Pierwszymi organizmami, które zasiedliły Ziemię 3,5 miliarda lat temu, były prokarionty.

Podczas długiej historii ewolucyjnej prokarionty żyjące w wielu środowiskach podlegały – i podlegają nadal – doborowi naturalnemu. Dzięki temu wykształciły różnorodne przystosowania, które umożliwiły im przetrwanie.

RXQj2MBTPiVNW

Zdjęcie przedstawia złożone dłonie trzymają glebę z korzeniami rośliny.

Większość bakterii to organizmy jednokomórkowe. Jednak niektóre gatunki po podziale komórkowym pozostają połączone. Wielkość komórek bakteryjnych to zwykle 0,5‑5 µm – są zatem znacznie mniejsze, niż komórki eukariotyczne.

Ściana komórkowa większości bakterii zbudowana jest z mureiny (peptydoglikanu). Mureinę budują łańcuchy polisacharydowe i peptydy. Odpowiada ona za kształt komórki i zapobiega jej zniszczeniu, np. jest odpowiedzialna za antybiotykooporność.

Istnieją bakterie, które nie posiadają ściany komórkowej. MykoplazmymykoplazmyMykoplazmy (Mycoplasmatales), najmniejsze znane obecnie bakterie, nie tworzą peptydoglikanów – bez nich powstanie ściany nie jest możliwe.

Ściana komórkowa wielu bakterii (zarówno Gram‑ujemnych, jak i Gram‑dodatnich) jest otoczona dodatkową strukturą właściwą tylko dla bakterii – otoczką śluzową. Ta lepka, śluzowata warstwa zbudowana jest zazwyczaj z polisacharydów. Umożliwia prokariontom zlepianie się w kolonie lub przywieranie do podłoża. Może również chronić przed utratą wody albo przed atakiem ze strony układu odpornościowego gospodarza.

Bakterie Gram‑ujemne mogą przylegać do podłoża lub siebie nawzajem za pomocą fimbriifimbriafimbrii. Są to liczne, włosowate wypustki cytoplazmatyczne zbudowane z białek. Oprócz nich występują mniej liczne, ale za to dłuższe wypustki – pilepilapile. Uczestniczą one w przekazywaniu DNA pomiędzy dwiema komórkami podczas koniugacjikoniugacjakoniugacji.

Strukturą umożliwiającą prokariontom poruszanie się jest wić. Wici mogą występować na całej powierzchni komórki, na jej jednym lub obu końcach. Te u bakterii i archeowców maja podobną długość i mechanizm napędzający. Różnią się składem białek, które je budują. Wić zakotwiczona jest w błonie komórkowej za pomocą złożonej struktury, tzw. rotoru, nadającego jej ruch obrotowy. Wić niczym śruba okrętowa popycha komórkę do przodu. Ruchy komórek bakteryjnych nazywa się taksjami. Przykładem bakterii w ogóle pozbawionych organelli ruchu są sinice.

Błona komórkowa bakterii nieco różni się budową od typowej, podwójnej błony fosfolipidowej komórek eukariotycznych – pozbawiona jest cholesterolu. Składa się ze znikomych ilości choliny i kwasów nienasyconych. Dodatkowo w błonie znajdują się enzymy i inne białka przenoszące elektrony w łańcuchu oddechowym. Prokarionty nie mają jądra komórkowego i organelli komórkowych, takich jak mitochondria i plastydy. Pozbawione są też struktur błoniastych, np. błon retikulum endoplazmatycznego.

W cytoplazmie bakterii występują rybosomy będące miejscem syntezy białka. Są one rozrzucone po całej cytoplazmie. U prokariontów występują rybosomy 70S, które zbudowane są z dużej podjednostki o stałej sedymentacji 50S i małej o stałej sedymentacji 30S.

U prokariontów samożywnych (m.in. u fotosyntetyzujących sinic) występują chromatofory. Mają one postać spłaszczonych woreczków (tylakoidów) rozmieszczonych zwykle w peryferyjnych częściach komórki. Struktury te pełnią funkcję chloroplastów, ale mają prostszą budowę. Znajduje się w nich głównie chlorofil a, ale także żółty βbeta-karoten, czerwona fikoerytryna i niebieska fikocyjanina. Barwniki te nadają sinicom charakterystyczny sinozielony kolor. Fotosyntezę przeprowadzają też bakterie żyjące w osadach dennych, np. bakterie zielone. Ich barwniki fotosyntetyczne to bakteriochlorofil i karotenoidy.

W komórkach sinic występuje również skrobia sinicowa – materiał zapasowy będący polisacharydem przypominającym amylopektynę i glikogen.

Funkcję jądra komórkowego spełnia „chromosom bakteryjny” – genoforgenoforgenofor. To koliście zwinięta podwójna helisa kwasu deoksyrybonukleinowego. Występuje na obszarze cytoplazmy nazywanym nukleoidemnukleoidnukleoidem, nieoddzielonym od reszty protoplastu błoną. Genofor zawiera niemal wyłącznie sekwencje kodujące białka (eksonyeksoneksony); brak w nim fragmentów niekodujących (intronówintronintronów). Komórka prokariotyczna może dodatkowo zawierać o wiele krótsze, koliste cząsteczki niezależnie replikującego się DNA nazywane plazmidami, z których większość koduje tylko kilka genów. Od obecności genów zawartych w plazmidach może zależeć m.in. chorobotwórczość bakterii, oporność na metale ciężkie czy na antybiotyki. Istnienie plazmidów z genami oporności na antybiotyki umożliwia bakteriom szybkie przenoszenie tej cechy między różnymi szczepami w procesie koniugacji.

Za oddychanie komórkowe w komórce odpowiada błona komórkowa. Wcześniej uważano, że funkcję tę pełnią drobne twory – mezosomymezosomymezosomy. Gradient stężenia jonów wodorowych powstający w poprzek błony komórkowej stanowi źródło energii do syntezy ATP.

Ziarniaki to kuliste bakterie, które mogą występować pojedynczo, w parach, w długich łańcuchach oraz w grupach: gronkowce, pakietowce lub tetrady (czworaczki).

R1cYmQhmSHqZW

Dwoinka, dwie zielone kuliste bakterie złączone ze sobą.

RqMpQiBwNYqXd

Tetrada to cztery zielone kuliste bakterie złączone ze sobą.

R12qeLGMJ9WcT

Pakietowiec to skupiska ośmiu komórek w kształcie sześcianów. Są to zielone, kuliste bakterie.

RikNbLB6flDd3

Paciorkowiec tworzy łańcuszek zielonych kulistych komórek.

R8dfrBURZImUE

Gronkowiec, czyli wiele kulistych bakterii tworzących skupiska o kształcie grona.

Bakterie pałeczkowate najczęściej występują pojedynczo, ale mogą też łączyć się w łańcuchy.

R1xAhdQO4NGQs

Pojedyncza, urzęsiona pałeczka Salmonella enterica, serotyp Typhi (Salmonella Typhi)

RUxjO4XdPjAxr

Laseczka z endosporą, czyli rodzajem przetrwalnika w górnej części bakterii.

ROhkYYL6Pf0vc

Podłużne, laseczkowate bakterie.

Bakterie o kształtach spiralnych mają komórki o różnej liczbie i wielkości skrętów – od pojedynczych, przypominających przecinek, do długich skrętów w formie korkociągu.

R1XrKMrr8tTXE

Przecinkowiec cholery (Vibrio cholerae) w nieregularnym, obłym kształcie z ogonkiem.

R1HwNfmVBANdl

Spiralna pałeczka z rzęskami to charakterystyczny wygląd Helicobacter pylori. Poskręcana niebieska bakteria z wiciami na jednym końcu.

R1LSCj7WbVXsH

Na obrazku dwie niebieskie bakterie - krętki mające kształt sprężynki.

W niekorzystnych warunkach środowiska bakterie mają zdolność zwalniania swojego metabolizmu i wytwarzania specjalnych form przetrwalnikowych. Wyróżnia się dwie główne formy przetrwalnikowe bakterii:

• endosporyendosporaendospory, które powstają przez podzielenie komórki na dwie części: większą i mniejszą, przy czym mniejsza staję się przetrwalnikiem poprzez otoczenie się grubą ścianą. Pozostała część komórki ulega degeneracji. Proces tworzenia endospory to sporulacjasporulacjasporulacja;

• cystycystacysty, które powstają przez odwodnienie cytoplazmy i otoczenie grubą ścianą komórkową: błony komórkowej, rybosomów i genoforu.

Bakterie to najliczniejsza grupa prokariontów. Archeowce są grupą, która zawiera cechy bakterii i eukariontów.

Archeowce mogą żyć w środowiskach tak ekstremalnych, że tylko nieliczne inne organizmy są w stanie tam przetrwać. Tego typu organizmy nazywa się ekstremofilamiekstremofilekstremofilami. Wśród nich wyróżnia się ekstremalne halofilehalofilhalofile i termofiletermofiltermofile.

Gatunki metanogenówmetanogenmetanogenów zamieszkują środowiska beztlenowe w jelitach bydła, termitów i innych roślinożerców, odgrywając zasadniczą rolę w procesie odżywiania tych zwierząt. Występują również w jelicie człowieka, usprawniając procesy fermentacyjne wielocukrów, co prowadzi do zwiększenia ilości pozyskiwanej z nich energii. U osób otyłych flora jelitowa jest bogata w metanogeny. Przez to dochodzi do wzrostu pozyskiwanej z pożywienia energii i – co za tym idzie – pogłębienia otyłości.

Metanogeny znalazły zastosowanie w oczyszczalniach ścieków. Należą one do chemolitotrofówchemolitotrofiachemolitotrofów, czyli organizmów wykorzystujących związki nieorganiczne jako donory elektronów w procesie oddychania komórkowego. Obecne badania wskazują, że niektóre z archeowców przeprowadzają nitryfikacjęnitryfikacjanitryfikację w oceanach i mogą mieć ogromny udział w krążeniu azotu w przyrodzie. W autotroficznych ekosystemach kominów hydrotermalnych na dnie oceanów, tam gdzie nie dociera światło, archeowce odpowiadają za wytwarzanie materii organicznej w procesie chemosyntezychemosyntezachemosyntezy.

RdCppwbhVUkWe1

Na fotografii pipeta i płytka wielodołkowa w laboratorium

Naukowcy szacują, że organizm człowieka zasiedla ok. 10Indeks górny 14¹⁴ komórek mikroorganizmów. Ich największą niszę stanowią jelita. Występują w nich bakterie Gram‑dodatnie, Gram‑ujemne, drożdże, a nawet archeowce! Badania wykazały obecność metanu w wydychanym przez ludzi powietrzu - jest to możliwe dzięki obecności metanogennych drobnoustrojów wewnątrz ciała.

Ekstremalny termofil Pyrococcus furiosus używany jest w biotechnologii jako źródło polimerazy DNA używanej w łańcuchowej reakcji polimerazy (PCR). Reakcja ta pozwala na uzyskanie wielu kopii materiału genetycznego w bardzo krótkim czasie. Znalazło to zastosowanie w wielu dziedzinach życia, np. umożliwiło stworzenie genetycznego „odcisku palca” poprzez wykazanie różnic w sekwencji DNA osobników tego samego gatunku. Stało się też najczęściej stosowaną techniką w badaniach ojcostwa.

Rotacyjny ruch wici bakterii Gram‑ujemnych możliwy jest dzięki rotacji pierścieni oraz rotora. Energia z rotacji przekazywana jest następnie do haka, a później do wici, zbudowanej z białka – flagelliny.

Słownik