"Bakterie".

Maciej Dajos kl. I „b”
Bakterie są to proste,
jednokomórkowe
organizmy bytujące we
wszystkich
środowiskach. Ich cechą
charakterystyczną jest
brak jądra
komórkowego,
chloroplastów,
mitochondriów i innych
organelli błoniastych.
Pałeczka okrężnicy ( escherichia coli)
Odkrycie bakterii
Bakterie zostały zauważone po raz
pierwszy w 1686 roku przez
holenderskiego przyrodnika i
przedsiębiorcę Antoniego van
Leeuwenhoeka przy użyciu
własnoręcznie wykonanego
mikroskopu. Zaobserwowane
organizmy nazwał „animalcules”. O
swoim odkryciu poinformował Royal
Society.
Nazwa bakterie wprowadzona została
w 1838r. Przez niemieckiego
przyrodnika Christiana Gottfrieda
Ehrenberga. Wzięła się ona od
greckiego słowa baktērion
oznaczającego pałeczkę.
Antoni van Leeuwenhoek
Pochodzenie bakterii
Przodkami bakterii są
jednokomórkowe organizmy, które
pojawiły się na ziemi ok. 4 miliardów
lat temu. Przez ok. 3mld lat
wszystkie organizmy były
mikroskopijne i bakterie wraz z
archeanami były dominującymi
grupami organizmów. Od czasu
powstania bakterie niewiele się
zmieniły. Istnieją skamieniałości takie
jak stromatolity (najstarsze z nich
pochodzą sprzed ponad 3mld lat)
znalezione w nich bakterie różnią się
od współczesnych w niewielkim
stopniu.
Stromatolity w Parku Narodowym Glacier w USA pochodzące z prekambru
Budowa komórki bakteryjnej
1.
Plazmid - cząsteczka DNA występująca poza nukleoidem,
zdolna do autonomicznej (niezależnej) replikacji.
2.
Rybosomy – organelle służące do produkcji białek.
3.
Cytoplazma - substancja koloidalna, wypełniająca wnętrze
komórki.
4.
Błona komórkowa - półprzepuszczalna błona biologiczna
oddzielająca wnętrze komórki od świata zewnętrznego.
5.
Ściana komórkowa - martwy składnik komórki, otoczka o
funkcji ochronnej i szkieletowej, jej głównym składnikiem jest
mureina.
6.
Otoczka - śluzowata otoczka, zbudowana z wielocukrów
lub z białek. Chroni przed wyschnięciem ,a u pasożytów,
uniemożliwia związanie białek powierzchniowych bakterii
przez receptory komórek żernych i zarazem fagocytozę
zarazka
7.
Nukleoid (genofor) - obszar cytoplazmy, w którym znajduje
się kolista nić kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA).
Bakteryjny odpowiednik jądra komórowego.
8.
Wić - organellum ruchu wyrastające z powierzchni komórki,
u bakterii mogą występować także rzęski.
Kształt komórek
Typowa komórka bakteryjna ma zwykle ok. 1 μm średnicy i 5 μm długości Występują również
bakterie o mniejszych rozmiarach - wiele ziarniaków ma średnicę 0,5 μm. Największym znanym
obecnie gatunkiem bakterii jest Thiomargarita namibiensis której komórka może mieć nawet 2
mm długości.
Komórki bakteryjne i ich kolonie mogą przyjmować różne kształty:
•
Ziarniaki (Coccus) –kuliste.
•
Pałeczki (Bacterium) – wydłużone.
•
Laseczki (Bacillus) – wydłużone z przetrwalnikami.
•
Promieniowce (Actinomycetales) – nitkowato rozgałęzione.
•
Przecinkowce (Vibrio) – przypominające przecinki.
•
Maczugowce (Corynebacteriaceae) – przypominające maczugi.
•
Wrzecionowce – o kształcie wrzeciona.
•
Śrubowce (Spirillum) – kształt falisty.
•
Krętki (Spirochaetes) – kształt przypominający korkociąg
•
Nitkowce – komórki bardzo wydłużone
W przypadku ziarniaków wyróżnić można:
•
Dwoinki – para komórek.
•
Czworaczki ( tetrady) – cztery komórki.
•
Pakietowce – regularne prostopadłościany.
•
Paciorkowce – sznur wielu komórek.
•
Gronkowce – zbiór komórek o kształcie grona.
Odżywianie się bakterii
Bakterie mogą być:
1. Samożywne – odżywiające się przekształcając proste
związki nieorganiczna na organiczne. Wśród bakterii
autotroficznych wyróżniamy:
•Fotoautotrofy, które wykorzystując energię słoneczną
syntezują związki organiczne.
•Chemoautotrofy uzyskujące energię poprzez utlenianie
związków nieorganicznych (najczęściej są to związki siarki,
żelaza, azotu, wodór cząsteczkowy).
2. Cudzożywne – pobierające związki organiczne ze
środowiska. Są to najczęściej saprofity rozkładające
szczątki innych organizmów lub pasożyty wywołujące
różne choroby. Mogą także żyć w symbiozie z innymi
organizmami i od nich pobierać pokarm ( np. bakterie
brodawkowe).
Anabaena – bakteria
fotosyntezująca zaliczana do sinic
Oddychanie bakterii
Bakterie mogą oddychać zarówno tlenowo, jak i
beztlenowo.
Bakterie tlenowe uzyskują energię w wyniku
spalania substancji organicznych z udziałem
tlenu. Można je podzielić na tlenowce
bezwzględne, którym tlen jest niezbędny do
życia i giną przy jego braku i tlenowce
względne, które żyją w środowisku tlenowym,
jednak gdy tlenu zabraknie zdolne są do
oddychania beztlenowego.
Bakterie beztlenowe uzyskują energię w
procesie fermentacji ( mlekowej, masłowej,
metanowej itd.), rozkładając substancje
organiczne bez udziału tlenu. Je także można
podzielić na bezwzględne beztlenowce, dla
których tlen jest toksyczny oraz względne
beztlenowce, które żyją w środowisku
beztlenowym, lecz tlen nie jest dla nich
toksyczny i gdy dostanie się do ich środowiska
potrafią wykorzystać go do oddychania.
Kwas mlekowy – produkt jednego z rodzajów oddychania
beztlenowego bakterii – fermentacji mlekowej
Rozmnażanie bakterii
Bakterie rozmnażają się poprzez
podział komórki, w wyniku którego
powstaje kolejna komórka
bakteryjna. Jest ona genetycznie
identyczna z komórką
macierzystą. Częstotliwość
podziałów jest różna. Zależy od
gatunku bakterii oraz od warunków
panujących w środowisku. Może
trwać od 5 min do nawet 360h.
Bakterie rozmnażają się
bezpłciowo, jednak może
zachodzić wymiana materiału
genetycznego pomiędzy
komórkami tego samego gatunku.
Proces ten zwany jest koniugacją.
Mikroorganizmy z próbek wody wyhodowane na pożywce agarowej
Barwienie metodą Grama
Bakterie można zróżnicować zabarwiając je metodą
Grama. Barwienie to ukazuje różnice w budowie
komórki bakterii. Pod tym względem bakterie dzieli
się na:
• Gram dodatnie – barwią się na niebiesko, nie
wyróżnia się u nich zewnętrznej błony komórkowej.
Przykładem bakterii gram + są: gronkowce,
paciorkowce, laseczka wąglika, laseczka tężca,
prątek gruźlicy.
Gram dodatnie bakterie wąglika
• Gram ujemne – barwią się na czerwono wyróżnia
się u nich zewnętrzną błonę komórkową.
Przykładem bakterii gram – są: przecinkowiec
cholery, pałeczka okrężnicy, krętek blady, pałeczka
dżumy, pałeczki z rodzajów Salmonella, Shigella,
Brucella.
• Bakterie nie barwiące się metodą Grama.
Gram ujemne pałeczki ropy błękitnej
Znaczenie bakterii w przyrodzie
Bakterie pełnią w przyrodzie wiele bardzo ważnych funkcji.
• W ekosystemach pełnią rolę reducentów – rozkładają substancje
organiczne na prostsze związki nieorganiczne. Bakterie samożywne
są producentami – przekształcają związki nieorganiczne na
organiczne. Bakterie mogą być pożywieniem dla innych organizmów
(głównie pierwotniaków) Dzięki bakteriom zachowany zostaje obieg
materii i energii w przyrodzie.
• Uczestniczą w obiegu azotu, siarki, fosforu, węgla w przyrodzie.
• Żyją w symbiozie z wieloma gatunkami organizmów na Ziemi.
Umożliwiają wielu roślinożercom (np. przeżuwaczom, termitom)
trawienie celulozy, roślinom motylkowatym pobieranie azotu z
atmosfery (bakterie brodawkowe).
Brodawki korzeniowe rośliny motylkowatej
zasiedlone przez bakterie z rodzaju Rhizobium
•Gatunki pasożytnicze wywołują choroby u wielu organizmów,
regulując w ten sposób ich populacje i usuwając z nich osobniki
słabe. W niektórych sytuacjach niebezpieczne mogą być także
występujące naturalnie wewnątrz organizmów gatunki nie będące
pasożytami.
• Uczestniczą w samooczyszczaniu wód oraz procesach
glebotwórczych.
Przedstawiciel motylkowatych - Łubin
Znaczenie bakterii w przemyśle
Bakterie wykorzystywane są w wielu gałęziach przemysłu.
W przemyśle spożywczym umożliwiają produkcję np.. serów,
jogurtów, kiszonych ogórków i kapusty (bakterie mlekowe), octu.
W przemyśle medycznym bakterie wykorzystywane są do produkcji
leków (np. insuliny, antybiotyków), witamin ( B12, C ),
szczepionek.
W nauce są podstawowymi organizmami modelowymi
wykorzystywanymi w badaniach biochemicznych i genetycznych.
Ze względu na małe rozmiary i szybki metabolizm wykorzystywane
są w inżynierii genetycznej i biologii molekularnej.
Bakterie znajdują również zastosowanie w ochronie środowiska.
Są głównym składnikiem osadu czynnego w biologicznych
oczyszczalniach ścieków. Bakterie rozkładające węglowodory
mogą wspomagać usuwanie skutków wycieków ropy lub innych
olejów z tankowców (zostały użyte m.in. po katastrofie tankowca
Exxon Valdez w 1989 roku). Ponadto niektóre gatunki mogą
zastępować pestycydy w walce ze szkodnikami roślin (np. bakteria
Bacillus thuringiensis używana jest dość powszechnie do tępienia
gąsienic motyli).
Ogórki kiszone powstają w wyniku przeprowadzanej
przez bakterie fermentacji mlekowej
Wpływ na organizm człowieka
Organizm człowieka zamieszkuje ok. 1000 gatunków bakterii. Żyją
głównie w układzie pokarmowym, gdzie uczestniczą w trawieniu oraz
syntezują wiele ważnych dla człowieka substancji (np. witaminę K, kwas
foliowy, biotynę). Zamieszkują także skórę, układ oddechowy.
Wiele pasożytniczych bakterii może wywoływać choroby zakaźne.
Odżywiają się one kosztem ludzkiego organizmu zaburzając jego
funkcjonowanie Niebezpieczne dla człowieka mogą być także gatunki
niepasożytnicze oraz bakterie występujące naturalnie w organizmie.
Niektóre bakterie podczas swojego życia wytwarzają substancje
szkodliwe dla innych organizmów i wydalają je do środowiska, w którym
żyją. Substancje te nazywane są egzotoksynami. Przykładem
egzotoksyny jest botulina (jad kiełbasiany) – jedna z najsilniejszych
znanych neurotoksyn wytwarzana przez beztlenowe laseczki
Clostridium botulinum, używana w medycynie do leczenia niektórych
chorób znana głównie w medycynie kosmetycznej jako botox.
Egzotoksyny wytwarzają głównie bakterie gram-dodatnie (np. laseczka
tężca, gronkowiec złocisty), ale także gram-ujemne (np. przecinkowiec
cholery). Egzotoksyny są antygenami, mogą więc wywoływać odpowiedź
immunologiczną organizmu.
E. Coli – jeden z głównych gatunków
tworzących florę jelitową człowieka
Inne gatunki bakterii wytwarzają endotoksyny – są to substancje mniej
szkodliwe od egzotoksyn, uwalniane przy rozpadzie komórki bakteryjnej.
Wytwarzają je bakterie gram-ujemne.
Toksyna botulinowa
Przykłady chorób bakteryjnych człowieka
Choroba
• Angina
Gatunek bakterii
Streptococcus pyogenes
• Błonica (dyfteryt)
Maczugowiec błonicy
• Borelioza
z rodzaju Borrelia
• Cholera
Przecinkowiec cholery
• Dżuma
Pałeczka dżumy
• Gruźlica
Prątek gruźlicy (Kocha)
• Kiła (syfilis)
Krętek blady
• Rzeżączka (tryper)
Dwoinka rzeżączki
• Salmonelloza
z rodzaju Salmonella
• Tężec
Laseczka tężca
• Trąd
Prątek trądu
• Tyfus plamisty
Rickettsia prowazeki
Szczękościsk u człowieka chorego na tężec
Zdjęcie 24-letniego człowieka chorego na trąd
Wrzód na palcu mężczyzny
chorego na kiłę
Antybiotyki
Głównym sposobem walki z
chorobami bakteryjnymi jest
stosowanie antybiotyków.
Antybiotyki ( gr. anti – przeciw,
bios – życie) są to substancje,
które niszczą bakterie lub
utrudniają ich wzrost. Działanie to
odbywa się poprzez utrudnianie
biosyntezy ściany komórkowej,
białek oraz kwasów nukleinowych.
Antybiotyki produkowane są przez
niektóre drobnoustroje, obecnie
wykorzystuje się także antybiotyki
syntetyczne i półsyntetyczne.
Pierwszy antybiotyk – penicylina
odkryty został w 1928 roku przez
szkockiego uczonego Alexandra
Fleminga.
Penicylina
Antybiotykooporność
Oporność na antybiotyki jest to zdolność bakterii
do przeciwstawienia się działaniu antybiotyku.
Występuje ona naturalnie u niektórych
szczepów bakterii. Może być także
spowodowana nabyciem genów odporności od
innych bakterii lub spontanicznymi mutacjami.
Coraz większa oporność bakterii wiążę się ze
zbyt częstym wykorzystywaniem antybiotyków
w medycynie oraz jako konserwantów w
przemyśle spożywczym.
Badanie lekooporności danego szczepu bakterii
odbywa się poprzez wyhodowanie bakterii na
podłożu mikrobiologicznym oraz umieszczeniu
na nim niewielkich krążków nasączonych
Badanie lekooporności ( Gronkowiec Złocisty)
różnymi antybiotykami. Następnie sprawdza
się, na jak dużej powierzchni wokół krążka
rozwój bakterii został zahamowany. Im
powierzchnia jest większa, tym lekooporność
szczepu mniejsza.
Literatura:
Claude A. Villee. Biologia. Warszawa 1987
Krystyna Kotełko, Leon Sedlaczek, Tadeusz M.
Lachowicz. Biologia Bakterii. Warszawa 1979
Piotr Tadeusz Kąkol. Biologia Kompendium. Warszawa
2007
Witold Mizerski (red.). Tablice biologiczne. Warszawa
2004