Ani si nevieme predstaviť, koľko mikroorganizmov nás neustále obklopuje. Držaním zábradlia v autobuse ste si už nasadili na ruku asi stotisíc baktérií, vstupom na verejné WC ste sa zase odmenili týmito mikroorganizmami. Baktérie vždy a všade sprevádzajú človeka. Na toto slovo ale netreba reagovať negatívne, pretože baktérie sú nielen patogénne, ale aj telu prospešné.
Vedci boli veľmi prekvapení, keď si uvedomili, že niektoré baktérie si zachovali svoj vzhľad približne miliardu rokov. Takéto mikroorganizmy boli dokonca porovnávané s automobilom Volkswagen - vzhľad jedného z ich modelov sa 40 rokov nezmenil a má ideálny tvar.
Baktérie boli medzi prvými, ktoré sa objavili na Zemi, a tak ich možno právom nazvať dlhovekými. Zaujímavosťou je, že tieto bunky nemajú vytvorené jadro, a preto dodnes priťahujú veľkú pozornosť svojou štruktúrou.
Čo sú baktérie?
Baktérie sú mikroskopické organizmy rastlinného pôvodu. Štruktúra bakteriálnej bunky (tabuľka, diagramy existujú pre jasné pochopenie typov týchto buniek) závisí od jej účelu.
Tieto bunky sú všadeprítomné, pretože sa môžu rýchlo množiť. Existujú vedecké dôkazy, že len za šesť hodín môže jedna bunka vyprodukovať potomstvo 250 tisíc baktérií. Tieto jednobunkové organizmy prichádzajú v mnohých variantoch, ktoré sa líšia tvarom.
Baktérie sú veľmi húževnaté organizmy, ich spóry si dokážu zachovať schopnosť žiť 30-40 rokov. Tieto spóry sú transportované fúkajúcim vetrom, tečúcou vodou a inými prostriedkami. Životaschopnosť sa udržiava až do teploty 100 stupňov a pri miernom mraze. A predsa, akú štruktúru má bakteriálna bunka? Tabuľka popisuje hlavné zložky baktérií, funkcie ostatných organel sú uvedené nižšie.
Globulárne (koky) baktérie
Majú patogénnu povahu. Koky sú rozdelené do skupín v závislosti od ich vzájomnej polohy:
- Mikrokoky (malé). Rozdelenie prebieha v jednej rovine. Usporiadanie v chaotickom jedinom poradí. Živia sa hotovými organickými zlúčeninami, ale nezávisia od iných organizmov (saprofytov).
- Diplokoky (dvojité). Delia sa v rovnakej rovine ako mikrokoky, ale tvoria párové bunky. Navonok pripomínajú fazuľu alebo lancelet.
- Streptokoky (vo forme reťazca). Rozdelenie je rovnaké, ale bunky sú navzájom spojené a vyzerajú ako korálky.
- Staphylococcus (hroznový strapec). Tento druh sa delí v niekoľkých rovinách a vytvára zhluk buniek podobných hroznu.
- Tetrakoky (štyri). Bunky sa delia v dvoch kolmých rovinách a vytvárajú tetrády.
- Sarcinas (väzivo). Takéto bunky sa delia v troch rovinách, ktoré sú na seba navzájom kolmé. Navyše vzhľadom vyzerajú ako vrecia alebo balíky, ktoré pozostávajú z mnohých jedincov párneho počtu.
Cylindrické (tyčinkové) baktérie
Tyčinky, ktoré tvoria spóry, sa delia na klostrídie a bacily. Vo veľkosti sú tieto baktérie krátke a veľmi krátke. Koncové časti tyčiniek sú zaoblené, zahustené alebo odrezané. V závislosti od lokalizácie baktérií sa rozlišuje niekoľko skupín: mono-, diplo- a streptobaktérie.
Špirálovité (spletité) baktérie
Tieto mikroskopické bunky sa dodávajú v dvoch typoch:
- Vibrios (s jediným ohybom alebo vo všeobecnosti rovný).
- Spirilla (veľká veľkosť, ale málo kudrliniek).
Vláknité baktérie. Existujú dve skupiny takýchto foriem:
- Dočasné vlákna.
- Trvalé vlákna.
Štrukturálne znaky bakteriálnej bunky spočívajú v tom, že počas svojej existencie je schopná meniť tvar, ale polymorfizmus sa nededí. Na bunku počas metabolizmu v tele pôsobia rôzne faktory, v dôsledku čoho sa pozorujú kvantitatívne zmeny v jej vzhľade. Ale akonáhle sa vonkajšia činnosť zastaví, bunka nadobudne svoj predchádzajúci obraz. Aké sú štrukturálne znaky bakteriálnej bunky možno odhaliť jej skúmaním pomocou mikroskopu.
Štruktúra bakteriálnej bunky, membrána
Škrupina dodáva a udržiava tvar bunky a chráni vnútorné komponenty pred poškodením. V dôsledku neúplnej permeability sa do bunky nemôžu dostať všetky látky, čo podporuje výmenu nízko- a vysokomolekulárnych štruktúr medzi vonkajším prostredím a samotnou bunkou. V stene sa vyskytujú aj rôzne chemické reakcie. Pomocou elektrónového mikroskopu nie je ťažké študovať detailnú štruktúru bakteriálnej bunky.
Základ plášťa obsahuje polymér mureín. Gram-pozitívne baktérie majú jednovrstvovú kostru pozostávajúcu z mureínu. Tu sú polysacharidové a lipoproteínové komplexy, fosfáty. V gramnegatívnych bunkách má mureínová kostra veľa vrstiev. Vonkajšia vrstva susediaca s bunkovou stenou je cytoplazmatická membrána. Má tiež určité vrstvy obsahujúce proteíny s lipidmi. Hlavnou funkciou cytoplazmatickej membrány je kontrola prieniku látok do bunky a ich odstraňovanie (osmotická bariéra). Toto je pre bunky veľmi dôležitá funkcia, pretože pomáha chrániť bunky.
Zloženie cytoplazmy
Živá polotekutá látka, ktorá vypĺňa bunkovú dutinu, sa nazýva cytoplazma. Bakteriálna bunka obsahuje veľké množstvo bielkovín a zásobu živín (tukov a tukom podobných látok). Fotografia urobená počas mikroskopického vyšetrenia jasne ukazuje jednotlivé časti vnútri cytoplazmy. Hlavné zloženie zahŕňa ribozómy, usporiadané v chaotickom poradí a vo veľkom počte. Obsahuje tiež mezozómy obsahujúce redoxné enzýmy. Vďaka nim bunka čerpá energiu. Jadro je prezentované vo forme jadrovej látky umiestnenej v chromatínových telách.
Funkcie ribozómov v bunkách
Ribozómy pozostávajú z podjednotiek (2) a sú to nukleoproteíny. Vzájomným spojením tvoria tieto základné prvky polyzómy alebo polyribozómy. Hlavnou úlohou týchto inklúzií je syntéza bielkovín, ku ktorej dochádza na základe genetickej informácie. Rýchlosť sedimentácie 70S.
Vlastnosti bakteriálneho jadra
Genetický materiál (DNA) sa nachádza v neformovanom jadre (nukleoide). Toto jadro sa nachádza na niekoľkých miestach v cytoplazme a je to voľná škrupina. Baktérie, ktoré majú takéto jadro, sa nazývajú prokaryoty. Jadrovému aparátu chýba membrána, jadierko a sada chromozómov. A deoxyribonukleová kyselina sa v ňom nachádza vo zväzkoch fibríl. Schéma štruktúry bakteriálnej bunky podrobne demonštruje štruktúru jadrového aparátu.
Za určitých podmienok sa u baktérií môžu vyvinúť slizovité membrány. V dôsledku toho sa vytvorí kapsula. Ak je hlien veľmi silný, potom sa baktérie premenia na zooglea (všeobecná hlienová hmota).
Kapsula bakteriálnych buniek
Štruktúra bakteriálnej bunky má zvláštnosť - prítomnosť ochrannej kapsuly pozostávajúcej z polysacharidov alebo glykoproteínov. Niekedy sú tieto kapsuly zložené z polypeptidov alebo vlákniny. Nachádza sa na vrchu bunkovej membrány. Hrúbka kapsuly môže byť hrubá alebo tenká. K jeho tvorbe dochádza v dôsledku podmienok, v ktorých sa bunka nachádza. Hlavnou vlastnosťou kapsuly je chrániť baktérie pred vysychaním.
Štruktúra bakteriálnej bunky okrem ochranného puzdra zabezpečuje jej motorickú schopnosť.
Bičíky na bakteriálnych bunkách
Bičíky sú ďalšie prvky, ktoré vykonávajú pohyb buniek. Sú prezentované vo forme nití rôznych dĺžok, ktoré pozostávajú z flagelínu. Ide o proteín, ktorý má schopnosť kontrahovať.
Zloženie bičíka je trojzložkové (vlákno, háčik, bazálne telo). V závislosti od ich pripojenia a umiestnenia bolo identifikovaných niekoľko skupín pohyblivých baktérií:
- Monotrichs (tieto bunky majú 1 bičík umiestnený polárne).
- Lophotrichs (bičíky vo forme zväzku na jednom konci bunky).
- Amphitrichy (chumáče na oboch koncoch).
O baktériách je veľa zaujímavých faktov. Takže je už dávno dokázané, že mobil obsahuje obrovské množstvo týchto buniek, dokonca aj na záchodovej doske je ich menej. Iné baktérie nám umožňujú žiť kvalitný život – jesť, vykonávať určité činnosti a bez problémov oslobodzujú naše telo od produktov rozkladu živín. Baktérie sú skutočne rozmanité, ich funkcie sú mnohostranné, no netreba zabúdať ani na ich patologický vplyv na organizmus, preto je dôležité sledovať vlastnú hygienu a čistotu okolo nás.
Povinné a voliteľné štruktúrne zložky bakteriálnej bunky, ich funkcie. Rozdiely v štruktúre bunkovej steny grampozitívnych a gramnegatívnych baktérií. L-formy a nekultivovateľné formy baktérií
Baktérie sú prokaryoty a výrazne sa líšia od rastlinných a živočíšnych buniek (eukaryotov). Patria medzi jednobunkové organizmy a pozostávajú z bunkovej steny, cytoplazmatickej membrány, cytoplazmy, nukleoidu (povinné zložky bakteriálnej bunky). Niektoré baktérie môžu mať bičíky, kapsuly a spóry (voliteľné zložky bakteriálnej bunky).
V prokaryotickej bunke sa štruktúry nachádzajúce sa mimo cytoplazmatickej membrány nazývajú povrchové (bunková stena, kapsula, bičíky, klky).
Bunková stena je dôležitým štruktúrnym prvkom bakteriálnej bunky, nachádza sa medzi cytoplazmatickou membránou a kapsulou; u nekapsulárnych baktérií je to vonkajšia bunková membrána. Vykonáva množstvo funkcií: chráni baktérie pred osmotickým šokom a inými škodlivými faktormi, určuje ich tvar, podieľa sa na metabolizme; v mnohých typoch patogénnych baktérií je toxický, obsahuje povrchové antigény a na povrchu nesie aj špecifické receptory pre fágy. Stena bakteriálnej bunky obsahuje póry, ktoré sa podieľajú na transporte exotoxínov a iných bakteriálnych exoproteínov.
Hlavnou zložkou bakteriálnej bunkovej steny je peptidoglykán alebo mureín (latinsky murus - stena), nosný polymér, ktorý má sieťovú štruktúru a tvorí tuhú (tvrdú) vonkajšiu kostru bakteriálnej bunky. Peptidoglykán má hlavný reťazec (hlavný reťazec) pozostávajúci zo striedajúcich sa zvyškov N-acetyl-M-glukozamínu a kyseliny N-acetylmuramovej spojených 1,4-glykozidovými väzbami, identických tetrapeptidových bočných reťazcov pripojených k molekulám kyseliny N-acetylmuramovej a krátkeho krížového peptidu reťazce mostíky spájajúce polysacharidové reťazce.
Na základe ich farbiacich vlastností sú všetky baktérie rozdelené do dvoch skupín: grampozitívne a gramnegatívne. Gram-pozitívne baktérie pevne fixujú komplex genciánovej violeti a jódu, nepodliehajú bieleniu etanolom a preto nevnímajú prídavné farbivo fuchsín, zostávajúce fialové. U gramnegatívnych baktérií sa tento komplex ľahko vymyje z bunky etanolom a po dodatočnej aplikácii fuchsínu sčervenajú. U niektorých baktérií sa pozitívne Gramovo farbenie pozoruje iba v štádiu aktívneho rastu. Schopnosť prokaryotov zafarbiť sa podľa Grama alebo odfarbiť etanolom je určená špecifickým chemickým zložením a ultraštruktúrou ich bunkovej steny. bakteriálny chlamýdiový trachóm
L-formy baktérií sú fenotypové modifikácie alebo mutanty baktérií, ktoré čiastočne alebo úplne stratili schopnosť syntetizovať peptidoglykán bunkovej steny. L-formy sú teda baktérie defektné v bunkovej stene. Vznikajú pod vplyvom L-transformačných činidiel - antibiotík (penicilín, polymyxín, bacitracín, venkomycín, streptomycín), aminokyselín (glycín, metionín, leucín atď.), enzýmu lyzozýmu, ultrafialového a röntgenového žiarenia. Na rozdiel od protoplastov a sféroplastov majú L-formy relatívne vysokú životaschopnosť a výraznú schopnosť reprodukovať sa. Z hľadiska morfologických a kultúrnych vlastností sa výrazne líšia od pôvodných baktérií, čo je spôsobené stratou bunkovej steny a zmenami v metabolickej aktivite. Bunky L-formy majú dobre vyvinutý systém intracytoplazmatických membrán a štruktúr podobných myelínu. V dôsledku defektu bunkovej steny sú osmoticky nestabilné a možno ich kultivovať len v špeciálnych médiách s vysokým osmotickým tlakom; prechádzajú cez bakteriálne filtre. Existujú stabilné a nestabilné L-formy baktérií. Prvé sú úplne bez pevnej bunkovej steny; extrémne zriedkavo sa vracajú do svojich pôvodných bakteriálnych foriem. Posledne menované môžu mať prvky bunkovej steny, v ktorej sú podobné sféroplastom; v neprítomnosti faktora, ktorý spôsobil ich vznik, sú vrátené do pôvodných buniek.
Proces tvorby L-foriem sa nazýva L-transformácia alebo L-indukcia. Takmer všetky druhy baktérií, vrátane patogénnych (pôvodcovia brucelózy, tuberkulózy, listérie atď.), majú schopnosť podstúpiť L-transformáciu.
L-formám sa pripisuje veľký význam pri vzniku chronických recidivujúcich infekcií, prenášaní patogénov a ich dlhodobom pretrvávaní v organizme. Infekčný proces spôsobený L-formami baktérií je charakterizovaný atypickosťou, trvaním priebehu, závažnosťou ochorenia a ťažko sa lieči chemoterapiou.
Kapsula je mukózna vrstva umiestnená nad bunkovou stenou baktérie. Látka kapsuly je jasne ohraničená od okolia. Kapsula nie je základnou štruktúrou bakteriálnej bunky: jej strata nevedie k smrti baktérie.
Látka kapsúl pozostáva z vysoko hydrofilných miciel a ich chemické zloženie je veľmi rôznorodé. Hlavnými zložkami väčšiny prokaryotických kapsúl sú homo- alebo hetropolysacharidy (entrobaktérie atď.). V niektorých typoch bacilov sú kapsuly vyrobené z polypeptidu.
Kapsuly zabezpečujú prežitie baktérií, chránia ich pred mechanickým poškodením, vysychaním, infekciou fágmi, toxickými látkami a v patogénnych formách - pred pôsobením ochranných síl makroorganizmu: zapuzdrené bunky sú slabo fagocytované. U niektorých typov baktérií, vrátane patogénnych, podporuje prichytenie buniek k substrátu.
Bičíky sú organely bakteriálneho pohybu, reprezentované tenkými, dlhými, vláknitými štruktúrami proteínovej povahy.
Bičík sa skladá z troch častí: špirálové vlákno, háčik a základné telo. Háčik je zakrivený proteínový valec, ktorý pôsobí ako flexibilné spojenie medzi základným telom a pevným vláknom bičíka. Základné telo je zložitá štruktúra pozostávajúca z centrálnej tyče (osi) a krúžkov.
Bičíky nie sú životne dôležité štruktúry bakteriálnej bunky: v baktériách existujú fázové variácie, keď sú prítomné v jednej fáze bunkového vývoja a chýbajú v inej.
Počet bičíkov a ich umiestnenie v rôznych druhoch baktérií nie sú rovnaké, ale sú stabilné pre jeden druh. V závislosti od toho sa rozlišujú tieto skupiny bičíkových baktérií: moiotrichy - baktérie s jedným polárne umiestneným bičíkom; amfitrichné - baktérie s dvoma polárne usporiadanými bičíkmi alebo so zväzkom bičíkov na oboch koncoch; lophotrichs - baktérie so zväzkom bičíkov na jednom konci bunky; peritrichous - baktérie s mnohými bičíkmi umiestnenými po stranách bunky alebo na celom jej povrchu. Baktérie, ktoré nemajú bičíky, sa nazývajú atrichia.
Ako orgány pohybu sú bičíky typické pre plávajúce tyčinkovité a stočené formy baktérií a vyskytujú sa len v ojedinelých prípadoch v kokoch. Poskytujú efektívny pohyb v tekutých médiách a pomalší pohyb na povrchu pevných substrátov.
Pili (fimbrie, klky) sú rovné, tenké, duté proteínové valčeky vybiehajúce z povrchu bakteriálnej bunky. Sú tvorené špecifickým proteínom – pilínom, pochádzajú z cytoplazmatickej membrány, nachádzajú sa v pohyblivých a imobilných formách baktérií a sú viditeľné iba v elektrónovom mikroskope. Na povrchu bunky môže byť od 1-2, 50-400 alebo viac pili až po niekoľko tisíc.
Existujú dve triedy pili: sexuálne pili (sexpili) a všeobecné pili, ktoré sa častejšie nazývajú fimbrie. Tá istá baktéria môže mať pili rôznej povahy. Sexuálne pili sa objavujú na povrchu baktérií počas procesu konjugácie a plnia funkciu organel, cez ktoré sa prenáša genetický materiál (DNA) z darcu na príjemcu.
Pili sa podieľajú na agregácii baktérií do aglomerátov, prichytávaní mikróbov na rôzne substráty vrátane buniek (adhezívna funkcia), na transporte metabolitov a tiež prispievajú k tvorbe filmov na povrchu tekutých médií; spôsobiť aglutináciu červených krviniek.
Cytoplazmatická membrána (plazmolema) je semipermeabilná lipoproteínová štruktúra bakteriálnych buniek, ktorá oddeľuje cytoplazmu od bunkovej steny. Je to povinná multifunkčná súčasť bunky. Zničenie cytoplazmatickej membrány vedie k smrti bakteriálnej bunky.
Chemicky je cytoplazmatická membrána proteín-lipidový komplex pozostávajúci z proteínov a lipidov. Hlavnú časť membránových lipidov predstavujú fosfolipidy. Skladá sa z dvoch monomolekulových proteínových vrstiev, medzi ktorými je lipidová vrstva pozostávajúca z dvoch radov pravidelne orientovaných lipidových molekúl.
Cytoplazmatická membrána slúži ako osmotická bariéra bunky, riadi tok živín do bunky a uvoľňovanie metabolických produktov smerom von, obsahuje substrátovo špecifické permeázové enzýmy, ktoré vykonávajú aktívny selektívny prenos organických a anorganických molekúl.
Počas bunkového rastu tvorí cytoplazmatická membrána početné invagináty, ktoré tvoria intracytoplazmatické membránové štruktúry. Miestne membránové invagináty sa nazývajú mezozómy. Tieto štruktúry sú dobre exprimované v grampozitívnych baktériách, horšie v gramnegatívnych baktériách a slabo exprimované v rickettsiách a mykoplazmách.
Mezozómy, podobne ako cytoplazmatická membrána, sú centrami bakteriálnej respiračnej aktivity, preto sa niekedy nazývajú analógmi mitochondrií. Význam mezozómov však ešte nie je úplne objasnený. Zväčšujú pracovný povrch membrán, možno vykonávajú len štrukturálnu funkciu, rozdeľujú bakteriálnu bunku na relatívne oddelené kompartmenty, čo vytvára priaznivejšie podmienky pre výskyt enzymatických procesov. V patogénnych baktériách zabezpečujú transport proteínových molekúl exotoxínov.
Cytoplazma je obsah bakteriálnej bunky ohraničený cytoplazmatickou membránou. Pozostáva z cytosolu – homogénnej frakcie, vrátane rozpustných zložiek RNA, substrátových látok, enzýmov, metabolických produktov a štruktúrnych prvkov – ribozómov, intracytoplazmatických membrán, inklúzií a nukleoidov.
Ribozómy sú organely, ktoré vykonávajú biosyntézu bielkovín. Pozostávajú z proteínu a RNA, spojených do komplexu vodíkovými a hydrofóbnymi väzbami.
V cytoplazme baktérií sa zisťujú rôzne typy inklúzií. Môžu byť pevné, kvapalné alebo plynné, s proteínovou membránou alebo bez nej a nie sú trvalo prítomné. Významnú časť z nich tvoria rezervné živiny a produkty bunkového metabolizmu. Medzi rezervné živiny patria: polysacharidy, lipidy, polyfosfáty, usadeniny síry a pod. Medzi inklúziami polysacharidového charakteru sa najčastejšie nachádza glykogén a škrobu podobná látka granulosa, ktoré slúžia ako zdroj uhlíka a energie. Lipidy sa hromadia v bunkách vo forme granúl a tukových kvapiek. Mykobaktérie akumulujú vosky ako rezervné látky. Bunky niektorých spiríl a iných obsahujú volutínové granuly tvorené polyfosfátmi. Vyznačujú sa metachromázou: toluidínová modrá a metylénová modrá ich farbia fialovo-červeno. Volutinové granule zohrávajú úlohu fosfátových zásob. Medzi inklúzie obklopené membránou patria aj plynové vakuoly alebo aerozómy, ktoré znižujú špecifickú hmotnosť buniek a nachádzajú sa vo vodných prokaryotoch.
Nukleoid je jadro prokaryotov. Pozostáva z jedného dvojvláknového reťazca DNA uzavretého v kruhu, ktorý sa považuje za jediný bakteriálny chromozóm alebo genofor.
Nukleoid v prokaryotoch nie je od zvyšku bunky ohraničený membránou – chýba mu jadrový obal.
Nukleoidné štruktúry zahŕňajú RNA polymerázu, zásadité proteíny a chýbajúce históny; chromozóm je ukotvený na cytoplazmatickej membráne a v grampozitívnych baktériách - na mezozóme. Nukleoid nemá mitotický aparát a oddelenie dcérskych jadier je zabezpečené rastom cytoplazmatickej membrány.
Bakteriálne jadro je diferencovaná štruktúra. V závislosti od štádia vývoja bunky môže byť nukleoid diskrétny (nespojitý) a pozostávať z jednotlivých fragmentov. Je to spôsobené tým, že k rozdeleniu bakteriálnej bunky v čase dochádza po dokončení replikačného cyklu molekuly DNA a vytvorení dcérskych chromozómov.
Nukleoid obsahuje väčšinu genetickej informácie bakteriálnej bunky.
Okrem nukleoidu sa v bunkách mnohých baktérií našli aj extrachromozomálne genetické prvky – plazmidy, čo sú malé kruhové molekuly DNA schopné autonómnej replikácie
Niektoré baktérie sú schopné tvoriť spóry na konci obdobia aktívneho rastu. Predchádza tomu ochudobnenie prostredia o živiny, zmena jeho pH a hromadenie toxických produktov látkovej premeny.
Z hľadiska chemického zloženia je rozdiel medzi spórami a vegetatívnymi bunkami iba v kvantitatívnom obsahu chemických zlúčenín. Spóry obsahujú menej vody a viac lipidov.
V spórovom stave sú mikroorganizmy metabolicky neaktívne, odolávajú vysokým teplotám (140-150 °C), pôsobeniu chemických dezinfekčných prostriedkov a dlhodobo pretrvávajú v prostredí. Vysoká teplotná odolnosť je spojená s veľmi nízkym obsahom vody a vysokým obsahom kyseliny dipikolínovej. Keď sa spóry dostanú do tela ľudí a zvierat, klíčia do vegetatívnych buniek. Spóry sa natierajú špeciálnou metódou, ktorá zahŕňa predhrievanie spór, ako aj vystavenie koncentrovaným roztokom farieb pri vysokých teplotách.
Mnohé druhy gramnegatívnych baktérií, vrátane patogénnych (Shigella, Salmonella, Vibrio cholerae atď.) majú špeciálny adaptačný, geneticky regulovaný stav, fyziologicky ekvivalentný cystám, do ktorého môžu pod vplyvom nepriaznivých podmienok prejsť a zostať životaschopné. až na niekoľko rokov. Hlavným znakom tohto stavu je, že takéto baktérie sa nerozmnožujú, a preto nevytvárajú kolónie na pevnom živnom médiu. Takéto nereprodukujúce sa, ale životaschopné bunky sa nazývajú nekultivovateľné formy baktérií (NFB). NFB bunky v nekultivovanom stave majú aktívne metabolické systémy vrátane systémov prenosu elektrónov, biosyntézy proteínov a nukleových kyselín a zachovávajú si virulenciu. Ich bunková membrána je viskóznejšia, bunky majú zvyčajne formu kokov a sú výrazne zmenšené. NFB majú vyššiu stabilitu vo vonkajšom prostredí, a preto v ňom môžu dlhodobo prežívať (napríklad Vibrio cholerae v špinavej nádrži), pričom udržiavajú endemický stav daného regiónu (nádrže).
Na detekciu NFB sa využívajú molekulárne genetické metódy (DNA-DNA hybridizácia, CPR), ako aj jednoduchšia metóda priameho počítania životaschopných buniek.
Na tieto účely môžete použiť aj cytochemické metódy (tvorba formazanu) alebo mikroautorádiografiu. Nie sú jasné genetické mechanizmy, ktoré určujú prechod baktérií do NS a ich reverziu z neho.
Štruktúra typickej bakteriálnej bunky je znázornená na obr. 2.3. Na obr. Obrázok 2.4 ukazuje elektrónovú mikrosnímku rezu tyčinkovitej baktérie. Môžete vidieť, aká jednoduchá je bakteriálna bunka, najmä ak ju porovnáte s eukaryotickými bunkami (obr. 7.5 a 7.6).
Ryža. 2.3. Zovšeobecnený diagram štruktúry tyčinkovej bakteriálnej bunky. Vpravo sú štruktúry, ktoré sa nachádzajú v každej bunke, vľavo štruktúry, ktoré sa nenachádzajú vo všetkých bunkách. Flagellum je jeden, ako v Rhizobium, alebo niekoľko, ako v Azotobacter; je zvyčajne dlhší ako bunka. Kapsula môže byť mukoidný, ako u Azotobacter; ak je kapsula voľná, potom sa nazýva slizničná vrstva. Rúrkový alebo vrecovitý fotosyntetické membrány, obsahujúce pigmenty, sú invaginácie plazmatickej membrány; vo fotosyntetických baktériách, ako je Chromatium, sú takéto membrány rozptýlené po celej cytoplazme. číslo pili, alebo fimbriae, môže dosiahnuť jeden až niekoľko stoviek, ako napríklad Escherichia coli, Salmonella. Mesosoma je mnohonásobná invaginácia plazmatickej membrány, ako napríklad u Bacillus subtilis. Bunková stena húževnatý a obsahuje mureín. Ribozómy, nachádzajúce sa v celej cytoplazme, majú menšiu veľkosť ako u eukaryotov. Od rezervné živiny Lipidy, glykogén a polyfosfáty (volutínové granule) možno nájsť v bakteriálnych bunkách. Cytoplazma neobsahuje žiadne organely; obsahuje enzýmy atď.
Ryža. 2.4. Elektrónová mikrofotografie rezu typickej tyčinkovej baktérie Bacillus subtilis. Svetlé oblasti obsahujú DNA. × 50 000
Kapsuly a slizničné vrstvy
Kapsuly a slizničné vrstvy sú hlienovité alebo lepkavé sekréty určitých baktérií; takéto sekréty sú jasne viditeľné po negatívnom kontraste (keď sa nefarbí prípravok, ale pozadie). Kapsula je pomerne hustý a kompaktný útvar, a vrstva slizu oveľa voľnejšie. V niektorých prípadoch slúži hlien na vytváranie kolónií jednotlivých buniek. Ako kapsula, tak aj slizničné vrstvy poskytujú bunkám dodatočnú ochranu. Napríklad zapuzdrené kmene pneumokokov sa v ľudskom tele voľne množia a spôsobujú zápal pľúc, zatiaľ čo kmene bez puzdra fagocyty ľahko napadnú a zničia, a preto sú úplne neškodné.
Bunková stena
Bunková stena dáva bunke určitý tvar a tuhosť. V reze je to dobre viditeľné (obr. 2.4). Rovnako ako v prípade rastlín, bakteriálna bunková stena zabraňuje osmotickému opuchu a prasknutiu buniek, keď, ako sa to často stáva, vstúpia do hypotonického prostredia (príloha, časť P.1.5). Voda, iné malé molekuly a rôzne ióny ľahko prechádzajú drobnými pórmi v bunkovej stene, no veľké molekuly bielkovín a nukleových kyselín nimi neprechádzajú. Bunková stena má navyše antigénne vlastnosti, ktoré jej dodávajú bielkoviny a polysacharidy, ktoré obsahuje.
Na základe štruktúry bunkovej steny možno baktérie rozdeliť do dvoch skupín. Niektoré sú farbené podľa Grama, preto sa nazývajú gram-pozitívne, zatiaľ čo iné sa pri zmývaní farbiva zafarbia (časť 2.7), a preto sú tzv. gram negatívny. V bunkovej stene oboch je špeciálna tuhá mriežka pozostávajúca z mureina. Molekula mureínu je pravidelná sieť paralelných polysacharidových reťazcov, ktoré sú navzájom spojené krátkymi reťazcami peptidov. Každá bunka je teda obklopená sieťovitým vakom zloženým len z jednej molekuly. (Polysacharidová časť mureínu je opísaná v tabuľke 5.7).
V grampozitívnych baktériách, ako je Lactobacillus, sú do mureínovej siete zabudované ďalšie látky, najmä polysacharidy a bielkoviny. To vytvára okolo bunky relatívne hrubý a pevný obal. V gramnegatívnych baktériách, povedzme Escherichia coli alebo Azotobacter, je bunková stena oveľa tenšia, ale jej štruktúra je zložitejšia. Vrstva mureínu týchto baktérií je na vonkajšej strane pokrytá mäkkou a hladkou vrstvou lipidov. To ich chráni pred lyzozým. Lysozým sa nachádza v slinách, slzách a iných biologických tekutinách, ako aj v bielku slepačích vajec. Katalyzuje hydrolýzu určitých väzieb medzi sacharidovými zvyškami a tým rozkladá polysacharidovú kostru mureínu. Bunková stena praská a ak je bunka v hypotonickom roztoku, dochádza k jej lýze (bunka osmoticky napučí a praskne). Lipidová vrstva tiež dodáva bunke odolnosť voči penicilínu. Toto antibiotikum zabraňuje tvorbe priečnych väzieb v bunkovej stene grampozitívnych baktérií, vďaka čomu sú rastúce bunky citlivejšie na osmotický šok.
Flagella
Mnohé baktérie sú pohyblivé a táto mobilita je spôsobená prítomnosťou jedného alebo viacerých bičíkov. Bičíky v baktériách sú oveľa jednoduchšie ako u eukaryotov (časť 17.6.2, tabuľka 2.1) a svojou štruktúrou pripomínajú jeden z mikrotubulov eukaryotického bičíka. Bičíky pozostávajú z identických sférických proteínových podjednotiek flagellina(podobne ako svalový aktín), ktoré sú usporiadané do špirály a tvoria dutý valec s priemerom asi 10-20 nm. Napriek zvlnenému tvaru bičíkov sú dosť tuhé.
Bičíky sú poháňané jedinečným mechanizmom. Základňa bičíka sa zjavne otáča tak, že bičík sa zdá byť zaskrutkovaný do média bez náhodných úderov, a tak poháňa bunku dopredu. Toto je zrejme jediná štruktúra známa v prírode, ktorá využíva princíp kolesa. Ďalšou zaujímavou vlastnosťou bičíkov je schopnosť jednotlivých bičíkových podjednotiek spontánne sa zostavovať do špirálových vlákien v roztoku. Spontánne samo-zostavenie- veľmi dôležitá vlastnosť mnohých zložitých biologických štruktúr. V tomto prípade je samozostavenie úplne určené sekvenciou aminokyselín (primárnou štruktúrou) bičíka.
Pohyblivé baktérie sa môžu pohybovať v reakcii na určité podnety, t.j. sú schopné taxíkov. Napríklad aeróbne baktérie majú pozitívnu aerotaxiu (t. j. plávajú tam, kde je prostredie bohatšie na kyslík) a pohyblivé fotosyntetické baktérie majú pozitívnu fototaxiu (t. j. plávajú smerom k svetlu).
Bičíky sa najľahšie skúmajú v elektrónovom mikroskope (obr. 2.5) pomocou techniky rozprašovania kovov (časť A.2.5).
Ryža. 2.5. Mikrofotografia tyčinkovej baktérie získaná pomocou transmisného elektrónového mikroskopu. Bunková stena, fimbrie a dlhé vlnité bičíky sú jasne viditeľné, × 28000
Pili alebo fimbrie
Bunkové steny niektorých gramnegatívnych baktérií majú tenké výbežky (proteínové výbežky v tvare tyčinky) tzv vypil alebo fimbriae(obr. 2.5). Sú kratšie a tenšie ako bičíky a slúžia na prichytenie buniek k sebe alebo k nejakému povrchu, čím dodávajú špecifickú „lepivosť“ tým kmeňom, ktoré ich majú. Existujú rôzne druhy nápojov. Najzaujímavejšie sú takzvané F-pili, ktoré sú kódované špeciálnym plazmidom (časť 2.2.4) a sú spojené so sexuálnym rozmnožovaním baktérií.
Plazmatická membrána, mezozómy a fotosyntetické membrány
Tak ako všetky bunky, aj protoplazma baktérií je obklopená polopriepustnou membránou. Štruktúrou a funkciou sa plazmatické membrány baktérií nelíšia od membrán eukaryotických buniek (časť 7.2.1). U niektorých baktérií je plazmatická membrána invaginovaná do bunky a tvorí mezozómy a/alebo fotosyntetické membrány.
mezozómy- zložené membránové štruktúry (obr. 2.3 a 2.4), na povrchu ktorých sa nachádzajú enzýmy zapojené do procesu dýchania. Preto sa mezozómy môžu nazývať primitívne organely. Počas delenia buniek sa mezozómy viažu na DNA, čo zrejme uľahčuje separáciu dvoch dcérskych molekúl DNA po replikácii a podporuje tvorbu priehradky medzi dcérskymi bunkami.
Vo fotosyntetických baktériách sa fotosyntetické pigmenty (vrátane bakteriochlorofylu) nachádzajú vo vačkovitých, tubulárnych alebo lamelárnych invagináciách plazmatickej membrány. Podobné membránové formácie sa podieľajú aj na fixácii dusíka.
Genetický materiál
Bakteriálnu DNA predstavujú jednotlivé kruhové molekuly dlhé asi 1 mm. Každá takáto molekula pozostáva z približne 5-106 párov nukleotidov. Celkový obsah DNA (genómu) v bakteriálnej bunke je oveľa menší ako v eukaryotickej bunke, a preto je aj objem v nej zakódovanej informácie menší. Takáto DNA obsahuje v priemere niekoľko tisíc génov, čo je približne 500-krát menej ako v ľudskej bunke (pozri tiež tabuľku 2.1 a obr. 2.3).
Ribozómy
Pozri tabuľku. 2.1 (biosyntéza bielkovín) a Obr. 2.3.
Kontroverzia
Niektoré baktérie (väčšinou patriace do rodu Clostridium alebo Bacillus) tvoria endospóry, t.j. spóry nachádzajúce sa vo vnútri bunky. Endospóry sú hrubostenné útvary s dlhou životnosťou, ktoré sú mimoriadne odolné voči teplu a krátkovlnnému žiareniu. Vo vnútri bunky sa nachádzajú rôzne, čo slúži ako veľmi dôležitý znak pre identifikáciu a taxonómiu takýchto baktérií (obr. 2.6). Ak sa z celej bunky vytvorí pokojová stabilná štruktúra, potom sa nazýva cysta. Cysty sú tvorené niektorými druhmi Azotobacter.
Ryža. 2.6. Rôzne formy baktérií, znázornené niekoľkými najbežnejšími typmi prospešných a patogénnych mikróbov.
A. Cocci (sférický)
Príkladom je Staphylococcus aureus, žijúci v nosohltane; rôzne kmene stafylokokov spôsobujú furunkulózu, zápal pľúc, otravu jedlom a iné choroby.
Bunka prokaryotických organizmov má zložitú, prísne usporiadanú štruktúru a má základné znaky ultraštrukturálnej organizácie a chemického zloženia.
Štrukturálne zložky bakteriálnej bunky sa delia na základné a dočasné (obr. 2). Hlavné štruktúry sú: bunková stena, cytoplazmatická membrána s jej derivátmi, cytoplazma s ribozómami a rôznymi inklúziami, nukleoid; dočasné - kapsula, sliznica, bičíky, klky, endospóry, tvorené iba v určitých štádiách životného cyklu baktérií; u niektorých druhov úplne chýbajú.
V prokaryotickej bunke sa štruktúry nachádzajúce sa mimo cytoplazmatickej membrány nazývajú povrchové (bunková stena, kapsula, bičíky, klky).
Termín "obal" sa v súčasnosti používa na označenie bunkovej steny a puzdra baktérií alebo len bunkovej steny; cytoplazmatická membrána nie je súčasťou obalu a označuje protoplast.
Bunková stena je dôležitým štruktúrnym prvkom bakteriálnej bunky, nachádza sa medzi cytoplazmatickou membránou a kapsulou; u nekapsulárnych baktérií je to vonkajšia bunková membrána. Je povinný pre všetky prokaryoty s výnimkou mykoplaziem a L-formy baktérií. Vykonáva množstvo funkcií: chráni baktérie pred osmotickým šokom a inými škodlivými faktormi, určuje ich tvar, podieľa sa na metabolizme; v mnohých typoch patogénnych baktérií je toxický, obsahuje povrchové antigény a na povrchu nesie aj špecifické receptory pre fágy. Stena bakteriálnej bunky obsahuje póry, ktoré sa podieľajú na transporte exotoxínov a iných bakteriálnych exoproteínov. Hrúbka bunkovej steny je 10-100 nm a tvorí 5 až 50 % sušiny bunky.
Hlavnou zložkou bakteriálnej bunkovej steny je peptidoglykán alebo mureín (latinsky murus - stena), nosný polymér, ktorý má sieťovú štruktúru a tvorí tuhú (tvrdú) vonkajšiu kostru bakteriálnej bunky. Peptidoglykán má hlavný reťazec (hlavný reťazec) pozostávajúci zo striedajúcich sa zvyškov N-acetyl-M-glukozamínu a kyseliny N-acetylmuramovej spojených 1,4-glykozidovými väzbami, identických tetrapeptidových bočných reťazcov pripojených k molekulám kyseliny N-acetylmuramovej a krátkeho krížového peptidu reťazce mostíky spájajúce polysacharidové reťazce. Dva typy väzieb (glykozidové a peptidové), ktoré spájajú peptidoglykánové podjednotky, dávajú tomuto heteropolyméru štruktúru molekulárnej siete. Jadro peptidoglykánovej vrstvy je rovnaké u všetkých druhov baktérií; Tetrapeptidové proteínové reťazce a peptidové (priečne) reťazce sa u rôznych druhov líšia.
Na základe ich farbiacich vlastností sú všetky baktérie rozdelené do dvoch skupín: grampozitívne a gramnegatívne. V roku 1884 H. Gram navrhol metódu farbenia, ktorá sa používala na rozlíšenie baktérií. Podstatou metódy je, že grampozitívne baktérie pevne fixujú komplex genciánovej violeti a jódu, nepodliehajú bieleniu etanolom a preto nevnímajú prídavné farbivo fuchsín, ktoré zostáva fialové. U gramnegatívnych baktérií sa tento komplex ľahko vymyje z bunky etanolom a po dodatočnej aplikácii fuchsínu sčervenajú. U niektorých baktérií sa pozitívne Gramovo farbenie pozoruje iba v štádiu aktívneho rastu. Schopnosť prokaryotov zafarbiť sa podľa Grama alebo odfarbiť etanolom je určená špecifickým chemickým zložením a ultraštruktúrou ich bunkovej steny. Peptidoglykán u grampozitívnych baktérií tvorí hlavnú zložku bunkovej steny a tvorí od 50 do 90 %, u gramnegatívnych baktérií je to 1-10 %. Štrukturálne mikrofibrily peptidoglykánu gramnegatívnych baktérií sú zosieťované menej kompaktne, preto sú póry v ich peptidoglykánovej vrstve oveľa širšie ako v molekulárnom rámci grampozitívnych baktérií. Pri takejto štruktúrnej organizácii peptidoglykánu sa rýchlejšie vyplaví fialový komplex genciánovej violeti a jódu v gramnegatívnych baktériách.
Bunková stena grampozitívnych baktérií tesne prilieha k cytoplazmatickej membráne, je masívna a jej hrúbka je v rozmedzí 20-100 nm. Vyznačuje sa prítomnosťou teichoových kyselín, sú spojené s peptidoglykánom a sú to polyméry trojsýtneho alkoholu - glycerolu alebo päťatómového alkoholu - ribitolu, ktorých zvyšky sú spojené fosfodiesterovými väzbami. Kyseliny teichoové viažu horčíkové ióny a podieľajú sa na ich transporte do bunky. Polysacharidy, proteíny a lipidy sa v malých množstvách nachádzajú aj v bunkovej stene grampozitívnych prokaryotov.
Ryža. 2. Schéma stavby prokaryotickej bunky:
1 - kapsula; 2 - bunková stena; 3 - cytoplazmatická membrána; 4 - nukleoid; 5 - cytoplazma; 6 - chromatofóry; 7 - tylakoidy; 8 - mezozóm; 9 - ribozómy; 10 - bičíky; 11-základné telo; 12 - pili; 13 - zahrnutie síry; 14 — kvapky tuku; 15 — polyfosfátové granuly; 16 - plazmid
Bunková stena gramnegatívnych baktérií je viacvrstvová, jej hrúbka je 14-17 nm. Vnútornou vrstvou je peptidoglykán, ktorý tvorí tenkú (2 nm) súvislú sieť obklopujúcu bunku. Peptidoglykán obsahuje iba kyselinu mesodiaminopimelovú a žiadny lyzín. Vonkajšia vrstva bunkovej steny – vonkajšia membrána – pozostáva z fosfolipidov, lipopolysacharidov, lipoproteínov a proteínov. Vonkajšia membrána obsahuje matricové proteíny, ktoré sú pevne naviazané na peptidoglykánovú vrstvu. Jednou z ich funkcií je vytváranie hydrofilných pórov v membráne, cez ktoré dochádza k difúzii molekúl s hmotnosťou do 600, niekedy až 900. Matrixové proteíny okrem toho pôsobia aj ako receptory pre niektoré fágy. Lipopolysacharid (LPS) v bunkových stenách gramnegatívnych baktérií pozostáva z lipidu A a polysacharidu. LPS, ktorý je toxický pre zvieratá, sa nazýva endotoxín. Teichoové kyseliny neboli nájdené v gramnegatívnych baktériách.
Štrukturálne zložky bunkovej steny gramnegatívnych baktérií sú ohraničené od cytoplazmatickej membrány a oddelené priestorom nazývaným periplazma alebo periplazmatický priestor.
Protoplasty a sféroplasty. Protoplasty sú formy prokaryotov úplne bez bunkovej steny, ktoré sa zvyčajne tvoria v grampozitívnych baktériách. Sféroplasty sú baktérie s čiastočne zničenou bunkovou stenou. Zachovávajú prvky vonkajšej membrány. Pozorujú sa u gramnegatívnych baktérií a oveľa menej často u grampozitívnych baktérií. Vznikajú v dôsledku deštrukcie peptidoglykánovej vrstvy lytickými enzýmami, napríklad lyzozýmom, alebo blokovaním biosyntézy peptidoglykánu antibiotikom penicilínom atď. v prostredí s príslušným osmotickým tlakom.
Protoplasty a sféroplasty majú guľovitý alebo pologuľovitý tvar a sú 3-10 krát väčšie ako pôvodné bunky. Za normálnych podmienok dochádza k osmotickej lýze a odumierajú. V podmienkach zvýšeného osmotického tlaku sú schopné nejaký čas prežiť, rásť a dokonca sa aj deliť. Keď sa odstráni faktor, ktorý ničí peptidoglykán, protoplasty spravidla odumierajú, ale môžu sa zmeniť na L-formy; sféroplasty sa ľahko vrátia na pôvodné baktérie, niekedy sa transformujú na L-formy alebo odumrú.
L-formy baktérií. Ide o fenotypové modifikácie alebo mutanty baktérií, ktoré čiastočne alebo úplne stratili schopnosť syntetizovať peptidoglykán bunkovej steny. L-formy sú teda baktérie, ktoré sú defektné v bunkovej stene. Svoj názov dostali vďaka tomu, že boli izolované a popísané v Lister Institute v Anglicku v roku 1935. Vznikajú pod vplyvom L-transformujúcich činidiel – antibiotík (penicilín, polymyxín, bacitracín, venkomycín, streptomycín), aminokyselín (glycín, metionín, leucín atď.), enzým lyzozým, ultrafialové a röntgenové lúče. Na rozdiel od protoplastov a sféroplastov majú L-formy relatívne vysokú životaschopnosť a výraznú schopnosť reprodukovať sa. Z hľadiska morfologických a kultúrnych vlastností sa výrazne líšia od pôvodných baktérií, čo je spôsobené stratou bunkovej steny a zmenami v metabolickej aktivite.
L-formy baktérií sú polymorfné. Existujú elementárne telieska s rozmermi 0,2-1 mikrónu (minimálne reprodukčné prvky), gule - 1-5, veľké telá - 5-50, vlákna - do 4 mikrónov alebo viac. Bunky L-formy majú dobre vyvinutý systém intracytoplazmatických membrán a štruktúr podobných myelínu. V dôsledku defektu bunkovej steny sú osmoticky nestabilné a možno ich kultivovať len v špeciálnych médiách s vysokým osmotickým tlakom; prechádzajú cez bakteriálne filtre.
Existujú stabilné a nestabilné L-formy baktérií. Prvé z nich sú úplne bez pevnej bunkovej steny, čo ich robí podobnými protoplastom; extrémne zriedkavo sa vracajú do svojich pôvodných bakteriálnych foriem. Posledne menované môžu mať prvky bunkovej steny, v ktorej sú podobné sféroplastom; v neprítomnosti faktora, ktorý spôsobil ich vznik, sú vrátené do pôvodných buniek.
Proces tvorby L-foriem sa nazýva L-transformácia alebo L-indukcia. Takmer všetky druhy baktérií, vrátane patogénnych (pôvodcovia brucelózy, tuberkulózy, listérie atď.), majú schopnosť podstúpiť L-transformáciu.
L-formám sa pripisuje veľký význam pri vzniku chronických recidivujúcich infekcií, prenášaní patogénov a ich dlhodobom pretrvávaní v organizme. Dokázala sa transplacentárna invazívnosť elementárnych teliesok L-formy baktérií.
Infekčný proces spôsobený L-formami baktérií je charakterizovaný atypickosťou, trvaním priebehu, závažnosťou ochorenia a ťažko sa lieči chemoterapiou.
Kapsula je mukózna vrstva umiestnená nad bunkovou stenou baktérie. Látka kapsuly je jasne ohraničená od okolia. V závislosti na hrúbke vrstvy a sile spojenia s bakteriálnou bunkou, makrokapsula s hrúbkou viac ako 0,2 mikrónu, jasne viditeľná vo svetelnom mikroskope, a mikrokapsula s hrúbkou menšou ako 0,2 mikrónu, detekovateľná len elektrónovým mikroskopom alebo detekované chemickými a imunologickými metódami, sa rozlišujú. Makrokapsulu (pravú kapsulu) tvorí B. anlhracis, C1. perfringens, mikrokapsula - Escherichia coJi. Kapsula nie je základnou štruktúrou bakteriálnej bunky: jej strata nevedie k smrti baktérie. Sú známe bezkapsulové mutanty baktérií, napríklad antraxový vakcinačný kmeň STI-1.
Látka kapsúl pozostáva z vysoko hydrofilných miciel a ich chemické zloženie je veľmi rôznorodé. Hlavnými zložkami väčšiny prokaryotických kapsúl sú homo- alebo hetropolysacharidy (entrobaktérie atď.). V niektorých typoch bacilov sú kapsuly vyrobené z polypeptidu. Zloženie kapsuly B. anthracis teda zahŕňa polypeptid kyseliny D-glutámovej (pravotočivý izomér). Zloženie mikrokapsuly cicavčieho Mycobacterium tuberculosis zahŕňa glykopeptidy reprezentované esterom trehalózy a kyseliny mykolovej (cord factor).
Syntéza kapsúl je zložitý proces a má svoje vlastné charakteristiky v rôznych prokaryotoch; Predpokladá sa, že kapsulové biopolyméry sa syntetizujú na vonkajšom povrchu cytoplazmatickej membrány a uvoľňujú sa na povrch bunkovej steny v určitých špecifických oblastiach.
Existujú baktérie, ktoré syntetizujú hlien, ktorý sa ukladá na povrchu bunkovej steny vo forme bezštruktúrnej vrstvy polysacharidovej povahy. Slizničná látka obklopujúca bunku je často hrubšia ako priemer bunky. V saprofytickej baktérii Leuconostoca sa pozoruje tvorba jednej kapsuly u mnohých jedincov. Takéto nahromadenie baktérií uzavretých v spoločnej kapsule sa nazýva zooglea.
Kapsula je multifunkčná organela, ktorá hrá dôležitú biologickú úlohu. Je to miesto lokalizácie kapsulárnych antigénov, ktoré určujú virulenciu, antigénnu špecifickosť a imunogenicitu baktérií. Strata puzdra u patogénnych baktérií prudko znižuje ich virulenciu, napríklad u nekapsulárnych kmeňov antraxového bacilu. Kapsuly zabezpečujú prežitie baktérií, chránia ich pred mechanickým poškodením, vysychaním, infekciou fágmi, toxickými látkami a v patogénnych formách - pred pôsobením ochranných síl makroorganizmu: zapuzdrené bunky sú slabo fagocytované. U niektorých typov baktérií, vrátane patogénnych, podporuje prichytenie buniek k substrátu.
Vo veterinárnej mikrobiológii sa detekcia puzdra používa ako diferenciálny morfologický znak patogénu pri testovaní na antrax.
Na farbenie kapsúl sa používajú špeciálne metódy - Romanovsky - Giemsa, Gins - Burri, Olt, Mikhin atď.
Mikrokapsula a mukózna vrstva sú určené sérologickými reakciami (RA), antigénne zložky kapsuly sú identifikované pomocou imunofluorescenčnej metódy (RIF) a RDD.
Bičíky sú organely bakteriálneho pohybu, reprezentované tenkými, dlhými, vláknitými štruktúrami proteínovej povahy. Ich dĺžka niekoľkokrát presahuje bakteriálnu bunku a je 10-20 mikrónov a v niektorých spirilách dosahuje 80-90 mikrónov. Bičíkové vlákno (fibrila) je úplný špirálový valec s priemerom 12-20 nm. Vo Vibrios a Proteus je vlákno obklopené plášťom s hrúbkou 35 nm.
Bičík sa skladá z troch častí: špirálové vlákno, háčik a základné telo. Háčik je zakrivený proteínový valec, ktorý pôsobí ako flexibilné spojenie medzi základným telom a pevným vláknom bičíka. Základné telo je zložitá štruktúra pozostávajúca z centrálnej tyče (osi) a krúžkov.
Ryža. 3. Bičíky:
a - monotrichs; b - amfitrichy; c - lophotrichy; d - peritrichózna
Bičíky nie sú životne dôležité štruktúry bakteriálnej bunky: v baktériách existujú fázové variácie, keď sú prítomné v jednej fáze bunkového vývoja a chýbajú v inej. V pôvodcovi tetanu v starých kultúrach teda prevládajú bunky bez bičíkov.
Počet bičíkov (od 1 do 50 alebo viac) a miesta ich lokalizácie v baktériách rôznych druhov nie sú rovnaké, ale sú stabilné pre jeden druh. V závislosti od toho sa rozlišujú tieto skupiny bičíkových baktérií: moiotrichy - baktérie s jedným polárne umiestneným bičíkom; amfitrichné - baktérie s dvoma polárne usporiadanými bičíkmi alebo so zväzkom bičíkov na oboch koncoch; lophotrichs - baktérie so zväzkom bičíkov na jednom konci bunky; peritrichs sú baktérie s mnohými bičíkmi umiestnenými po stranách bunky alebo na celom jej povrchu (obr. 3). Baktérie, ktoré nemajú bičíky, sa nazývajú atrichia.
Ako orgány pohybu sú bičíky typické pre plávajúce tyčinkovité a stočené formy baktérií a vyskytujú sa len v ojedinelých prípadoch v kokoch. Poskytujú efektívny pohyb v tekutých médiách a pomalší pohyb na povrchu pevných substrátov. Rýchlosť pohybu monotrichov a lophotrichov dosahuje 50 μm/s, amfitrichy a peritrichy sa pohybujú pomalšie a vzdialenosť rovnajúcu sa veľkosti ich bunky zvyčajne prekonajú za 1 s.
Baktérie sa pohybujú náhodne, ale sú schopné usmernených foriem pohybu – taxíkov, ktoré sú determinované vonkajšími podnetmi. V reakcii na rôzne faktory prostredia sa baktérie v krátkom čase lokalizujú v zóne optimálneho biotopu. Taxíky môžu byť pozitívne aj negatívne. Je zvykom rozlišovať medzi: chemotaxia, aerotaxia, fototaxia, magnetaxia. Chemotaxia je spôsobená rozdielmi v koncentrácii chemikálií v prostredí, aerotaxia kyslíkom, fototaxia intenzitou svetla, magnetotaxia je daná schopnosťou mikroorganizmov navigovať sa v magnetickom poli.
Identifikácia pohyblivých bičíkových foriem baktérií je dôležitá pre ich identifikáciu v laboratórnej diagnostike infekčných ochorení.
Pili (fimbrie, klky) sú rovné, tenké, duté proteínové valce s hrúbkou 3-25 nm a dĺžkou až 12 µm, vybiehajúce z povrchu bakteriálnej bunky. Sú tvorené špecifickým proteínom – pilínom, pochádzajú z cytoplazmatickej membrány, nachádzajú sa v pohyblivých a imobilných formách baktérií a sú viditeľné len v elektrónovom mikroskope (obr. 4). Na povrchu bunky môže byť od 1-2, 50-400 alebo viac pili až po niekoľko tisíc.
Ryža. 4. Napil sa
Existujú dve triedy pili: sexuálne pili (sexpili) a všeobecné pili, ktoré sa častejšie nazývajú fimbrie. Tá istá baktéria môže mať pili rôznej povahy. Sexuálne pili sa objavujú na povrchu baktérií počas procesu konjugácie a plnia funkciu organel, cez ktoré sa prenáša genetický materiál (DNA) z darcu na príjemcu.
Pili všeobecného typu sú umiestnené peritrichiálne (Escherichia coli) alebo na póloch (pseudomonas); jedna baktéria ich môže obsahovať stovky. Podieľajú sa na adhézii baktérií do aglomerátov, prichytávaní mikróbov na rôzne substráty vrátane buniek (adhezívna funkcia), na transporte metabolitov a podieľajú sa aj na tvorbe filmov na povrchu kvapalných médií; spôsobiť aglutináciu červených krviniek.
Cytoplazmatická membrána a jej deriváty. Cytoplazmatická membrána (plazmolema) je semipermeabilná lipoproteínová štruktúra bakteriálnych buniek, ktorá oddeľuje cytoplazmu od bunkovej steny. Je povinnou multifunkčnou zložkou bunky a tvorí 8-15% jej sušiny. Zničenie cytoplazmatickej membrány vedie k smrti bakteriálnej bunky. Ultratenké rezy v elektrónovom mikroskope odhaľujú jeho trojvrstvovú štruktúru - dve obmedzujúce osmiofilné vrstvy, každá s hrúbkou 2-3 nm, a jedna osmiofóbna centrálna vrstva s hrúbkou 4-5 nm.
Chemicky je cytoplazmatická membrána proteín-lipidový komplex pozostávajúci z 50-75% proteínov a 15-50% lipidov. Hlavnú časť membránových lipidov (70-90%) predstavujú fosfolipidy. Skladá sa z dvoch monomolekulových proteínových vrstiev, medzi ktorými je lipidová vrstva pozostávajúca z dvoch radov pravidelne orientovaných lipidových molekúl.
Cytoplazmatická membrána slúži ako osmotická bariéra bunky, riadi tok živín do bunky a uvoľňovanie metabolických produktov smerom von, obsahuje substrátovo špecifické permeázové enzýmy, ktoré vykonávajú aktívny selektívny prenos organických a anorganických molekúl.
Cytoplazmatické membránové enzýmy katalyzujú posledné kroky v syntéze membránových lipidov, komponentov bunkovej steny, puzdra a exoenzýmov; Na membráne sú lokalizované enzýmy oxidačnej fosforylácie a enzýmy transportujúce elektróny zodpovedné za syntézu energie.
Počas bunkového rastu tvorí cytoplazmatická membrána početné invagináty, ktoré tvoria intracytoplazmatické membránové štruktúry. Miestne membránové invagináty sa nazývajú mezozómy. Tieto štruktúry sú dobre exprimované v grampozitívnych baktériách, horšie v gramnegatívnych baktériách a slabo exprimované v rickettsiách a mykoplazmách.
Bolo preukázané spojenie medzi mezozómami a bakteriálnym chromozómom; takéto štruktúry sa nazývajú nukleoidozómy. Mezozómy integrované s nukleoidom sa zúčastňujú karyokinézy a cytokinézy mikrobiálnych buniek, zabezpečujú distribúciu genómu po ukončení replikácie DNA a následnej divergencii dcérskych chromozómov. Mezozómy, podobne ako cytoplazmatická membrána, sú centrami bakteriálnej respiračnej aktivity, preto sa niekedy nazývajú analógmi mitochondrií. Význam mezozómov však ešte nie je úplne objasnený. Zväčšujú pracovný povrch membrán, možno vykonávajú len štrukturálnu funkciu, rozdeľujú bakteriálnu bunku na relatívne oddelené kompartmenty, čo vytvára priaznivejšie podmienky pre výskyt enzymatických procesov. V patogénnych baktériách zabezpečujú transport proteínových molekúl exotoxínov.
Cytoplazma je obsah bakteriálnej bunky ohraničený cytoplazmatickou membránou. Pozostáva z cytosolu – homogénnej frakcie, vrátane rozpustných zložiek RNA, substrátových látok, enzýmov, metabolických produktov a štruktúrnych prvkov – ribozómov, intracytoplazmatických membrán, inklúzií a nukleoidov.
Ribozómy sú organely, ktoré vykonávajú biosyntézu bielkovín. Pozostávajú z proteínu a RNA, spojených do komplexu vodíkovými a hydrofóbnymi väzbami. Bakteriálne ribozómy sú granuly s priemerom 15-20 nm, majú sedimentačnú konštantu 70S a sú tvorené z dvoch ribonukleoproteínových podjednotiek: 30S a 50S. Jedna bakteriálna bunka môže obsahovať 5000 – 50 000 ribozómov, ktoré sa prostredníctvom mRNA spájajú do polyzómových agregátov pozostávajúcich z 50 – 55 ribozómov s vysokou aktivitou pri syntéze proteínov.
V cytoplazme baktérií sa zisťujú rôzne typy inklúzií. Môžu byť pevné, kvapalné alebo plynné, s proteínovou membránou alebo bez nej a nie sú trvalo prítomné. Významnú časť z nich tvoria rezervné živiny a produkty bunkového metabolizmu. Medzi rezervné živiny patria: polysacharidy, lipidy, polyfosfáty, usadeniny síry a pod. Medzi inklúziami polysacharidového charakteru sa najčastejšie nachádza glykogén a škrobu podobná látka granulosa, ktoré slúžia ako zdroj uhlíka a energie. Lipidy sa hromadia v bunkách vo forme granúl a tukových kvapôčok, medzi ktoré patria membránou obklopené granuly kyseliny poly-/3-hydroxymaslovej, ktoré ostro lámu svetlo a sú jasne viditeľné vo svetelnom mikroskope. Zisťujú sa aj antraxové bacily a aeróbne spórotvorné saprofytické baktérie. Mykobaktérie akumulujú vosky ako rezervné látky. Bunky niektorých nebaktérií osýpok, spirilla a iných obsahujú volutínové granuly tvorené polyfosfátmi. Vyznačujú sa metachromázou: toluidínová modrá a metylénová modrá ich farbia fialovo-červeno. Volutinové granule zohrávajú úlohu fosfátových zásob.
Medzi inklúzie obklopené membránou patria aj plynové vakuoly alebo aerozómy, ktoré znižujú špecifickú hmotnosť buniek a nachádzajú sa vo vodných prokaryotoch.
Nukleoid je jadro prokaryotov. Pozostáva z jedného dvojvláknového reťazca DNA uzavretého v kruhu s dĺžkou 1,1-1,6 nm, ktorý sa považuje za jediný bakteriálny chromozóm alebo genofor.
Nukleoid v prokaryotoch nie je od zvyšku bunky ohraničený membránou – chýba mu jadrový obal.
Nukleoidné štruktúry zahŕňajú RNA polymerázu, zásadité proteíny a chýbajúce históny; chromozóm je ukotvený na cytoplazmatickej membráne a v grampozitívnych baktériách - na mezozómoch. Bakteriálny chromozóm sa replikuje polykonzervatívnym spôsobom: dvojzávitnica rodičovskej DNA sa rozvinie a na templáte každého polynukleotidového reťazca sa zostaví nový komplementárny reťazec. Nukleoid nemá mitotický aparát a oddelenie dcérskych jadier je zabezpečené rastom cytoplazmatickej membrány.
Bakteriálne jadro je diferencovaná štruktúra. V závislosti od štádia vývoja bunky môže byť nukleoid diskrétny (nespojitý) a pozostávať z jednotlivých fragmentov. Je to spôsobené tým, že k rozdeleniu bakteriálnej bunky v čase dochádza po dokončení replikačného cyklu molekuly DNA a vytvorení dcérskych chromozómov.
Nukleoid obsahuje väčšinu genetickej informácie bakteriálnej bunky.
Okrem nukleoidu sa v bunkách mnohých baktérií nachádzajú extrachromozomálne genetické elementy – plazmidy, čo sú malé kruhové molekuly DNA schopné autonómnej replikácie.
Štruktúra baktérií bola dobre študovaná pomocou elektrónovej mikroskopie celých buniek a ich ultratenkých rezov, ako aj inými metódami. Bakteriálna bunka je obklopená membránou pozostávajúcou z bunkovej steny a cytoplazmatickej membrány. Pod škrupinou sa nachádza protoplazma, pozostávajúca z cytoplazmy s inklúziami a dedičného aparátu - analógu jadra, nazývaného nukleoid (obr. 2.2). Existujú ďalšie štruktúry: kapsula, mikrokapsula, hlien, bičík, pili. Niektoré baktérie sú schopné vytvárať spóry za nepriaznivých podmienok.
Ryža. 2.2.Štruktúra bakteriálnej bunky: 1 - kapsula; 2 - bunková stena; 3 - cytoplazmatická membrána; 4 - mezozómy; 5 - nukleoid; 6 - plazmid; 7 - ribozómy; 8 - inklúzie; 9 - bičík; 10 - pili (klky)
Bunková stena- pevná, elastická štruktúra, ktorá dáva baktérii určitý tvar a spolu s pod ňou ležiacou cytoplazmatickou membránou obmedzuje vysoký osmotický tlak v bakteriálnej bunke. Podieľa sa na procese bunkového delenia a transportu metabolitov, má receptory pre bakteriofágy, bakteriocíny a rôzne látky. Najhrubšiu bunkovú stenu majú grampozitívne baktérie (obr. 2.3). Takže ak je hrúbka bunkovej steny gramnegatívnych baktérií asi 15-20 nm, potom v grampozitívnych baktériách môže dosiahnuť 50 nm alebo viac.
Základom bakteriálnej bunkovej steny je peptidoglykán. Peptidoglykán je polymér. Predstavujú ho paralelné polysacharidové glykánové reťazce pozostávajúce z opakujúcich sa zvyškov N-acetylglukózamínu a kyseliny N-acetylmuramovej spojených glykozidickou väzbou. Táto väzba je narušená lyzozýmom, čo je acetylmuramidáza.
Tetrapeptid je naviazaný na kyselinu N-acetylmuramovú kovalentnými väzbami. Tetrapeptid pozostáva z L-alanínu, ktorý je spojený s kyselinou N-acetylmuramovou; D-glutamín, ktorý je v grampozitívnych baktériách kombinovaný s L-lyzínom a v gram-tri-
Ryža. 2.3. Schéma architektúry bakteriálnej bunkovej steny
prospešné baktérie – s kyselinou diaminopimelovou (DAP), ktorá je prekurzorom lyzínu v procese bakteriálnej biosyntézy aminokyselín a je jedinečnou zlúčeninou prítomnou iba v baktériách; 4. aminokyselinou je D-alanín (obr. 2.4).
Bunková stena grampozitívnych baktérií obsahuje malé množstvo polysacharidov, lipidov a bielkovín. Hlavnou zložkou bunkovej steny týchto baktérií je viacvrstvový peptidoglykán (mureín, mukopeptid), ktorý tvorí 40 – 90 % hmoty bunkovej steny. Tetrapeptidy rôznych vrstiev peptidoglykánu v grampozitívnych baktériách sú navzájom spojené polypeptidovými reťazcami s 5 glycínovými zvyškami (pentaglycín), čo dáva peptidoglykánu tuhú geometrickú štruktúru (obr. 2.4, b). Kovalentne spojené s peptidoglykánom bunkovej steny grampozitívnych baktérií teichoové kyseliny(z gréčtiny techhos- stena), ktorej molekuly sú reťazce 8-50 glycerolových a ribitolových zvyškov spojených fosfátovými mostíkmi. Tvar a sila baktérií je daná tuhou vláknitou štruktúrou viacvrstvového peptidoglykánu, s priečnymi väzbami peptidov.
Ryža. 2.4.Štruktúra peptidoglykánu: a - gramnegatívne baktérie; b - grampozitívne baktérie
Schopnosť grampozitívnych baktérií zadržiavať genciánovú violeť v kombinácii s jódom pri farbení pomocou Gramovho farbenia (modrofialová farba baktérií) je spojená s vlastnosťou viacvrstvového peptidoglykánu interagovať s farbivom. Okrem toho následné ošetrenie bakteriálneho náteru alkoholom spôsobuje zúženie pórov v peptidoglykáne a tým zadržiava farbivo v bunkovej stene.
Gramnegatívne baktérie po pôsobení alkoholu strácajú farbivo, čo je spôsobené menším množstvom peptidoglykánu (5-10 % hmoty bunkovej steny); alkoholom sa zafarbia a pri pôsobení fuchsínu alebo safranínu sčervenajú. Je to spôsobené štrukturálnymi vlastnosťami bunkovej steny. Peptidoglykán v bunkovej stene gramnegatívnych baktérií je zastúpený 1-2 vrstvami. Tetrapeptidy vrstiev sú navzájom spojené priamou peptidovou väzbou medzi aminoskupinou DAP jedného tetrapeptidu a karboxylovou skupinou D-alanínu tetrapeptidu inej vrstvy (obr. 2.4, a). Mimo peptidoglykánu je vrstva lipoproteín, pripojený k peptidoglykánu cez DAP. Nasledovaný vonkajšia membrána bunková stena.
Vonkajšia membrána je mozaiková štruktúra zložená z lipopolysacharidov (LPS), fosfolipidov a proteínov. Jeho vnútornú vrstvu predstavujú fosfolipidy a vonkajšia vrstva obsahuje LPS (obr. 2.5). Vonkajšia pamäť teda
Ryža. 2.5.Štruktúra lipopolysacharidov
brána je asymetrická. Vonkajšia membrána LPS pozostáva z troch fragmentov:
Lipid A má konzervatívnu štruktúru, takmer rovnakú u gramnegatívnych baktérií. Lipid A pozostáva z fosforylovaných glukozamínových disacharidových jednotiek, ku ktorým sú pripojené dlhé reťazce mastných kyselín (pozri obr. 2.5);
Jadro alebo jadro, časť kôry (z lat. jadro- jadro), relatívne konzervatívna oligosacharidová štruktúra;
Vysoko variabilný O-špecifický polysacharidový reťazec vytvorený opakovaním identických oligosacharidových sekvencií.
LPS je ukotvený vo vonkajšej membráne lipidom A, ktorý spôsobuje toxicitu LPS, a preto sa identifikuje s endotoxínom. Zničenie baktérií antibiotikami vedie k uvoľneniu veľkého množstva endotoxínu, ktorý môže u pacienta spôsobiť endotoxický šok. Jadro alebo jadrová časť LPS siaha od lipidu A. Najkonštantnejšou časťou jadra LPS je kyselina ketodeoxyoktónová. O-špecifický polysacharidový reťazec siahajúci od jadra molekuly LPS,
pozostávajúci z opakujúcich sa oligosacharidových jednotiek, určuje séroskupinu, sérovar (typ baktérie detekovaný pomocou imunitného séra) konkrétneho kmeňa baktérií. Pojem LPS je teda spojený s pojmom O-antigén, pomocou ktorého možno baktérie diferencovať. Genetické zmeny môžu viesť k defektom, skráteniu bakteriálneho LPS a v dôsledku toho k vzniku hrubých kolónií R-foriem, ktoré strácajú špecificitu O-antigénu.
Nie všetky gramnegatívne baktérie majú kompletný O-špecifický polysacharidový reťazec pozostávajúci z opakujúcich sa oligosacharidových jednotiek. Najmä baktérie rodu Neisseria majú krátky glykolipid nazývaný lipooligosacharid (LOS). Je porovnateľná s R formou, ktorá stratila špecifickosť pre O-antigén, pozorovaná u mutantných drsných kmeňov E. coli.Štruktúra VOC sa podobá štruktúre glykosfingolipidu ľudskej cytoplazmatickej membrány, takže VOC napodobňuje mikrób, čo mu umožňuje vyhnúť sa imunitnej odpovedi hostiteľa.
Matricové proteíny vonkajšej membrány ňou prenikajú takým spôsobom, že proteínové molekuly tzv porinami, hraničné hydrofilné póry, ktorými prechádza voda a malé hydrofilné molekuly s relatívnou hmotnosťou do 700 D.
Medzi vonkajšou a cytoplazmatickou membránou je periplazmatický priestor, alebo periplazmy obsahujúce enzýmy (proteázy, lipázy, fosfatázy, nukleázy, β-laktamázy), ako aj zložky transportných systémov.
Keď je syntéza bakteriálnej bunkovej steny narušená vplyvom lyzozýmu, penicilínu, ochranných faktorov tela a iných zlúčenín, vytvárajú sa bunky so zmeneným (často guľovitým) tvarom: protoplasty- baktérie úplne bez bunkovej steny; sféroplasty- baktérie s čiastočne zachovanou bunkovou stenou. Po odstránení inhibítora bunkovej steny môžu takto zmenené baktérie zvrátiť, t.j. získať plnú bunkovú stenu a obnoviť jej pôvodný tvar.
Baktérie sféroidného alebo protoplastového typu, ktoré vplyvom antibiotík alebo iných faktorov stratili schopnosť syntetizovať peptidoglykán a sú schopné sa rozmnožovať, sú tzv. L-tvary(z názvu Inštitútu D. Listera, kde najprv
boli študované). L-formy môžu tiež vzniknúť ako dôsledok mutácií. Sú to osmoticky citlivé, guľovité bunky bankovitého tvaru rôznych veľkostí, vrátane tých, ktoré prechádzajú cez bakteriálne filtre. Niektoré L-formy (nestabilné), keď sa odstráni faktor, ktorý viedol k zmenám v baktériách, sa môžu zvrátiť a vrátiť sa k pôvodnej bakteriálnej bunke. L-formy môžu byť produkované mnohými patogénmi infekčných chorôb.
Cytoplazmatická membrána v elektrónovej mikroskopii ultratenkých rezov je to trojvrstvová membrána (2 tmavé vrstvy, každá s hrúbkou 2,5 nm, oddelené svetlou medzivrstvou). Štruktúrou je podobná plazmaleme živočíšnych buniek a pozostáva z dvojitej vrstvy lipidov, najmä fosfolipidov, so zabudovanými povrchovými a integrálnymi proteínmi, ktoré sa zdajú prenikať cez štruktúru membrány. Niektoré z nich sú permeázy, ktoré sa podieľajú na transporte látok. Na rozdiel od eukaryotických buniek cytoplazmatická membrána bakteriálnej bunky neobsahuje steroly (s výnimkou mykoplazmy).
Cytoplazmatická membrána je dynamická štruktúra s mobilnými komponentmi, preto sa považuje za pohyblivú tekutú štruktúru. Obklopuje vonkajšiu časť cytoplazmy baktérií a podieľa sa na regulácii osmotického tlaku, transporte látok a energetickom metabolizme bunky (vďaka enzýmom elektrónového transportného reťazca, adenozíntrifosfatáze – ATPáze a pod.). Pri nadmernom raste (v porovnaní s rastom bunkovej steny) cytoplazmatická membrána vytvára invagináty - invaginácie v podobe komplexne stočených membránových štruktúr, tzv. mezozómy. Menej zložité skrútené štruktúry sa nazývajú intracytoplazmatické membrány. Úloha mezozómov a intracytoplazmatických membrán nie je úplne objasnená. Dokonca sa predpokladá, že ide o artefakt, ktorý vzniká po príprave (fixácii) preparátu na elektrónovú mikroskopiu. Napriek tomu sa predpokladá, že deriváty cytoplazmatickej membrány sa podieľajú na delení buniek, poskytujú energiu na syntézu bunkovej steny a podieľajú sa na sekrécii látok, sporulácii, t.j. v procesoch s vysokou spotrebou energie. Cytoplazma zaberá hlavný objem baktérií
bunka a pozostáva z rozpustných bielkovín, ribonukleových kyselín, inklúzií a početných malých granúl - ribozómov, zodpovedných za syntézu (transláciu) bielkovín.
Ribozómy baktérie majú veľkosť asi 20 nm a sedimentačný koeficient 70S, na rozdiel od 80S ribozómov charakteristických pre eukaryotické bunky. Preto niektoré antibiotiká väzbou na bakteriálne ribozómy inhibujú syntézu bakteriálnych proteínov bez ovplyvnenia syntézy proteínov v eukaryotických bunkách. Bakteriálne ribozómy sa môžu disociovať na dve podjednotky: 50S a 30S. rRNA je konzervovaný prvok baktérií („molekulárne hodiny“ evolúcie). 16S rRNA je súčasťou malej ribozomálnej podjednotky a 23S rRNA je súčasťou veľkej ribozomálnej podjednotky. Štúdium 16S rRNA je základom génovej systematiky, ktorá umožňuje posúdiť stupeň príbuznosti organizmov.
Cytoplazma obsahuje rôzne inklúzie vo forme granúl glykogénu, polysacharidov, kyseliny β-hydroxymaslovej a polyfosfátov (volutín). Hromadia sa pri nadbytku živín v prostredí a pôsobia ako rezervné látky pre potreby výživy a energie.
Voljutin má afinitu k zásaditým farbivám a je ľahko detekovateľný pomocou špeciálnych metód farbenia (napríklad podľa Neissera) vo forme metachromatických granúl. Toluidínovou modrou alebo metylénovou modrou je volutín zafarbený na červenofialovo a cytoplazma baktérie na modro. Charakteristické usporiadanie volutínových granúl je odhalené v difterickom bacilu vo forme intenzívne zafarbených bunkových pólov. Metachromatické sfarbenie volutínu je spojené s vysokým obsahom polymerizovaného anorganického polyfosfátu. Pod elektrónovou mikroskopiou vyzerajú ako elektrónovo husté granuly s veľkosťou 0,1-1 mikrónu.
Nukleoid- ekvivalent jadra v baktériách. Nachádza sa v centrálnej zóne baktérií vo forme dvojvláknovej DNA, tesne zbalenej ako guľa. Nukleoid baktérií na rozdiel od eukaryotov nemá jadrový obal, jadierko a základné proteíny (históny). Väčšina baktérií obsahuje jeden chromozóm, ktorý predstavuje molekula DNA uzavretá v kruhu. Niektoré baktérie však majú dva prstencové chromozómy (V. cholerae) a lineárne chromozómy (pozri časť 5.1.1). Nukleoid sa odhalí vo svetelnom mikroskope po zafarbení DNA špecifickými farbami
metódy: podľa Feulgena alebo podľa Romanovského-Giemsa. Vo vzorcoch elektrónovej difrakcie ultratenkých rezov baktérií sa nukleoid javí ako svetelné zóny s fibrilárnymi, vláknitými štruktúrami DNA viazanými v určitých oblastiach na cytoplazmatickú membránu alebo mezozóm, ktorý sa podieľa na replikácii chromozómov.
Okrem nukleoidu obsahuje bakteriálna bunka faktory extrachromozomálnej dedičnosti – plazmidy (pozri časť 5.1.2), čo sú kovalentne uzavreté kruhy DNA.
Kapsula, mikrokapsula, hlien.kapsula - slizničná štruktúra hrubá viac ako 0,2 mikrónu, pevne spojená s bakteriálnou bunkovou stenou a má jasne definované vonkajšie hranice. Kapsula je viditeľná v odtlačkových náteroch z patologického materiálu. V čistých bakteriálnych kultúrach sa kapsula tvorí menej často. Zisťuje sa pomocou špeciálnych metód farbenia náteru podľa Burri-Ginsa, ktorý vytvára negatívny kontrast látok kapsuly: atrament vytvára okolo kapsuly tmavé pozadie. Kapsula pozostáva z polysacharidov (exopolysacharidov), niekedy z polypeptidov, napríklad v bacilu antraxu pozostáva z polymérov kyseliny D-glutámovej. Kapsula je hydrofilná a obsahuje veľké množstvo vody. Zabraňuje fagocytóze baktérií. Kapsula je antigénna: protilátky proti kapsule spôsobujú jej zväčšenie (reakcia opuchu kapsuly).
Tvorí sa veľa baktérií mikrokapsula- tvorba slizníc s hrúbkou menšou ako 0,2 mikrónu, zistiteľná len elektrónovou mikroskopiou.
Treba ju odlíšiť od kapsuly sliz - mukoidné exopolysacharidy, ktoré nemajú jasné vonkajšie hranice. Hlien je rozpustný vo vode.
Mukoidné exopolysacharidy sú charakteristické pre mukoidné kmene Pseudomonas aeruginosa, ktoré sa často nachádzajú v spúte pacientov s cystickou fibrózou. Bakteriálne exopolysacharidy sa podieľajú na adhézii (priľnavosti k substrátom); nazývajú sa aj glykokalyx.
Kapsula a hlien chránia baktérie pred poškodením a vysychaním, keďže sú hydrofilné, dobre viažu vodu a zabraňujú pôsobeniu ochranných faktorov makroorganizmu a bakteriofágov.
Flagella baktérie určujú pohyblivosť bakteriálnej bunky. Bičíky sú tenké vlákna, ktoré preberajú
Pochádzajú z cytoplazmatickej membrány a sú dlhšie ako samotná bunka. Hrúbka bičíka je 12-20 nm, dĺžka 3-15 µm. Pozostávajú z troch častí: špirálovitého vlákna, háčika a základného tela obsahujúceho tyčinku so špeciálnymi diskami (jeden pár diskov u grampozitívnych baktérií a dva páry u gramnegatívnych baktérií). Bičíky sú pripojené k cytoplazmatickej membráne a bunkovej stene diskami. Vzniká tak efekt elektromotora s tyčou – rotorom – rotujúcim bičíkom. Ako zdroj energie sa využíva rozdiel protónového potenciálu na cytoplazmatickej membráne. Rotačný mechanizmus zabezpečuje protónová ATP syntetáza. Rýchlosť otáčania bičíka môže dosiahnuť 100 ot./s. Ak má baktéria niekoľko bičíkov, začnú sa synchrónne otáčať, prepletajú sa do jedného zväzku a vytvárajú akýsi druh vrtule.
Bičíky sú vyrobené z proteínu nazývaného bičík. (bičík- bičík), čo je antigén - takzvaný H-antigén. Bičíkové podjednotky sú skrútené do špirály.
Počet bičíkov u rôznych druhov baktérií kolíše od jedného (monotrichus) u Vibrio cholerae po desiatky a stovky tiahnucich sa pozdĺž obvodu baktérie (peritrichus), u Escherichia coli, Proteus atď. Lophotrichs má na jednom konci zväzok bičíkov bunky. Amphitrichy má jeden bičík alebo zväzok bičíkov na opačných koncoch bunky.
Bičíky sa zisťujú pomocou elektrónovej mikroskopie prípravkov potiahnutých ťažkými kovmi, alebo vo svetelnom mikroskope po úprave špeciálnymi metódami založenými na leptaní a adsorpcii rôznych látok vedúcej k zväčšeniu hrúbky bičíka (napríklad po postriebrení).
Villi alebo pili (fimbrie)- nitkovité útvary, tenšie a kratšie (3-10 nm * 0,3-10 µm) ako bičíky. Pili vystupujú z povrchu bunky a sú zložené z proteínu pilin. Je známych niekoľko druhov pili. Pili všeobecného typu sú zodpovedné za priľnavosť k substrátu, výživu a metabolizmus voda-soľ. Sú početné - niekoľko stoviek na bunku. Pohlavné pili (1-3 na bunku) vytvárajú kontakt medzi bunkami a prenášajú medzi nimi genetickú informáciu konjugáciou (pozri kapitolu 5). Obzvlášť zaujímavé sú pili typu IV, ktorých konce sú hydrofóbne, v dôsledku čoho sa krútia; tieto pili sa tiež nazývajú kučery. Poloha
Sú umiestnené na póloch bunky. Tieto pili sa nachádzajú v patogénnych baktériách. Majú antigénne vlastnosti, privádzajú baktérie do kontaktu s hostiteľskou bunkou a podieľajú sa na tvorbe biofilmu (pozri kapitolu 3). Mnohé pili sú receptory pre bakteriofágy.
Spory - zvláštna forma pokojových baktérií s grampozitívnym typom štruktúry bunkovej steny. Spórotvorné baktérie rodu Bacillus, v ktorých veľkosť spór nepresahuje priemer bunky sa nazývajú bacily. Spórotvorné baktérie, u ktorých veľkosť spór presahuje priemer bunky, a preto nadobúdajú tvar vretena, sa nazývajú klostrídie, napríklad baktérie rodu Clostridium(z lat. Clostridium- vreteno). Spóry sú odolné voči kyselinám, preto sa farbia na červeno Aujeszkyho metódou alebo metódou Ziehl-Neelsena a vegetatívna bunka sa farbí na modro.
Sporulácia, tvar a umiestnenie spór v bunke (vegetatívne) sú druhovou vlastnosťou baktérií, ktorá umožňuje ich vzájomné odlíšenie. Tvar spór môže byť oválny alebo guľovitý, umiestnenie v bunke je terminálne, t.j. na konci tyčinky (u pôvodcu tetanu), subterminálnej - bližšie ku koncu tyčinky (u pôvodcov botulizmu, plynovej gangrény) a centrálnej (u antraxového bacilu).
Proces sporulácie (sporulácie) prechádza niekoľkými štádiami, počas ktorých sa oddelí časť cytoplazmy a chromozóm bakteriálnej vegetatívnej bunky, obklopená vrastajúcou cytoplazmatickou membránou - vzniká prospóra.
Protoplast prospór obsahuje nukleoid, systém syntetizujúci proteín a systém výroby energie založený na glykolýze. Cytochrómy chýbajú dokonca aj v aeróboch. Neobsahuje ATP, energia na klíčenie je uložená vo forme 3-glycerolfosfátu.
Prospora je obklopená dvoma cytoplazmatickými membránami. Vrstva obklopujúca vnútornú membránu spór je tzv stena spór, pozostáva z peptidoglykánu a je hlavným zdrojom bunkovej steny počas klíčenia spór.
Medzi vonkajšou membránou a stenou spór sa vytvorí hrubá vrstva pozostávajúca z peptidoglykánu, ktorý má mnoho priečnych väzieb - kôra.
Nachádza sa mimo vonkajšej cytoplazmatickej membrány škrupina spór, pozostávajúce z proteínov podobných keratínu,
držiace viacnásobné intramolekulárne disulfidové väzby. Táto škrupina poskytuje odolnosť voči chemickým látkam. Spóry niektorých baktérií majú ďalší obal - exosporium lipoproteínovej povahy. Týmto spôsobom sa vytvorí viacvrstvová, zle priepustná škrupina.
Sporulácia je sprevádzaná intenzívnou konzumáciou prospóry a následne vyvíjajúcej sa škrupiny spór kyseliny dipikolínovej a iónov vápnika. Spóra získava tepelnú odolnosť, ktorá je spojená s prítomnosťou dipikolinátu vápenatého v nej.
Spóra môže pretrvávať dlhú dobu v dôsledku prítomnosti viacvrstvovej škrupiny, dipikolinátu vápenatého, nízkeho obsahu vody a pomalých metabolických procesov. V pôde môžu napríklad patogény antraxu a tetanu pretrvávať desiatky rokov.
Za priaznivých podmienok spóry klíčia a prechádzajú tromi po sebe nasledujúcimi fázami: aktivácia, iniciácia, rast. V tomto prípade sa z jednej spóry vytvorí jedna baktéria. Aktivácia je pripravenosť na klíčenie. Pri teplote 60-80 °C sa spóra aktivuje na klíčenie. Iniciácia klíčenia trvá niekoľko minút. Štádium rastu je charakterizované rýchlym rastom sprevádzaným deštrukciou škrupiny a vznikom semenáčika.