Bakterijos

Bakterijos (Bacteria) – prokariotai, bakterijų (Bacteria) domeno organizmų karalystė. Paprastai būna kelių mikrometrų ilgio, forma – įvairi: rutulinė, lazdelinė, vibrioninė ar spiralinė. Bakterijos yra viena iš pirmųjų gyvybės formų, kuri atsirado Žemėje, ir sutinkama beveik visose buveinėse – dirvožemyje, vandenyje, karštosiose versmėse, radioaktyviosiose atliekose ir Žemės plutos gilumose. Bakterijos taip pat gyvena simbiozėje ir parazituoja augaluose bei gyvūnuose. Dauguma bakterijų dar nėra aprašytos ir tik maždaug apie pusę bakterijų rūšių gali būti kultūriniu būdu auginamos laboratorijose. Bakterijas tiria mikrobiologijos šaka bakteriologija.

Paprastai viename grame dirvožemio būna 40 mln. bakterijų ir vienas milijonas bakterijų viename mililitre gėlo vandens. Pačioje Žemėje yra apie 5 × 1030 bakterijų, kurios sudarobiomasę didesnę už bendrą augalų ir gyvūnų biomasę.C.Michael Hogan. 2010. Bacteria. Encyclopedia of Earth. eds. Sidney Draggan and C.J.Cleveland, National Council for Science and the Environment, Washington DC 

Bakterijos yra gyvybiškai svarbios daugelyje maistinių medžiagų ciklo etapų, pvz., azoto fiksacijos metu arba lavono irimo metu, kai bakterijos yra atsakingos už puvimą.

Žmogaus kūne daugiausiai bakterijų yra žarnyno mikrofloroje ir ant odos. Didžiuma bakterijų imuninės sistemos yra traktuojamos nekenksmingomis, tačiau egzistuoja rūšių, kurios yra patogeninės ir sukelia infekcijas, pvz., cholerą, sifilį, juodligę, raupsus ir buboninį marą. Dažniausiai pasitaikančios mirtinos bakterinės ligos yra kvėpavimo takų infekcijos, pvz., tuberkuliozė per metus pražudo apie 2 mln. žmonių, daugiausiai užsachario Afrikoje. Išsivysčiusiose šalyse infekcijoms gydyti yra naudojami antibiotikai, tačiau dėl to atsparumas antibiotikams tampa augančia problema. Pramonėje bakterijos yra svarbios nuotekų valyme ir naftos išsiliejimų skaidyme, sūrio ir jogurto gamyboje fermentacijos būdu, aukso, paladžio, vario ir kitų metalų gavyboje kasybos sektoriuje, taip pat ir biotechnologijoje, antibiotikų ir kitų chemikalų gamyboje.

Anksčiau bakterijos buvo laikomos augalais ir sudarė klasę Schizomycetes, tačiau dabar jos yra klasifikuojamos kaip prokariotai. Priešingai negu gyvūninės arba kitos eukariotinės ląstelės, bakterijos neturi branduolio. Nors terminas bacteria tradiciškai apima visus prokariotus, po 1990-ųjų atradimo mokslinė klasifikacija buvo pakeista ir prokariotai yra sudaryti iš dviejų skirtingų organizmų grupių, kurie evoliucionavo iš paskutinio bendro protėvio. Šie domenai yra vadinami bakterijomis ir archėjomis.

 Kilmė ir ankstyvoji evoliucija 
Šiuolaikinių bakterijų protėviai buvo vienaląsčiai mikroorganizmai, kurie buvo pirmoji gyvybės forma Žemėje prieš 4 mlrd. metų. Maždaug 3 mlrd. metų laikotarpyje dauguma organizmų buvo mikroskopiniai ir tarp jų dominavo bakterijos ir archėjos. Nors bakterijų fosilijos ir egzistuoja, pvz., stromatolitų, tačiau jų skiriamosios morfologijos stoka neleidžia pilnai ištirti bakterijų evoliucijos arba nustatyti tam tikrų bakterijų rūšių atsiradimo laiko. Naudojant genų sekas įmanoma rekonstruoti bakterijų filogenezę ir tokie tyrimai atskleidžia, jog bakterijos iš pradžių išsiskyrė iš archėjinės/eukariotinės linijos. Paskutinis bendras bakterijų ir archėjų protėvis greičiausiai buvo hipertermofilas, kuris gyveno prieš 2,5-3 mlrd. metų.

 Bakterijų formos 
 Rutulinės – gali būti pavienės arba susispietusios į krūveles.
 Lazdelinės – lazdelės formos bakterijos.
 Spiralinės – spiralės formos bakterijos, kablelio formos bakterijos.
 Siūlinės – į plonus siūlus panašios bakterijos

 Rutulinės bakterijos 
Rutulinės bakterijos (kokai) yra pačios paprasčiausios. Jos sudarytos iš vienos apskritos ląstelės. Tik retais atvejais jos esti pupos, inksto ar pusrutulio formos.

Besidalydamos viena kryptimi, kai kurių rūšių rutulinės bakterijos neatsiskiria viena nuo kitos. Tokiu atveju susidaro porinė bakterija, vadinama diplokoku (Azotobacter chroococcum). Jei dviląstelė rutulinė bakterija toliau dalijasi ta pačia kryptimi ir naujos ląstelės viena nuo kitos neatsiskiria, gaunama daugialąstė, grandinės formos kolonija, vadinama streptokoku (Streptococcus pyogenes, Lactococcus lactis).

Kai ląstelės antrojo dalijimosi kryptis yra statmena pirmajai, susidaro ląstelių tetrada (tetrakokas). Jei tetrakoko formos bakterija dar skyla pusiau, bet jau yra statmena šiai keturių ląstelių plokštumai, tada susidaro aštuonių kokų kubo formos kolonija, vadinama sarcina. Kiekviena sarcinos ląstelė dar gali panašiai dalytis trimis kryptimis ir toliau. Tuomet susidaro sudėtinga 16 arba 32 ląstelių sarcina, primenanti kokų ryšulėlį (Sarcina lutea).

Kartais rutulinė bakterija dalijasi įvairiomis kryptimis, o susidariusios naujos ląstelės ne išsisklaido, bet lieka sukibusios. Tokia vynuogių kekės formos ląstelių grupė vadinama stafilokoku.

 Lazdelinės bakterijos 
Lazdelinės bakterijos savo forma yra šiek tiek įvairesnė, ypač skiriasi jų ilgis.

Lazdelinės bakterijos kartais esti smailiais galais, lenktos ar šiek tiek šakotos. Kai kurios rūšys po dalijimosi lieka sukibusios. Susidaro poromis sukibusios arba grandinės formos lazdelinės bakterijos (Lactobacterium plantarum).

 Spiralinės bakterijos 
Spiralinės bakterijos esti dar įvairesnės. Jos gali būti trumpos, panašios į kablelį (Vibrio gentis), „S“ raidės formos ir kt. Pasitaiko labai plonų ir vingiuotų bakterijų. Tai spirochetų (spirochaeta) (Spirochaeta pallidum – sifilio sukėlėja) ir spirilų (Spirillum) bakterijos.

 Siūlinės bakterijos 
Iš siūlinių bakterijų tipiškiausios yra gelžbakterės ir sierabakterės, kurios yra daugialąstės ir didelės.

Dirvožemyje ir mėšle yra labai plonų sūlinių vienaląsčių bakterijų. Tai vadinamieji aktinomicetai, anksčiau priskiriami grybų karalystei ir vadinami laibagrybiais.

Tarp lazdelinių ir siūlinių bakterijų griežtos ribos nėra, nes kai kurios lazdelinės bakterijos dėl savotiškos prigimties ar dėl išorės sąlygų veikimo ištysta iki labai ilgų siūlų.

 Bakterijų dydis 
Nereikia manyti, kad visos bakterijos yra tik nepaprastai mažos, o jų tarpe nėra mažesnių ir didesnių. Bakterijų dydžio santykis maždaug yra toks pats, kaip žinduolių (pvz., tarp dramblio ir pelės.

Labiausiai paplitusių dirvožemio, vandens ir pieno bakterijų dydžiai svyruoja nuo 0,5 iki 10,0 mikronų. Tačiau pasitaiko bakterijų, kurių ilgis siekia iki 50 ir daugiau mikronų. Vidutinis labiausiai paplitusių rutulinių bakterijų dydis yra apie 1 mikroną.

Einant žemyn nuo 0,1 mikrono ribos, jau prasideda neląstelinių gyvybės formų pasaulis – virusai ir bakteriofagai.

 Kiti bakterijų skirstymai 

 Pagal mitybos būdą 
 Autotrofai – autotrofinės bakterijos, kurios pačios sau pasigamina organines medžiagas. Joms priskiriamos fotosintezę vykdančios cianobakterijos (melsvabakterės).
 Heterotrofai – heterotrofinės bakterijos, kurios naudoja jau gatavas, aplinkoje esančias organines medžiagas. Jos dar skirstomos:
 Saprotrofai – grupė bakterijų, kurios yra pagrindiniai skaidytojai, ardantys negyvą organinę medžiagą.
 parazitinės bakterijos – grupė bakterijų, kurios gyvena gyvuose organizmuose ir minta jų audinių, ląstelių organinėmis medžiagomis, smarkiai kenkdamos šeimininkui (augalui, gyvūnui, žmogui) ir sukeldamos jam daugybę ligų.

 Pagal deguonies poreikį 
 Aerobinės bakterijos – gyvybinei veiklai reikalingas deguonis
 Anaerobinės bakterijos – deguonis nėra būtinas, nes savo reikmėms reikalingą jo kiekį pasigamina citoplazmoje vykstant reakcijoms.

 Pagal morfologiją 
 Rutulinės (kokai)
 Monokokai
 Diplokokai
 Streptokokai
 Tetrakokai
 Sarcinos
 Stafilokokai Lazdelinės (bacilos)
 Tuberkuliozės lazdelė
 Difterito bakterija
 Šiltinės bacila
 Šieno lazdelė
 Acto rūgšties bakterija Vingiuotosios
 Vibrionai
 Spirilės
 Spirochetos Siūlinės
 Gelžbakterės
 Sierabakterės Žiužiuotosios
 Vienažiužės
 Dvižiužės
 Kuokštažiužės
 Aplinkžiužės Azotą fiksuojančios
 Laisvai gyvenančios vandenyje ir dirvožemyje
 Gyvenančios ankštinių augalų(žirnių, pupų) šaknyse

 Bakterijos sandara 


 Viduląstelinės struktūros 
Bakterijos ląstelę supa plazminė membrana, kuri yra sudaryta iš fosfolipidų. Ši membrana apgaubia ląstelės turinį ir veikia kaip barjeras, kuris išlaiko tokias maistines medžiagas, kaip baltymai, ląstelės viduje. Priešingai negu eukariotinė ląstelė, bakterijos paprastai citoplazmoje neturi didelių su membranomis susietų struktūrų, tokių kaip ląstelės branduolys, mitochondrija ar chloroplastas. Tačiau kai kurios bakterijos citoplazmoje turi su baltymais surištų organelių, kurios suskaido bakterijų metabolizmo produktus, pvz., karboksisoma. Papildomai bakterijos turi daugiakomponentį citoskeletą, kurio paskirtis yra ląstelės dauginimosi metu valdyti baltymų ir nukleorūgščių lokalizaciją.

Daugybė svarbių biocheminių reakcijų, pvz., energijos generavimo, vyksta dėka difuzijos per membranas, kai yra sukuriamas potencialo skirtumas, analogiškai kaip baterijoje. Kadangi bakterijoje nėra vidinių membranų, elektronų transporto reakcijos vyksta ląstelės membranoje, tarp citoplazmos ir ląstelės išorės (periplazmos). Tačiau daugelis fotosintetinių bakterijų turi labai sulankstytą plazminę membraną, kuri užpildo didelę dalį ląstelės su šviesos surinkimo membranos sluoksniais. Šie šviesos surinkimo kompleksai gali sudaryti lipidais uždarytas struktūras – chlorosomas, pvz., žaliosiose sierabakterėse.

Dauguma bakterijų neturi su membrana susijusio branduolio ir jų genetinė medžiaga paprastai yra sudaryta iš vienos žiedinės DNR chromosomos, esančios netaisyklingame kūne citoplazmoje – nukleoide. Nukleoide yra chromosoma ir su ja susieti baltymai bei RNR molekulės. Kaip ir visi gyvi organizmai, bakterijos turi ribosomas, skirtas gaminti baltymus, tačiau jų struktūra yra kitokia negu eukariotuose ir archėjose.

Kai kurios bakterijos gamina ląstelių maistinių medžiagų saugojimo granules, pvz., glikogenui, polifosfatui, sierai arba polihidroksialkanoatams. Kitos bakterijų rūšys, pvz., fotosintetinančios melsvabakterės, gamina vidines dujų vakuoles, kurios reguliuoja jų plūdrumą, taip leidžiant joms judėti aukštyn arba žemyn, į tuos vandens sluoksnius, kuriuose yra skirtingas šviesos intensyvumas ir maistinių medžiagų lygis.

 Ekstraląstelinės struktūros 
Aplink bakterijos ląstelės membraną yra ląstelės sienelė, kuri sudaryta iš peptidoglikano (kituose šaltiniuose dar vadinamas „mureinu“), šis yra sudarytas iš polisacharidų grandinių perkryžiuotų peptidais ir turinčiais D-aminorūgščių. Bakterijų ląstelės sienelės skiriasi nuo augalų ir grybų, kurios yra atitinkamai yra sudarytos iš celiuliozės ir chitino. Bakterijų ląstelės sienelė skiriasi ir nuo archėjų, kurios neturi peptidoglikano. Ląstelės sienelė yra būtina bakterijoms išgyventi, antibiotikas penicilinas sugeba nužudyti bakterijas užslopindamas peptidoglikano sintezę.

Remiantis ląstelės sienelės tipais yra išskiriamos dvi bakterijų grupės, gramteigiamos ir gramneigiamos. Šie pavadinimai kilo nuo Gramo dažymo reakcijų – testo, kuris ilgą laiką yra naudojamas bakterijų rūšių klasifikacijai.

Gramteigiamos bakterijos turi storą ląstelės sienelę su daugybę peptidoglikanų sluoksnių ir teichoinės rūgšties. Priešingai, gramneigiamos turi ploną sienelę, kuri sudaryta iš kelių sluoksnių peptidoglikano, apsupto antruoju lipidų membranos sluoksniu, turinčiu lipopolisacharidų ir lipoproteinų. Dauguma bakterijų turi gramneigiamas ląstelių sieneles ir tik firmicutes ir aktinobakterijos turi kintamą gramteigiamą išsidėstymą. Šie struktūros skirtumai nulemia skirtingą jautrumą antibiotikams, pvz., vankomicinas gali nužudyti gramteigiamas bakterijas, tačiau yra neefektyvus prieš gramneigiamus patogenus, tokiu kaip Haemophilus influenzae arba Pseudomonas aeruginosa. Kai kurios bakterijos turi ląstelės sienelės struktūras, kurios neklasifikuojamos pagal Gram reakciją. Tai, pavyzdžiui, yra kliniškai svarbi bakterija Mycobacteria, kuri turi net storą peptidolikano sienelę kaip ir gramteigiama bakterija, bet ir antrą išorinį lipidų sluoksnį.

 Metabolizmas 
Bakterijos pasižymi labai skirtingais metabolizmo tipais. Metabolizmo požymių pasiskirstymas bakterijų grupėjė tradiciškai yra naudojamas nustatyti jų taksonomijai, tačiau šie požymiai dažnai neatitinka šiuolaikinių genetinių klasifikacijų. Bakterinis metabolizmas yra klasifikuojamas į mitybos grupes, kurios paremtos trimis kriterijais: energijos šaltinis, elektrono donoro naudojimas ir anglies šaltinio naudojimas augimui.

Bakterijos energiją gauna arba iš šviesos, naudodamos fotosintezę (dar vadinama fototrofija), arba skaidydamos cheminius junginius vykdydamos oksidaciją (dar vadinama chemotrofija). Chemotrofai kaip energijos šaltinį naudoja cheminius junginius, kai redox reakcijos metu yra perkeliamas elektronas iš elektrono donoro į elektronų akceptorių. Šios reakcijos metu yra išlaisvinama energija, kuri gali būti naudojama vykdyti metabolizmui. Chemotrofai toliau skirstomi pagal junginių tipus, kuriuos naudojam perkelti elektronus. Bakterijos, kurios kaip elektronų donorą naudoja neorganinius junginius, pvz., vandenilį, anglies monoksidą arba amoniaką yra vadinamos litotrofais. Tos, kurios naudoja organinius junginius, vadinamos organotrofais. Junginiai, kurie naudojami priimti elektronus, irgi naudojami klasifikacijoje: aerobiniai organizmai naudoja deguonį, o anaerobiniai naudoja kitus junginius, pvz., nitratus, sulfatus arba anglies dioksidą.

Bakterijos, kurios anglį išgauna iš kitų organinių junginių, vadinamos heterotrofais. Kitos, tokios kaip melsvabakterės ir keletas rožinių bakterijų, yra autotrofai, tai reiškia, jog jos anglį gauna fiksuodamos anglies dioksidą. Neįprastomis aplinkybėmis, ir metano dujos dar gali naudojamos kaip elektronų šaltinis ir substratas anglies anabolizmui.

+ Mitybos tipai bakterijų metabolizmeMitybos tipasEnergijos šaltinisAnglies šaltinisPavyzdžiai Fototrofai Saulės šviesa Organiniai junginiai (fotoheterotrofai) arba anglies fiksacija (fotoautotrofai) Melsvabakterės, žaliosios sierabakterės, Chloroflexi arba rožinės bakterijos  LitotrofaiNeorganiniai junginiai Organiniai junginiai (litoheterotrofai) arba anglies fiksacija arba anglies fiksacija (litoautotrofai) Termodesulfobakterijos, Hydrogenophilaceae arba Nitrospirae  OrganotrofaiOrganiniai junginiai Organiniai junginiai (chemoheterotrofai) arba anglies fiksacija (chemoautotrofai)   Bacillus, Clostridium arba Enterobacteriaceae 

Daugeliu atžvilgiu, bakterijų metabolizmas yra naudingas ekologiniam stabilumui ir žmonijos visuomenei. Pavyzdžiui, kai kurios bakterijos gali atlikti azoto dujų fiksaciją naudodamos fermentą nitrogenazę. Šis aplinkosaugos požiūriu svarbus bruožas yra randamas bakterijose, kurių dauguma metaboliniai tipai yra išvardyti aukščiau. Tai atitinkamai lemia ekologiškai svarbius procesus – denitrifikaciją, sulfato redukciją ir acetogenezę. Bakterijų medžiagų apykaitos procesai taip pat svarbūs biologiniuose atsakuose į taršą, pvz., sulfatą redukuojančios bakterijos yra atsakingiausios už labai toksiškų gyvsidabrio formų (methil- ir dimetilgyvsidabrio) išskyrimą gamtoje. Nekvepuojantys anaerobai naudoja fermentaciją tam, kad generuotų energiją ir mažintų galią, išskirdami metabolinius šalutinius produktus (tokius kaip etanolis virime). Anaerobiniai faktoriai gali keistis tarp fermentacijos ir skirtingų terminių elektronų akceptorių, priklausomai nuo esamų aplinkos sąlygų.

 Augimas ir dauginimasis 
Kitaip negu daugialąsčiuose organizmuose, vienaląsčiuose organizmuose ląstelės padidėjimas (ląstelės augimas) ir dauginimasis ląstelės dalijimosi yra glaudžiai susiję. Bakterija auga iki fiksuoto dydžio ir tada dauginasi binarinio dalijimosi būdu. Esant optimalioms sąlygoms bakterijos gali užaugti ir dalintis palyginti greitai, o jų populiacija gali padvigubėti kas 9,8 minutes. Ląstelių dalijimosi metu atsiranda dvi klonuotos dukterinės ląstelės. Kai kurios bakterijos, kurios dauginasi nelytiškai, sudaro sudėtingas dauginimosi struktūras, kurios padeda išsklaidyti naujai susikūrusias dukterines ląsteles. Pavyzdžiui, Myxobacteria formuoja vaisių kūnus, o Streptomyces – anteninius hifus arba pumpurus. Pumpuruojant atsiranda įtrūkis, kuris plyšta ir susidaro dukterinė ląstelė.


Laboratorijoje bakterijos paprastai auga kietoje arba skystoje terpėje. Kietoji mitybos terpė, pvz., agaro plokštelės, yra naudojamos izoliuoti grynasias bakterijų kamieno kultūras, o skysčių mitybos terpė naudojama augimo matavimui arba kai reikia didelių ląstelių kiekių. Augimas mišriojoje skystojoje terpėje vyksta kaip lygi ląstelių suspensija, dėl to yra lengva jas skaidyti ir perkelti, nors atskirti vieną bakteriją nuo skystos terpės – sudėtinga. Selektyvios terpės (terpės su pridėtomis arba nepakankamomis maistinėmis medžiagomis arba su antibiotikais) gali padėti identifikuoti konkrečius organizmus.

 Genetika 
Dauguma bakterijų turi vieną žiedinę chromosomą, kurioje gali būti nuo tik 160 000 bazių porų, pvz., endosimbiontinėje bakterijoje Carsonella ruddii iki 12 200 000 bazių porų dirvožemio bakterijoje Sorangium cellulosum. Tačiau pasitaiko ir išimčių, pvz., bakterijų Streptomyces ir Borrelia rūšys turi vieną linijinę chromosomą, o keletas Vibrio rūšių turi daugiau negu vieną chromosomą. Bakterijos gali turėti ir plazmides, mažas papildomas DNR molekules, kuriose saugoma genetinė informacija apie gyvybiškai svarbių bakterijų funkcijų kontrolę, pvz., atsparumą antibiotikams, medžiagų apykaitą ir pan.

Bakterijos genomai paprastai koduoja kelis šimtus ar tūkstančius genų. Genai genome dažniausiai būna išsidėstę viename ištisiniame DNR molekulės ruože, pasitaiko ir kelių rūšių intronų, tačiau jų yra žymiai mažiau negu eukariotų genomuose.

Bakterija – organizmas, kuris dauginasi nelytiniu būdu ir paveldi identišką tėvinį genomą, dėl to yra klonas. Nepaisant to visos bakterijos gali evoliucionuoti genetinės rekombinacijos arba mutacijų dėka, kurių metu atsiranda pokyčiai DNR molekulėje. Mutacijos atsiranda dėl DNR replikacijos klaidų arba nuo mutageno poveikio. Mutacijų dažnumas tarp skirtingų bakterijos rūšių ir net tarp pačių tos pačios rūšies bakterijų yra labai skirtingas. Genetiniai pokyčiai bakterijos genome atsiranda arba dėl atsitiktinių mutacijų replikacijos metu, arba dėl „į stresą nukreiptų mutacijų“, kur genai, įtraukti į tam tikrus augimą stabdančius procesus, turi padidintą mutacijų dažnumą.

 Elgesys 

 Judėjimas 

Daugelis bakterijų – judrios ir gali judėti naudodamos įvairius mechanizmus. Labiausiai išstudijuotas yra judėjimas naudojant žiuželį, kurio metu ilgus siūlus propelerio judesiu suka motoras. Bakterijos žiuželis yra sudarytas iš maždaug 20 baltymų ir dar iš 30 kitų, kurie yra atsakingi už žiuželio reguliaciją bei jo surinkimą. Žiuželis yra besisukanti struktūra, kurią, naudodamas elektrocheminį gradientą tarp membranos, varo reversinis motoras.

Bakterijos naudoja žiuželį skirtingais būdais, kad judėtų įvairiomis formomis. Daugelis bakterijų, pvz., E. coli turi du skirtingus judėjimo režimus: judėjimą pirmyn (plaukimą) ir vartymąsį. Vartymasis bakterijoms leidžia persiorientuoti ir judėti trimatėje erdvėje atsitiktinio dreifo būdu. Bakterijų rūšys skiriasi pagal žiuželių skaičių ir jų išsidėstymą, kai kurios turi vieną žiuželį (monotrichiniai), žiuželį abiejose pusėse arba poliuose (amfitrichiniai), žiuželių kuokštas viename iš ląstelės polių (loftriciniai) ir peritrichiniai, kai žiuželiai yra išsidėstę visame ląstelės paviršiuje. Išskirtinės Spirochaete bakterijų grupės žiuželis yra randamas tarp dviejų membranų periplazminėje erdvėje. Jos turi skiriamąjį spiralinį kūną, kuris sukasi, kai bakterija juda.

 Komunikacija 
Yra keletas bakterijų, kurios naudodamos chemines sistemas generuoja šviesą. Ši bioliuminescencija pasireiškia tose bakterijose, kurios gyvena kartu su žuvimis, o šviesa greičiausiai yra skirta pritraukti žuvis ar kitus didelius gyvūnus.Dusenbery, David B. (1996). Life at Small Scale. Scientific American Library. .

Bakterijos dažnai veikia kaip daugialąsčiai agregatai – biofilmai, kurie keičiasi įvairiais molekuliniais signalais ir užsiima koordinuotu komunikavimu.

Daugialąsčio bendradarbiavimo metu tarp ląstelių yra pasidalinamas darbas, prieiga prie išteklių, kurių efektyviai negalėtų suvartoti viena ląstelė, kartu apsisaugant nuo antagonistų ir optimizuojant populiacijos išlikimą diferencijuojantis į skirtingus ląstelių tipus. Pavyzdžiui, bakterijos biofilmuose gali turėti daugiau negu 500 kartų didesnį atsparumą antibakteriniams preparatams lyginant su tos pačios rūšies „planktoninėmis“ bakterijomis.

Vienas iš tarpląstelinių bendravimų būdų yra molekulinis signalas – kvorumo pojūtis, kuris įvertina, ar vietinės populiacijos tankis yra pakankamai didelis, jog būtų galima produktyviai investuoti į procesus, kurie yra sėkmingi tik tuo atveju, jei daug panašių organizmų elgsis panašiai, pvz., pašalinant virškinimo fermentus arba išskiriant šviesą.

Kvorumo pojūtis leidžia bakterijoms koordinuoti genų ekspresija ir leidžia joms gaminti, išskirti ir aptikti autoinduktorius arba feromonus, kurie kaupiasi didėjant ląstelių populiacijai.

 Klasifikacija 

Klasifikacija siekia apibūdinti bakterijų rūšis įvardijant ir grupuojant organizmus, remiantis jų panašumu. Jos gali būti klasifikuojamos atsižvelgiant į jų ląstelės struktūrą, skirtingų ląstelės dalių metabolizmą, pvz., DNR, riebalų rūgščių, pigmentų, antigenų ir chinono.

Yra nustatyta ~5000 rūšių bakterijų.
 Tipas. Acidobacteria
 Tipas. Actinobacteria
 Tipas. Aquificae
 Tipas. Bacteroidetes
 Tipas. Chlamydiae
 Tipas. Chlorobi
 Tipas. Chloroflexi
 Tipas. Chrysiogenetes
 Tipas. Melsvabakterės (Cyanobacteria)
 Tipas. Deferribacteres
 Tipas. Deinococcus-Thermus
 Tipas. Dictyoglomi
 Tipas. Fibrobacteres
 Tipas. Firmicutes
 Tipas. Fusobacteria
 Tipas. Gemmatimonadetes
 Tipas. Lentisphaerae
 Tipas. Nitrospirae
 Tipas. Planctomycetes
 Tipas. Proteobakterijos (Proteobacteria)
 Tipas. Spirochaete
 Tipas. Thermodesulfobacteria
 Tipas. Thermomicrobia
 Tipas. Thermotogae
 Tipas. Verrucomicrobia

 Sąveika su kitais organizmais 

Nepaisant savo paprastos sandaros, bakterijos gali sudaryti sudėtingas asociacijas su kitais organizmais. Simbiozės asociacijos gali būti skirstomos į parazitizmą, mutualizmą ir komensalizmą. Būdamos smulkios komensalinės bakterijos yra plačiai išplitusios ir auga ant gyvūnų bei augalų lygiai taip pat, kaip augtų ant kitų paviršių. Jų augimas gali pagreitėti dėl šilumos ir prakaitavimo, o didėjanti bakterijų populiacija nulemia kūno kvapą.

 Plėšrūnai 
Kai kurios bakterijų rūšys gali nužudyti ir tada suvartoti kitus mikroorganizmus, tokios bakterijos yra vadinamos plėšriosiomis bakterijomis. Į šią organizmų grupę patenka Myxococcus xanthus, kuris sudaro ląstelių spiečių, žudantį ir virškinantį kitas sutinkamas bakterijas. Kitos plėšriosios bakterijos prisikabina prie savo grobio ir tada jį suvirškina, pvz., Vampirovibrio chlorellavorus arba įsiveržia į kitą ląstelę ir pasidaugina jos citozolyje, pvz., Daptobacter. Manoma, kad šios plėšriosios bakterijos išsivystė iš saprofagų, kurie mito mirusiais organizmais, naudodamos adaptacijas, kurios jiems leido pagauti ir nužudyti kitus organizmus.

 Mutualistai 
Tam tikros bakterijos suformuoja artimąsias erdvines bendrijas, kurios yra būtinos jų išlikimui. Viena iš tokių bendrijų yra vadinama tarprūšiniu vandenilio perdavimu, kuris vyksta tarp anaerobinių bakterijų spiečių, naudojančių organines rūgšis, tokias kaip sviesto rūgštis arba propiono rūgštis, ir pagaminančių vandenilį, ir tarp matanogeninių archėjų, kurios sunaudoja vandenilį. Bakterijos tokioje bendrijoje negali sunaudoti organinių rūgščių, kadangi ši reakcija gamina vandenilį, kuris kaupiasi aplinkoje. Tik artima sąveika su vandenilį vartojančiomis archėjomis palaiko mažą vandenilio koncentraciją ir dėl to bakterijos gali augti.

Dirvožemyje mikroorganizmai gyvena rizosferose (zona, kurioje yra šaknies paviršius ir dirvožemis, kuris po švelnaus purtymo prilimpa prie šaknies) ir atlieka azoto fiksaciją, kurios metu azoto dujos yra paverčiamos į azoto junginius. Azoto fiksacija padeda augalams įsisavinti absorbuojamą azotą, kurie patys negali atlikti fiksacijos. Daugelis bakterijų yra aptinkamos gyvenančios simbiozėje kartu su žmonėmis ir kitais organizmais. Pavyzdžiui, paprastai žmogaus žarnyno mikroflora yra sudaryta iš daugiau kaip 1000 bakterijų rūšių, kurios prisideda prie žarnyno imuniteto stiprinimo, vitaminų (folio rūgšties, vitamino K ir biotino) sintezės, verčia cukrus į pieno rūgštį (žr. Lactobacillus), taip pat fermentuoja sudėtingus nesuvirškinamus angliavandenius. Šios žarnyno mikrofloros buvimas taip pat slopina potencialiai patogeniškų bakterijų augimą (paprastai per gauzės principą). Tokios naudingosios bakterijos yra parduodamos kaip probiotiniai papildai.

 Patogenai 

Bakterijos, parazituojančios kituose organizmuose, yra klasifikuojamos kaip patogenai. Patogeninės bakterijos yra pagrindinės žmogaus ligų – stabligės, vidurių šiltinės, difterijos, sifilio, choleros, raupsų ir tuberkuliozės, mirties priežastys. Žinomos medicininės ligos patogeninė priežastis gali būti atskleista ir po daugelio metų, kaip buvo Helicobacter pylori ir pepsinės opos atveju.

Kiekviena patogeno rūšis turi sau būdingą sąveikos su savo žmogumi (šeimininku) spektrą. Kai kurie organizmai, tokie kaip stafilokokai arba streptokokai, gali sukelti odos infekcijas, plaučių uždegimą, meningitą ir net sepsį, sisteminį uždegimą, kuris sukelia šoką, masinę vazodiliaciją ir mirtį. Tačiau šie organizmai taip pat yra normalios žmogaus floros dalis ir dažniausiai egzistuoja ant odos arba ant nosies nesukeldami jokios ligos. Kiti organizmai visada sukelia ligas, pvz., Rickettsia, kuri yra obligatinis intraląstelinis parazitas, ir gali augti bei daugintis tik kitų organizmų ląstelėse. Viena iš Rickettsia rūšių sukelia vidurių šiltinę, o kita – uolingų kalnų dėmėtąjį karščiavimą. Chlamydia – dar viena obligatinių intraląstelinių parazitų rūšis, kuri gali sukelti pneumoniją arba šlapimo takų infekciją ir gali būti susijusi su išemine širdies liga. Galiausiai, tokios rūšys kaip Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cenocepacia ir Mycobacterium avium, yra oportunistiniai patogenai ir sukelia ligas žmonėms, daugiausia kenčiantiems žmonėms nuo imunosupresijos arba cistinės fibrozės.

Bakterinės infekcijos gali būti gydomos antibiotikais, kurie yra klasifikuojami į baktericidinius, jeigu nužudo bakterijas arba į bakteriostatikus, jeigu neležidžia bakterijoms tik augti. Yra daug antibiotikų tipų ir kiekvienas jų slopina procesą, kuris patogenui, gyvenančiam šeimininke, yra skirtingas. Pavyzdys, kai antibiotikai gamina selektyvų toksiškumą, – chlorampfenikolis ir puromicinas, kuris gali slopinti bakterijų ribosomas, bet ne struktūriškai kitokias eukariotines ribosomas. Antibiotikai yra naudojami ir gydant žmogaus ligas, ir intensyviajame žemės ūkyje, kai yra paskatinamas gyvūnų augimas, kurio metu galimai yra prisidedama prie spartaus atsparumo antibiotikams didėjimo bakterijų populiacijose. Infekcijos gali būti sutrukdytos naudojant antiseptines priemones, tokias kaip odos sterilizavimas prieš duriant adata. Chirurginiai ir stomatologiniai instrumentai taip pat yra sterilizuojami, kad išvengti užteršimo bakterijomis. Dezinfekavimo priemonės, pvz., balikliai yra naudojami nužudyti bakterijas arba kitus patogenus nuo paviršių siekiant apsaugoti nuo užkrėtimo ir sumažinti infekcijos riziką.

 Reikšmė technologijoje ir pramonėje 
Bakterijų reikšmė nepaprastai didelė gamtoje ir žmogaus gyvenime. Dauguma jų atlieka skaidytojų „darbą“ – nuokritų organinę medžiagą suskaido iki mineralinių medžiagų, kurias po to jau gali pasisavinti organinių medžiagų gamintojai – augalai.

Pieno rūgšties bakterijos, tokios kaip Lactobacillus ir laktokokai, kartu su mielėmis ir pelėsiu, jau tūkstančius metų buvo naudojamos fermentuotuose maisto produktuose, tokiuose kaip sūris, marinuotos daržovės, sojų padažas, rauginti kopūstai, actas, vynas ir jogurtas.

Bakterijų gebėjimas suskaidyti įvairius organinius junginius yra nepaprasta savybė ir yra naudojama atliekų perdirbime ir biovalyme. Dėl savo gebėjimo pasisavinti angliavandenilius naftoje, bakterijos dažnai yra naudojamos išvalyti naftos išsiliejimus.

Bakterijų greitas augimas ir tai, kad jomis lengva manipuliuoti lėmė, jog jos yra aktyviai naudojamos molekulinės biologijos, genetikos ir biochemijos srityse. Atlikdami bakterijų DNR mutacijas ir tirdami atsirandančius fenotipus, mokslininkai gali nustatyti genų funkcijas, fermentus ir metabolinius kelius bakterijose ir tada pritaikyti šias žinias sudėtingesniuose organizmuose.

Bakterijos gamina medicinoje naudojamus baltymus (insuliną).

Atrinkus bakterijų potipius, kuriuose vyksta fermentų supersintezė, gaminami fermentiniai preparatai (proteazė, amilazė, galaktozidazė, lipazė, pektinazė). Pektinazę sintetinančios bakterijos naudojamos linų, kanapių, džiuto pluoštui greičiau atskirti nuo medienos (spalių).

 Bakteriologijos istorija 

Bakterijas pirmą kartą per vieno lęšio mikroskopą 1676 m. stebėjo olandų mikrobiologas Antonijus Levenhukas. Savo stebėjimus jis aprašė laiškuose Karališkajai Londono bendruomenei. Bakterijos buvo pats svarbiausias Levenhuko mikroskopinis atradimas. Jis taip pat stebėjo pirmuonis, kuriuos vadino animalkulėmis.

Terminą „bakterija“ (bacterium) 1828 m. įvedė Christian Gottfried Ehrenberg. Tai ką jis vadino bakterija, tuo metu buvo gentis, kurioje buvo lazdelės formos bakterijos, priešingai negu Bacillus, gentis, sudaryta iš sporas formuojančių bakterijų.

 Galerija 

 Šaltiniai 

 Nuorodos 

 Bakterijų dauginimasis ir vystymasis
 Bakterijų klasifikacija