bacterii | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||
clasificare stiintifica | ||||||||||||
Domeniu:bacterii | ||||||||||||
Denumire științifică internațională | ||||||||||||
bacterii | ||||||||||||
Departamente [1] | ||||||||||||
|
||||||||||||
|
Bacteriile ( în latină bacterii , din altă greacă βακτήριον - „băț”) este domeniul microorganismelor procariote . Bacteriile ating de obicei câțiva micrometri în lungime, celulele lor pot avea o varietate de forme: de la sferice la formă de tijă și spirală. Bacteriile sunt una dintre primele forme de viață de pe Pământ și se găsesc în aproape toate habitatele terestre. Ei locuiesc în sol , în apele dulci și marine, în izvoarele termale acide , în deșeurile radioactive [2] și în straturile adânci ale scoarței terestre . Bacteriile sunt adesea simbioți și paraziți ai plantelor și animalelor . Cele mai multe bacterii nu au fost încă descrise, iar reprezentanți ai doar jumătate din diviziile bacteriilor pot fi cultivate în laborator [3] . Bacteriile sunt studiate de știința bacteriologiei - o ramură a microbiologiei .
Un gram de sol conține în medie 40 de milioane de celule bacteriene, iar un mililitru de apă dulce conține un milion de celule bacteriene. Pe Pământ există aproximativ 5⋅10 30 de bacterii [4] , iar biomasa lor depășește biomasa totală a animalelor și plantelor [5] . Ele joacă un rol important în ciclul nutrienților , de exemplu, bacteriile sunt cele care fixează azotul atmosferic . De asemenea, ele descompun resturile de animale și plante prin putrefacție [6] . Bacteriile extremofile care trăiesc în apropierea gurilor hidrotermale reci și fierbinți produc energie din compuși insolubili, cum ar fi hidrogenul sulfurat și metanul . Se presupune că bacteriile trăiesc în șanțul Marianelor , care are o adâncime de 11 kilometri [7] [8] . Există rapoarte despre bacterii care trăiesc în roci la 580 de metri sub fundul mării la o adâncime de 2,6 km în apropiere de nord-estul Statelor Unite [7] [9] .
Microflora umană este formată din 39 de trilioane de celule bacteriene (corpul uman însuși este format din aproximativ 30 de trilioane de celule) [10] . Microflora intestinală este cea mai numeroasă , pielea fiind locuită și de multe bacterii [11] . Majoritatea bacteriilor care trăiesc în corpul uman sunt inofensive datorită acțiunii inhibitoare a sistemului imunitar sau sunt benefice ( microflora umană ). O serie de bacterii sunt patogene pentru oameni. Bolile infecțioase precum holera , sifilisul , antraxul , lepra și ciuma bubonică sunt cauzate de bacterii . Cel mai mare număr de decese sunt cauzate de infecții respiratorii bacteriene , iar tuberculoza singură ucide 2 milioane de oameni anual (în principal în Africa sub-sahariană ) [12] . În țările dezvoltate , antibioticele sunt folosite nu numai pentru tratarea bolilor umane, ci și în creșterea animalelor , motiv pentru care problema rezistenței la antibiotice devine din ce în ce mai relevantă. În industrie, bacteriile sunt folosite în tratarea apelor uzate , răspunsul la scurgerile de petrol , producția de brânzeturi și iaurt , recuperarea aurului , paladiului , cuprului și a altor metale din minereuri [13] , precum și în biotehnologie , pentru a obține antibiotice și alți compuși [14] .
Bacteriile au fost plasate inițial în regnul vegetal ca parte a clasei Schizomycetes . Acum se știe că bacteriile, spre deosebire de plante și alte eucariote , nu au un nucleu bine format și, de regulă, organele membranoase . În mod tradițional, toate procariotele erau numite bacterii, dar în anii 1970 s-a demonstrat că procariotele sunt reprezentate de două domenii independente - bacteriile și arheile (eucariotele formează al treilea domeniu) [15] .
Cuvântul „bacterii” provine din latină. bacterie , derivată din altă greacă. βακτήριον , care înseamnă „toia”, deoarece primele bacterii descrise aveau formă de tijă [16] [17] .
Strămoșii bacteriilor moderne au fost microorganisme unicelulare care au devenit una dintre primele forme de viață pe Pământ, apărând în urmă cu aproximativ 4 miliarde de ani. Timp de aproape trei miliarde de ani, toată viața de pe Pământ a fost microscopică [18] [19] . Deși fosilele sunt cunoscute pentru bacterii (de exemplu , stromatoliți ), morfologia lor este foarte uniformă, ceea ce face imposibilă identificarea speciilor individuale . Cu toate acestea, secvențele de gene pot fi folosite pentru a reconstrui filogenia bacteriilor și cu ajutorul lor s-a demonstrat că bacteriile s-au separat înaintea arheilor și eucariotelor [20] . Cel mai apropiat strămoș comun al bacteriilor și arheilor a fost cel mai probabil un hipertermofil care a trăit acum 3-2,5 miliarde de ani [21] [22] .
Bacteriile au jucat un rol major în apariția eucariotelor. Se crede că celula eucariotă a apărut atunci când bacteriile au devenit endosimbionte ale organismelor unicelulare, probabil apropiate de arheile moderne [23] [24] . Cu alte cuvinte, o celulă proto-eucariotă a înghițit o celulă α-proteobacterium , care a dat naștere la mitocondrii și hidrogenozomi . Eucariotele care nu au atât mitocondrii, cât și hidrogenozomi sunt în prezent necunoscute, deși uneori aceste organele sunt mult reduse. Ulterior, unii dintre eucariotele care aveau deja mitocondrii au ingerat celule de cianobacterii , care au devenit plastide în plante și alge [25] [26] .
Celulele bacteriene au o morfologie extrem de diversă (adică formă și dimensiune). De regulă, celulele bacteriene sunt de zece ori mai mici decât celulele eucariote și ajung la 0,5-5 microni în lungime. În același timp, există bacterii vizibile cu ochiul liber: de exemplu, Thiomargarita namibiensis ajunge la jumătate de milimetru lungime [27] , iar Epulopiscium fishelsoni poate avea 0,7 mm lungime [28] . Una dintre speciile bacteriene crește până la 2 cm lungime, are o celulă neobișnuit de complexă, estompând efectiv granița dintre procariote și eucariote și, conform uneia dintre ipoteze, este chiar veriga lipsă în evoluția viețuitoarelor din unicelular . organisme [29] . Reprezentanții genului Mycoplasma pot fi atribuiți celor mai mici bacterii , a căror lungime celulară nu depășește 0,3 μm , ceea ce este comparabil ca mărime cu virionii unor virusuri [30] și depășește doar cu puțin limita de rezoluție a unui microscop optic . Există și bacterii mai mici ( ultramicrobacteria ), dar sunt puțin înțelese [31] .
Majoritatea bacteriilor sunt sferice ( coci ) sau în formă de baston ( bacili ) [32] . Unele bacterii, numite vibrioni , arată ca niște bețișoare sau virgule ușor ondulate; spirillae au formă elicoidală , în timp ce spirochetele au celule lungi strâns înfăşurate. Au fost descrise și bacterii cu alte forme de celule neobișnuite, cum ar fi celulele în formă de stea [33] . Varietatea formelor de celule bacteriene se datorează particularităților pereților celulari și ale citoscheletului . Forma unei celule bacteriene determină capacitatea acesteia de a absorbi nutrienți , de a se atașa de suprafețe, de a înota în lichide și de a evita organismele care mănâncă bacterii [34] .
Multe specii de bacterii există ca celule unice, dar la unele specii celulele formează grupuri caracteristice: de exemplu, celulele Neisseria sunt pereche , la Streptococcus sunt în lanțuri, la Staphylococcus sunt grupate sub forma unui ciorchine de struguri. Unele bacterii pot forma structuri multicelulare mai complexe. Astfel, Actinobacteriile formează filamente lungi (formațiuni filamentoase intracelulare), Myxococcales formează corpi fructiferi , iar Streptomyces formează filamente ramificate [35] . Uneori, astfel de structuri complexe apar numai în anumite condiții. De exemplu, atunci când există o lipsă de aminoacizi , celulele Myxococcales determină locația celulelor învecinate din aceeași specie folosind cvorum sensing , se deplasează unele spre altele și formează corpuri fructifere de până la 500 µm lungime, constând din aproximativ 100 de mii de celule bacteriene . 36] . Celulele bacteriene din compoziția corpurilor fructifere îndeplinesc diferite funcții: o zecime din toate celulele migrează în partea superioară a corpului fructifer și se transformă într-o formă latentă specială numită mixospor, care este mai rezistentă la uscare și alte condiții de mediu adverse [37]. ] .
Bacteriile se atașează adesea de suprafețe și formează aglomerări dense cunoscute sub numele de biofilme sau aglomerări mai mari cunoscute sub numele de covorașe bacteriene . Grosimea biofilmelor și a covorașelor poate varia de la câțiva micrometri până la jumătate de metru și pot include bacterii de diferite specii, precum și arhee și protisti . Biofilmele prezintă un aranjament complex de celule și componente extracelulare care formează structuri secundare cunoscute sub numele de microcolonii prin care trece o rețea de canale pentru a permite o mai bună difuzie a nutrienților [38] [39] . În habitate precum sol și suprafețele plantelor, majoritatea bacteriilor atașate la suprafețe sunt încorporate în biofilme [40] . Biofilmele sunt de importanță medicală deoarece se formează adesea în infecții bacteriene cronice sau infecții asociate cu implanturi străine. Mai mult, bacteriile din biofilme sunt mult mai greu de ucis decât celulele bacteriene individuale [41] .
Celula bacteriană este înconjurată de o membrană compusă în principal din fosfolipide . Membrana înconjoară întregul conținut al celulei și acționează ca o barieră pentru a reține nutrienții, proteinele și alte componente ale citoplasmei în celulă [42] . Spre deosebire de celulele eucariote, bacteriilor le lipsesc, de obicei, organele membranare mari, cum ar fi nucleul, mitocondriile și cloroplastele [43] . Cu toate acestea, unele bacterii au organele acoperite cu proteine în care au loc anumite procese metabolice [44] [45] , de exemplu, carboxizomii [46] . În plus, bacteriile au un citoschelet multicomponent care controlează localizarea acizilor nucleici și proteinelor în interiorul celulei și controlează diviziunea celulară [47] [48] [49] .
Multe reacții biochimice importante , cum ar fi formarea de ATP , apar datorită gradientului de concentrație al anumitor ioni de pe părțile opuse ale membranei, care creează o diferență de potențial , ca într-o baterie . Deoarece bacteriile nu au organite membranare, astfel de reacții (de exemplu, transferul de electroni ) au loc cu participarea membranei celulare bacteriene în fața mediului extern în cazul bacteriilor gram-pozitive sau în spațiul periplasmatic în cazul gram-negative. bacterii [50] . Cu toate acestea, la multe bacterii fotosintetice , membrana formează numeroase pliuri care umplu aproape întregul interior al celulei [51] . Complexele de absorbție a luminii sunt localizate pe aceste pliuri, cu toate acestea, în unele bacterii, de exemplu, bacteriile cu sulf verde , complexele de absorbție a luminii sunt localizate în interiorul veziculelor membranare speciale - clorozomi [52] .
Majoritatea bacteriilor nu au un nucleu înconjurat de membrane, iar materialul lor genetic , reprezentat în cele mai multe cazuri de o singură moleculă circulară de ADN , este localizat în citoplasmă ca parte a unui nucleoid de formă neregulată [53] . Nucleoidul conține nu numai ADN genomic , ci și proteine și ARN care interacționează cu acesta . Ca toate organismele vii, bacteriile au ribozomi care asigură sinteza proteinelor , dar dimensiunea și structura ribozomilor bacterieni diferă de cele ale ribozomilor arheici și eucarioți [54] .
Unele bacterii au granule de stocare a nutrienților, cum ar fi glicogen [55] , polifosfat [56] , sulf [57] sau polihidroxialcanoați [58] în citoplasmă . O serie de bacterii, precum cianobacteriile fotosintetice, au vacuole gazoase , cu ajutorul cărora își reglează flotabilitatea, datorită cărora se pot deplasa între straturi de apă cu conținuturi diferite de nutrienți și niveluri de lumină [59] .
Pe partea de sus a membranei celulare bacteriene se află peretele celular. Peretele celular al bacteriilor este compus din peptidoglican , cunoscut și sub numele de mureină, care este compus din lanțuri de polizaharide legate prin linkeri peptidici D - aminoacizi [60] . Compoziția chimică a peretelui celular bacterian diferă de peretele celular al plantelor și ciupercilor , în care este alcătuit din celuloză și respectiv chitină [61] . De asemenea, peretele celular al arheei nu conține peptidoglican. Peretele celular este vital pentru multe tipuri de bacterii, iar unele antibiotice, cum ar fi penicilina , inhibă biosinteza peptidoglicanilor și astfel ucid bacteria [61] .
Într-un sens larg, în funcție de compoziția peretelui celular al bacteriilor, se obișnuiește să se împartă în gram-pozitive și gram-negative . Aceste tipuri sunt denumite după colorația lor diferențială Gram , care a fost folosită mult timp pentru a clasifica bacteriile [62] . Bacteriile Gram pozitive au un perete celular gros compus din multe straturi de peptidoglican și acizi teicoici . La bacteriile gram-negative, dimpotrivă, peretele celular este mult mai subțire și include doar câteva straturi de peptidoglican, iar deasupra se află o a doua membrană care conține lipopolizaharide și lipoproteine . Majoritatea bacteriilor sunt Gram-negative și numai Firmicutes și Actinobacteria sunt Gram-pozitive (cunoscute anterior ca Gram-pozitive, GC scăzut și, respectiv, Gram-pozitive, GC mare) [63] . Diferențele dintre bacteriile Gram-pozitive și Gram-negative pot duce la o sensibilitate diferită la antibiotice. De exemplu, vancomicina este eficientă numai împotriva bacteriilor Gram-pozitive și nu are niciun efect asupra bacteriilor Gram-negative [64] . La unele bacterii, structura peretelui celular nu corespunde în sens strict nici tipului gram-pozitiv, nici gram-negativ. De exemplu, micobacteriile au un strat gros de peptidoglican, ca bacteriile Gram-pozitive, care este acoperit de o membrană exterioară, ca bacteriile Gram-negative [65] .
În multe bacterii, celula este acoperită cu așa-numitul strat S , care constă din molecule de proteine împachetate dens [66] . Stratul S oferă protecție chimică și fizică celulei și poate acționa ca o barieră de difuzie macromoleculară . Funcțiile stratului S sunt diverse, dar puțin înțelese, dar se știe că la Campylobacter acționează ca un factor de virulență , în timp ce la Geobacillus stearothermophilus conține enzime de suprafață [67] .
Multe bacterii au flageli , care sunt structuri proteice dense de aproximativ 20 nm în diametru și până la 20 µm în lungime. Ele asigură mobilitatea celulară și nu au nimic în comun cu flagelul eucariotic în ceea ce privește structura și mecanismul de lucru. Mișcarea flagelilor bacterieni are loc datorită energiei care este eliberată atunci când ionii se deplasează de-a lungul unui gradient electrochimic prin membrana celulară [68] .
Adesea, celulele bacteriene sunt acoperite cu fimbrie , care sunt filamente proteice care ating 2-10 nm în diametru și până la câțiva microni în lungime. Acestea acoperă întreaga suprafață a celulei bacteriene și arată ca firele de păr la microscopul electronic . Se presupune că fimbriile sunt implicate în atașarea celulelor bacteriene la diferite suprafețe și între ele, iar în multe bacterii patogene sunt factori de virulență [69] . Pilii sunt anexe proteice celulare, mai groase decât fimbriile, care asigură transferul materialului genetic de la o celulă bacteriană la alta în timpul conjugării (pili sexuali) [70] . În plus, pili de tip IV sunt implicați în mișcare [71] .
Multe celule bacteriene secretă un glicocalix care le acoperă cu o complexitate structurală diferită: de la un strat subțire nestructurat de polimeri extracelulari la o capsulă foarte structurată . Glicocalixul poate proteja bacteria de absorbția de către celulele eucariote, cum ar fi macrofagele care fac parte din sistemul imunitar [72] . De asemenea, poate acționa ca un antigen care este utilizat pentru a recunoaște celulele bacteriene de către sistemul imunitar, precum și pentru a participa la formarea biofilmelor și atașarea celulelor bacteriene la suprafețe [73] .
Formarea structurilor extracelulare ale unei celule bacteriene este asigurată de sistemele de secreție bacteriană . Ele transportă proteine din citoplasmă în spațiul periplasmatic sau în mediul extern. Sunt cunoscute mai multe tipuri de sisteme de secreție bacteriană; în plus, sistemele de secreție bacteriană acționează adesea ca factori de virulență [74] .
Reprezentanții mai multor genuri de bacterii Gram-pozitive, cum ar fi Bacillus , Clostridium , Sporohalobacter , Anaerobacter și Heliobacterium , formează structuri latente cu rezistență crescută la factorii de mediu adversi și sunt numiți endospori [75] . Endosporii se formează în citoplasma celulei și, de regulă, într-o celulă se poate forma un singur endospor. Fiecare endospor conține ADN și ribozomi înconjurați de un strat de suprafață de citoplasmă, deasupra căruia se află o membrană densă multistratificată formată din peptidoglican și diverse proteine [76] .
Endosporii nu suferă procese metabolice în interior și pot supraviețui sub cele mai puternice influențe fizice și chimice adverse, cum ar fi radiații UV intense , radiații γ , detergenți , dezinfectanți , îngheț, presiune și uscare [77] . Endosporii pot supraviețui milioane de ani [78] [79] , iar cu ajutorul lor, bacteriile pot rămâne în viață chiar și în vid și radiații cosmice [80] . Unele bacterii care formează endospori sunt patogene. De exemplu, antraxul se dezvoltă după inhalarea sporilor bacteriei Gram pozitive Bacillus anthracis , iar ingestia endosporilor de Clostridium tetani în răni adânc deschise poate duce la tetanos [81] .
Bacteriile au o varietate enormă de tipuri metabolice [82] . În mod tradițional , taxonomia bacteriilor a fost construită pe baza caracteristicilor lor metabolice, dar în mare măsură nu coincide cu clasificarea modernă bazată pe secvențe genomice [83] . Bacteriile sunt împărțite în trei tipuri de nutriție, în funcție de caracteristicile cheie ale metabolismului: o sursă de energie, un donor de electroni și o sursă de carbon [84] .
Bacteriile obțin energie în două moduri: prin absorbția luminii în timpul fotosintezei sau prin oxidarea compușilor chimici ( chemosinteză ) [85] . Chemotrofei folosesc substanțele chimice ca sursă de energie prin transferul de electroni de la un donor disponibil la un acceptor final de electroni într-o reacție redox . Energia eliberată în timpul acestei reacții este folosită în continuare pentru nevoile metabolismului. În funcție de substanța folosită ca donor de electroni, chimiotrofele sunt împărțite în mai multe grupuri. Bacteriile care folosesc substanțe anorganice , cum ar fi hidrogenul , monoxidul de carbon sau amoniacul , sunt numite litotrofe , în timp ce bacteriile care oxidează compușii organici sunt numite organotrofe . Bacteriile sunt, de asemenea, clasificate în funcție de substanțele care acționează ca acceptoare de electroni. În aerobi , oxigenul acționează ca un acceptor de electroni , în timp ce anaerobii folosesc alți compuși pentru aceasta, cum ar fi nitratul , sulfatul și dioxidul de carbon [85] .
Multe bacterii își îndeplinesc cerințele de carbon din compuși organici; astfel de bacterii se numesc heterotrofe . Alte bacterii, precum cianobacteriile și unele bacterii violete , sunt autotrofe , adică obțin carbon prin fixarea dioxidului de carbon [86] . În anumite condiții, bacteriile metanotrofe folosesc metanul atât ca sursă de electroni, cât și ca sursă de carbon [87] .
Tip de putere | Sursa de energie | sursa de carbon | Exemple |
---|---|---|---|
Fototrofe | lumina soarelui | Materie organică ( fotoheterotrofe ) sau dioxid de carbon fix (fotoautotrofe) | Cianobacterii, bacterii cu sulf verde, Chloroflexi , bacterii violete |
Litotrofe | compuși anorganici | Materie organică (litoheterotrofe) sau dioxid de carbon fix ( litoautotrofe ) | Thermodesulfobacteria , Hydrogenophilaceae , Nitrospirae |
Organotrofe | compusi organici | Materie organică (chemoheterotrofe) sau dioxid de carbon fix (chemoautotrofe) | Bacil , Clostridium , Enterobacteriaceae |
Metabolismul bacteriilor este de mare importanță pentru stabilitatea mediului și activitatea umană. De exemplu, unele bacterii sunt singurii fixatori ai azotului atmosferic (folosind enzima nitrogenaza ) [88] . Alte procese chimice importante din punct de vedere ecologic efectuate de bacterii sunt denitrificarea , reducerea sulfatului și acetogeneza [89] [90] . Procesele metabolice ale bacteriilor pot servi și ca surse de poluare. Astfel, bacteriile reducătoare de sulfat formează compuși de mercur foarte toxici ( metil- și dimetilmercur ) [91] . O serie de bacterii anaerobe efectuează fermentația pentru energie, iar produsele sale secundare (cum ar fi etanolul în fermentația alcoolică ) sunt eliberate în mediu. Anaerobii facultativi pot comuta între obținerea energiei prin fermentație și obținerea acesteia prin respirație cu acceptori de electroni diferiți în funcție de condițiile de mediu [92] .
Spre deosebire de organismele multicelulare , în organismele unicelulare, inclusiv bacteriile, creșterea celulară și reproducerea prin diviziune celulară sunt strâns legate [93] . Celulele bacteriene ating o anumită dimensiune și apoi se divid prin fisiune binară. În condiții optime, bacteriile cresc și se divid foarte repede, a fost descris un exemplu de Pseudomonas marin , a cărui populație se poate dubla la fiecare 9,8 minute [94] . În timpul fisiunii binare, se formează două celule fiice, identice cu mama. Unele bacterii, deși se reproduc prin simplă diviziune, formează structuri mai complexe concepute pentru a propaga celulele fiice. Un exemplu sunt corpurile fructifere ale mixobacteriilor și hifele aeriene ale streptomicetelor . Unele bacterii sunt capabile să înmugurize , atunci când celula fiică formează o excrescență pe celula mamă, care ulterior se separă și duce la viață independentă [95] .
În laborator, bacteriile sunt crescute pe medii solide sau lichide . Mediile solide, cum ar fi agar , sunt folosite pentru a izola culturi pure de tulpini bacteriene . Mediile lichide sunt utilizate atunci când este necesar să se măsoare viteza de creștere sau să se obțină un număr mare de celule. Când bacteriile sunt crescute într-un mediu lichid cu agitare, se obțin culturi celulare omogene, cu toate acestea, este dificil de observat contaminarea cu alte bacterii. Pentru identificarea bacteriilor individuale se folosesc medii selective care conțin antibiotice, nutrienți specifici sau, dimpotrivă, lipsite de orice compuși [97] .
Majoritatea metodelor de laborator pentru creșterea bacteriilor necesită cantități mari de nutrienți pentru a asigura producția rapidă a unor volume mari de celule. Cu toate acestea, în condiții naturale, nutrienții sunt limitati și bacteriile nu se pot înmulți la infinit. Datorită disponibilității limitate a nutrienților , pe parcursul evoluției au evoluat diverse strategii de creștere . Unele specii cresc extrem de rapid atunci când nutrienții sunt disponibili, de exemplu, cianobacteriile provoacă adesea înflorirea corpurilor de apă bogate în organice [98] . Alte organisme sunt adaptate la condițiile dure de mediu, de exemplu, bacteriile din genul Streptomyces secretă antibiotice care inhibă creșterea bacteriilor concurente [99] . În natură, multe tipuri de bacterii trăiesc în comunități (de exemplu, sub formă de biofilme ) care asigură fiecărei celule nutriția necesară și protejează împotriva condițiilor nefavorabile [40] . Unele organisme și grupuri de organisme cresc numai în comunități și nu pot fi izolate într-o cultură pură [100] .
Dinamica de creștere a populației bacteriene poate fi împărțită în patru faze. Când o populație de bacterii intră într-un mediu bogat în nutrienți, celulele încep să se adapteze la noile condiții. Prima fază de creștere, numită fază de întârziere, este o perioadă de creștere lentă când celulele se adaptează la un mediu bogat în nutrienți și se pregătesc pentru o creștere rapidă. În timpul fazei de întârziere, are loc sinteza intensă a proteinelor [101] . Faza de întârziere este urmată de o fază logaritmică sau exponențială , în timpul căreia are loc o creștere rapidă exponențială . Rata de creștere a celulelor în această fază se numește rata de creștere, iar timpul necesar pentru ca populația de celule să se dubleze se numește timp de generare. În timpul fazei de log, nutrienții sunt consumați la o rată maximă până când unul dintre compușii necesari se epuizează și începe să inhibe creșterea. A treia fază de creștere se numește staționară, începe cu o lipsă de nutrienți pentru o creștere rapidă. Rata metabolică scade, iar celulele încep să descompună proteinele care nu sunt strict necesare. În timpul fazei staționare , sunt exprimate gene ale căror produse proteice sunt implicate în repararea ADN- ului, metabolismul antioxidant și transportul nutrienților [102] . Faza finală de creștere este faza morții, în care aportul de nutrienți este epuizat și bacteriile mor [103] .
La majoritatea bacteriilor, genomul este reprezentat de o singură moleculă circulară de ADN (uneori numită cromozom ), iar dimensiunea genomului variază de la 160 kb la bacteria endosimbiotică Carsonella ruddii [104] până la aproximativ 13 milioane bp . în bacteria din sol Sorangium cellulosum [105] . Cu toate acestea, într-un număr de reprezentanți ai genurilor Streptomyces și Borrelia , genomul este reprezentat de un singur cromozom liniar [106] [107] , în timp ce unele specii din genul Vibrio au mai mult de un cromozom [108] . Multe bacterii conțin și plasmide , molecule mici de ADN extracromozomial care conțin mai multe gene care oferă proprietarilor lor diverse proprietăți benefice: rezistență la antibiotice, reacții metabolice noi și diverși factori de virulență [109] .
Genomul bacterian conține de obicei de la câteva sute la câteva mii de gene. Genele bacteriene, cu rare excepții, nu au introni , iar dacă există, sunt foarte scurte [110] .
Când o celulă bacteriană se divide, celulele fiice moștenesc copii identice ale genomului său și, de fapt, sunt clonele sale . Cu toate acestea, mutațiile apar în mod constant în genomul bacteriilor , dintre care cele mai bune sunt susținute de selecție , în plus, recombinarea genetică apare uneori în bacterii . Mutațiile apar din cauza erorilor în enzimele de duplicare a ADN -ului, precum și prin acțiunea mutagenilor . Rata de mutație diferă semnificativ nu numai la bacteriile de diferite specii, ci chiar și la diferite clone aparținând aceleiași specii [111] . Modificările genomilor bacterieni apar și din cauza mutațiilor aleatoare și a așa-numitelor mutații direcționate de stres (adică genele responsabile pentru orice proces care inhibă creșterea mută în mod deosebit de des) [112] .
În unele bacterii, celulele pot face schimb de material genetic între ele. Există trei moduri prin care informațiile genetice sunt schimbate între bacterii. În primul rând, celulele bacteriene pot prelua ADN-ul exogen din mediu într-un proces numit transformare [113] . Unele bacterii absorb ADN-ul din exterior în stare normală, în timp ce altele încep să preia ADN-ul străin după expunerea chimică, adică mai întâi trebuie să devină competente [114] . În natură, competența se dezvoltă în condiții stresante și acționează ca un mecanism adaptativ, deoarece un fragment de ADN captat din exterior poate fi util pentru a experimenta condiții nefavorabile [115] . În al doilea rând, o bacterie poate primi ADN străin în timpul transducției , când un bacteriofag nu numai că se introduce în cromozomul bacterian, dar aduce și un fragment din genomul altei bacterii. Există mulți bacteriofagi, dar pentru toți există două tipuri de ciclu de viață: ciclul litic când celula gazdă este distrusă la scurt timp după infectare, eliberând noi particule virale în exterior și ciclul lizogen când bacteriofagul este integrat în genomul bacteriei și coexistă. pașnic cu ea până la un moment dat [116] . Bacteriile au o serie de mecanisme de apărare împotriva bacteriofagelor, în special, sistemul de restricție-modificare [117] și sistemul CRISPR /Cas. Sistemul CRISPR/Cas, de fapt, joacă rolul de imunitate adaptivă , deoarece fragmente din genomurile fagilor care infectează celula sunt integrate în locusul CRISPR , iar la reinfectare, replicarea lor este suprimată din cauza interferenței ARN [118] [119] . În al treilea rând, celulele bacteriene fac schimb de material genetic în timpul conjugării, când ADN-ul este transferat de la o celulă la alta prin contact direct. De obicei, transferul de material genetic prin oricare dintre cele trei mecanisme implică participarea bacteriilor din aceeași specie, totuși, în unele cazuri, bacteriile din specii diferite fac schimb de ADN. De exemplu, genele de rezistență la antibiotice sunt transmise de la o specie bacteriană la alta [120] [121] . Transferul de material genetic între diferiți indivizi se numește transfer orizontal de gene (spre deosebire de transferul vertical de gene, adică de la părinți la urmași) [122] .
Multe bacterii sunt mobile și se mișcă prin mecanisme diferite. Cel mai adesea, flagelii sunt folosiți pentru mișcare - filamente lungi care se rotesc ca o elice [123] datorită unui motor special la baza lor. Forța motrice pentru motor este gradientul electrochimic al membranei celulare [124] . Flagelul bacterian conține aproximativ 20 de proteine, iar alte 30 de proteine sunt necesare pentru a-i regla funcționarea și asamblarea [123] .
Cu ajutorul flagelilor, bacteriile se pot mișca în moduri diferite. Multe bacterii, cum ar fi Escherichia coli , se pot deplasa înainte sau se pot prăbuși. Datorită răsturnării, celula își schimbă direcția mișcării, care este o plimbare aleatorie în spațiul tridimensional [125] . Numărul și aranjamentul flagelilor variază în funcție de specii. Unele bacterii au un singur flagel (monotric), altele au doi flageli situati la două capete opuse ale celulei (amphitricous), al treilea are mănunchiuri de flageli (lophotricous) la polii celulei, iar al patrulea flagel acoperă întreaga suprafață. a celulei (peritric). La spirochete , flagelul este situat în spațiul periplasmatic dintre două membrane. Celulele spirochete au o formă contortă caracteristică care se modifică odată cu mișcarea [123] .
Unele bacterii sunt capabile de așa-numitele zvâcniri ( eng. twitching ) din cauza pili de tip IV [126] , precum și de alunecare . Când se zvâcnește, celula are un pili în formă de tijă care se leagă de substrat și se contractă, împingând celula înainte [127] .
Bacteriile mobile se caracterizează printr-o mișcare îndreptată către un stimul sau, dimpotrivă, departe de acesta - taxiuri . Astfel de programe comportamentale includ chemotaxia , fototaxia , taxiurile energetice și magnetotaxia [128] [129] [130] . Celulele bacteriene pot coopera cu formarea unui singur grup datorită sentimentului de cvorum, cum ar fi, de exemplu, mixobacterii în formarea corpurilor fructifere. Unele specii din genurile de paraziți intracelulari Listeria și Shigella se mișcă în interiorul celulei gazdă folosind citoscheletul său , care este în mod normal folosit pentru a muta organele celulare. Prin stimularea polimerizării actinei la unul dintre polii celulelor lor, aceste bacterii formează un fel de coadă de actină care le împinge înainte [131] .
Unele bacterii au sisteme chimice care emit lumină. Capacitatea de a bioluminesce este adesea prezentă în bacteriile care trăiesc în simbioză cu peștii de adâncime , iar lumina produsă de bacterii atrage peștii unul la altul sau animalele mai mari la pește [132] .
Bacteriile formează adesea agregate multicelulare cunoscute sub numele de biofilme, schimbând o varietate de semnale chimice care fac mișcarea lor coordonată [133] [134] . Formarea clusterelor multicelulare oferă bacteriilor o serie de avantaje: ele observă diviziunea muncii între celule și apariția diferitelor tipuri de celule funcționale, nutrienții sunt absorbiți mai eficient și este asigurată o protecție mai fiabilă împotriva inamicilor naturali. De exemplu, bacteriile din biofilme sunt de 500 de ori mai rezistente la antibiotice decât celulele planctonice individuale ale aceleiași specii [134] .
Comportamentul coordonat al celulelor aceluiași tip de bacterii se realizează adesea în detrimentul unor substanțe chimice speciale. Pe baza concentrației locale a acestor substanțe, bacteria determină densitatea celulelor congenere din jurul ei (cvorum sensing). Datorită sentimentului de cvorum, bacteriile pot coordona expresia genelor și pot începe să secrete și să capteze autoinductori sau feromoni , a căror concentrație crește odată cu creșterea populației [135] .
Bacteriile pot fi clasificate pe baza structurii celulare, metabolismului și diferențelor în compoziția chimică a celulelor (prezența sau absența anumitor acizi grași , pigmenți , antigeni, chinone ) [97] . Deși caracteristicile enumerate sunt potrivite pentru izolarea tulpinilor, nu este clar dacă pot fi utilizate pentru a separa speciile bacteriene. Faptul este că majoritatea bacteriilor nu au structuri distinctive și, datorită transferului genelor orizontal pe scară largă, speciile înrudite pot diferi foarte mult în morfologie și metabolism [136] . În acest sens, în prezent, clasificarea modernă se bazează pe filogenetica moleculară . Metodele sale includ determinarea compoziției GC a genomului, hibridizarea genomului și secvențierea genelor care nu au suferit un transfer orizontal intensiv, cum ar fi genele ARNr [137] . Clasificarea relevantă a bacteriilor este publicată de International Journal of Systematic Bacteriology [138] și de Bergey 's Manual of Systematic Bacteriology . Comitetul Internațional de Sistematică a Procariotelor [ reglementează regulile internaționale pentru denumirea taxonilor bacterieni și determinarea rangurilor acestora conform regulilor Codului Internațional de Nomenclatură a Procariotelor [ 139 ] .
Termenul „bacterii” a fost aplicat în mod tradițional procariotelor unicelulare microscopice. Cu toate acestea, datele filogenetice moleculare sugerează că procariotele sunt de fapt împărțite în două domenii independente, care inițial au fost numite eubacterii ( lat. Eubacteria ) și arheobacterii ( lat. Archaebacteria ), dar acum sunt numite bacterii și arheea [15] . Aceste două domenii, împreună cu domeniul eucariotic, formează baza sistemului cu trei domenii , care este cel mai popular sistem de clasificare pentru organismele vii [140] . Arheea și eucariotele sunt mai strâns legate decât oricare dintre aceste domenii de bacterii. Cu toate acestea, se crede că arheile și eucariotele provin din bacterii gram-pozitive [141] . Pe măsură ce numărul de secvențe secvențiale ale genomilor bacterieni crește foarte rapid, clasificarea bacteriilor este în continuă schimbare [3] [142] .
În medicină , identificarea bacteriilor este de mare importanță, deoarece regimul de tratament depinde de acesta. Din acest motiv, chiar înainte de era biologiei moleculare, oamenii de știință dezvoltau în mod activ metode de identificare rapidă a bacteriilor patogene . În 1884, Hans Christian Gram a propus o metodă de colorare diferențială a bacteriilor pe baza structurii peretelui lor celular [62] . Bacteriile Gram pozitive cu colorație Gram cu un strat gros de peptidoglican sunt violet, în timp ce bacteriile Gram negative cu un strat subțire de peptidoglican sunt roz. Combinând colorația Gram și morfotipurile , se disting patru grupuri principale de bacterii: coci gram-pozitivi, bacili gram-pozitivi, coci gram-negativi, bacili gram-negativi. Cu toate acestea, alte metode de colorare sunt mai potrivite pentru identificarea unor bacterii. De exemplu, micobacteriile și bacteriile din genul Nocardia nu se decolorează cu acizi după colorare conform Ziehl-Neelsen [143] . Unele bacterii pot fi identificate prin creșterea lor pe medii specifice și prin alte metode precum serologia [144] .
Metodele de cultură bacteriană sunt concepute pentru a promova creșterea anumitor bacterii, dar inhibă creșterea altor bacterii din aceeași probă. Adesea, aceste metode sunt concepute special pentru mostre specifice de unde provin microbii. De exemplu, pentru a identifica agentul cauzal al pneumoniei , se prelevează o probă de spută pentru cultivare ulterioară , pentru a identifica agentul cauzal al diareei , se prelevează o probă de scaun pentru cultivare pe un mediu selectiv și, în toate cazurile, se crește bacteriile patogene vor fi suprimate. Specimenele care sunt în mod normal sterile (de exemplu, sânge , urină , lichid cefalorahidian ) sunt cultivate în condiții potrivite pentru creșterea oricărui microorganism [97] [145] . Odată ce un agent patogen a fost izolat, acesta poate fi studiat pentru morfologia sa, modelele de creștere (de exemplu, creșterea aerobă sau anaerobă), modelele de hemoliză și colorarea cu diferite metode.
Ca și în cazul clasificării bacteriilor, metodele moleculare sunt din ce în ce mai folosite pentru identificarea lor. Diagnosticele care utilizează metode moleculare precum reacția în lanț a polimerazei (PCR) câștigă popularitate datorită vitezei și specificității sale [146] . Aceste metode pot detecta și identifica bacterii care, deși păstrează activitatea metabolică, nu se divid și, prin urmare, nu pot fi cultivate în cultură [147] . Cu toate acestea, chiar și cu ajutorul metodelor moleculare, este imposibil să se determine cu exactitate sau chiar să se estimeze aproximativ numărul de specii bacteriene existente. Începând cu 2018, au fost descrise câteva mii de specii de bacterii, dar doar aproximativ 250 dintre ele sunt agenți patogeni umani [148] . Numărul total de specii bacteriene, conform diferitelor estimări, variază de la 10 7 la 10 9 , dar chiar și aceste estimări pot fi ordine de mărime mai mici decât numărul real de specii [149] [150] .
Un concept clar și precis al unei specii de bacterii nu a fost încă formulat. Acest lucru se datorează diversității incredibile a bacteriilor, transferului genic orizontal pe scară largă , imposibilității cultivării majorității bacteriilor și a unui număr de alte motive. Introducerea PCR și a metodelor de secvențiere în microbiologie a făcut posibilă izolarea speciilor bacteriene pe baza gradului de similitudine a acestora cu genomul bacteriilor deja cunoscute, cu toate acestea, această abordare este adesea ineficientă din cauza diversității uriașe a bacteriilor [151] .
Pe lângă specii, alte categorii sunt uneori folosite în clasificarea bacteriilor. Numele Candidatus [152] se adaugă la numele speciilor nu pe deplin confirmate, ci doar presupuse . Multe specii sunt subdivizate în așa-numitele tulpini - variante morfologice sau genetice (subtipuri) de bacterii din cadrul aceleiași specii. Cu toate acestea, o serie de experți consideră categoria „tulpină” ca fiind artificială [153] .
În ciuda simplității lor aparente, bacteriile pot intra în relații complexe cu alte organisme. Astfel de relații simbiotice pot fi subdivizate în parazitism , mutualism și comensalism , precum și prădare. Datorită dimensiunilor lor mici, bacteriile comensale sunt omniprezente și trăiesc pe tot felul de suprafețe, inclusiv pe plante și animale. Creșterea bacteriilor pe corpul uman este accelerată de căldură și transpirație , iar populațiile lor mari dau miros corpului .
Unele bacterii ucid și înghiți alte microorganisme. Una dintre astfel de bacterii prădătoare [156] este Myxococcus xanthus , care formează aglomerări care ucid și digeră orice bacterie care ajunge pe ele [157] . Bacteria prădătoare Vampirovibrio chlorellavorus se atașează de prada sa, după care o digeră treptat și absoarbe nutrienții eliberați [158] . Daptobacter pătrunde în alte celule bacteriene și se înmulțește în citosolul acestora [159] . Este probabil ca bacteriile prădătoare să fi evoluat din saprofagi care se hrănesc cu microorganisme moarte după ce au dobândit adaptări pentru captarea și uciderea altor microbi [160] .
Unele tipuri de bacterii formează grupuri care sunt necesare pentru supraviețuirea lor. O astfel de asociere mutualistă, cunoscută sub numele de transfer de hidrogen între specii, se formează între grupuri de bacterii anaerobe, care preiau acizi organici , cum ar fi acizii butiric și propionic , și eliberează hidrogen, și arheile metanogene , care folosesc hidrogen. Bacteriile din această asociere nu pot absorbi acizii organici de la sine, deoarece această reacție produce hidrogen care se acumulează în jur. Numai prin arheile metanogenice concentrația de hidrogen este menținută suficient de scăzută pentru a permite bacteriilor să crească [161] .
Multe bacterii sunt simbioți ai oamenilor și ale altor organisme. La oameni, numai sângele și limfa sunt complet lipsite de bacterii [162] . De exemplu, mai mult de o mie de specii de bacterii care alcătuiesc microflora intestinală umană normală sunt implicate în funcționarea sistemului imunitar, sintetizează vitamine (de exemplu, acid folic , vitamina K și biotină ), transformă zaharurile în acid lactic și fermentează și carbohidrații complecși nedigerabili [163] [164] [165] . În plus, microflora intestinală inhibă reproducerea organismelor patogene prin excluderea competitivă . Microbii intestinali benefici sunt adesea vânduți ca suplimente probiotice [166] .
Bacteriile intră în relații mutualiste complexe cu o mare varietate de animale. De exemplu, mezohilul bureților este locuit de multe bacterii și toate speciile de bureți studiate până acum au asocieri simbiotice cu una sau mai multe specii de simbioți bacterieni [167] [168] [169] [170] . Multe moluște au organe luminoase speciale care strălucesc datorită bacteriilor care trăiesc în ele. Bacteriile primesc o protecție fiabilă și condiții favorabile pentru hrănire, iar moluștele sunt ajutate de luminiscență în atragerea unui partener sexual [171] . Ascidienii intră într-o relație de simbioză cu cianobacteriile din genul Prochloron , care fixează CO 2 iar animalul îi asigură un habitat protejat [172] .
La rumegătoare , tractul gastrointestinal complex găzduiește multe microorganisme, datorită cărora animalele pot mânca alimente aproape fără proteine. Doar unele bacterii sunt capabile să distrugă celuloza , în urma cărora se formează acizi organici ( formic , acetic , propionic , butiric ), care sunt absorbiți de animale. Dioxidul de carbon și hidrogenul emise sunt transformate de metanogenii care trăiesc acolo în metan . O secțiune a stomacului complex al rumegătoarelor, rumenul , găzduiește nu numai bacterii care degradează celuloza, ci și bacterii care descompun amidonul , pectina , polizaharidele și peptidele , fermentând o varietate de zaharuri , alcooli , aminoacizi și acizi grași . 173] . Bacteriile care distrug celuloza locuiesc și în intestinul posterior al termitelor , producând acetat , care este ingerat de insecte [174] .
În sol, bacteriile care alcătuiesc rizosfera fixează azotul, transformându-l în diverși compuși care conțin azot [175] . Sunt singura formă utilizabilă de azot pentru multe plante care nu pot fixa azotul singure. Multe bacterii se găsesc la suprafață și în interiorul semințelor [176] .
Bacteriile care parazitează alte organisme sunt numite agenți patogeni. Bacteriile patogene cauzează multe decese umane și provoacă infecții precum tetanos , febră tifoidă , difterie , sifilis , holeră , toxiinfecții alimentare , lepră și tuberculoză . Agentul patogen care provoacă boala poate fi descris la mulți ani după descrierea bolii în sine, așa cum sa întâmplat cu Helicobacter pylori și ulcerul peptic , de exemplu . Bacteriile sunt responsabile pentru multe boli ale plantelor cultivate ( bacterioze ), inclusiv petele frunzelor [177] , pârjolirea fructelor și ofilirea . Bolile animalelor precum paratuberculoza , mastita , salmoneloza și antraxul au o bază bacteriană [178] [179] .
Fiecare agent patogen este caracterizat de interacțiuni specifice cu organismul gazdă. Unii agenți patogeni, cum ar fi speciile din genurile Staphylococcus și Streptococcus , provoacă infecții ale pielii, pneumonie, meningită și chiar sepsis , un răspuns inflamator sistemic care progresează spre șoc , vasodilatație masivă și moarte [180] . În același timp, aceleași microorganisme fac parte din microflora umană normală și trăiesc adesea pe piele și în interiorul cavității nazale fără a provoca nicio boală. Alte bacterii provoacă întotdeauna boli, cum ar fi rickettsiae , care sunt paraziți intracelulari obligați și se pot reproduce numai în interiorul celulelor gazdei. O specie de Rickettsia provoacă tifos , cealaltă este agentul cauzator al febrei petale din Munții Stâncoși . Un alt gen de paraziți intracelulari obligați, Chlamydia , include pneumonia, infecțiile tractului urinar și insuficiența coronariană [181] . Unele bacterii, cum ar fi Pseudomonas aeruginosa , Burkholderia cenocepacia și Mycobacterium avium , sunt agenți patogeni oportuniști și provoacă boli predominant la persoanele care suferă de imunodeficiență sau fibroză chistică [182] [183] .
Infecțiile bacteriene pot fi tratate cu antibiotice, care includ medicamente bactericide care ucid bacteriile și bacteriostatice care doar le suprimă creșterea. Există mai multe clase de antibiotice care acționează asupra proceselor pe care bacteriile patogene le au, dar gazda nu. Astfel, antibioticele cloramfenicol și puromicina inhibă funcționarea ribozomului bacterian, dar nu acționează asupra ribozomilor eucarioți [184] . Antibioticele sunt folosite nu numai în medicină, ci și în creșterea animalelor pentru a stimula creșterea animalelor, ceea ce a dus la răspândirea pe scară largă a rezistenței la antibiotice în populațiile bacteriene [185] .
Unele bacterii, cum ar fi bacteriile cu acid lactic ( Lactobacillus și Lactococcus ), împreună cu drojdiile și mucegaiurile , au fost folosite de oameni de câteva mii de ani pentru a face produse fermentate, inclusiv brânzeturi, varză murată , sos de soia , oțet , vin și iaurt [186] [187] .
Capacitatea bacteriilor de a degrada o varietate de compuși organici are aplicații în gestionarea deșeurilor și bioremediere . Bacteriile capabile să descompună hidrocarburile petroliere sunt adesea folosite pentru a curăța scurgerile de petrol [188] . În urma scurgerii de petrol Exxon Valdez din 1989 în Prince Wilhelm Sound , îngrășămintele au fost plasate pe unele dintre plajele din apropiere pentru a promova creșterea bacteriilor care descompun hidrocarburile uleiului. Această măsură s-a dovedit a fi eficientă pentru acele plaje în care stratul de petrol nu era prea gros. Bacteriile sunt, de asemenea, folosite pentru bioremedierea deșeurilor toxice industriale [189] . În industria chimică, bacteriile joacă cel mai important rol în producerea de enantiomeri puri ai compușilor chimici care sunt utilizați în produse farmaceutice sau agrochimie [190] .
Bacteriile pot fi folosite în locul pesticidelor pentru protecția biologică a plantelor . Bacteria gram-pozitivă a solului, Bacillus thuringiensis , este folosită cel mai frecvent în acest scop . Subspeciile acestei bacterii sunt folosite în insecticide eficiente împotriva lepidopterelor și sunt cunoscute sub denumirile comerciale Dipel și Thuricide [191] . Datorită specificității lor înguste, astfel de pesticide sunt considerate ecologice și sigure pentru oameni , animale sălbatice , polenizatori și alte insecte benefice [192] [193] .
Datorită capacității lor de a crește rapid și ușurinței de manipulare, bacteriile au devenit adevărate „cai de bătaie” ai biologiei moleculare, geneticii și biochimiei . Prin introducerea mutațiilor în genomurile bacteriene și studierea fenotipurilor rezultate , oamenii de știință pot determina funcțiile genelor, enzimelor și căilor metabolice în bacterii și pot extrapola în continuare rezultatele la organisme mai complexe [194] . Pentru bacterii bine studiate precum E. coli s-au obţinut chiar modele matematice ale metabolismului lor [195] [196] . Cu cunoștințe despre metabolismul bacterian și genetica, ele pot fi utilizate în biotehnologie și bioinginerie pentru a produce proteine importante din punct de vedere terapeutic, cum ar fi insulina , factori de creștere și anticorpi [197] [198] .
Prima vedere a bacteriilor a fost făcută de microscopistul olandez Antonie van Leeuwenhoek în 1676, folosind un microscop cu o singură lentilă din propria sa invenție [199] . El a descris observațiile sale într-o serie de scrisori către Societatea Regală din Londra [200] [201] [202] . Dimensiunea bacteriilor a fost aproape la limita de rezoluție a lentilelor simple Leeuwenhoek. Timp de aproape o sută de ani după descoperirea lui Leeuwenhoek, nimeni nu a văzut bacterii [203] . Leeuwenhoek a descris , de asemenea, protiști , pe care i-a numit animalcules , iar interesul pentru descoperirile sale a apărut în lumina dezvoltării teoriei celulare [204] .
Termenul de „bacterii” a fost propus de Christian Gottfried Ehrenberg în 1828 [205] . Genul Bacterium descris de el s- a dovedit de fapt a fi un grup compozit de bacterii în formă de tije care nu formează spori [206] , spre deosebire de tijele formatoare de spori din genul Bacillus pe care Ehrenberg le-a descris în 1835 [207] .
În 1859, Louis Pasteur a arătat că baza fermentației este creșterea microorganismelor, iar creșterea bacteriilor nu a fost rezultatul generării lor spontane spontane . Alături de contemporanul său Robert Koch , Pasteur a devenit primul adept al teoriei germenilor bolii [208] .
Robert Koch, un pionier în microbiologia medicală, a lucrat cu agenții patogeni ai holerei, antraxului și tuberculozei. Koch a reușit să arate baza microbiană a tuberculozei, pentru care a fost distins cu Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1905 [209] . Așa-numitele postulate ale lui Koch , pe care le-a introdus ca criterii pentru stabilirea unei legături între un microb și o boală, sunt încă folosite astăzi [210] .
Ferdinand Cohn , care studiază bacteriile din 1870, este considerat fondatorul bacteriologiei . El a devenit autorul clasificării bacteriilor pe baza morfologiei lor [211] [212] .
Deși a devenit cunoscut în secolul al XIX-lea că multe boli erau cauzate de bacterii, medicamentele antibacteriene eficiente încă nu existau [213] . În 1910, Paul Ehrlich a obținut primul antibiotic prin conversia coloranților pentru colorarea specifică a agentului cauzal al sifilisului Treponema pallidum în compuși care au ucis selectiv bacteria [214] . În 1908 a fost distins cu Premiul Nobel pentru munca sa în imunologie , dar a fost de asemenea pionier în utilizarea coloranților pentru identificarea bacteriilor [215] .
Poziția bacteriilor în sistemul lumii vii s-a schimbat în mod repetat. Încă din momentul descoperirii lor, ei au fost alocați plantelor ca clasa Schizomycetes , iar acum izolate ca un tip separat de cianobacterii (cunoscute atunci sub numele de alge albastru-verzi) au fost numite Schizophyceae . Împreună cu Schizomycetes au fost separate în divizia de plante numită Schizophyta [216] . În 1866, Ernst Haeckel a evidențiat bacteriile ca un tip de pușcă ( Monera ), pe care le-a considerat protisții ca parte a regatului [217] . Termenul „procariote” pentru organismele care nu au un nucleu celular a fost propus de Edward Shutton în 1925 împreună cu termenul „eucariote”. Shutton a plasat, de asemenea, cianobacteriile în grupul de procariote din grupul de alge adevărate , care sunt eucariote [218] . În 1938 , Herbert Copeland a scos în evidență puștile din regatul protisților, pe care le-a redenumit protoctists [219] . În 1969, Robert Whittaker a propus împărțirea lumii vii în cinci regate: puști, protisti, plante, ciuperci și animale [220] . Un pas colosal înainte în înțelegerea biologiei bacteriene a fost făcut în 1977, când Carl Woese a împărțit procariotele (care erau încă adesea denumite pelete) în bacterii și arhee [221] . Taxonomia filogenetică , construită pe baza secvențelor genei 16S rARN , a stat la baza sistemului cu trei domenii al lumii vii propus de el [15] , care a fost fixat în 1990 [15] .
Dicționare și enciclopedii |
|
---|---|
Taxonomie | |
În cataloagele bibliografice |
|
Microbiologie : bacterii | |
---|---|
Bacterii patogene |
|
Microflora umană |
|
Specificitatea substratului | |
Suflare | |
Genetica si reproducerea |
|
forme de repaus |
|
Vezi si |