Bakterije

Šema građe prokariotske ćelije: 1- kapsula; 2- ćelijski zid; 3- ćelijska membrana; 4- citoplazma; 5- ribozomi; 6- mezozom; 7- nukleoid; 8- flagelum

Bakterije su jednoćelijski organizmi prokariotske građe koji se uočavaju svetlostnim mikroskopom. Najstariji su (smatra se da su nastali pre oko 3,4 milijardi godina ) i najbrojniji organizmi na našoj planeti. Prisutni su u svim vrstama staništa, uključujući tu i ljudski organizam.

Uprkos njihove velike brojnosti i prisutnosti u svim staništima bakterije, zbog svoje male veličine , su poslednji živi organizmi otkriveni od strane čoveka. Praktično su gotovo bile nepoznate sve do 20. veka kada su Luj Paster i Robert Koh potvrdili ulogu bakterija u kvarenju hrane i mnogim bolestima ljudi i životinja.

Građa i hemijski sastav

Opšti plan građe bakterije predstavlja građu prokariotske ćelije - tj, kod svih bekterijskih ćelija nalazimo:

• plazma membranu i
• citoplazmu, u kojoj su
• ribozomi i
• nukleoid.

Za više podataka pogledati Prokarioti

Najveći broj bakterija ima i ćelijski zid, ali ga ipak ne poseduju sve bakterije (mikoplazme, rikecije). Pored navedenih, pojedine vrste bakterija mogu da sadrže i sledeće delove:

• kapsulu,
• flagelume,
• pile,
• tilakoide,
• mezozome i
• plazmide.

Kapsula je sluzavi, spoljašnji omotač koji stvara sama bakterija. Uloga kapsule je da zaštiti bakteriju od dejstva odbrambenog sistema organizma u koji je dospela. Izgrađena je od polisaharida. Kod mnogih bakterija je zapaženo da obrazuju gust, somotast omotač od kapsulinih polisaharida nazvan glikokaliks (skoro je otkriven).Tako npr. bakterija (streptokoka) koja izaziva karijes, se najbolje pričvršćuje za površinu zuba onda kada stvara glikokaliks. Za proizvodnju glikokaliksa neophodni su šećeri. Bakterije koje imaju kapsulu nazivaju se inkapsulirane bakterije.

Ćelijski zid ne sadrži samo nekoliko vrsta bakterija. Njegovo oštećenje dovodi do smrti bakterije. Antibiotik penicilin sprečava stvaranje ćelijskog zida. Prema sastavu ćelijskog zida i bojenju postupkom po Gramu (metoda koju je predložio naučnik Hans Kristijan Gram 1884. g.) bakterije se dele na:

• Gram-pozitivne i
• Gram-negativne.

Gram-negativne bakterije imaju jedan sloj lipopolisaharida koji pokriva njihov ćelijski zid, dok Gram-pozitivne nemaju taj sloj, usled čega se prve boje crveno ,a druge ljubičasto. Ovo nije i jedina razlika između ove dve vrste bakterija. Tako je utvrđeno da se Gram-pozitivne lakše uništavaju antibioticima, dok su Gram-negativne mnogo otpornije.

Pili (fimbrije) su na stotine končića raspoređenih oko tela bakterije. Stvara ih sama bakterija i proteinske su prirode. Njihova uloga je u pričvršćivanju bakterije za podlogu i međusobnom pripajanju dve jedinke pri razmnožavanju.

Bičevi (flagelumi) su dugi ,tanki izraštaji izgrađeni od proteina flagelina, kojima se bakterije kreću. Prostije su građe i nisu pokriveni ćelijskom membranom kao bičevi eukariota. Gubitkom bičeva bakterije postaju nepokretne.

Ponašanje bakterije u nepovoljnim uslovima životne sredine

Kada su spoljašnji uslovi nepogodni za rast i razmnožavanje, dolazi do različitih promena u bakterijama :obrazovanja spora ,gubljenja bičeva i kapsule. Proces stvaranja spora naziva se sporulacija, a bakterije sa tom sposobnošću su sporogene bakterije. Spore se obrazuju kao zaštita genetičkog materijala bakterije, znači-endogeno (lat. endo = unutra). Imaju debele zidove i veoma su otporne na nepovoljne uslove. Pomoću njih bakterije preživljavaju nepovoljne uslove i raznose se na nova, udaljena mesta. Kada u spoljašnjoj sredini postanu povoljni uslovi iz spore isklija nova bakterija.

Metabolizam bakterija

Biološka uspešnost bakterija (velika brojnost, sposobnost da žive u svim vrstama staništa) je rezultat njihivig metabolizma, koji je praćen malom veličinom, brzim razmnožavanjem i sposobnošću obrazovanja spora. Ne postoji jednostavno ili jedinstveno pravilo u vezi njihovog metabolizma.

Način ishrane

Prema načinu ishrane, odnosno da li same stvaraju hranljive materije ili uzimaju gotove iz prirode, bakterije se dele na:

• autotrofne i
• heterotrofne.

Autotrofne bakterije

U zavisnosti od toga koji izvor energije koriste, autotrofne bakterije mogu biti:

1.fotosintetičke (fototrofne) i

2. hemosintetičke (hemotrofne),

Fotosintetičke koriste Sunčevu energiju kao izvor energije za proizvodnju hranljivih materija. Ta fotosinteza se razlikuje od one kod biljaka po tome što se pri njoj ne oslobađa kiseonik i bakteriohlorofil može da vrši fotosintezu i u mraku.

Hemosintetičke bakterije kao izvor energije za proizvodnju hrane koriste hemijsku energiju koju dobijaju oksidacijom različitih neorganskih jedinjenja.

U zavisnosti od toga koja jedinjenja oksidišu razlikuju se:

• nitrifikacione,
• gvožđevite (oksidišu gvožđe),
• sumporne,
• metanske,
• vodonične i dr.

Nitrifikacione bakterije oksidišu amonijak u nitrite, a zatim nitrite u nitrate (soli azota koje biljke mogu da koriste).

Heterotrofne bakterije

Ove bakterije uzimaju gotove organske materije iz spoljašnje sredine. Mogu biti:

• saprofitske (saprobne) i
• parazitske.

Saprofiti koriste organske materije iz uginulih organizama i raznog organskog otpada. One luče enzime koji krupne organske molekule razlažu na male organske i neorganske molekule. Bakterije te male organske molekule upijaju kroz pore na ćelijskom zidu. Saprofitske bakterije zajedno sa gljivama predstavljaju najznačajnije organizme na našoj planeti iz kategorije razlagača (mineralizatora). Ovi oblici organizama razlažu uginula bića na manje organske i neorganske (mineralne) molekule. Neke od njih imaju sposobnost da ugljenik iz uginulih organizama pretvaraju u ugljen-dioksid(koriste ga biljke u fotosintezi). Bez ovih bakterija ugljenik i mnogi drugi elementi bili bi nepovratno blokirani u telu uginulih organizama . Život na našoj planeti bi, u ovom sadašnjem obliku, tada prestao.

Saprofitske bakterije se javljaju i u humanim ćelijama kao npr. meningokoke (izazivaju meningitis-zapaljenje moždanih opni) i gonokoke (izazivaju gonoreju - kapavac).

Paraziti organske materije uzimaju iz živih organizama. Oni žive na račun domaćina izazivajući bolest (patogene). Neke od njih izazivaju oboljenja samo u određenim uslovima sredine.

Načini ćelijskog disanja

Organske materije (dobijene nekim od već opisanih načina ishrane) se u bakterijama razlažu i oslobađena energija se koristi za životne procese. Proces razlaganja organskih materija do krajnjih proizvoda ugljen-dioksida, vode i oslobođene energije (u vidu ATP-a) naziva se ćelijsko disanje(respiracija).

Razlikuju se dva tipa ćelijskog disanja :

• anaerobna respiracija i
• aerobna respiracija.

• Aerobna respiracija

Aerobnu respiraciju obavljaju aerobne bakterije koje žive u sredini sa kiseonikom. Pri ovom procesu se glukoza (preko nje i ostala organska jedinjenja) u prisustvu kiseonika razlaže na ugljen-dioksid i vodu uz oslobađanje energije (ATP). Proces vrše enzimi respiratornog lanca vezani za mezozome ćelijske membrane.

• Anaerobna respiracija

Anaerobnu respiraciju (Fermentaciju ili vrenje) vrše anaerobne bakterije koje žive u sredini bez kiseonika. Pri vrenju se glukoza, u sredini bez kiseonika, razlaže do proizvoda koji mogu biti :

• mlečna kiselina (pri mlečno-kiselinskom vrenju) ili
• etil-alkohol (pri alkoholnom vrenju).

U odnosu prema kiseoniku postoji i treća grupa bakterija - fakultativne anaerobne bakterije koje mogu da žive i u prisustvu i u odsustvu kiseonika.

Oblici bakterija

Oblici bakterija

Bacillus subtilis

Bakterijske ćelije pokazuju tri osnovna morfološka tipa:

• bacili,
• koke i
• spiralne.

Kod nekih bakterija prisutna je pojava da nakon ćelijske deobe ćelije ostanu zajedno, obrazujući tako kolonije u obliku lanca ili grozda.

Koke (grčki kokos = zrno) su loptaste bakterije. Pojedinačne koke nazivaju se mikrokoke, a udružene su diplokoke (dve spojene koke), streptokoke (u vidu lanca) i stafilokoke (u obliku grozda). Koke su nepokretne bakterije.

Bacili (lat. bacillum = štapić) su bakterije u obliku štapića. Imaju bičeve (flagelumi) kojima se kreću. U nepovoljnim uslovima spoljašnje sredine gube bičeve i postaju nepokretne. Razmnožavaju se deobom duž duže ose, a novoformirane jedinke posle deobe mogu da se razdvoje ili ostanu spojene. Ako ostanu spojena dva bacila onda se obrazuju diplobacili, a ako je više bacila spojeno u lanac onda su to streptobacili.

Spiralne bakterije mogu imati oblik spirale i onda se nazivaju spirili ili oblik zareza –vibrioni.

Razmnožavanje bakterija

Bakterije se razmnožavaju na više načina:

• prostom deobom (fisionom deobom),
• pupljenjem,
• egzosporama (spoljašnje spore),
• fragmentacijom (podelom na više delova) i
• posebnim načinima polnog razmnožavanja.

Prosta deoba (binarna deoba ili amitoza) je tip razmnožavanja pri kome se jedna ćelija podeli na dve nove ćelije - bakterije. Brzina i intezitet razmnožavanja su ogromni o čemu govori podatak da se u povoljnim uslovima neke bakterije dele na svakih 20 do 30 minuta. Pre deobe DNK se pričvrsti za ćelijsku membranu,a zatim se izvrši njena replikacija. Bakterije sadrže 1 molekul DNK u obliku prstena (prstenasta DNK). Novonastali molekul se pričvrsti za ćelijsku membranu pored starog molekula. Nakon toga se bakterija podeli na dva jednaka ili nejednaka dela sa po jednim molekulom DNK u svakom delu.

Bakterije ponekad vrše neku vrstu polnog procesa jer tada dolazi do razmene genetičkog materijala između bakterija. Pri tome jedna bakterija dobija, na različite načine, deo DNK druge bakterije.

Razmena genetičkog materijala se može obaviti na tri načina:

• konjugacija,
• transformacija i
• transdukcija.

Pri konjugaciji se dve bakterije spajaju proteinskim mostom kroz koji deo ili cela DNK jedne bakterije (naziva se davalac) prelazi u drugu bakteriju (primalac). Daljim razmnožavanjem bakterije primaoca potomstvo će sadržati genetički materijal oba "roditelja" (i primaoca i davaoca).

Transformacija je proces kojim se DNK, koja se oslobodi razlaganjem ili raspadanjem jedne bakterije, uzima (guta) od strane druge bakterije.

Transdukcija je proces kojim se DNK prenosi iz jedne u drugu bakteriju pomoću određenog bakteriofaga. Prilikom izvlačenja profaga iz hromozoma bakterije greškom on može da ponese i susedni deo DNK bakterije i da ga prenese u drugu bakteriju.

Konjugacija i transformacija se dešavaju u laboratorijskim uslovima i to kod svega desetak vrsta bakterija. Transdukcija se dešava kod svih proučavanih vrsta bakterija i izgleda da je najrasprostranjeniji proces razmene genetičkog materijala u prirodnim uslovima.

Značaj i uloge bakterija

Značaj i uloge bakterija su mnogostruke i obuhvataju skoro sve sfere života na našoj planeti. Pobrojaćemo neke od njih:

• bakterije azotofiksatori imaju sposobnost da azot iz atmosfere prevode u amonijak koji biljke mogu da koriste za sintezu proteina. Najveći deo neorganskog azota nalazi se u atmosferi uobliku gasa i kao takav je za biljke neupotrebljiv; ove bakterije žive u simbiozi sa korenima biljki mahunarki (pasulj, detelina i dr.); bakterije koriste šećere koje biljke stvaraju fotosintezom, a za uzvrat ih snabdevaju solima azota.

bakterije mineralizatori o čijem značaju je već bilo reči;

Za više podataka pogledati azotofiksatori

• mnoge vrste simbiontnih bakterija predstavljaju deo normalne flore u organizmima životinja, odnosno čoveka (pod simbiozom se podrazumeva zajednički život dva ili više organizama;kada svi članovi imaju koristi onda se takav zajednički život naziva mutualizam); takva je npr. bakterija Escherichia coli (ešerihija) koja živi u crevima čoveka i pomaže u varenju hrane; članovi normalne flore sprečavaju širenje patogenih bakterija ;ako se članovi normalne flore uklone delovanjem antibiotika ,onda dolazi do bujanja patogenih bakterija. Bakterije normalne flore mogu izazvati oboljenje kod svog domaćina ako se nađu u tkivima i organima u kojima normalno ne žive; tako npr. ešerihija može izazvati upalu mokraćne bešike; primer simbioze su i bakterije u crevima nekih životinja (goveda i neki majmuni) koji mogu da vare celulozu;
• bakterije su nezamenljivi organizmi za eksperimente na polju genetičkog inženjeringa. U bakterije se može ubaciti ljudski gen za neki protein i bakterije će sintetisati taj protein; tako se danas bakterije koriste za proizvodnju insulina, hormona rasta i dr.
• neke bakterije proizvode antibiotike;

bakterije se koriste,zbog svoje sposobnosti vršenja fermentacije, u proizvodnji hrane(jogurt, sir, turšija, sirće i dr.);

• Patogene bakterije izazivaju oboljenja biljaka, životinja i ljudi; izazivači su epidemija (pojava brojnih slučajeva oboljenja ljudi u određenom području).

Patogene bakterije

Za organizam kažemo da je patogen ako je sposoban da izaziva određeno oboljenje. Patogeni organizmi su specifični za posebnu vrstu domaćina i posebnu vrstu tkiva. Neke vrste bakterija uništavaju ćelije svog domaćina. Međutim,najveći broj vrsta bakterija proizvodi toksine (otrovi) koji nanose štetu metabolizmu ćelije domaćina.

Bakterijski toksini se dele u dve grupe:

1.endotoksine i

2.egzotoksine.

Endotoksini se nalaze u ćelijskom zidu ,dok se egzotoksine izlučuju iz bakterije u okolnu sredinu. Egzotoksini prouzrokuju sledeće bolesti:

• difteriju,
• tetanus,
• koleru,
• dijareju,
• botulizam ...

Salmonella (crveno) u kulturi humanih ćelija

Najveći broj trovanja hranom uzrokuju toksini bakterija koje žive u hrani. Jedno od najtežih i najsmrtonosnijih trovanja je botulizam, prouzrokovan bakterijom Clostridium botulinum (latinski : botulus – kobasica). Toksin ove bakterije, botulin, uzrokuje paralizu i u krajnjem ishodu, ako se ne leči, smrt. Kako se bakterija razvija samo u anaerobnim uslovima (bez kiseonika), sveža i smrznuta hrana je sigurna od botulina, ali je konzervisana hrana u limenkama pogodna, zbog anaerobnih uslova, za razvoj spora koje proizvode otrov. Ako se hrana nepravilno konzervira, pogotovo pri kućnom konzerviranju, može doći do pojave botulizma. Najsigurnija kućno konzervirana hrana je kisela (turšija) jer ova bakterija ne opstaje u kiseloj sredini.

Hrana zagađena bakterijama roda Salmonella takođe može dovesti do trovanja. Svinjetina, živinsko meso i jaja su česti izvori zaraze. Uzročnici oboljenja su žive bakterije, koje se u crevima prenamnože, a ne njihovi toksini. Glavni simptom oboljenja je dijareja (tečna stolica).

Bolesti kao što su difterija, šarlah, veliki kašalj i tuberkuloza su izazvane bakterijama koje se šire kroz vazduh i prenose se kapljicama koje se izbacuju kašljanjem i kijanjem. Bakterije se u vazduhu ne mogu da hrane i razmnožavaju, ali vazduh ipak sadrži ogroman broj bakterija.

Bakterijaska oboljenja se mogu sprečiti:

• vakcinacijom,
• ispravnom higijenom,
• pasterizacijom (zagrevanje do 60° S),
• sterilizacijom (zagrevanje ispod tačke ključanja) i
• lečiti antibioticima.

Za više podataka pogledati Patogene bakterije

Antibioza i antibiotici

Antibioza (latinski anti = protiv; bios = život) je pojava da neki mikroorganizmi stvaraju jedinjenja – antibiotike, koji sperčavaju razmnožavanje ili uništavaju druge mikroorganizme. Prvi otkriveni antibiotik je penicilin, koga proizvodi plesan penicilijum. Otkrio ga je Aleksandar Fleming 1928. g. Jedna grupa bakterija, aktinomicete, proizvode mnoge antibiotike koji su danas u širokoj upotrebi: streptomicin, tetraciklin i dr. Antibiotici se proizvode gajenjem bakterija ili hemijskim putem.

Za više podataka pogledati antibiotici

Bakterije kao model sistemi

Za istraživanja osnovnih fenomena molekularne genetike dobar model sistem predstavljaju bakterije iz više razloga:

• lako se njima manipuliše i jeftino se gaje na medijumu u Petri šoljama;
• imaju kratak životni ciklus (najčešće ne duži od 30 minuta), što znači da brzo razmnožavaju.

Najčešće upotrebljavana bakterija je Escherichia coli. Pomoću ovih organizama dokazani su i pronađeni osnovni molekularno-buiološki procesi poput:

• semikonzervativnosti replikacije
• osnovni mehanizmi transkripcije i translacije
• regulacija genske ekspresije

Klasifikacija bakterija

Jako je teško izvršiti njihovu klasifikaciju jer su različite vrste bakterija veoma slične po izgledu, načinu razmnožavanja, a istovremeno slične vrste imaju veoma različite metabolizme.

Na osnovu građe ćelije mogu se podeliti u dve osnovne grupe, prema tradicionalnoj podeli:

• tipične prokariote (imaju sve one osobine i delove prokariota, o kojima je već rečeno); pripada ima najveći broj vrsta bakterija;
• atipične prokariote u koje se ubrajaju: rikecije, hlamidije, mikoplazme i aktinomicete.

Za više podataka pogledati Klasifikacija bakterija

Vredi pogledati

• Fotografije bakterija

Literatura

• Grozdanović-Radovanović, Jelena: Citologija, ZUNS, Beograd, 2000
• Diklić, Vukosava, Kosanović, Marija, Dukić, Smiljka, Nikoliš, Jovanka: Biologija sa humanom genetikom, Grafopan, Beograd, 2001
• Pantić, R, V: Biologija ćelije, Univerzitet u Beogradu, beograd, 1997
• Petrović, N, Đorđe: Osnovi enzimologije, ZUNS, Beograd, 1998
• Šerban, M, Nada: Ćelija - strukture i oblici, ZUNS, Beograd, 2001

Snežana Trifunović, dipl. biolog