Świat bakterii Maciej Dajos kl. I „b”

Pałeczka okrężnicy ( escherichia coli) Bakterie są to proste, jednokomórkowe organizmy bytujące we wszystkich środowiskach. Ich cechą charakterystyczną jest brak jądra komórkowego, chloroplastów, mitochondriów i innych organelli błoniastych. Pałeczka okrężnicy ( escherichia coli)

Antoni van Leeuwenhoek Odkrycie bakterii Bakterie zostały zauważone po raz pierwszy w 1686 roku przez holenderskiego przyrodnika i przedsiębiorcę Antoniego van Leeuwenhoeka przy użyciu własnoręcznie wykonanego mikroskopu. Zaobserwowane organizmy nazwał „animalcules”. O swoim odkryciu poinformował Royal Society. Nazwa bakterie wprowadzona została w 1838r. Przez niemieckiego przyrodnika Christiana Gottfrieda Ehrenberga. Wzięła się ona od greckiego słowa baktērion oznaczającego pałeczkę. Antoni van Leeuwenhoek

Pochodzenie bakterii Przodkami bakterii są jednokomórkowe organizmy, które pojawiły się na ziemi ok. 4 miliardów lat temu. Przez ok. 3mld lat wszystkie organizmy były mikroskopijne i bakterie wraz z archeanami były dominującymi grupami organizmów. Od czasu powstania bakterie niewiele się zmieniły. Istnieją skamieniałości takie jak stromatolity (najstarsze z nich pochodzą sprzed ponad 3mld lat) znalezione w nich bakterie różnią się od współczesnych w niewielkim stopniu. Stromatolity w Parku Narodowym Glacier w USA pochodzące z prekambru

Budowa komórki bakteryjnej Plazmid - cząsteczka DNA występująca poza nukleoidem, zdolna do autonomicznej (niezależnej) replikacji. Rybosomy – organelle służące do produkcji białek. Cytoplazma - substancja koloidalna, wypełniająca wnętrze komórki. Błona komórkowa - półprzepuszczalna błona biologiczna oddzielająca wnętrze komórki od świata zewnętrznego. Ściana komórkowa - martwy składnik komórki, otoczka o funkcji ochronnej i szkieletowej, jej głównym składnikiem jest mureina. Otoczka - śluzowata otoczka, zbudowana z wielocukrów lub z białek. Chroni przed wyschnięciem ,a u pasożytów, uniemożliwia związanie białek powierzchniowych bakterii przez receptory komórek żernych i zarazem fagocytozę zarazka Nukleoid (genofor) - obszar cytoplazmy, w którym znajduje się kolista nić kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA). Bakteryjny odpowiednik jądra komórowego. Wić - organellum ruchu wyrastające z powierzchni komórki, u bakterii mogą występować także rzęski.

Kształt komórek Typowa komórka bakteryjna ma zwykle ok. 1 μm średnicy i 5 μm długości Występują również bakterie o mniejszych rozmiarach - wiele ziarniaków ma średnicę 0,5 μm. Największym znanym obecnie gatunkiem bakterii jest Thiomargarita namibiensis której komórka może mieć nawet 2 mm długości. Komórki bakteryjne i ich kolonie mogą przyjmować różne kształty: Ziarniaki (Coccus) –kuliste. Pałeczki (Bacterium) – wydłużone. Laseczki (Bacillus) – wydłużone z przetrwalnikami. Promieniowce (Actinomycetales) – nitkowato rozgałęzione. Przecinkowce (Vibrio) – przypominające przecinki. Maczugowce (Corynebacteriaceae) – przypominające maczugi. Wrzecionowce – o kształcie wrzeciona. Śrubowce (Spirillum) – kształt falisty. Krętki (Spirochaetes) – kształt przypominający korkociąg Nitkowce – komórki bardzo wydłużone W przypadku ziarniaków wyróżnić można: Dwoinki – para komórek. Czworaczki ( tetrady) – cztery komórki. Pakietowce – regularne prostopadłościany. Paciorkowce – sznur wielu komórek. Gronkowce – zbiór komórek o kształcie grona.

Odżywianie się bakterii Bakterie mogą być: 1. Samożywne – odżywiające się przekształcając proste związki nieorganiczna na organiczne. Wśród bakterii autotroficznych wyróżniamy: Fotoautotrofy, które wykorzystując energię słoneczną syntezują związki organiczne. Chemoautotrofy uzyskujące energię poprzez utlenianie związków nieorganicznych (najczęściej są to związki siarki, żelaza, azotu, wodór cząsteczkowy). 2. Cudzożywne – pobierające związki organiczne ze środowiska. Są to najczęściej saprofity rozkładające szczątki innych organizmów lub pasożyty wywołujące różne choroby. Mogą także żyć w symbiozie z innymi organizmami i od nich pobierać pokarm ( np. bakterie brodawkowe). Anabaena – bakteria fotosyntezująca zaliczana do sinic

Oddychanie bakterii Bakterie mogą oddychać zarówno tlenowo, jak i beztlenowo. Bakterie tlenowe uzyskują energię w wyniku spalania substancji organicznych z udziałem tlenu. Można je podzielić na tlenowce bezwzględne, którym tlen jest niezbędny do życia i giną przy jego braku i tlenowce względne, które żyją w środowisku tlenowym, jednak gdy tlenu zabraknie zdolne są do oddychania beztlenowego. Bakterie beztlenowe uzyskują energię w procesie fermentacji ( mlekowej, masłowej, metanowej itd.), rozkładając substancje organiczne bez udziału tlenu. Je także można podzielić na bezwzględne beztlenowce, dla których tlen jest toksyczny oraz względne beztlenowce, które żyją w środowisku beztlenowym, lecz tlen nie jest dla nich toksyczny i gdy dostanie się do ich środowiska potrafią wykorzystać go do oddychania. Kwas mlekowy – produkt jednego z rodzajów oddychania beztlenowego bakterii – fermentacji mlekowej

Mikroorganizmy z próbek wody wyhodowane na pożywce agarowej Rozmnażanie bakterii Bakterie rozmnażają się poprzez podział komórki, w wyniku którego powstaje kolejna komórka bakteryjna. Jest ona genetycznie identyczna z komórką macierzystą. Częstotliwość podziałów jest różna. Zależy od gatunku bakterii oraz od warunków panujących w środowisku. Może trwać od 5 min do nawet 360h. Bakterie rozmnażają się bezpłciowo, jednak może zachodzić wymiana materiału genetycznego pomiędzy komórkami tego samego gatunku. Proces ten zwany jest koniugacją. Mikroorganizmy z próbek wody wyhodowane na pożywce agarowej

Barwienie metodą Grama Bakterie można zróżnicować zabarwiając je metodą Grama. Barwienie to ukazuje różnice w budowie komórki bakterii. Pod tym względem bakterie dzieli się na: Gram dodatnie – barwią się na niebiesko, nie wyróżnia się u nich zewnętrznej błony komórkowej. Przykładem bakterii gram + są: gronkowce, paciorkowce, laseczka wąglika, laseczka tężca, prątek gruźlicy. Gram ujemne – barwią się na czerwono wyróżnia się u nich zewnętrzną błonę komórkową. Przykładem bakterii gram – są: przecinkowiec cholery, pałeczka okrężnicy, krętek blady, pałeczka dżumy, pałeczki z rodzajów Salmonella, Shigella, Brucella. Bakterie nie barwiące się metodą Grama. Gram dodatnie bakterie wąglika Gram ujemne pałeczki ropy błękitnej

Znaczenie bakterii w przyrodzie Bakterie pełnią w przyrodzie wiele bardzo ważnych funkcji. W ekosystemach pełnią rolę reducentów – rozkładają substancje organiczne na prostsze związki nieorganiczne. Bakterie samożywne są producentami – przekształcają związki nieorganiczne na organiczne. Bakterie mogą być pożywieniem dla innych organizmów (głównie pierwotniaków) Dzięki bakteriom zachowany zostaje obieg materii i energii w przyrodzie. Uczestniczą w obiegu azotu, siarki, fosforu, węgla w przyrodzie. Żyją w symbiozie z wieloma gatunkami organizmów na Ziemi. Umożliwiają wielu roślinożercom (np. przeżuwaczom, termitom) trawienie celulozy, roślinom motylkowatym pobieranie azotu z atmosfery (bakterie brodawkowe). Gatunki pasożytnicze wywołują choroby u wielu organizmów, regulując w ten sposób ich populacje i usuwając z nich osobniki słabe. W niektórych sytuacjach niebezpieczne mogą być także występujące naturalnie wewnątrz organizmów gatunki nie będące pasożytami. Uczestniczą w samooczyszczaniu wód oraz procesach glebotwórczych. Brodawki korzeniowe rośliny motylkowatej zasiedlone przez bakterie z rodzaju Rhizobium Przedstawiciel motylkowatych - Łubin

Znaczenie bakterii w przemyśle Bakterie wykorzystywane są w wielu gałęziach przemysłu. W przemyśle spożywczym umożliwiają produkcję np.. serów, jogurtów, kiszonych ogórków i kapusty (bakterie mlekowe), octu. W przemyśle medycznym bakterie wykorzystywane są do produkcji leków (np. insuliny, antybiotyków), witamin ( B12, C ), szczepionek. W nauce są podstawowymi organizmami modelowymi wykorzystywanymi w badaniach biochemicznych i genetycznych. Ze względu na małe rozmiary i szybki metabolizm wykorzystywane są w inżynierii genetycznej i biologii molekularnej. Bakterie znajdują również zastosowanie w ochronie środowiska. Są głównym składnikiem osadu czynnego w biologicznych oczyszczalniach ścieków. Bakterie rozkładające węglowodory mogą wspomagać usuwanie skutków wycieków ropy lub innych olejów z tankowców (zostały użyte m.in. po katastrofie tankowca Exxon Valdez w 1989 roku). Ponadto niektóre gatunki mogą zastępować pestycydy w walce ze szkodnikami roślin (np. bakteria Bacillus thuringiensis używana jest dość powszechnie do tępienia gąsienic motyli). Ogórki kiszone powstają w wyniku przeprowadzanej przez bakterie fermentacji mlekowej

Wpływ na organizm człowieka Organizm człowieka zamieszkuje ok. 1000 gatunków bakterii. Żyją głównie w układzie pokarmowym, gdzie uczestniczą w trawieniu oraz syntezują wiele ważnych dla człowieka substancji (np. witaminę K, kwas foliowy, biotynę). Zamieszkują także skórę, układ oddechowy. Wiele pasożytniczych bakterii może wywoływać choroby zakaźne. Odżywiają się one kosztem ludzkiego organizmu zaburzając jego funkcjonowanie Niebezpieczne dla człowieka mogą być także gatunki niepasożytnicze oraz bakterie występujące naturalnie w organizmie. Niektóre bakterie podczas swojego życia wytwarzają substancje szkodliwe dla innych organizmów i wydalają je do środowiska, w którym żyją. Substancje te nazywane są egzotoksynami. Przykładem egzotoksyny jest botulina (jad kiełbasiany) – jedna z najsilniejszych znanych neurotoksyn wytwarzana przez beztlenowe laseczki Clostridium botulinum, używana w medycynie do leczenia niektórych chorób znana głównie w medycynie kosmetycznej jako botox. Egzotoksyny wytwarzają głównie bakterie gram-dodatnie (np. laseczka tężca, gronkowiec złocisty), ale także gram-ujemne (np. przecinkowiec cholery). Egzotoksyny są antygenami, mogą więc wywoływać odpowiedź immunologiczną organizmu. Inne gatunki bakterii wytwarzają endotoksyny – są to substancje mniej szkodliwe od egzotoksyn, uwalniane przy rozpadzie komórki bakteryjnej. Wytwarzają je bakterie gram-ujemne. E. Coli – jeden z głównych gatunków tworzących florę jelitową człowieka Toksyna botulinowa

Przykłady chorób bakteryjnych człowieka Choroba Gatunek bakterii Angina Streptococcus pyogenes Błonica (dyfteryt) Maczugowiec błonicy Borelioza z rodzaju Borrelia Cholera Przecinkowiec cholery Dżuma Pałeczka dżumy Gruźlica Prątek gruźlicy (Kocha) Kiła (syfilis) Krętek blady Rzeżączka (tryper) Dwoinka rzeżączki Salmonelloza z rodzaju Salmonella Tężec Laseczka tężca Trąd Prątek trądu Tyfus plamisty Rickettsia prowazeki Szczękościsk u człowieka chorego na tężec Zdjęcie 24-letniego człowieka chorego na trąd Wrzód na palcu mężczyzny chorego na kiłę

Antybiotyki Głównym sposobem walki z chorobami bakteryjnymi jest stosowanie antybiotyków. Antybiotyki ( gr. anti – przeciw, bios – życie) są to substancje, które niszczą bakterie lub utrudniają ich wzrost. Działanie to odbywa się poprzez utrudnianie biosyntezy ściany komórkowej, białek oraz kwasów nukleinowych. Antybiotyki produkowane są przez niektóre drobnoustroje, obecnie wykorzystuje się także antybiotyki syntetyczne i półsyntetyczne. Pierwszy antybiotyk – penicylina odkryty został w 1928 roku przez szkockiego uczonego Alexandra Fleminga. Penicylina

Antybiotykooporność Oporność na antybiotyki jest to zdolność bakterii do przeciwstawienia się działaniu antybiotyku. Występuje ona naturalnie u niektórych szczepów bakterii. Może być także spowodowana nabyciem genów odporności od innych bakterii lub spontanicznymi mutacjami. Coraz większa oporność bakterii wiążę się ze zbyt częstym wykorzystywaniem antybiotyków w medycynie oraz jako konserwantów w przemyśle spożywczym. Badanie lekooporności danego szczepu bakterii odbywa się poprzez wyhodowanie bakterii na podłożu mikrobiologicznym oraz umieszczeniu na nim niewielkich krążków nasączonych różnymi antybiotykami. Następnie sprawdza się, na jak dużej powierzchni wokół krążka rozwój bakterii został zahamowany. Im powierzchnia jest większa, tym lekooporność szczepu mniejsza. Badanie lekooporności ( Gronkowiec Złocisty)

Literatura: Claude A. Villee. Biologia. Warszawa 1987 Krystyna Kotełko, Leon Sedlaczek, Tadeusz M. Lachowicz. Biologia Bakterii. Warszawa 1979 Piotr Tadeusz Kąkol. Biologia Kompendium. Warszawa 2007 Witold Mizerski (red.). Tablice biologiczne. Warszawa 2004