Baktérie sú jednobunkové prokaryotické organizmy mikroskopických rozmerov, ktoré sa pohybujú v rozmedzí od 1 do 10 μm. Obývajú rozličné biotopy a stretávame sa s nimi absolútne všade: vo vzduchu, vo vode, v pôde, ale aj na povrchu pokožky človeka či v jeho hrubom čreve. Štúdiom baktérií sa zaoberá bakteriológia.
Základná stavba bakteriálnej bunky
Z hľadiska vnútornej stavby je bunka baktérie typická prokaryotická bunka. Jej nepravé jadro (nukleoid) tvorené zväčša jednou kruhovou molekulou DNA nie je od cytoplazmy ohraničené jadrovou membránou a bunke chýbajú membránové organely. Bakteriálne jadro (nukleoid, bakteriálny chromozóm) zaberá asi 10% až 20% objemu bunky a váhovo činí len asi 3% sušiny. V jadre bunky je uložená genetická informácia danej bunky. Podľa istých pravidiel je sekvenciou báz DNA priradený daný súbor vlastností bunky, celá jej stavba a činnosť. Je podstatné, že jadro je haploidné - t.j. v pokojovej, nerastúcej bakteriálnej bunke je len jeden chromozóm. Okrem DNA v jadre obsahujú mnohé baktérie aj voľne v cytoplazme malé, do kruhu uzavreté molekuly DNA, ktoré sa nazývajú plazmidy. Plazmidy obsahujú doplnkovú genetickú informáciu, ktorá nie je životne dôležitá, ale udeľuje bunke isté vlastnosti naviac, ktoré sa v určitých podmienkach existencie baktérie môžu stať rozhodujúcimi pre jej prežitie a pomnoženie.
Kľúčovou štruktúrou baktérií je ich bunková stena, ktorú tvorí polymér peptidoglykán (mureín). Bunková stena je pórovitá, dáva bunke tvar a chráni ju pred osmotickým tlakom. Tvar bakteriálnej bunky je väčšinou jednoduchý: gulička (koky), tyčinka (bacily), alebo zakrivená tyčinka (vibriá, spirily a spirochéty). Priemerná bakteriálna bunka dosahuje veľkosť len 0,3-5,0 µm. Bez ohľadu na ich malú veľkosť je však tvar buniek baktérií veľmi rozmanitý a slúži ako jeden zo základných znakov pri ich klasifikácii.
Cytoplazma a ribozómy
Rozpustná cytoplazma úplne ovplyvňuje vnútorný priestor bakteriálnej bunky, pretože bakteriálna bunka spravidla nemá vakuoly. Okrem bakteriálneho chromozómu sú v nej prítomné ribozómy a granula zásobných látok. Vlastná cytoplazma je veľmi koncentrovaný vodný roztok mnohých biomolekúl, ktoré zahŕňajú viac než 50% všetkých proteínov bunky, z ktorých skoro všetky majú enzymatickú funkciu. Ribozómy sú telieska vyskytujúce sa v bakteriálnej bunke v rôznom počte. Pokojová bunka ich obsahuje niekoľko stoviek, rýchlo rastúca E. coli 30 000 a viac. Váhovo predstavujú ribozómy až 40% sušiny bunky a 80% celkovej bunkovej RNA. Prokaryotický ribozóm, teda aj bakteriálny, sa označuje ako 70S a skladá sa z dvoch nerovnakých podjednotiek.
Rozmnožovanie baktérií
Baktérie sa rozmnožujú výlučne nepohlavne, a to procesom známym ako priečne delenie. Ide o priame rozdelenie bunky. Počas tohto procesu sa najprv zdvojí bakteriálna DNA (replikácia chromozómu) a následne sa bunka zaškrtí na dve rovnaké polovice. Výsledkom sú klony, teda bunky geneticky úplne zhodné s materskou bunkou. V rastúcej bunke súčasne s rastom prebieha aj replikácia chromozómu, a preto je v jednej bunke viacej než jeden chromozóm. Generačná doba bakteriálnych buniek pri tomto delení za optimálnych podmienok trvá priemerne približne 30 minút. Pri niektorých druhoch je známe aj pučanie.
Hoci baktérie nemajú skutočné pohlavné rozmnožovanie, dokážu si medzi sebou vymieňať gény prostredníctvom horizontálneho prenosu génov, čím vznikajú nové genetické kombinácie. Najvýznamnejším spôsobom je konjugácia. Ide o dej, pri ktorom sa dve bunky dočasne spoja a darcovská bunka jednosmerne odošle príjemcovi časť svojej DNA (zvyčajne vo forme malého kruhového plazmidu). Toto fyzické spojenie sa uskutočňuje prostredníctvom špeciálnych cytoplazmatických výbežkov nazývaných sex pilusy (fimbrie).
Baktériové spóry a sporulácia
Niektoré druhy baktérií, napríklad paličkovité baktérie (bacily), majú schopnosť utvárať mimoriadne odolné kľudové štádiá nazývané spóry (endospóry). Baktériové spóry alebo výtrusy sú mimoriadne rezistentné pokojové formy baktérií s minimálnym metabolizmom. Vytvárajú ich za určitých podmienok niektoré bakteriálne druhy, najmä bacily a klostrídie. Spóry nepredstavujú formu rozmnožovania, ale sú mechanizmom prežitia v nepriaznivých podmienkach.
Proces diferenciácie vegetatívnej bunky na spóru sa nazýva sporulácia. Nastáva za nepriaznivých nutričných podmienok. Geneticky sa jedná o expresiu reprimovaných génov, ktorá spôsobí asymetrické delenie bakteriálnej bunky tak, že dcérska bunka má síce rovnakú genetickú výbavu ako materská bunka, ale má odlišnú fyziológiu a anatomickú štruktúru a existuje v materskej bunke až do jej odumretia. Proces sporulácie začína replikáciou DNA a asymetrickým bunkovým delením, pričom z menšej časti vznikne dvojitou membránou obalená spóra.
Endospore formation in bacteria | Structure of endospore | endospore forming pathogenic bacteria
Štruktúra a odolnosť spór
Spóra je pokojové štádium, v ktorom môže baktéria prežívať napriek nepriaznivým vonkajším podmienkam. Je charakterizovaná nulovým metabolizmom, vysokou chemickou a fyzikálnou odolnosťou, vysokou svetlolomnosťou a nízkym obsahom vody. Endospora je spóra, ktorá vzniká zvnútra bakteriálnej bunky na rozdiel od exospóry. Endospóry tvoria niektoré G+ baktérie, konkrétne rody Bacillus a Clostridium.
Spóra má na povrchu mohutný obal - kortex, ktorý je obalený vonkajšou membránou vytvorenou z cytoplazmatickej membrány materskej bunky, nad ktorou je proteínový plášť. Spóra je protoplast, obsahuje genóm, malé množstvo proteosyntetického aparátu a veľké množstvo vápnika a kyseliny dipikolinovej, cytochrómy jej chýbajú. Energiu poskytuje glykolýza. Spóra neobsahuje takmer žiadnu vodu. Voda je nahradená vápnikom, pričom vznikajú kalciumdipikolinátové mostíky.
Spóry sa vyznačujú veľkou odolnosťou voči vonkajším vplyvom - teplu, dezinfekčným prostriedkom a môžu vo svojej forme prežívať niekoľko storočí. Odolnosť spór je veľmi vysoká. Napríklad u spór C. tetani je potrebný var 90 minút (pri 100 °C), u C. botulinum je potrebný päťhodinový var. Spóry odolajú aj dezinfekčným prostriedkom, napríklad etanolu, fenolu, povrchovo aktívnym látkam. Medzi sporocídne prostriedky patria napr. etylénoxid, beta-propiolaktón, koncentrované lúhy a kyseliny, pri predĺženej expozícii aj formaldehyd, chloramín, kyselina peroctová, autoklávovanie (20 minút horúcej pary pri tlaku 2 atm a 120 °C). Takto odolné sú vďaka tomu, že obsahujú vysoké koncentrácie draslíka, stabilizujúce makromolekuly a takmer žiadnu vodu.
Germinácia (klíčenie)
Za vhodných podmienok sú spóry schopné meniť sa na plne virulentnú vegetatívnu formu - tento proces sa nazýva germinácia (klíčenie). Klíčenie je proces, keď sa spóra premení späť na vegetatívnu bunku. Na aktiváciu spóry je potrebné narušenie stavby plášťa spóry. K narušeniu môže dôjsť napr. mechanickým poškodením alebo špecifickými chemickými signálmi z prostredia.
tags: #rozmnozovanie #bakterii #pomocou #spor