Bakterie (Schizomycetes) to jedna z gromad królestwa

Bakterie
(Schizomycetes) to jedna z gromad królestwa bezjądrowych (Procaryota). Są to
jednokomórkowe organizmy, o wielkości od 0,1 do kilkunastu mikrometrów, mające różne
kształty, jak np.:
 ziarenkowce (coccus) - kuliste,
 pałeczki (bacterium) - wydłużone,
 laseczki (bacillus) - pałeczki z przetrwalnikami,
 promieniowce - nitkowato rozgałęzione,
 przecinkowce (vibrio) - przypominające przecinki,
 maczugowce - przypominające maczugi,
 śrubowce (spirillum) - mają kształt falisty i są podobne do węży,
 i grupujące się w różny sposób, np.:
 dwoinki (diplococcus) - występują parami,
 czworaczki - występują czwórkami,
 pakietowce (sacrina) - regularne prostopadłościany,
 paciorkowce (streptococcus) - tworzą łańcuszki,
 gronkowce (straphylococcus) - nieregularne skupienia na kształt kiści winogron,
 nici - długie.
1
W większości bakterie to organizmy cudzożywne (heterotrofy), które żyją jako roztocza
lub pasożyty czerpiące gotowe związki organiczne z innych organizmów.
Niektóre bakterie są samożywne (autotrofy) czyli zdolne do przyswajania dwutlenku
węgla albo w procesie fotosyntezy, albo w procesie chemosyntezy (utleniania związków
trujących bądź nieprzyswajalnych, któremu towarzyszy wydzielenie energii oraz powstanie
związków przyswajalnych).
Ze względu na wykorzystywane źródło energii wyróżnia się m.in. bakterie:
 siarkowe (uzyskujące energię, potrzebną do asymilacji dwutlenku węgla, podczas
utleniania siarki i jej związków),
 metanowe (rozkładające związki organiczne z wytworzeniem metanu),
 wodorowe (utleniające wodór cząsteczkowy),
 żelazowe (utleniające związki żelazawe do żelazowych),
 purpurowe siarkowe (samożywne, zawierające bakteriochlorofil, które w czasie
fotosyntezy redukują dwutlenek węgla, utleniając siarkowodór),
 purpurowe bezsiarkowe (samożywne, w czasie fotosyntezy redukujące dwutlenek
węgla przez utlenianie znajdujących się w środowisku alkoholi lub wodoru).
Wśród bakterii są zarówno tlenowce (aeroby), jak i beztlenowce (anaeroby):
 bezwzględne tlenowce - rosną tylko w obecności tlenu atmosferycznego i czerpią
energię drogą oddychania tlenowego;
 bezwzględne beztlenowce - rosną tylko w nieobecności tlenu (tlen jest dla nich
zabójczy), czerpią energię drogą beztlenową;
 względne beztlenowce - rosną w niskich stężeniach tlenu atmosferycznego, czerpią
energię także drogą oddychania beztlenowego. W tej grupie jest najwięcej bakterii
chorobotwórczych.
Ze względu na temperaturę, w której bakterie utrzymują żywotność, dzielimy je na:
 bakterie psychrofilne - giną poniżej temperatury 0°C i powyżej 30°C, najlepiej
rozwijają się w temperaturze: 15°C.
 bakterie mezofilne - giną poniżej temperatury 10°C i powyżej 45°C, najlepiej
rozwijają się w temperaturze: 30-37°C. W tej grupie znajdują się bakterie
chorobotwórcze, dla których optymalna jest temperatura ciała ludzkiego.
 bakterie termofilne - giną poniżej temperatury 40°C i powyżej 70°C, najlepiej
rozwijają się w temperaturze 52°C. Bakterie te żyją w gorących źródłach siarkowych,
żelazowych oraz w gorących ściekach.
Komórka bakterii otoczona jest błoną cytoplazmatyczną, a także (poza Mycoplasmatales)
ścianą komórkową i niekiedy otoczką śluzową. Ściana komórkowa wytwarza
charakterystyczne wyrostki (fimbrie), które prawdopodobnie pełnią rolę w procesach
płciowych. Narządem ruchu bakterii są rzęski bakteryjne. W cytoplazmie mieszczą się
rybosomy, mezosomy (zawierające enzymy i spełniające rolę mitochondriów), substancje
zapasowe oraz - u bakterii samożywnych - ziarna chromatoforowe, zawierające barwniki.
Bakteria nie ma wyodrębnionego jądra. Jego odpowiednikiem jest nukleoid nie
oddzielony błoną od reszty cytoplazmy, a zawierający genofor (chromosom bakteryjny)
zbudowany z DNA w formie zamkniętego pierścienia. W komórkach wielu gatunków bakterii
oprócz genoforu występują także znacznie mniejsze od niego koliste cząsteczki DNA zwane
plazmidami.
W niesprzyjających warunkach bakterie tworzą formy przetrwalnikowe. Rozmnażają się
wegetatywnie, przez podział, który jest poprzedzony replikacją genoforu. Rzadko
obserwowane procesy płciowe służą jedynie do tworzenia form mieszańcowych.
Rys 1. Budowa bakterii
2
Budowa bakterii: 1) rzęska, 2) otoczka, 3) ściana komórkowa, 4) błona cytoplazmatyczna, 5)
mezosom, 6) nukleoid, 7) ciałka chromatoforowe, 8) substancje zapasowe, 9) cytoplazma, 10)
rybosomy.
Bakterie po raz pierwszy dostrzegł, w skonstruowanym przez siebie mikroskopie, oraz
opisał A. Leeuwenhoek. Natomiast nazwę nadał im Ch. G. Ehrenberg w 1838r., ale dokładne
prace nad funkcjami życiowymi bakterii rozpoczęły się dopiero od czasów L. Pasteura (18221895). Dokładne poznanie struktury i genetyki bakterii stało się możliwe dzięki
skonstruowaniu mikroskopu elektronowego oraz zastosowaniu metod biochemicznych.
Bakterie mają ogromne znaczenie biologiczne jako jeden z głównych czynników
utrzymujących krążenie materii w przyrodzie (destruenci rozkładają martwą materię
organiczną). Do najważniejszych grup ekologiczno-fizjologicznych należą bakterie glebowe
(wytwarzające m.in. próchnicę glebową) i bakterie korzeniowe (Rhizobium).
Bakterie są również niezbędne do prawidłowego funkcjonowania przewodów
pokarmowych zwierząt - u przeżuwaczy występuje specyficzna flora bakteryjna trawiąca
celulozę, u człowieka bakterie syntetyzują witaminę K i witaminy z grupy B. Bakterie
wykorzystywane są również w przemyśle farmaceutycznym (produkcja leków np. insuliny,
witamin), spożywczym (fermentacja, jogurty).
Wszystkie organizmy żywe możemy podzielić na dwie grupy: organizmy, które nie mają
wykształconego jądra komórkowego (Prokariota) oraz organizmy mające wykształcone jądro
komórkowe (Eukariota). Bakterie są jednokomórkowymi organizmami prokariotycznymi tzn.
nie mają typowego jądra komórkowego, które zostało zastąpione kolistą dwuniciową
cząsteczką DNA poskręcaną i przyczepioną do białkowo-rybonukleinowego rdzenia,
znajdującą się w części cytoplazmy zwanej obszarem jądrowym, czyli nukleoidem. DNA
zawarty w nukleoidzie nie jest oddzielony od reszty cytoplazmy z rybosomami, dzięki czemu
wykorzystanie informacji zawartej w tym materiale może być bardzo szybkie.
Bakterie występują we wszystkich możliwych środowiskach. Są w stanie przetrwać w
najbardziej ekstremalnych warunkach dzięki swoim zdolnościom przystosowawczym.
Mówimy że są organizmami kosmopolitycznymi. Nie oznacza to jednak że wszystkie bakterie
mogą występować we wszystkich możliwych środowiskach. Znaczna część bakterii jest
wysoce wyspecjalizowana a ich środowiska ograniczone do pewnych warunków tlenowych,
3
temperaturowych i pokarmowych. Niektóre bakterie rozmnażające się w swoim biotopie
mogą przetrwać także w innych środowiskach, nie mogą się w nich jednak rozmnażać.
Środowiskiem, w którym występuje największa liczba bakterii jest gleba. W 1 g gleby
występuje ok. 950 mln bakterii. Największa ilość bakterii występuje w ryzosferze czyli
warstwie gleby otaczającej korzenie roślin. Mnóstwo bakterii żyje w wodach przy czym ich
liczba zależy od wielu czynników takich jak temperatura wody, jej zasolenie,
zanieczyszczenie, natlenienie i zawartość składników odżywczych. Przeciętnie w 1 ml wody
występuje ok. 1 mln bakterii. Bardzo dużo bakterii występuje także w mułach na dnie
zbiorników wodnych. Kolejnym ważnym środowiskiem życia bakterii jest powierzchnia i
wnętrze innych organizmów. Stosunkowo nieliczne są bakterie chorobotwórcze, znaczna ich
część to komensale nie wywołujące żadnych szkód w organizmie oraz symbionty, które w
zamian za udostępnienie miejsca i pożywienia dostarczają gospodarzowi pewne substancje
chemiczne.
Należy tu zaznaczyć, że granice między tymi kategoriami są bardzo nieostre i może się
zdarzyć, że w przypadku osłabienia organizmu zupełnie dla niego nieszkodliwa bakteria może
spowodować stan chorobowy. Tego typu sytuacje obserwuje się niekiedy u pałeczki
okrężnicy (Escherichia coli)żyjącej w jelicie cienkim człowieka czy bakterii z rodzaju
Rhyzobium występującej w brodawkach korzeniowych roślin motylkowych. Bakterie a także
ich formy przetrwalnikowe spotykane są również w powietrzu. Nie prowadzą tam jednak
aktywnego życia, tylko przemieszczają się do odpowiedniego dla siebie środowiska.
Zróżnicowanie kształtów bakterii jest niewielkie. Mogą one występować pojedynczo lub
w postaci kilku do kilkunastokomórkowych skupień i mają kilka podstawowych, często
występujących kształtów i kilka nietypowych. Tak więc mamy bakterie kuliste (ziarniaki)
które są bardzo pospolite. Występują pojedynczo lub w skupieniach o określonych nazwach.
Do najbardziej znanych nalezą Do najbardziej znanych bakterii tej grupy należą: dwoinka
zapalenia płuc i gronkowiec złocisty. Druga grupa to bakterie o walcowatych kształtach do
której zaliczamy przede wszystkim pałeczki i laseczki. Należy do nich pałeczka okrężnicy
oraz znana z wywoływania zatruć pałeczka Salmonella, a także powodujące tężec i
produkujące jad kiełbasiany laseczki Clostridium. Do bakterii spiralnych zaliczamy
przecinkowce, śrubowce krętki np. przecinkowiec cholery, i krętek blady wywołujący kiłę.
Ostatnią grupę stanowią występujące w glebie promieniowce.
Bakterie są niezbędnym ogniwem w obiegu materii w przyrodzie. Są destruentami
(saprofity) rozkładającymi martwą materię organiczną do prostych związków
nieorganicznych mogących być potem wykorzystanych przez rośliny. Gdyby nie było bakterii
cała
ziemia
pokryłaby
się
ciałami
martwych
roślin
i
zwierząt.
Wiele bakterii żyje w symbiozie z innymi organizmami. Na przykład bakterie azotowe
Rhyzobium mające zdolność wiązania azotu atmosferycznego wchodzą w symbiozę z
roślinami motylkowymi i rozwijają się w ich brodawkach korzeniowych. Część soli
azotowych bakterie oddają roślinie w zamian otrzymując organiczne produkty fotosyntezy.
Powiązania bakterii ze światem zwierząt są bardzo różnorodne. Bakterie są pokarmem wielu
pierwotniaków lecz także przeżuwaczy takich jak krowa czy owca. W żwaczu tych zwierząt
żyją bakterie i inne drobnoustroje rozkładające celulozę. Te drobnoustroje stają się następnie
pokarmem trawionym przez zwierzę. W przewodzie pokarmowym innych zwierząt i
człowieka także żyje wiele bakterii rozkładających nie strawiony pokarm czy celulozę oraz
dostarczających istotnych składników swoim gospodarzom. Przykładem może być pałeczka
okrężnicy czyli Eschelichia coli. Zwierzęta eksperymentalnie pozbawione wewnętrznych
drobnoustrojów od urodzenia, nie rozwijały się prawidłowo i wykazywały rozmaite anomalie
anatomiczne.
4
Natomiast biochemiczne umiejętności bakterii już od dawna wykorzystywane są do
produkcji artykułów spożywczych (serów, kefirów i jogurtów), wszelkie procesy kiszenia
(kapusty, ogórków) również opierają się na działalności bakterii fermentacyjnych.
Z drugiej strony to właśnie bakterie powodują psucie się produktów żywnościowych. Aby
temu zapobiec stosuje się różne zabiegi konserwujące np. pasteryzacja, zamrażanie, solenie,
słodzenie, czy dodawanie związków chemicznych hamujących rozwój bakterii.
W przemyśle wykorzystuje się bakterie do produkcji różnych substancji chemicznych
m.in. niektórych kwasów organicznych, wielu witamin i aminokwasów. Dzięki bakteriom z
obornika można otrzymać metan wykorzystywany jako źródło energii np. do poruszania
silników. Bakterie mają również ogromne znaczenie w rozkładaniu szkodliwych substancji
produkowanych przez ludzi. Wiele detergentów i środków ochrony roślin jest rozkładanych
przez bakterie. Są one również wykorzystywane w biologicznym oczyszczaniu ścieków gdzie
stanowią podstawowy składnik tzw. osadu czynnego, w którym następuje przerabianie
substancji zawartych w ściekach na składniki ciała bakterii.
Wiele bakterii ma zastosowanie w medycynie. Wytwarzają one substancje hamujące
rozwój konkurencyjnych bakterii tzw. antybiotyki, które wykorzystywane są w leczeniu wielu
zakażeń bakteryjnych. Najważniejszą grupą bakterii pod względem produkcji antybiotyków
są promieniowce wytwarzające streptomycynę i tetracyklinę. Niektóre bakterie wykorzystuje
się do produkcji węglowodanu dekstranu, który stanowi podstawę płynu krwiozastępczego.
Bakterie mają wielkie znaczenie w badaniach biologicznych, oraz w inżynierii
genetycznej. Są bowiem źródłem enzymów restrykcyjnych służących do przecinania obcych
cząsteczek DNA w ściśle określonych miejscach. W naturze enzymy te wykorzystywane są
do cięcia DNA bakteriofagów, lecz w inżynierii genetycznej wykorzystuje się je do cięcia
cząsteczek DNA różnych organizmów celem wyizolowania i sklonowania odpowiednich
genów.
Krótko mówiąc bakterie, którym wstawi się do komórek geny odpowiedzialne za
wytwarzanie określonego białka ludzkiego lub zwierzęcego stają się „fabrykami” tego białka.
Niektóre bakterie w naturze powodujące choroby roślin wykorzystywane są przez inżynierów
genetycznych do przenoszenia genów z jednych roślin na drugie w celu otrzymania nowych
odmian o korzystnych z punktu widzenia człowieka właściwościach. Niektóre szczepy
Eschelichia coli wykorzystuje się do produkcji insuliny. Obecnie naukowcy prowadzą
badania nad wykorzystaniem bakterii do produkcji szczepionki przeciwko wirusowi HIV.
Nie wszystkie bakterie są jednak tak pożyteczne. Niewielki ich procent wywołuje mniej
lub
bardziej
groźne
choroby
roślin,
zwierząt
i
człowieka.
Do chorób roślin wywołanych przez bakterie należą: więdnięcie, gnicie i powstawanie
rakowatych narośli. Bakteryjne choroby zwierząt natomiast często przypominają choroby
ludzi lub są z nimi tożsame. Przyczyną występowania objawów bakteryjnych chorób
zakaźnych jest namnażanie się bakterii w komórkach i wydzielanie przez nie jadów, czyli
substancji o charakterze toksycznym. Są dwa rodzaje takich toksyn: wydzielane poza
komórkę egzotoksyny i uwalniane z komórki podczas jej rozpadu endotoksyny. Podczas
kiedy bakterie nie wnikają do narządów, ich toksyny mogą wraz z krwią zostać rozniesione
po całym organizmie powodując uszkodzenia tkanek i narządów. Obecnie dzięki
szczepieniom ochronnym oraz profilaktyce można uniknąć wielu groźniejszych chorób
bakteryjnych. Natomiast wprowadzenie leków takich jak sulfonamidy i antybiotyki znacznie
ograniczyły ataki bakterii i pozwalają szybko powstrzymać ich rozwój w organizmie
żywiciela. Jednak dany antybiotyk w przypadku jednego szczepu bakterii może się okazać
skuteczny, a w innym szczepie nie wyrządzi żadnych szkód. Ma to związek z opornością
bakterii na antybiotyki. Bakterie nabywają ją w dwojaki sposób. Pierwszy polega na
mutacjach. Antybiotyki można podzielić na dwie grupy: blokujące rozbudowę ścian komórek
bakteryjnych oraz łączące się z rybosomami bakteryjnymi i blokujące syntezę białek. W
5
przypadku streptomycyny blokuje ona syntezę białek w komórce bakteryjnej poprzez
wiązanie się z rybosomami. W skład rybosomu wchodzą cząsteczki rRNA i liczne białka.
Mutacja polega na podstawieniu pojedynczego aminokwasu w określonym białku
rybosomalnym co powoduje zmianę w całym rybosomie i streptomycyna przestaje hamować
jego działanie. Drugi sposób polega na przemieszczaniu się plazmidów z jednej komórki
bakteryjnej do drugiej. W niektórych plazmidach bakterii są geny kodujące enzymy
degradujące określone antybiotyki. Bakteria zawierająca taki gen jest oporna na dany
antybiotyk, gdyż w przypadku wniknięcia jego cząsteczek do komórki, są one natychmiast
niszczone przez odpowiednie enzymy. Plazmidy maja tę cechę, że mogą się przedostawać z
jednej komórki bakteryjnej do drugiej, nawet jeśli należy ona do drugiego rodzaju . Jeżeli
organizm jest zarażony przez szczep bakterii wrażliwych np. na ampicylinę lecz znajdują się
w nim symbiotyczne bakterie oporne na ten antybiotyk, wówczas plazmid z genem
warunkującym tę oporność może przedostać się do komórek bakterii wrażliwych
przekształcając je w oporne. Po zakończeniu kuracji antybiotykiem te bakterie, które nabyły
oporność mogą spowodować zakażenie wtórne, ale tym razem nie zabije ich ampicylina i
trzeba zastosować inny antybiotyk.
Do najważniejszych chorób bakteryjnych człowieka należą: cholera, trąd, gruźlica, dur
brzuszny, angina, czerwonka bakteryjna, szkarlatyna, krztusiec, borelioza, zapalenie opon
mózgowych, kiła, rzeżączka, dyfteryt. Prócz typowych chorób wyróżnić możemy też zatrucia,
w których nie bakterie są czynnikiem wywołującym objawy choroby, ale wytwarzane przez
nie egzotoksyny. Do najczęstszych należą zatrucia pokarmowe powodowane przez bakterie z
rodzaju Salmonella , natomiast do najgroźniejszych – zatrucie toksyną produkowaną przez
laseczkę tężca oraz jadem kiełbasianym wytwarzanym przez laseczkę jadu kiełbasianego.
Jak widać, czasami najmniejsze organizmy, których nie możemy nawet zobaczyć, mają
ogromny wpływ na nasze życie, oraz na życie całej planety.
6
Bibliografia:
1. A. Kozłowska. Botanika. PZWS. Warszawa 1972.
2. J. Mowszowicz. Systematyka roślin. PWN. Warszawa 1969.
3. Januszkiewicz J. Choroby zakaźne i inwazyjne. PZWL Warszawa 1988.
4. Kunicki-Goldfinger W. Życie bakterii. PWN. Warszawa 1975.
5. Podbielkowska M., Podbielkowski Z.. Biologia. WSiP. Warszawa 1995.
6. praca zbiorowa. Biologia. Wydawnictwa Rolnicze i Leśne. Warszawa 1992.
7. Villee C.A.. Biologia, PWRiL, Warszawa 1990.
8. Czechowski W.. Świat roślin i zwierząt. PWN. Warszawa 1996.
7