Bakterie

Charakteristika

Bakterie jsou jednobuněčné prokaryontní organismy, které jsou pro existenci života na Zemi velice důležité a nezbytné.Svou hlavní a klíčovou roli v přírodě hrají především při rozkladných proces.Odhaduje se, že jsou za rok schopné vrátit do koloběhu přibližně 50 miliard tun uhlíku.Pro svojí velkou schopnost adaptace se vyskytují téměř na všech místech naší planety i včetně těch, kde panují extrémní podmínky (vysoké či nízké hodnoty pH, teploty, tlaku apod.).Velikost bakterií se pohybuje v rozmezí od 6 mikrometrů u chlamidií do 5000 mikrometrů u spirálně zakřivených bakterií.

Nomenklatura

Z taxonomického hlediska můžeme bakterie zařadit do systému
různými způsoby:
Starší způsob řadí do skupiny bakterie všechny prokaryontní organismy (archebaktérie a eubaktérie)

Dnes se bakterie řadí do samostatné podříše, která spolu s další podříší sinice tvoří říši eubakterií (viz. schéma)

NADŘÍŠE ŘÍŠE PODŘÍŠE

Archébakterie
Prokaryota Bakterie
Eubakterie
Sinice

Stavba bakterií:
Chromozom

cytoplasma

Bičík
Plasmatická membrána

Fimbrie Plasmid
Buněčná stěna

Chromozom:
V jediném bakteriálním chromozomu je uložena genetická informace, která je tvořena kyselinou deoxyribonukleovou (DNK).
Plasmid:
Kruhová molekula DNK nesoucí jeden nebo několik genů, která může být začleněna do struktury chromozomu nebo v cytoplasmě a může se také na chromosomu nezávisle množit.Plasmid může být také mezi bakteriemi předáván (konjugovat).
Nesou genetickou informaci rozhodující o patogenitě a rezistenci vůči některým bakteriím mohou existovat i v několika kopiích.

Buněčná stěna:
Nachází se zevně od buněčné membrány.Její složení ovlivňuje barvení bakterií a v závislosti s tím i citlivost k některým bakteriím (viz. rozdělením podle typu barvení).
Je složena z vrstvy peptidoglykanu (u grampozitivních bakterií je ještě doplněna lipidy a na povrchu pronikajícími teichoovými kyselinami)

Plasmatická membrána:
Nachází se na vnitřní straně buněčné stěny, se kterou tvoří rozhraní mezi vnějším a vnitřním prostředím.Podílí se hlavně na transportu látek, má semipermeabilní (polopropustný) charakter.Je tvořena proteiny a lipidy a jejím základem je dvojvrstva fosfolipidů tlustá 8 nanometrů.

Bičík (latinsky flagellum):
Struktura umožňující pohyb některým bakteriím.

Fimbrie:
Vlákna na povrchu bakterií, která se nepodílejí na pohybu, ale umožňují jejich adhernaci (přilnutí ke sliznici), a proto mají velký význam v patogenitě.

Cytoplasma:
Základní hmota buňky tvořící její vnitřní prostředí, ve které jsou uloženy jednotlivé organely (například plasmidy).

Bakteriochlorofyl:
U některých bakterií se ve vchlípenině plasmatické membrány vytvořily váčky obsahující bakteriochlorofyl, který ovšem neprodukuje kyslík.Takovéto druhy bakterií jsou pak schopny autotrofní výživy

Rozmnozování bakterií:
Přehrádka
A) nepohlavní (mitotickým dělením):

DNK

obr. I obr. II obr. III obr. IV
Buněčná stěna s
plazmatickou membránou

Chromozom, který se dotýká plasmatické membrány, se začíná replikovat (obr.I).Mezitím se buňka začíná zvětšovat a vytvářet novou plazmatickou membránu a buněčnou stěnu (obr.II).Po dokončení replikace se každý chromozom přesune do 1 buňky, které jsou následně na místě dotyku rozděleny přehrádkou z nové plasmatické membrány a buněčné stěny (obr.III).Jako výsledek celého dělení jsou 2 identické buňky.

Pozn:Ve schématu dělení není zakreslen plasmid, protože ten se dělí nezávisle na DNK

B) pohlavní rozmnožování:

*F+ *F-

Než dojde ke vstoupení samčího chromozomu do samičí buňky musí se nejdříve samčí F- faktor zabudovat do chromozomu *(podmínka pro párování).Po tomto spojení již začíná samotné párování.Samčí buňka se spojí se samičí pomocí úzkého můstku.Samčí chromozom se začíná pomalu pohybovat směrem k samčí buňce.Přestup tohoto chromozomu není obvykle úplný, přestoupí pouze část, a pak se obě buňky oddělí.Tato část, co přešla do samičí buňky, nahradí odpovídající úsek samičího chromozomu.

Rozdíl mezi samčí a samičí buňkou je dán specifickým genetickým faktorem, jenž je označován jako F- faktor (fertilní faktor).Je-li v buňce přítomný, jedná se o samčí buňku
(označuje se F+), naopak je-li v buňce nepřítomný, jedná se o buňku samičí (označuje se F-).

F- faktor může být součástí bakteriálního chromozomu nebo může existovat jako malý volný cirkulační chromozom, který se replikuje jednou při každém buněčném dělení.V tomto druhém případě jsou F+- buňky jen potenciálně samčí, protože nemohou přenášet své geny do
F—buněk.Přenášet geny mohou samčí buňky jen tehdy, kdy je F- faktor již zabudovaný do chromozomu.Toto spojení se označuje jako Hfr (high frequency of recombination = vysoká frekvence rekombinací.
Tento výše popsaný způsob rekombinace se označuje jako konjugace.

Rozdělení:

Řadit bakterie můžeme z hlediska pozorovaných vlastností do několika
základních skupin:
1.podle prostředí, kde žijí

2.podle způsobu získávání
energie a látek, které produ-
kují při metabolismu

3.podle typu barvení

4. podle tvaru bakterie

1.Podle prostředí, kde bakterie žijí,
je můžeme dělit tyto skupiny:

BAKTERIE ŽIJÍCÍ V PÚDĚ:
Zástupci: bakterie tetanu – Clostridium tetani, rody acillus a Nitrobacter

Největší množství bakterií se nalézá v půdě.Odhaduje se,že se zde nachází řádově až 108 gramu bakterií.Většinou se jedná o saprofytické organismy (reducenti),
kteří plní úlohu mineralizace prostředí (přeměna organických látek na anorganické, umožnění koloběhu látek jako C,N,S apod.) a zúrodňování půdy.Některé druhy se mohou při styku s jinými organismy, kteří splňují podmínky pro jejich život, stát jejich parazity (viz patogenní organismy)

BAKTERIE ŽIJÍCÍ VE VODĚ:
Zástupci:bakterie cholery – Vibrio cholerae

Vodní bakterie se nacházejí hlavně ve vodách se zvýšeným obsahem organických látek, kde se obdobně jako bakterie půdní starají o mineralizaci vody a podílejí se na procesech samočištění vody.Některé druhy se mohou stát také parazity jiných organismů

BAKTERIE PATOGENNÍ:
Zástupci:mezi nejnebezpečnější patogenní bakterie živočichů patří:
bakterie moru – Yersinia pestis
bakterie sněti slezinné,„anthraxu“,-Bacillus anthracis
bakterie „zlatý stafylokok“-Staphylococcus aureus (způsobuje hlavně těžké záněty)

mezi patogenní bakterie rostlin působící škody na plodinách patří:
rod Agrobacterium – způsobuje nádory rostlin (hlavně na ovocných stromech a kořenech
zvláště kořenové zeleniny)
rod Corynebacterium – ucpává cévní svazky rostlin (rajčata, řepa apod.)
rod Erwinia – způsobuje nekrózy kulturních rostlin (např:spála ovocných stromů)

Tyto bakterie žijí ve vnitřním prostředí jiných organismů parazitickým způsobem a vyvolávají nejrůznější lehká, těžká nebo i smrtelná infekční onemocnění.Při proniknutí do organismu se nejdříve snaží místo, kde naleznou vhodné podmínky pro život a rozmnožování, kolonizovat a následně infikovat.Patogenní bakterie parazitují jak v těla živočichů, tak i na rostlinách. Bakteriální infekční onemocnění se nejčastěji léčí antibiotiky, které jsou nejúčinnějším prostředkem při léčbě těchto onemocněních.

BAKTERIE SYMBIOTICKÉ A KOMENZALICKĚ
Zástupci: rod Succinivibrio – pomáhají trávit v trávicí soustavě přežvýkavců
celulózu
rod Bifidobacterium – pomáhá člověku při trávicích procesech ve střevě

Bakterie symbiotické žijí ve vnitřním prostředí jiného organismu aniž by ohrožovaly jeho život nebo ho jinak poškozovaly.Oba organismy (jak hostitel tak i symbiont) mají ze vzájemného soužití užitek
Bakterie komenzalické také neohrožují hostitelský organismus, ale ten z jejich přítomnosti nemá žádný užitek.Energii čerpají z metabolických zbytků hostitelského organismu.

BAKTERIE ŽIJÍCÍ VE VZDUCHU (druhotně vzniklá skupina):
Bakterie, které se do ovzduší dostávají druhotně s vířeným prachem nebo v kapénkách slin, hlenu či potu.Většinou se jedná o patogenní bakterie (parazité) nebo saprofytické bakterie (reducenti).

Výše uvedené skupiny charakterizují základní prostředí, kde bakterie žijí, ale pro
život bakterií musí prostředí splňovat i jiné - charakterističtější podmínky (podle těchto pod-
mínek můžeme rozdělit a charakterizovat bakterie do dalších specifičtějších skupin ):

ANAEROBNÍ BAKTERIE:
Zástupci: rod Clostridium

bakterie striktně anaerobní = potřebující pro život zamezení přístupu vzduchu,
protože je pro ně jedovatý, prostředí typická pro tyto
bakterie jsou rašeliniště, dna vod, bahenní sedimenty
bakterie fakultativně anaerobní = mohou růst za nepřítomnosti kyslíku, ale v takovémto
prostředí je jejich růst pomalejší, protože využívají kyslík
jako zdroj energie
bakterie aerotolerantní = pro život kyslík nepotřebují a ani jim do jisté míry nevadí

AEROBNÍ BAKTERIE
Zástupci:většina známých bakterií (např: rod Nitrococcus, rod Streptococcus aj.)

bakterie striktně aerobní = ke svému růstu nezbytně potřebují kyslík
bakterie fakultativně aerobní = mohou růst za přítomnosti kyslíku, ale v takovémto
prostředí rostou pomaleji

ACIDOFILNÍ BAKTERIE
Zástupci:Alicyclobacillus

bakterie striktně acidofilní = mohou žít pouze v prostředí s nízkým pH, které se většinou
pohybuje okolo 0,5, neutrální prostředí je pro ně jedovaté
bakterie obligátně acidofilní = mohou jako většina bakterií žít v neutrálním prostředí, ale
prostředí s nízkým pH jim nevadí

ALKAFILNÍ BAKTERIE
Zástupci: Acetobacter aceti

bakterie alkafilní = druhy schopné žít v prostředí s vyšší hodnotou pH, typická
prostředí pro tyto druhy jsou jezera s vysokým obsahem jodu

PSYCHROFILNÍ BAKTERIE
Zástupci: Aquaspirillum

bakterie psychrofilní = žijí a rychle se množí v prostředí s nízkou teplotou,
extrémně psychrofilní bakterie žijí v hloubkách okolo 100 m ,
kde se teplota stále pohybuje okolo 1-2 °C a je nedostatek
světla

TERMOFILNÍ BAKTERIE
Zástupci: rod Thermoproteus

bakterie termofilní = rostou při vyšších teplotách, než je charakteristické pro většinu bakterií, žijí například v půdě, kde teplota může dosáhnout teploty na slunci až 50 °C nebo v horkých pramenech do teploty 110 °C (průměrně se ale teplota prostředí, kde žijí pohybuje okolo 40 °C

HALOFILNÍ BAKTERIE
Zástupci:Halobacterium

bakterie halofilní = žijí v prostředí s vysokým osmotickým tlakem (tedy s vysokým obsahem solí), jsou adaptovány na nedostatek vody v cytoplazmě, charakteristické prostředí je pro ně moře a slaná jezera

BAROFILNÍ BAKTERIE
Zástupci:Methanococcus

bakterie barofilní = bakterie, které jsou přizpůsobeny tlaku až 100 MPa, charakteristická prostředí jsou pro ně podmořské horké prameny sloužící jako zdroj energie a živin

bakterie barotolerantní = tolerují tlak do 50 MPa, ale mohou žít i v tlaku menším, žijí na
dně moří

2.Podle způsobu získávání energie
a látek, které produkují při metabolismu, můžeme bakterie dělit
na tyto základní skupiny:

BAKTERIE SAPROFYTICKÉ:
Zástupci:rody Bacillus, Cellulomonas, Enterobacter

Saprofytické bakterie žijí převážně v půdě či ve vodě (jedná se tedy hlavně o zástupce bakterií žijících ve vodě a v půdě).Rozkládají látky organického původu na látky anorganické nebo na jednodušší organické - znehodnocují potraviny, rozkládají polysacharidy nebo bílkoviny rostlinného či živočišného původu vzniklé při metabolismu nebo uhynutí organismu.Některé druhy mohou být při vhodných podmínkách i patogenními druhy.

BAKTERIE HLÍZKOVÉ:
Zástupci:rod Rhizobium

Vyskytují se v půdě na kořenech bobovitých rostlin, s nimiž žijí v symbióze.Zde fixují dusík a tím obohacují půdu o dusíkaté látky.

BAKTERIE NITRIFIKAČNÍ:
Zástupci:Nitrobacter, Nitrosococcus

Oxidují amonné soli a dusitany za vzniku dusičnanů.

BAKTERIE DENITRIFIKAČNÍ:
Zástupci:rod Pseudomonas

Jejich metabolický cyklus je obrácený než u nitrifikačních bakterií.Tyto bakterie postupně rozkládají dusitany a dusičnany až na molekulární dusík a tím ochuzují půdu o dusíkaté látky.

BAKTERIE PRODUKUJÍCÍ METAN:
Zástupci:Methanobacterium, Methanococcus

Tato skupina anaerobních bakterií žije ve vodě, kde je bahno.

BAKTERIE FOTOTROFNÍ:
Zástupci:bakterie zelené, bakterie purpurové

Tyto bakterie žijí ve vodě.Jsou jedni z prvních fototrofních organismů mající bakteriochlorofyly, které ovšem neprodukují kyslík, ale oxidují sirovodík na síru.

3.Podle typu a reakce na barvení
se bakterie dělí do těchto skupin:

A)GRAMOVO barvení:
Způsob provedení:
Po fixaci bakterií teplem se nejdříve obarví trifenylmethanovým barvivem (krystalová violeť) a následně roztokem jodu (Lugolem).Následně se vzorek ponoří do rozpouštědla (aceton nebo ethanol).Jestliže se barvivo z buněčné stěny po ponoření do rozpouštědla nevymylo a ta zůstala obarvená modře, jedná se o bakterie grampozitivní.Při opačněm výsledku, kdy doślo k odbarvení buněčné stěny, se jedná o gramnegetivní bakterie.Ty se pak ještě pro rozlišení dodatečně barví například safraninem na růžovo.

1.Tepelně fixované 2.Obarvení komplexem 3.Odbarvení rozpouštědlem:
bakterie: kryst. violoti a jodu:

4.Dodatečně obarvení
(pro odlišení):
Grampozitivní bakterie

Gramnegativní bakterie

1.)GRAMNEGATIVNÍ BAKTERIE:
Zástupci:Haemophilus, Enterobacteriaceae
Tyto bakterie mají buněčnou stěnu tenčí, ale složitěji uspořádanou než grampozitivní bakterie.Ta se skládá z méně propojené vrstvy peptidoglykanu, od které na vnějším konci je vrstva s bílkovinami a lipopolysacharidem tvořící zevní membránu.Na vnitřním konci buněčné stěny se ještě nachází plazmatická membrána.

Peptidoglykan Plazmatická membrána

Zevní membrána
Lipopolysacharid
Bílkoviny

2.)GRAMPOZITIVNÍ BAKTERIE:
Zástupci:rody Staphylococcus, Streptococcus
Buněčná stěna téchto bakterií je tvořena peptidoglykanem, který je uspořádán do více vrstev, jenž jsou více propojené.Na povrchu pronikají do stěny teichoové kyseliny.Větśina grampozitivních bakterií nemá ve stěně lipidy.Na vnitřním konci buněčné stěny se nachází plazmatická membrána.

Peptidoglykan

Plazmatická membrána

B)ZIEHLOVO – NEELSENOVO barvení:
Způsob barvení, který slouží k průkazu acidofilních bakterií (například bakterie tuberkulózy – Mucobacterium tuberculosis

C)DALŠÍ METODY:
Mimo těchto tří základních a nejdůležitějších typů barvení existuje spousta dalších metod sloužících k orientačnímu průkazu bakterií, které jsou ale většinou založeny na principu fluorescenčních metod.

Podle tvaru buňky můžeme řadit
bakterie do těchto skupin:

Koky
= bakterie kulovitého tvaru, které podle počtu spojení a tvaru vytvořeného útvaru rozlišujeme do 5 skupin:

- Monokoky:
Zástupci: Francisella tularensis

Monokoky jsou bakterie kulovitého tvaru, které se nespojují do žádných řetězců (žijí samostatně).

Schéma:

- Diplokoky:
Zástupci: Neisseria gonorhoeaer

Diplokoky jsou bakterie kulovitého tvaru spojující se do řetězce po dvou.

Schéma:

-Stafylokoky:
Zástupci: Staphylococcus aureus

Stafylokoky jsou bakterie tvořící útvar, kde se spojuje více koků dohromady.Takto vytvořený tvar spojení je nepravidelný a připomíná tvar hroznu.

Schéma:

- Sterptokoky:
Zástupci: Sterptococcus pyogenes

Streptokoky jsou bakterie tvořící lineární řetězce, které vznikly spojením 3 a více koků.

Schéma:

- Sarciny:
Zástupci: Peptococcus anaerobius