Budowa bakterii

Bakterie to mikroskopijne, jednokomórkowe organizmy prokariotyczne, które występują w każdym znanym ekosystemie na Ziemi, np. glebie, skałach, oceanach i obszarach arktycznych. Niektóre z nich żyją wewnątrz lub na powierzchni innych żywych organizmów, w tym również w ciele człowieka.  Wielu z nas kojarzy bakterie głównie jako czynnik etiologiczny różnych chorób. Należy jednak pamiętać, że oprócz tego, mikroorganizmy te pełnią wiele pozytywnych ról, m.in. są niezwykle przydatne w procesie fermentacji produktów mlecznych oraz obiegu pierwiastków w przyrodzie, a obecne w jelitach człowieka pomagają w trawieniu pokarmów i produkcji witamin.

Mikroorganizmy te charakteryzują się prostą budową komórkową oraz wykazują duże zdolności adaptacyjne do zmiennych warunków środowiska.

Budowa bakterii

W budowie komórki bakteryjnej wyróżniamy następujące elementy:

• Otoczkę
• Ścianę komórkową
• Błonę komórkową (cytoplazmatyczną)
• Rzęski
• Fimbrie (pile)
• Cytoplazma
• Materiał zapasowy i inkluzje komórkowe (np. wakuole gazowe, karboksysomy)
• Rybosomy
• Plazmidy
• Nukleoid (genofor)

Jednym z najważniejszych elementów komórki bakteryjnej jest ściana komórkowa zbudowana z peptydoglikanu zwanego również mureiną. Składa się on z długich łańcuchów polisacharydowych utworzonych głównie przez powtarzające się jednostki  N-acetylo-D-glukozaminy oraz kwasu N-acetylo-D-muraminowego, połączonych wiązaniem β(1→4) O-glikozydowym. Poszczególne gatunki bakterii wykazują różnice pod względem budowy i grubości warstwy peptydoglikanu obecnego w ścianie komórkowej, co umożliwia ich różnicowanie na bakterie Gram-ujemne i Gram-dodatnie. Ściana komórkowa bakterii nadaje komórce określony kształt i chroni ją przed niekorzystnymi czynnikami zewnętrznymi, np. promieniowaniem UV.

Niektóre bakterie na zewnętrznej ścianie komórkowej posiadają również otoczkę (zewnętrzną błonę) złożoną z lipopolisacharydów i fosfolipidów, która często stanowi główny czynnik zjadliwości, chroni ją przed wysychaniem w środowisku naturalnym oraz ułatwia adhezje (przyleganie) do komórek innych bakterii lub gospodarza.

Pomiędzy ścianą komórkową a cytoplazmą znajduje się półprzepuszczalna błona komórkowa (cytoplazmatyczna). Podstawową jej funkcją jest zapewnienie naturalnej bariery między wnętrzem komórki a środowiskiem zewnętrznym. Ponadto, bierze ona udział w kontroli takich procesów komórkowych, jak: transport i dyfuzja niskocząsteczkowych związków niepolarnych, przekazywanie sygnałów między komórkami oraz sekrecji białek. Zbudowana jest głównie z dwuwarstwy fosfolipidów, w której zawieszone są zdolne do swobodnego przemieszczania się cząsteczki białka. Taki schemat budowy błon komórkowych określany jest zwykle modelem płynnej mozaiki.

Zewnątrzkomórkowe struktury odpowiadające za ruch bakterii to rzęski. Są to helikalnie skręcone struktury zbudowane z kurczliwego białka zwanego flagelliną osiągające długość od kilku do kilkunastu mikrometrów (zwykle od 5 do 20 µm). Zakotwiczone są one w błonie cytoplazmatycznej za pomocą ciałka podstawowego, które to jest połączone z włóknami rzęski za pomocą elastycznego odcinka zwanego haczykiem.  Liczba i umiejscowienie rzęsek w bakterii może być uznawane za cechę taksonomiczną.

Rysunek 1. Budowa komórki bakteryjnej. Autor: Ali Zifan

Innym przykładem zewnątrzkomórkowych struktur są białkowe nitkowate wyrostki fimbrie  o długości 0,5-2 µm. Wyróżniamy dwa typy fimbrii, tj. fimbrie pospolite umożliwiające adhezję bakterii oraz fimbrie płciowe (fimbrie F, pili płciowe) biorące udział w procesie koniugacji.

Jak już wspomniano w poprzednim artykule cytoplazma to substancja półpłynna, która otacza takie organelle komórkowe jak: rybosomy, plazmidy,  czy nukleoid. Obecne są również tutaj różnego rodzaju materiały zapasowe (np. polisacharydy, poli-β-hydroksymaślan, polifosforany, globule siarki, cyjanoficyna), które są widoczne najczęściej w postaci ziarnistości lub innego rodzaju rodzaju inkluzji komórkowych (wtrętów), kryształów i kropelek.

Bakterie jako organizmy prokariotycznie nie posiadają jądra komórkowego. Ich informacja genetyczna zapisana jest w postaci kolistej cząsteczki dwuniciowego DNA zwanej genoforem (chromosom bakteryjny).  Natomiast obszar cytoplazmy, w której cząsteczka kwasu nukleinowego jest obecna określono mianem nukleoidu. Zidentyfikowano bakteryjne mikroorganizmy posiadające liniowy chromosom, np. Borrelia burdorferii, czy Streptomyces coelicolor, a także zawierające więcej niż jeden chromosom, np. Vibrio cholerae.  Wielkość chromosomu mieści się w zakresie od 0,11 Mpz (u Candidatus Nasuia deltocephalinicola) do 15 Mpz (u Sorangium cellulosum).

Niektóre gatunki bakteryjne zawierają dodatkowy materiał genetyczny zawarty w postaci autonomicznych, samoreplikujących się kulistych plazmidów. Zwykle informacja genetyczna zapisana w tych strukturach nie jest niezbędna dla prawidłowego funkcjonowania bakterii, lecz warunkuje im dodatkowe cechy, np. zdolność do syntezy niektórych metabolitów i bakteriocyn oporność na antybiotyki, co umożliwia im uzyskanie przewagi nad innymi mikroorganizmami.

Podobnie jak u Eukaryota, w komórce Prokaryota obecne są makrokompleksy białkowo-nukleinowe, tj. rybosomy, których podstawową funkcją jest synteza białek. Bakteryjne rybosomy charakteryzują się nieco niższą masą cząsteczkową (2,5 MDa) oraz mniejszym współczynnikiem sedymentacji Svedberga wynoszącym 70S. W skład takiego rybosomu wchodzą dwie podjednostki, tj. mała (30S) i duża (50S).  Podjednostka 50S zbudowana jest zwykle z dwóch cząsteczek rRNA (np. u E. coli są to cząsteczki 23S i 5S) oraz 33 białek, natomiast podjednostka 30S utworzona jest przez jedną cząsteczkę rRNA (u E.coli 16S) i 21 białek.

Literatura:

1.  Hans G. Schlegel „Mikrobiologia ogólna” Wydawnictwo Naukowe PWN; Warszawa 2000
2.  A. Różalski „Ćwiczenia z Mikrobiologii Ogólnej” Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego; Łódź 1996