Skupina baktérie sa považuje za najrozšírenejšie živé organizmy. Dokážu prežiť vo vesmíre, v 100 °C teplých plameňov i v činných kráteroch na dne Mariánskej priekopy. Sú to prvé organizmy, ktoré kolonizujú oblasť, ktorá je napríklad postihnutá sopečnou erupciou.
Baktérie obývajú rôzne biotopy. Vyskytujú sa vo vzduchu, vo vode (sladkej i slanej) aj v pôde, vyskytujú sa na povrchu i vo vnútri organizmov.  Ich rozšírenie a množstvo závisí od vhodnosti životných podmienok: od zdroja potravy, teploty, pH prostredia.
Aeróbne baktérie vyžadujú kyslík, anaeróbne baktérie žijú v prostredí bez kyslíka. Prevažná časť baktérií patrí medzi heterotrofné organizmy – saprofyty a parazity. Početné sú aj symbiotické baktérie.
Dajú sa odstrániť buď sterilizáciou (plameň, para, tlak, manganistan draselný, antibiotiká), alebo pasterizáciou.

Spóry

Pri zhoršení životných podmienok, napríklad pri nedostatku potravy, môže dôjsť k tvoreniu spór. Spóry sú trvalou formou baktérií, ktoré prežívajú dlhodobo a môžu byť infekčné aj po dlhom čase. Spóry vznikajú zmršťovaním a zmenšovaním pôvodných buniek. Počas tejto fázy je zastavená výmena bunkových látok. Baktéria tak nepotrebuje ani potravu ani energiu na udržiavanie svojich životných pochodov. Len čo spóra natrafí na výhodnejšie životné podmienky, zmení sa opäť na živú baktériu.

Pozitívne vlastnosti

Hlavný význam spočíva v tom, že spolu s hubami sa zúčastňujú na rozkladaní potravových reťazcov a premieňajú odumretú organickú hmotu späť na anorganickú (mineralizujú ju), čím umožňujú jej ďalšie využitie v prírodných ekologických systémoch. Baktérie Escherichia coli žijú v hrubom čreve.
Baktérie (aj niektoré nálevníky) majú v prírode aj veľkú úlohu v čistení vôd. Využívajú sa pre tento účel aj priemyselne. Niektoré druhy dokážu rozkladať uhľovodíky pochádzajúce z ropných havárií.
Veľké využitie baktérií je hlavne v potravinárskom priemysle. Používajú sa na výrobu syrov (Streptococcus thermophilus – ementál, Brevibacterium linens – olomoucké syrečky), pri výrobe smotany (Streptococcus cremoris), pri spracovaní mlieka (Streptococcus lactis), acidofilného mlieka (Lactobacillus acidophilus) a mliečnych výrobkov (jogurty – Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophillus). Využívajú sa na maslové kvasenie, alkoholové kvasenie (prebieha anaeróbne), octové kvasenie (prebieha aeróbne), výroba rozpúšťadiel (acetón, butanol – Clostridium acetobutylicum), enzýmov, výroba liehu zo škrobu, mliekarenský priemysel, výroba vitamínov, antibiotik, alkaloidov, aminokyselín, bielkovín.
V súčasnosti má veľký význam aj šľachtenie baktérií, ktoré nám umožňuje docielenie nadprodukcie žiadaných látok.

Negatívne vlastnosti

Okrem žiadúceho rozkladu odumretého materiálu dochádza často k nechcenému rozkladu, hlavne potravín, ale aj iných výrobkov.
Najväčší negatívny význam majú baktérie, ktoré spôsobujú rozličné ochorenia ľudí. Veľký význam v boji proti týmto patogénnym baktériám má očkovanie. Väčšina baktérii spôsobuje infekcie svojim premnožením, sú však aj baktérie, ktoré spôsobujú intoxikácie. Do tejto skupiny patrí pôvodca tetanu. Ale oveľa nebezpečnejším ochorením je botulizmus. Botulotoxín, produkt druhu Clostridium botulinum, je jedným z najsilnejších bakteriálnych toxínov vôbec.
Okrem chorôb človeka spôsobujú veľké ekonomické straty aj choroby poľnohospodárskych zvierat (mor ošípaných, hydiny). Rastlinné bakteriálne infekcie sú pomerne nevýrazné.