Bakterijos: kas tai yra? Apibrėžimas, sandara ir reikšmė
Bakterijos (lot. bacterium – liet. „bakterija“) yra labai maži organizmai. Tai prokariotiniai mikroorganizmai. Bakterijų ląstelės neturi branduolio, o dauguma jų neturi organoidų su jas gaubiančiomis membranomis. Dauguma jų turi ląstelės sienelę, kurią daugeliu atvejų sudaro peptidoglikanas. Jos turi DNR, o jų biochemija iš esmės tokia pati kaip ir kitų gyvų organizmų. Jos yra vieni paprasčiausių ir seniausių organizmų Žemėje ir funkcionuoja kaip savarankiški organizmai.
Sandara ir morfologija
Beveik visos bakterijos yra tokios mažos, kad jas galima pamatyti tik per mikroskopą. Dauguma jų matmenys svyruoja nuo maždaug 0,2 iki kelių mikrometrų (µm), nors kai kurios gali būti didesnės. Bakterijos sudarytos iš vienos ląstelės, todėl jos yra vienaląsčiai organizmai. Morfologiškai bakterijos dažniausiai skirstomos į kelias pagrindines formas: kamuoliukinės (kokai), pailgos lazdeliškos (bacilos), spiralės (spirilos) ir pan.
Ląstelės struktūroje svarbūs komponentai — plazminė membrana, citoplazma, DNR (dažniausiai vienas žiedinis chromosomos molekulė), dažnai plazmidės (maži genetiniai elementai), flagelos (judėjimui), pili (prilimui ir genetinei mainai) bei ląstelės sienelė. Gram teigiamų ir Gram neigiamų bakterijų ląstelės sienelės skiriasi: Gram teigiamose dominuoja storas peptidoglikano sluoksnis, o Gram neigiamose yra plona peptidoglikano sluoksnio ir papildoma išorinė membrana su lipopolisacharidais.
Dauginimasis ir genetika
Dauginasi dauguma bakterijų nelytiniu būdu dalijantis per paprastą binarinę dalijimą. Be to, bakterijos gali keistis genetine medžiaga per konjugaciją, transformaciją arba transdukciją — tai leidžia greitai įgyti naujų savybių, pvz., atsparumą antibiotikams. Kai kurios bakterijos sudaro atsparias sporas (pvz., Bacillus, Clostridium gentys), kurios leidžia išgyventi nepalankias sąlygas.
Medžiagų apykaita ir ekologinės stadijos
Bakterijų metabolizmas ypač įvairus: jos gali būti aerobinės (reikalingas deguonis), anaerobinės (be deguonies), fakultatyviai anaerobinės ir kt. Kai kurios bakterijos yra fototrofės (gauna energiją iš šviesos), kitos — chemoautotrofės arba chemoheterotrofės. Dėl šios įvairovės bakterijos gyvena beveik visuose planetos kampeliuose, įskaitant karštus šaltinius, druskines arba labai rūgščias aplinkas — ekstremofilus.
Gyvenimo vieta ir reikšmė žmogui
Atskirų bakterijų tikriausiai yra daugiau nei bet kurios kitos rūšies organizmų planetoje. Dauguma bakterijų gyvena žemėje arba vandenyje, tačiau daugelis gyvena kitų organizmų — įskaitant žmones — viduje arba ant jų odos. Kiekvieno iš mūsų kūne yra maždaug 1:1 bakterijų ląstelių ir žmogaus ląstelių; jos sudaro sudėtingą mikrobiomą. Kai kurios bakterijos gali sukelti ligas, o kitos padeda mums kasdienėje veikloje, pavyzdžiui, virškinti maistą (žarnyno flora), sintetinti vitaminus ar apsaugoti nuo patogenų. Taip pat bakterijos atlieka esminę ekologinę funkciją — organinių medžiagų skaidymą, azoto fiksaciją (pvz., Rhizobium gentys), biogeocheminius ciklus.
Pramonėje ir kasdieniame gyvenime bakterijos naudojamos maisto gamyboje (pvz., sūris, jogurtas), biotechnologijose (fermentai, fermentacijos procesai, genų inžinerija), atliekų valyme ir biosintezėje. Tačiau plačiai paplitęs yra ir antibiotikų naudojimas kovai su bakterinėmis infekcijomis — kartu kyla ir problemos dėl atsparumo antibiotikams bei lėtinių biofilmų sukeltų infekcijų.
Tyrimai ir istorija
Bakteriologijos įkūrėjas buvo vokiečių biologas Ferdinandas Cohnas (1828–1898). Jis paskelbė pirmąją biologinę bakterijų klasifikaciją pagal jų išvaizdą. Vėliau svarbų indėlį į bakterijų tyrimus įnešė Louis Pasteur ir Robert Koch — Pasteur nustatė mikroorganizmų vaidmenį fermentacijoje bei suformulavo sterilizacijos principus, o Koch pateikė metodus, kaip susieti konkretų mikroorganizmą su liga (Kocho postulatų pagrindai).
Tyrimams naudojami metodai apima mikroskopiją, kultivavimą, biocheminius testus, molekulinius metodus (PCR, genų sekvenavimas) ir modernią metagenomiką, leidžiančią tirti mikrobiomą neperkultūruojant atskirų rūšių.
Išvados
Bakterijos yra nepaprastai įvairios ir svarbios — tiek ekologiškai, tiek mediciniškai, tiek pramoniniu požiūriu. Jos gali būti naudingos arba žalingos, o supratimas apie jų sandarą, dauginimąsi ir ekologinę rolę yra būtinas sveikatai, aplinkos apsaugai ir biotechnologijų plėtrai.
Dauginimasis ir genų perdavimas
Bakterija dauginasi (sukuria daugiau bakterijų) dalydamasi pusiau ir sukurdama dvi dukterines ląsteles. Kiekviena dukterinė ląstelė yra identiškos formos kaip ir motininė, bet mažesnė.
Bakterijos neturi lyties, tačiau jos perduoda DNR keletu horizontalaus genų perdavimo būdų. Taip jos dalijasi atsparumu antibiotikams iš vienos padermės į kitą. Žinoma visa daugelio bakterijų padermių DNR seka.
Bakterijos turi vieną bakterinę chromosomą.
Forma
Bakterijos labai skiriasi dydžiu ir forma, tačiau paprastai jos yra bent dešimt kartų didesnės už virusus. Tipiškos bakterijos skersmuo yra apie 1 µm (vienas mikrometras), taigi tūkstantis bakterijų, išrikiuotų viena šalia kitos, būtų vieno milimetro ilgio. Žemėje yra apie penkis nonilijonus (5×1030) bakterijų.
Bakterijos atpažįstamos ir grupuojamos pagal formą. Bacilos yra lazdelių formos, kokai - rutulio formos, spirilės - spiralės formos, o vibrionai - kablelio arba bumerango formos.


Skirtingų formų bakterijos
Patogenai
Kenksmingos patogeninės bakterijos į žmogaus organizmą patenka per orą, vandenį ar maistą. Patekusios į organizmą, šios bakterijos prisitvirtina prie tam tikrų kvėpavimo sistemos, virškinamojo trakto ar atviros žaizdos ląstelių arba jas pažeidžia. Ten jos pradeda daugintis ir plisti, o organizmo maistą ir maistines medžiagas naudoja tam, kad gautų energijos ir galėtų daugintis.
Ekstremofilai
Kai kurios bakterijos yra ekstremofilai. Kai kurie mikrobai klesti uolienose, esančiose iki 580 metrų po jūros dugnu, 2,6 kilometro gylyje vandenyne prie Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų JAV. Pasak vieno iš tyrėjų, "mikrobų galima rasti visur - jie itin lengvai prisitaiko prie sąlygų ir išgyvena visur, kur tik yra".
Jų klasifikavimo istorija
Visos šiuolaikinės idėjos prasideda nuo DNR ir RNR sekų analizės. 1987 m. Carlas Woese'as, molekulinės filogenezės revoliucijos pradininkas, suskirstė bakterijas į 11 skyrių pagal 16S ribosominės RNR (SSU) sekas:
- Proteobakterijos: Violetinėsbakterijos ir jų giminaičiai
- alfa poskyris (violetinės nesieros bakterijos, rizobakterijos, Agrobacterium, Bartonella, Rickettsiae, Nitrobacter)
- beta poskyris (Rhodocyclus, (kai kurie) Thiobacillus, Alcaligenes, Spirillum, Nitrosovibrio)
- gama dalijimas (enterinės bakterijos, fluorescuojančios pseudomonados, purpurinės sieros bakterijos, Legionella, (kai kurios) Beggiatoa)
- delta pogrupis (Sieros ir sulfatų reduktoriai (Desulfovibrio), Myxobacteria, Bdellovibrio)
- Gramteigiamos eubakterijos
- Didelio G+C kiekio rūšys - aktinobakterijos (Actinomyces, Streptomyces, Arthrobacter, Micrococcus, Bifidobacterium)
- Low-G+C rūšys - Firmicutes (Clostridium, Peptococcus, Bacillus, Mycoplasma)
- Fotosintetinančios rūšys (Heliobacterium)
- Gramneigiamų sienelių rūšys (Megasphaera, Sporomusa)
- Cianobakterijos ir chloroplastai (Aphanocapsa, Oscillatoria, Nostoc, Synechococcus, Gleoebacter, Prochloron)
- Spirochetos ir giminaičiai
- Spirochetos (Spirochaeta, Treponema, Borrelia)
- Leptospiras (Leptospira, Leptonema)
- Žaliosios sieros bakterijos (Chlorobium, Chloroherpeton)
- Bacteroides, Flavobacteria ir giminingos bakterijos
- Bacteroides (Bacteroides, Fusobacterium)
- Flavobacterium grupė (Flavobacterium, Cytophaga, Saprospira, Flexibacter)
- Planctomyces ir giminaičiai
- Planctomyces grupė (Planctomyces, Pasteuria)
- Termofilai (Isocystis pallida)
- Chlamidijos (Chlamydia psittaci, Chlamydia trachomatis)
- Radijo spinduliams atsparūs mikrokokai ir jų giminaičiai
- Deinokokų grupė (Deinococcus radiodurans)
- Termofilai (Thermus aquaticus)
- Žaliosios nesieros bakterijos ir giminaičiai
- Chloroflexus grupė (Chloroflexus, Herpetosiphon)
- Thermomicrobium grupė (Thermomicrobium roseum)
- Thermotogae
Susiję puslapiai
- Enterococcus
- Mycoplasma
- Mikroorganizmai
- Archaea
- Virusas
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra bakterijos?
A: Bakterijos yra labai maži organizmai, prokariotiniai mikroorganizmai. Jos neturi branduolio ir dauguma jų neturi organelių su jas gaubiančiomis membranomis, tačiau turi ląstelės sienelę ir DNR.
K: Kokio dydžio yra bakterijos?
A: Dauguma bakterijų yra tokios mažos, kad jas galima pamatyti tik per mikroskopą.
K: Ar bakterijos yra vienaląsčiai organizmai?
A: Taip, bakterijos sudarytos iš vienos ląstelės, todėl jos yra vienaląsčiai organizmai.
K: Kada prasidėjo bakteriologija?
A: Bakteriologijos pradininkas buvo vokiečių biologas Ferdinandas Cohnas (1828-1898). Jis paskelbė pirmąją biologinę bakterijų klasifikaciją pagal jų išvaizdą.
K: Kur gyvena dauguma bakterijų?
A: Dauguma bakterijų gyvena žemėje arba vandenyje, tačiau daugelis jų taip pat gyvena kitų organizmų, įskaitant žmones, viduje arba ant jų odos.
K: Kiek bakterijų ląstelių yra, palyginti su žmogaus ląstelėmis?
A: Kiekvieno iš mūsų kūne yra maždaug tiek pat bakterijų ląstelių, kiek ir žmogaus ląstelių.
K: Kokį vaidmenį kai kurios bakterijų rūšys atlieka kasdieniame gyvenime? A: Kai kurios bakterijų rūšys padeda mums virškinti maistą (žarnyno flora), o kitas naudojame gamyklose sūriui ir jogurtui gaminti.