Apa definisi bakteri. Biologi bakteri

Sejarah penelitian

Fondasi mikrobiologi umum dan studi tentang peran bakteri di alam diletakkan oleh Beijerinck, Martinus Willem dan Vinogradsky, Sergei Nikolaevich.

Studi tentang struktur sel bakteri dimulai dengan penemuan mikroskop elektron pada tahun 1930an. Pada tahun 1937, E. Chatton mengusulkan pembagian semua organisme menurut jenis struktur seluler menjadi prokariota dan eukariota, dan pada tahun 1961 Steinier dan Van Niel akhirnya meresmikan pembagian ini. Perkembangan biologi molekuler mengarah pada penemuan K. Woese pada tahun 1977 tentang perbedaan mendasar di antara prokariota itu sendiri: antara bakteri dan archaea.

Struktur

Sebagian besar bakteri (kecuali actinomycetes dan cyanobacteria berfilamen) adalah uniseluler. Menurut bentuk selnya, mereka bisa bulat (kokus), berbentuk batang (basil, clostridia, pseudomonad), berbelit-belit (vibrio, spirilla, spirochetes), lebih jarang - berbentuk bintang, tetrahedral, kubik, C- atau O- berbentuk. Bentuknya menentukan kemampuan bakteri seperti perlekatan pada permukaan, mobilitas, dan penyerapan nutrisi. Misalnya, telah diketahui bahwa oligotrof, yaitu bakteri yang hidup dengan kandungan nutrisi rendah di lingkungan, cenderung meningkatkan rasio permukaan terhadap volume, misalnya melalui pembentukan pertumbuhan (yang disebut prostek) .

Dari struktur seluler wajib, ada tiga yang dibedakan:

Pada bagian luar CPM terdapat beberapa lapisan (dinding sel, kapsul, selaput lendir) yang disebut membran sel, Dan struktur permukaan(flagela, vili). CPM dan sitoplasma digabungkan menjadi konsep protoplasta.

Struktur protoplas

CPM membatasi isi sel (sitoplasma) dari lingkungan luar. Fraksi homogen dari sitoplasma yang mengandung sekumpulan RNA terlarut, protein, produk dan substrat reaksi metabolisme disebut sitosol. Bagian lain dari sitoplasma diwakili oleh berbagai elemen struktural.

Semua informasi genetik yang diperlukan untuk kehidupan bakteri terkandung dalam satu DNA (kromosom bakteri), paling sering dalam bentuk cincin tertutup kovalen (kromosom linier ditemukan di Streptomyces Dan Borrelia). Ia melekat pada CPM pada satu titik dan ditempatkan dalam struktur yang terisolasi, tetapi tidak dipisahkan oleh membran dari sitoplasma, dan disebut nukleoid. DNA yang tidak terlipat panjangnya lebih dari 1 mm. Kromosom bakteri biasanya disajikan dalam satu salinan, yaitu hampir semua prokariota bersifat haploid, meskipun dalam kondisi tertentu satu sel dapat berisi beberapa salinan kromosomnya, dan Burkholderia cepacia memiliki tiga kromosom sirkular yang berbeda (panjang 3,6, 3,2 dan 1,1 juta pasangan basa). Ribosom prokariota juga berbeda dengan eukariota dan memiliki konstanta sedimentasi 70 S (80 S pada eukariota).

Selain struktur ini, inklusi zat cadangan juga mungkin ada di sitoplasma.

Membran sel dan struktur permukaan

Pada bakteri, terdapat dua tipe utama struktur dinding sel, ciri spesies gram positif dan gram negatif.

Dinding sel bakteri Gram positif adalah lapisan homogen setebal 20-80 nm, sebagian besar terbuat dari peptidoglikan dengan jumlah asam teikoat yang lebih sedikit dan sejumlah kecil polisakarida, protein dan lipid (yang disebut lipopolisakarida). Dinding sel memiliki pori-pori dengan diameter 1-6 nm yang membuatnya permeabel terhadap sejumlah molekul.

Pada bakteri gram negatif, lapisan peptidoglikan berdekatan dengan CPM dan memiliki ketebalan hanya 2-3 nm. Dikelilingi oleh membran luar, yang biasanya memiliki bentuk melengkung yang tidak rata. Diantara CPM, lapisan peptidoglikan dan membran luar terdapat ruang yang disebut periplasma dan diisi dengan larutan termasuk protein transpor dan enzim.

Di bagian luar dinding sel mungkin terdapat kapsul - lapisan amorf yang menjaga hubungan dengan dinding. Lapisan lendir tidak mempunyai hubungan dengan sel dan mudah dipisahkan, sedangkan penutupnya tidak amorf, tetapi mempunyai struktur yang halus. Namun, di antara ketiga kasus ideal ini terdapat banyak bentuk transisi.

Ukuran

Ukuran rata-rata bakteri adalah 0,5-5 mikron. Berat - 4⋅10−13 gram. Escherichia coli, misalnya, memiliki dimensi 0,3-1 kali 1-6 mikron, Stafilokokus aureus- diameter 0,5-1 mikron, Bacillus subtilis- 0,75 kali 2-3 mikron. Bakteri terbesar yang diketahui adalah Thiomargarita namibiensis, mencapai ukuran 750 mikron (0,75 mm). Yang kedua adalah Epulopiscium fishelsoni, memiliki diameter 80 mikron dan panjang hingga 700 mikron dan hidup di saluran pencernaan ikan bedah Acanthurus nigrofuscus. Akromatium oksaliferum mencapai dimensi 33 kali 100 mikron, Beggiatoa alba- 10 kali 50 mikron. Spirochetes dapat tumbuh hingga panjang 250 µm dengan ketebalan 0,7 µm. Pada saat yang sama, bakteri termasuk organisme terkecil dengan struktur seluler. Mycoplasma mycoides memiliki ukuran 0,1-0,25 mikron, yang setara dengan ukuran virus besar, misalnya mosaik tembakau, cacar sapi, atau influenza. Menurut perhitungan teoretis, sel berbentuk bola dengan diameter kurang dari 0,15-0,20 mikron menjadi tidak mampu bereproduksi secara mandiri, karena secara fisik tidak dapat menampung semua biopolimer dan struktur yang diperlukan dalam jumlah yang cukup.

Dengan peningkatan linier dalam jari-jari sel, permukaannya meningkat sebanding dengan kuadrat jari-jari, dan volumenya sebanding dengan pangkat tiga, oleh karena itu, pada organisme kecil, rasio permukaan terhadap volume lebih tinggi daripada pada organisme yang lebih besar, yang berarti pertukaran zat dengan lingkungan lebih aktif. Aktivitas metabolisme, diukur dengan berbagai indikator, per unit biomassa dalam bentuk kecil lebih tinggi dibandingkan dalam bentuk besar. Oleh karena itu, ukuran kecil bahkan untuk mikroorganisme memberikan keuntungan bagi bakteri dan archaea dalam laju pertumbuhan dan reproduksi dibandingkan dengan eukariota yang lebih kompleks dan menentukan peran ekologis mereka yang penting.

Multiseluleritas pada bakteri

Organisme multiseluler harus memenuhi syarat-syarat berikut:

sel-selnya harus dikumpulkan,
harus ada pembagian fungsi antar sel,
kontak spesifik yang stabil harus dibuat antara sel-sel yang dikumpulkan.

Multiseluleritas pada prokariota diketahui; organisme multiseluler yang paling terorganisir termasuk dalam kelompok cyanobacteria dan actinomycetes. Dalam cyanobacteria berfilamen, struktur di dinding sel dijelaskan yang memastikan kontak antara dua sel yang berdekatan - mikroplasmodesmata. Kemungkinan pertukaran zat (pewarna) dan energi (komponen listrik dari potensial transmembran) antara sel telah ditunjukkan. Beberapa cyanobacteria berfilamen, selain sel vegetatif biasa, mengandung sel yang berdiferensiasi secara fungsional: akinet dan heterokista. Yang terakhir melakukan fiksasi nitrogen dan secara intensif bertukar metabolit dengan sel vegetatif.

Pola gerakan dan mudah tersinggung

Banyak bakteri yang bersifat motil. Ada beberapa hal penting berbagai jenis pergerakan bakteri. Pergerakan yang paling umum adalah dengan bantuan flagela: bakteri tunggal dan asosiasi bakteri (berkerumun). Kasus khusus dari hal ini juga adalah pergerakan spirochetes, yang menggeliat berkat filamen aksial, strukturnya mirip dengan flagela, tetapi terletak di periplasma. Jenis pergerakan lainnya adalah meluncurnya bakteri tanpa flagela pada permukaan media padat dan pergerakan bakteri berflagel dari genus tersebut di dalam air. Sinekokokus. Mekanismenya belum dipahami dengan baik; diasumsikan melibatkan sekresi lendir (mendorong sel) dan filamen fibrilar yang terletak di dinding sel, menyebabkan “gelombang berjalan” di sepanjang permukaan sel. Terakhir, bakteri dapat mengapung dan tenggelam dalam cairan, mengubah kepadatannya, terisi gas, atau mengosongkan aerosom.

Bakteri aktif bergerak ke arah yang ditentukan oleh rangsangan tertentu. Fenomena ini disebut taksi. Ada kemotaksis, aerotaksis, fototaksis, dll.

Metabolisme

Metabolisme Konstruktif

Dengan pengecualian beberapa poin tertentu, jalur biokimia yang melaluinya sintesis protein, lemak, karbohidrat, dan nukleotida dilakukan pada bakteri serupa dengan jalur pada organisme lain. Namun sesuai jumlahnya pilihan yang memungkinkan Jalur-jalur ini dan, karenanya, dalam tingkat ketergantungannya pada pasokan bahan organik dari luar, berbeda-beda.

Beberapa dari mereka dapat mensintesis semua molekul organik yang mereka butuhkan dari senyawa anorganik (autotrof), sementara yang lain memerlukan senyawa organik siap pakai, yang hanya dapat mereka ubah (heterotrof).

Bakteri dapat memenuhi kebutuhan nitrogennya baik melalui senyawa organiknya (seperti eukariota heterotrofik) dan melalui nitrogen molekuler (seperti beberapa archaea). Sebagian besar bakteri menggunakan senyawa nitrogen anorganik untuk mensintesis asam amino dan zat organik lain yang mengandung nitrogen: amonia (memasuki sel dalam bentuk ion amonium), nitrit, dan nitrat (yang sebelumnya direduksi menjadi ion amonium). Mereka mampu menyerap fosfor dalam bentuk fosfat, belerang dalam bentuk sulfat atau, lebih jarang, sulfida.

Metabolisme energi

Cara bakteri memperoleh energi sangatlah unik. Ada tiga jenis produksi energi (dan ketiganya dikenal pada bakteri): fermentasi, respirasi, dan fotosintesis.

Bakteri yang hanya melakukan fotosintesis bebas oksigen tidak memiliki fotosistem II. Pertama, ini adalah bakteri berfilamen ungu dan hijau di mana hanya jalur transfer elektron siklik yang berfungsi, yang bertujuan untuk menciptakan gradien proton transmembran, yang menyebabkan sintesis ATP (fotofosforilasi), dan reduksi NAD(P)+, yang digunakan untuk asimilasi CO 2 . Kedua, ini adalah sulfur hijau dan heliobakteri, yang memiliki transpor elektron siklik dan non-siklik, yang memungkinkan reduksi langsung NAD(P)+. Senyawa belerang tereduksi (molekul, hidrogen sulfida, sulfit) atau molekul hidrogen digunakan sebagai donor elektron yang mengisi “kekosongan” dalam molekul pigmen dalam fotosintesis bebas oksigen.

Ada juga bakteri dengan metabolisme energi yang sangat spesifik. Jadi, pada bulan Oktober 2008, sebuah laporan muncul di jurnal Science tentang penemuan ekosistem yang terdiri dari perwakilan satu spesies bakteri yang sebelumnya tidak diketahui - Desulforudis audaxviator, yang menerima energi untuk aktivitas hidupnya reaksi kimia dengan partisipasi hidrogen yang terbentuk sebagai hasil disintegrasi molekul air di bawah pengaruh radiasi bakteri bijih uranium yang terletak di dekat lokasi. Beberapa koloni bakteri yang hidup di dasar laut menggunakan arus listrik untuk mentransfer energi ke sesamanya.

Jenis kehidupan

Anda dapat menggabungkan jenis metabolisme konstruktif dan energi pada tabel berikut:

Cara keberadaan organisme hidup (matriks Lvov)
Sumber energi	Donor elektron	Sumber karbon	Nama cara keberadaan	Perwakilan
OVR	Senyawa anorganik	Karbon dioksida	Kemolitoautotrofi	Bakteri besi nitrifikasi, tionik, dan asidofilik
	Senyawa anorganik	Senyawa organik	Kemolitoheterotrofi	Archaebacteria penghasil metana, bakteri hidrogen
	Bahan organik	Karbon dioksida	Kemoorganoautotrofi	Metilotrof fakultatif, bakteri pengoksidasi asam format
	Bahan organik	Senyawa organik	Kemoorganoheterotrofi	Kebanyakan prokariota, eukariota: hewan, jamur, manusia
Lampu	Senyawa anorganik	Karbon dioksida	Fotolithoautotrofi	Cyanobacteria, bakteri ungu, hijau, dari eukariota: tumbuhan
	Senyawa anorganik	Senyawa organik	Fotolithoheterotrofi	Beberapa bakteri cyanobacteria, ungu, hijau
	Bahan organik	Karbon dioksida	Fotoorganoautotrofi	Beberapa bakteri ungu
	Bahan organik	Bahan organik	Fotoorganoheterotrofi	Halobacteria, beberapa cyanobacteria, bakteri ungu, bakteri hijau

Tabel tersebut menunjukkan bahwa variasi jenis nutrisi prokariota jauh lebih besar dibandingkan eukariota (yang terakhir hanya mampu melakukan kemoorganoheterotrofi dan fotolitoautotrofi).

Reproduksi dan struktur peralatan genetik

Reproduksi bakteri

Beberapa bakteri tidak memiliki proses seksual dan berkembang biak hanya dengan pembelahan biner melintang atau tunas yang sama. Untuk satu kelompok cyanobacteria uniseluler, beberapa fisi (serangkaian pembelahan biner cepat berturut-turut yang mengarah pada pembentukan 4 hingga 1024 sel baru) telah dijelaskan. Untuk memastikan plastisitas genotipe yang diperlukan untuk evolusi dan adaptasi terhadap perubahan lingkungan, mereka memiliki mekanisme lain.

Peralatan genetik

Gen yang diperlukan untuk kehidupan dan menentukan spesifisitas spesies paling sering terletak pada bakteri dalam satu molekul DNA tertutup kovalen - kromosom (terkadang istilah genofor digunakan untuk merujuk pada kromosom bakteri untuk menekankan perbedaannya dari kromosom eukariotik). Daerah tempat kromosom berada disebut nukleoid dan tidak dikelilingi oleh membran. Dalam hal ini, mRNA yang baru disintesis segera tersedia untuk mengikat ribosom, dan transkripsi serta translasi digabungkan.

Sebuah sel hanya dapat berisi 80% dari jumlah gen yang ada di semua strain spesiesnya (yang disebut “genom kolektif”).

Selain kromosom, sel bakteri sering kali mengandung plasmid - juga terbungkus dalam cincin DNA yang mampu bereplikasi secara mandiri. Mereka bisa sangat besar sehingga tidak dapat dibedakan dari kromosom, namun mengandung gen tambahan yang hanya diperlukan dalam kondisi tertentu. Mekanisme khusus distribusi memastikan pelestarian plasmid dalam sel anak sehingga hilang dengan frekuensi kurang dari 10 −7 per siklus sel. Spesifisitas plasmid bisa sangat beragam: dari hanya terdapat pada satu spesies inang hingga plasmid RP4, yang ditemukan pada hampir semua bakteri Gram-negatif. Plasmid mengkode mekanisme resistensi antibiotik, penghancuran zat tertentu, dll.; gen nif yang diperlukan untuk fiksasi nitrogen juga ditemukan dalam plasmid. Gen plasmid dapat dimasukkan ke dalam kromosom dengan frekuensi sekitar 10−4 - 10−7.

DNA bakteri, serta DNA organisme lain, mengandung transposon - segmen bergerak yang dapat berpindah dari satu bagian kromosom ke bagian lain, atau ke DNA ekstrakromosom. Tidak seperti plasmid, mereka tidak mampu melakukan replikasi secara otonom dan mengandung segmen IS - wilayah yang mengkode transpornya di dalam sel. Segmen IS dapat bertindak sebagai transposon terpisah.

Transfer gen horizontal

Pada prokariota, penyatuan sebagian genom dapat terjadi. Selama konjugasi, sel donor, selama kontak langsung, mentransfer sebagian genomnya (dalam beberapa kasus, seluruh genom) ke sel penerima. Bagian DNA donor dapat ditukar dengan bagian homolog DNA penerima. Kemungkinan pertukaran tersebut hanya signifikan untuk bakteri dari satu spesies.

Demikian pula, sel bakteri dapat menyerap DNA yang ada secara bebas di lingkungannya, memasukkannya ke dalam genomnya jika terdapat homologi tingkat tinggi dengan DNAnya sendiri. Proses ini disebut transformasi. Dalam kondisi alami, informasi genetik dipertukarkan dengan bantuan fag beriklim sedang (transduksi). Selain itu, transfer gen non-kromosom dimungkinkan menggunakan plasmid jenis tertentu yang mengkode proses ini, proses pertukaran plasmid lain, dan transfer transposon.

Dengan transfer horizontal, gen baru tidak terbentuk (seperti halnya mutasi), tetapi kombinasi gen yang berbeda tercipta. Hal ini penting karena seleksi alam mempengaruhi seluruh rangkaian karakteristik suatu organisme.

Pembedaan sel

Diferensiasi seluler adalah perubahan kumpulan protein (biasanya juga diwujudkan dalam perubahan morfologi) dengan genotipe yang tidak berubah.

Pembentukan bentuk istirahat

Pembentukan bentuk-bentuk yang sangat resisten dengan metabolisme yang lambat, yang berfungsi untuk pelestarian dalam kondisi buruk dan distribusi (lebih jarang untuk reproduksi) adalah jenis diferensiasi yang paling umum pada bakteri. Yang paling stabil adalah endospora, yang dibentuk oleh perwakilan Basil, Klostridium, Sporohalobakter, Anaerobakter(membentuk 7 endospora dari satu sel dan dapat berkembang biak dengan bantuannya) dan Heliobakterium. Pembentukan struktur ini dimulai sebagai pembelahan normal dan pada tahap awal dapat diubah menjadi struktur tersebut dengan antibiotik tertentu. Endospora dari banyak bakteri dapat tahan terhadap perebusan selama 10 menit pada suhu 100 °C, pengeringan selama 1000 tahun dan, menurut beberapa data, tetap dapat bertahan di tanah dan batu selama jutaan tahun.

Yang kurang stabil adalah eksospora, kista ( Azotobakter, bakteri meluncur, dll.), akinetes (cyanobacteria) dan myxospores (myxobacteria).

Jenis sel lain yang berdiferensiasi secara morfologis

Actinomycetes dan cyanobacteria membentuk sel-sel berdiferensiasi yang berfungsi untuk reproduksi (masing-masing spora, serta hormogonium dan baeosit). Perlu juga diperhatikan struktur yang mirip dengan bakteroid bakteri nodul dan heterokista sianobakteri, yang berfungsi melindungi nitrogenase dari pengaruh oksigen molekuler.

Klasifikasi

Yang paling terkenal adalah klasifikasi fenotipik bakteri berdasarkan struktur dinding selnya, khususnya termasuk dalam Bergey's Key to Bacteria (1984-1987) edisi IX. Kelompok taksonomi terbesar di dalamnya adalah 4 divisi: Gracilicute(gram negatif), Firmicute(gram positif), Tenericutes(mikoplasma) dan Mendositik(arkea).

Akhir-akhir ini segalanya perkembangan yang lebih besar menerima klasifikasi filogenetik bakteri (dan inilah yang digunakan di Wikipedia), berdasarkan data biologi molekuler. Salah satu metode pertama untuk menilai keterkaitan berdasarkan kesamaan genom adalah metode membandingkan kandungan guanin dan sitosin dalam DNA, yang diusulkan pada tahun 1960-an. Meskipun nilai yang identik dalam kandungannya tidak dapat memberikan informasi apa pun tentang kedekatan evolusi organisme, perbedaannya sebesar 10% berarti bahwa bakteri tersebut tidak termasuk dalam genus yang sama. Metode lain yang merevolusi mikrobiologi pada tahun 1970-an adalah analisis urutan gen pada rRNA 16s, yang memungkinkan untuk mengidentifikasi beberapa cabang filogenetik eubacteria dan mengevaluasi hubungan di antara mereka. Untuk klasifikasi pada tingkat spesies digunakan metode hibridisasi DNA-DNA. Analisis sampel spesies yang dipelajari dengan baik menunjukkan bahwa 70% tingkat hibridisasi mencirikan satu spesies, 10-60% - satu genus, kurang dari 10% - genera berbeda.

Klasifikasi filogenetik sebagian mengulangi klasifikasi fenotipik, misalnya golongan Gracilicute hadir di keduanya. Pada saat yang sama, taksonomi bakteri gram negatif direvisi sepenuhnya, archaebacteria dipisahkan sepenuhnya menjadi takson independen dengan peringkat tertinggi, beberapa kelompok taksonomi dibagi menjadi beberapa bagian dan dikelompokkan kembali, organisme dengan fungsi ekologi yang sangat berbeda digabungkan menjadi satu kelompok , yang menyebabkan sejumlah ketidaknyamanan dan ketidakpuasan sebagian komunitas ilmiah. Objek kritiknya juga adalah fakta bahwa klasifikasi molekul, dan bukan organisme, yang sebenarnya dilakukan.

Asal usul, evolusi, tempat dalam perkembangan kehidupan di Bumi

Bakteri, bersama dengan archaea, termasuk organisme hidup pertama di Bumi, yang muncul sekitar 3,9-3,5 miliar tahun yang lalu. Hubungan evolusi antara kelompok-kelompok ini belum sepenuhnya dipelajari; setidaknya ada tiga hipotesis utama: N. Pace menyatakan bahwa mereka memiliki nenek moyang protobakteri yang sama; Zavarzin menganggap archaea sebagai cabang buntu dari evolusi eubakteri yang telah menguasai habitat ekstrim; terakhir, menurut hipotesis ketiga, archaea adalah organisme hidup pertama yang menjadi asal muasal bakteri.

Bakteri patogen

Bakteri yang menjadi parasit pada organisme lain disebut patogen. Bakteri menyebabkan sejumlah besar penyakit pada manusia seperti wabah ( Yersinia pestis), antraks ( Bacillus anthracis), kusta (kusta, patogen: Mycobacterium leprae), difteri ( Corynebacterium difteriae), sifilis ( Treponema pallidum), kolera ( Vibrio kolera), TBC ( Mycobacterium tuberkulosis), listeriosis ( Listeria monocytogenes) dll. Penemuan sifat patogen pada bakteri terus berlanjut: pada tahun 1976 penyakit Legionnaires, yang disebabkan oleh Legionella pneumophila, pada tahun 1980-an-1990-an terbukti demikian Helicobacter pylori menyebabkan tukak lambung bahkan kanker lambung, serta kronis

Mikrobiologi mempelajari struktur, aktivitas vital, kondisi kehidupan dan perkembangan organisme terkecil yang disebut mikroba, atau mikroorganisme.

“Tak terlihat, mereka terus-menerus menemani seseorang, menyerang hidupnya baik sebagai teman atau musuh,” kata akademisi V. L. Omelyansky. Memang benar, mikroba ada dimana-mana: di udara, di air dan di tanah, di tubuh manusia dan hewan. Mereka dapat berguna dan digunakan dalam produksi banyak orang produk makanan. Mereka bisa berbahaya, menyebabkan penyakit pada manusia, pembusukan makanan, dll.

Mikroba ditemukan oleh orang Belanda A. Leeuwenhoek (1632-1723) pada akhir abad ke-17, ketika ia membuat lensa pertama yang memberikan perbesaran 200 kali atau lebih. Mikrokosmos yang dilihatnya membuatnya takjub; Leeuwenhoek mendeskripsikan dan membuat sketsa mikroorganisme yang ia temukan pada berbagai objek. Dia meletakkan dasar bagi sifat deskriptif ilmu baru. Penemuan Louis Pasteur (1822-1895) membuktikan bahwa mikroorganisme berbeda tidak hanya dalam bentuk dan struktur, tetapi juga fungsi vitalnya. Pasteur menemukan bahwa ragi menyebabkan fermentasi alkohol, dan beberapa mikroba dapat menyebabkan penyakit menular pada manusia dan hewan. Pasteur tercatat dalam sejarah sebagai penemu metode vaksinasi terhadap rabies dan antraks. Kontribusi mikrobiologi yang terkenal di dunia adalah R. Koch (1843-1910) - ia menemukan agen penyebab tuberkulosis dan kolera, I. I. Mechnikova (1845-1916) - mengembangkan teori kekebalan fagositik, pendiri virologi D. I. Ivanovsky (1864- 1920), N F. Gamaleya (1859-1940) dan banyak ilmuwan lainnya.

Klasifikasi dan morfologi mikroorganisme

Mikroba - Ini adalah organisme hidup kecil, sebagian besar bersel tunggal, dan hanya terlihat melalui mikroskop. Ukuran mikroorganisme diukur dalam mikrometer – mikron (1/1000 mm) dan nanometer – nm (1/1000 mikron).

Mikroba dicirikan oleh beragam spesies, berbeda dalam struktur, sifat, dan kemampuan untuk hidup dalam kondisi lingkungan yang berbeda. Mereka bisa menjadi uniseluler, multiseluler Dan non-seluler.

Mikroba dibagi menjadi bakteri, virus dan fag, jamur, dan ragi. Secara terpisah, ada jenis bakteri - rickettsia, mikoplasma, dan kelompok khusus terdiri dari protozoa (protozoa).

Bakteri

Bakteri- sebagian besar mikroorganisme uniseluler dengan ukuran mulai dari sepersepuluh mikrometer, misalnya mikoplasma, hingga beberapa mikrometer, dan pada spirochetes - hingga 500 mikron.

Ada tiga bentuk utama bakteri - bulat (kokus), berbentuk batang (basil, dll.), berbelit-belit (vibrio, spirochetes, spirilla) (Gbr. 1).

Bakteri berbentuk bulat (kokus) Biasanya berbentuk bulat, tetapi bisa juga agak lonjong atau berbentuk kacang. Kokus dapat ditemukan secara tunggal (mikrokokus); berpasangan (diplokokus); dalam bentuk rantai (streptokokus) atau tandan anggur (staphylococci), dalam kemasan (sarcins). Streptococci dapat menyebabkan tonsilitis dan erisipelas, sedangkan staphylococci dapat menyebabkan berbagai proses inflamasi dan purulen.

Beras. 1. Bentuk bakteri: 1 - mikrokokus; 2 - streptokokus; 3 - sarden; 4 — batang tanpa spora; 5 — batang dengan spora (basil); 6 - vibrio; 7- spirocheta; 8 - spirila (dengan flagela); stafilokokus

Bakteri berbentuk batang yang paling umum. Batangnya bisa tunggal, berpasangan (diplobacteria) atau rantai (streptobacteria). Bakteri berbentuk batang antara lain Escherichia coli, penyebab penyakit salmonellosis, disentri, demam tifoid, TBC, dll. Beberapa bakteri berbentuk batang mempunyai kemampuan untuk membentuk perselisihan. Batang pembentuk spora disebut basil. Basil yang berbentuk gelendong disebut clostridia.

Sporulasi adalah proses yang kompleks. Spora sangat berbeda dari sel bakteri biasa. Mereka memiliki cangkang padat dan jumlah air yang sangat sedikit, mereka tidak membutuhkan nutrisi, dan reproduksi terhenti sama sekali. Spora mampu menahan kekeringan, suhu tinggi dan rendah dalam waktu yang lama serta dapat bertahan dalam keadaan hidup selama puluhan dan ratusan tahun (spora antraks, botulisme, tetanus, dll). Begitu berada di lingkungan yang menguntungkan, spora berkecambah, yaitu berubah menjadi bentuk perkembangbiakan vegetatif biasa.

Bakteri bengkok bisa dalam bentuk koma - vibrio, dengan beberapa ikal - spirilla, dalam bentuk tongkat tipis yang dipilin - spirochetes. Vibrio termasuk agen penyebab kolera, dan agen penyebab sifilis adalah spirochete.

sel bakteri mempunyai dinding sel (selubung), seringkali tertutup lendir. Seringkali lendir membentuk kapsul. Isi sel (sitoplasma) dipisahkan dari membran oleh membran sel. Sitoplasma adalah massa protein transparan dalam keadaan koloid. Sitoplasma mengandung ribosom, peralatan inti dengan molekul DNA, dan berbagai nutrisi cadangan (glikogen, lemak, dll.).

mikoplasma - bakteri tidak memiliki dinding sel dan membutuhkan faktor pertumbuhan yang terkandung dalam ragi untuk perkembangannya.

Beberapa bakteri dapat berpindah. Gerakan dilakukan dengan bantuan flagela - benang tipis dengan panjang berbeda yang melakukan gerakan rotasi. Flagela dapat berbentuk benang tunggal yang panjang atau berbentuk bundel, dan dapat terletak di seluruh permukaan bakteri. Banyak bakteri berbentuk batang dan hampir semua bakteri melengkung mempunyai flagela. Bakteri berbentuk bola, pada umumnya, tidak memiliki flagela dan tidak bergerak.

Bakteri berkembang biak dengan membelah menjadi dua bagian. Laju pembelahan bisa sangat tinggi (setiap 15-20 menit), dan jumlah bakteri meningkat dengan cepat. Pembagian yang cepat ini terjadi pada makanan dan substrat kaya nutrisi lainnya.

Virus

Virus — kelompok khusus mikroorganisme yang tidak memiliki struktur seluler. Ukuran virus diukur dalam nanometer (8-150 nm), sehingga hanya dapat dilihat menggunakan mikroskop elektron. Beberapa virus hanya terdiri dari satu protein dan satu asam nukleat (DNA atau RNA).

Virus menyebabkan penyakit umum pada manusia seperti influenza, virus hepatitis, campak, serta penyakit hewan - penyakit mulut dan kuku, wabah hewan dan banyak lainnya.

Virus bakteri disebut bakteriofag, virus jamur - mikofag dll. Bakteriofag ditemukan di mana pun terdapat mikroorganisme. Fag menyebabkan kematian sel mikroba dan dapat digunakan untuk mengobati dan mencegah penyakit menular tertentu.

Jamur adalah organisme tumbuhan khusus yang tidak mempunyai klorofil dan tidak mensintesis zat organik, tetapi memerlukan zat organik siap pakai. Oleh karena itu, jamur berkembang pada berbagai substrat yang mengandung unsur hara. Beberapa jamur dapat menyebabkan penyakit pada tanaman (kanker dan penyakit busuk daun pada kentang, dll), serangga, hewan dan manusia.

Sel jamur berbeda dari sel bakteri dengan adanya inti dan vakuola dan mirip dengan sel tumbuhan. Paling sering mereka berbentuk benang panjang dan bercabang atau terjalin - hifa. Terbentuk dari hifa miselium, atau miselium. Miselium dapat terdiri dari sel-sel dengan satu atau lebih inti atau nonseluler, mewakili satu sel berinti raksasa. Tubuh buah berkembang di miselium. Tubuh beberapa jamur mungkin terdiri dari sel tunggal, tanpa pembentukan miselium (ragi, dll).

Jamur dapat berkembang biak dengan berbagai cara, termasuk secara vegetatif melalui pembelahan hifa. Kebanyakan jamur bereproduksi secara aseksual dan seksual melalui pembentukan sel reproduksi khusus - sengketa. Spora, pada umumnya, mampu bertahan lama di lingkungan luar. Spora dewasa dapat diangkut dalam jarak yang cukup jauh. Begitu berada di media nutrisi, spora dengan cepat berkembang menjadi hifa.

Sekelompok besar jamur diwakili oleh kapang (Gbr. 2). Tersebar luas di alam, mereka dapat tumbuh pada produk makanan, membentuk plak yang terlihat jelas dengan berbagai warna. Pembusukan makanan sering kali disebabkan oleh jamur mucor, yang berbentuk gumpalan halus berwarna putih atau abu-abu. Jamur mucor Rhizopus menyebabkan “busuk lunak” pada sayuran dan buah beri, dan jamur botrytis melapisi dan melembutkan apel, pir, dan buah beri. Agen penyebab pembentukan produk dapat berupa jamur dari genus Peniillium.

Jenis jamur tertentu tidak hanya menyebabkan pembusukan makanan, tetapi juga menghasilkan zat beracun bagi manusia - mikotoksin. Ini termasuk beberapa jenis jamur dari genus Aspergillus, genus Fusarium, dll.

Khasiat bermanfaat dari jenis jamur tertentu digunakan dalam industri makanan dan farmasi serta industri lainnya. Misalnya, jamur dari genus Peniillium digunakan untuk memperoleh antibiotik penisilin dan dalam produksi keju (Roquefort dan Camembert), jamur dari genus Aspergillus digunakan dalam produksinya. asam sitrat dan banyak persiapan enzim.

Aktinomycetes- mikroorganisme yang memiliki ciri-ciri bakteri dan jamur. Secara struktur dan sifat biokimia, actinomycetes mirip dengan bakteri, dan dari segi sifat reproduksi serta kemampuannya membentuk hifa dan miselium mirip dengan jamur.

Beras. 2. Jenis jamur kapang: 1 - peniillium; 2- aspergillus; 3 - mukor.

Ragi

Ragi- mikroorganisme tidak bergerak bersel tunggal dengan ukuran tidak lebih dari 10-15 mikron. Bentuk sel ragi seringkali bulat atau lonjong, lebih jarang berbentuk batang, sabit atau lemon. Sel ragi memiliki struktur yang mirip dengan jamur, mereka juga memiliki nukleus dan vakuola. Ragi berkembang biak dengan tunas, pembelahan, atau spora.

Ragi tersebar luas di alam, dapat ditemukan di tanah dan tumbuhan, pada produk makanan dan berbagai limbah industri yang mengandung gula. Berkembangnya ragi pada produk pangan dapat menyebabkan pembusukan sehingga menyebabkan fermentasi atau pengasaman. Beberapa jenis ragi memiliki kemampuan untuk mengubah gula menjadi etanol dan karbon dioksida. Proses ini disebut fermentasi alkohol dan banyak digunakan dalam Industri makanan dan pembuatan anggur.

Beberapa jenis jamur kandida menyebabkan penyakit pada manusia yang disebut kandidiasis.

Pada artikel ini kita akan melihat bakteri.

Pertimbangkan semua bakteri yang hidup di dalam tubuh. Dan kami akan memberi tahu Anda segalanya tentang bakteri.

Para peneliti menyebutkan ada sekitar 10 ribu jenis mikroba di bumi. Namun ada yang berpendapat keragamannya mencapai 1 juta.

Karena kesederhanaan dan kesederhanaannya, mereka ada dimana-mana. Karena ukurannya yang kecil, mereka menembus ke mana saja, bahkan ke celah terkecil sekalipun. Mikroba beradaptasi dengan habitat apa pun, mereka ada di mana-mana, meskipun di pulau yang kering, meskipun sangat dingin, meskipun suhunya 70 derajat, mereka tetap tidak akan kehilangan vitalitasnya.

Mikroba masuk ke dalam tubuh manusia dari lingkungan. Dan hanya ketika mereka berada dalam kondisi yang menguntungkan mereka, mereka membuat diri mereka terasa, baik membantu atau menyebabkan, mulai dari penyakit kulit ringan hingga penyakit menular serius yang berujung pada kematian pada tubuh. Bakteri mempunyai nama yang berbeda-beda.

Mikroba ini adalah spesies makhluk paling purba yang hidup di planet kita. Muncul sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu. Mereka sangat kecil sehingga hanya bisa dilihat di bawah mikroskop.

Karena ini adalah perwakilan pertama kehidupan di bumi, mereka cukup primitif. Seiring waktu, struktur mereka menjadi lebih kompleks, meskipun beberapa tetap mempertahankan struktur primitifnya. Sejumlah besar mikroba berbentuk transparan, namun ada pula yang berwarna merah atau kehijauan. Hanya sedikit yang mengambil warna dari lingkungannya.

Mikroba adalah prokariota, dan karenanya memiliki kerajaan tersendiri - Bakteri. Mari kita lihat bakteri mana yang tidak berbahaya dan berbahaya.

Lactobacilli (Lactobacillus plantarum)

Lactobacilli adalah pelindung tubuh Anda terhadap virus. Mereka telah hidup di dalam perut sejak zaman kuno, melakukan fungsi yang sangat penting dan berguna. Lactobacillus plantarum melindungi saluran pencernaan dari mikroorganisme tidak berguna yang dapat menetap di lambung dan memperburuk kondisi.

Lactobacillus membantu menghilangkan rasa berat dan kembung di perut, serta melawan alergi yang disebabkan oleh berbagai makanan. Lactobacilli juga membantu menghilangkan zat berbahaya dari usus. Membersihkan seluruh tubuh dari racun.

Bifidobacteria (lat. Bifidobacterium)

Ini adalah mikroorganisme yang juga hidup di perut. Ini adalah bakteri menguntungkan. Dalam kondisi yang tidak menguntungkan bagi keberadaan Bifidobacterium, mereka mati. Bifidobacterium menghasilkan asam seperti laktat, asetat, suksinat dan format.

Bifidobacterium memainkan peran utama dalam normalisasi fungsi usus. Selain itu, dengan jumlah yang cukup, mereka memperkuat sistem kekebalan tubuh dan meningkatkan penyerapan nutrisi.

Mereka sangat berguna karena menjalankan sejumlah fungsi penting, mari kita lihat daftarnya:

Mengisi kembali tubuh dengan vitamin K, B1, B2, B3, B6, B9, protein dan asam amino.
Melindungi dari munculnya mikroorganisme berbahaya.
Mencegah racun berbahaya memasuki dinding usus.
Mempercepat proses pencernaan. - Membantu penyerapan ion Ca, Fe dan vitamin D.

Saat ini banyak sekali obat yang mengandung bifidobacteria. Tapi ini tidak berarti bahwa ketika mereka digunakan tujuan pengobatan akan ada efek menguntungkan bagi tubuh, karena khasiat obatnya belum terbukti.

Mikroba yang tidak menguntungkan Corynebacterium minutissimum

Jenis kuman berbahaya dapat muncul di tempat yang paling tidak terduga dan tidak Anda duga akan menemukannya.

Spesies ini, Corynebacterium minutissimum, suka hidup dan berkembang biak di ponsel dan tablet. Mereka menyebabkan ruam di sekujur tubuh. Ada banyak aplikasi anti-virus untuk tablet dan ponsel, namun belum ada obat yang dapat menyembuhkan Corynebacterium minutissimum yang berbahaya.

Jadi sebaiknya kurangi kontak dengan ponsel dan tablet agar tidak alergi terhadap Corynebacterium minutissimum. Dan ingat, setelah mencuci tangan, sebaiknya jangan menggosok kedua telapak tangan, karena jumlah bakterinya berkurang 37%.

Genus bakteri yang mencakup lebih dari 550 spesies. Dalam kondisi yang menguntungkan, streptomycetes membuat benang yang mirip dengan miselium jamur. Mereka hidup terutama di dalam tanah.

Pada tahun 1940, streptomisin digunakan dalam produksi obat-obatan:

fisostigmin. Obat penghilang rasa sakit digunakan dalam dosis kecil untuk mengurangi tekanan mata pada glaukoma. Dalam jumlah banyak bisa menjadi racun.
Tacrolimus. Obat berasal dari alam. Ini digunakan untuk pengobatan dan pencegahan selama transplantasi ginjal, sumsum tulang, jantung dan hati.
Allosamidin. Obat untuk mencegah terbentuknya degradasi kitin. Aman digunakan dalam membunuh nyamuk, lalat dan sebagainya.

Namun perlu diperhatikan bahwa tidak semua bakteri jenis ini memberikan efek menguntungkan bagi tubuh manusia.

Pelindung perut Helicobacter pylori

Mikroba yang ada di perut. Itu ada dan berkembang biak di mukosa lambung. Helicobacter pylori muncul di tubuh manusia sejak usia dini dan hidup sepanjang hidup. Membantu menjaga kestabilan berat badan, mengontrol hormon dan bertanggung jawab atas rasa lapar.

Mikroba berbahaya ini juga dapat berkontribusi pada perkembangan maag dan maag. Beberapa ilmuwan percaya bahwa Helicobacter pylori bermanfaat, namun meskipun ada sejumlah teori yang ada, belum terbukti mengapa hal itu bermanfaat. Bukan tanpa alasan bisa disebut sebagai pelindung perut.

Bakteri baik jahat Escherichia coli

Bakteri Escherichia coli disebut juga E. coli. Escherichia coli, yang hidup di perut bagian bawah. Mereka menghuni tubuh manusia saat lahir dan tinggal bersamanya sepanjang hidupnya. Sejumlah besar mikroba jenis ini tidak berbahaya, namun beberapa di antaranya dapat menyebabkan keracunan serius pada tubuh.

Escherichia coli adalah faktor umum dalam banyak infeksi perut. Tapi itu mengingatkan kita pada dirinya sendiri dan menyebabkan ketidaknyamanan ketika akan meninggalkan tubuh kita di lingkungan yang lebih menguntungkan. Dan bahkan bermanfaat bagi manusia.

Escherichia coli memenuhi tubuh dengan vitamin K, yang pada gilirannya memantau kesehatan arteri. Escherichia coli juga dapat hidup sangat lama di air, tanah, bahkan pada produk makanan, seperti susu.

E. coli mati setelah direbus atau didesinfeksi.

Bakteri berbahaya. Stafilokokus aureus (Stafilokokus aureus)

Stafilokokus aureus adalah agen penyebab formasi bernanah pada kulit. Seringkali bisul dan jerawat disebabkan oleh Staphylococcus aureus, yang hidup di kulit banyak orang. Staphylococcus aureus adalah agen penyebab banyak penyakit menular.

Jerawat memang sangat tidak menyenangkan, tapi bayangkan saja Staphylococcus aureus yang menembus kulit ke dalam tubuh dapat menimbulkan akibat yang serius, pneumonia atau meningitis.

Hal ini ditemukan hampir di seluruh tubuh, tetapi terutama terdapat di saluran hidung dan lipatan ketiak, tetapi juga dapat muncul di laring, perineum dan perut.

Staphylococcus aureus memiliki rona emas, dari situlah Staphylococcus aureus mendapatkan namanya. Ini adalah salah satu dari empat penyebab paling umum infeksi yang didapat di rumah sakit setelah operasi.

Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa)

Mikroba ini dapat hidup dan berkembang biak di air dan tanah. Suka air hangat dan kolam renang. Ini adalah salah satu agen penyebab penyakit bernanah. Mereka mendapatkan nama mereka karena warna biru kehijauan mereka. Pseudomonas aeruginosa yang hidup di air hangat masuk ke dalam kulit dan menimbulkan infeksi, disertai rasa gatal, nyeri dan kemerahan di daerah yang terkena.

Mikroba ini dapat menginfeksi berbagai jenis organ dan menyebabkan banyak penyakit menular. Infeksi Pseudomonas aeruginosa mempengaruhi usus, jantung, dan organ genitourinari. Mikroorganisme seringkali menjadi faktor munculnya abses dan phlegmon. Pseudomonas aeruginosa sangat sulit dihilangkan karena resisten terhadap antibiotik.

Mikroba adalah mikroorganisme hidup paling sederhana yang ada di Bumi, yang muncul miliaran tahun yang lalu dan beradaptasi dengan kondisi lingkungan apa pun. Namun kita harus ingat bahwa bakteri bisa bermanfaat dan merugikan.

Jadi, kita telah membahas jenis-jenis mikroorganisme, dengan menggunakan contoh untuk melihat bakteri menguntungkan mana yang membantu tubuh dan mana yang berbahaya serta menyebabkan penyakit menular.

Ingatlah bahwa mengikuti aturan kebersihan pribadi akan menjadi pencegahan terbaik terhadap infeksi mikroorganisme berbahaya.

BAKTERI
sekelompok besar mikroorganisme uniseluler yang ditandai dengan tidak adanya inti sel yang dikelilingi oleh membran. Pada saat yang sama, materi genetik bakteri (asam deoksiribonukleat, atau DNA) menempati tempat yang sangat spesifik di dalam sel - zona yang disebut nukleoid. Organisme dengan struktur sel seperti itu disebut prokariota (“pranuklear”), berbeda dengan organisme lainnya - eukariota (“inti sejati”), yang DNA-nya terletak di dalam nukleus yang dikelilingi oleh cangkang. Bakteri, yang sebelumnya dianggap tumbuhan mikroskopis, kini diklasifikasikan ke dalam kingdom Monera yang independen - satu dari lima kingdom dalam sistem klasifikasi saat ini, bersama dengan tumbuhan, hewan, jamur, dan protista.

Bukti fosil. Bakteri mungkin merupakan kelompok organisme tertua yang diketahui. Struktur batu berlapis - stromatolit - dalam beberapa kasus berasal dari awal Archeozoic (Archean), yaitu. muncul 3,5 miliar tahun yang lalu, - hasil aktivitas vital bakteri, biasanya berfotosintesis, yang disebut. ganggang biru-hijau. Struktur serupa (film bakteri yang diresapi dengan karbonat) masih terbentuk sampai sekarang, terutama di lepas pantai Australia, Bahama, di California dan Teluk Persia, namun relatif jarang dan tidak mencapai ukuran besar, karena organisme herbivora, seperti gastropoda , beri mereka makan. Saat ini, stromatolit tumbuh terutama di tempat yang tidak terdapat hewan-hewan ini karena salinitas air yang tinggi atau karena alasan lain, tetapi sebelum munculnya bentuk herbivora selama evolusi, mereka dapat mencapai ukuran yang sangat besar, yang merupakan elemen penting dari perairan dangkal samudera, sebanding dengan modern. terumbu karang. Di beberapa batuan purba, telah ditemukan bola kecil hangus, yang juga diyakini sebagai sisa-sisa bakteri. Yang nuklir pertama, yaitu. eukariotik, sel berevolusi dari bakteri sekitar 1,4 miliar tahun yang lalu.
Ekologi. Bakteri banyak terdapat di tanah, di dasar danau dan lautan – di mana pun bahan organik terakumulasi. Mereka hidup di daerah dingin, ketika termometer sedikit di atas nol, dan di mata air panas dan asam dengan suhu di atas 90 ° C. Beberapa bakteri tahan terhadap salinitas yang sangat tinggi; khususnya, mereka adalah satu-satunya organisme yang ditemukan di Laut Mati. Di atmosfer, mereka terdapat dalam tetesan air, dan kelimpahannya di sana biasanya berkorelasi dengan tingkat debu di udara. Jadi, di perkotaan, air hujan mengandung lebih banyak bakteri dibandingkan di pedesaan. Jumlahnya sedikit di udara dingin pegunungan tinggi dan daerah kutub, namun ditemukan bahkan di lapisan bawah stratosfer pada ketinggian 8 km. Saluran pencernaan hewan padat bakteri (biasanya tidak berbahaya). Eksperimen telah menunjukkan bahwa mereka tidak diperlukan untuk kehidupan sebagian besar spesies, meskipun mereka dapat mensintesis beberapa vitamin. Namun, pada hewan ruminansia (sapi, antelop, domba) dan banyak rayap, mereka terlibat dalam pencernaan makanan nabati. Selain itu, sistem kekebalan tubuh hewan yang dipelihara dalam kondisi steril tidak berkembang secara normal karena kurangnya rangsangan bakteri. "Flora" bakteri normal di usus juga penting untuk menekan konsumsi mikroorganisme berbahaya.

STRUKTUR DAN AKTIVITAS HIDUP BAKTERI

Bakteri jauh lebih kecil daripada sel tumbuhan dan hewan multiseluler. Ketebalannya biasanya 0,5-2,0 mikron, dan panjangnya 1,0-8,0 mikron. Beberapa bentuk hampir tidak terlihat pada resolusi mikroskop cahaya standar (kira-kira 0,3 mikron), namun ada juga spesies yang diketahui memiliki panjang lebih dari 10 mikron dan lebar yang juga melampaui batas yang ditentukan, dan sejumlah bakteri yang sangat tipis dapat panjangnya melebihi 50 mikron. Di permukaan yang sesuai dengan titik yang ditandai dengan pensil, akan muat seperempat juta perwakilan berukuran sedang dari kerajaan ini.
Struktur. Berdasarkan ciri morfologinya, kelompok bakteri berikut dibedakan: kokus (kurang lebih bulat), basil (batang atau silinder dengan ujung membulat), spirila (spiral kaku) dan spirochetes (bentuk seperti rambut tipis dan fleksibel). Beberapa penulis cenderung menggabungkan dua kelompok terakhir menjadi satu - spirilla. Prokariota berbeda dari eukariota terutama karena tidak adanya inti yang terbentuk dan adanya hanya satu kromosom - molekul DNA melingkar yang sangat panjang yang melekat pada satu titik pada membran sel. Prokariota juga tidak memiliki organel intraseluler yang tertutup membran yang disebut mitokondria dan kloroplas. Pada eukariota, mitokondria menghasilkan energi selama respirasi, dan fotosintesis terjadi di kloroplas (lihat juga SEL). Pada prokariota, seluruh sel (dan terutama membran sel) mengambil fungsi mitokondria, dan dalam bentuk fotosintesis, ia juga mengambil fungsi kloroplas. Seperti eukariota, di dalam bakteri terdapat struktur nukleoprotein kecil - ribosom, yang diperlukan untuk sintesis protein, tetapi tidak terikat pada membran apa pun. Dengan sedikit pengecualian, bakteri tidak mampu mensintesis sterol, komponen penting membran sel eukariotik. Di luar membran sel, sebagian besar bakteri ditutupi dengan dinding sel, agak mengingatkan pada dinding selulosa sel tumbuhan, tetapi terdiri dari polimer lain (tidak hanya mencakup karbohidrat, tetapi juga asam amino dan zat khusus bakteri). Membran ini mencegah sel bakteri pecah ketika air masuk melalui osmosis. Di atas dinding sel seringkali terdapat kapsul lendir pelindung. Banyak bakteri dilengkapi dengan flagela, yang dengannya mereka berenang secara aktif. Flagela bakteri memiliki struktur yang lebih sederhana dan agak berbeda dari struktur serupa pada eukariota.

SEL BAKTERI "KHUSUS". dan struktur dasarnya.

Fungsi dan perilaku sensorik. Banyak bakteri memiliki reseptor kimia yang mendeteksi perubahan keasaman dan konsentrasi lingkungan berbagai zat, seperti gula, asam amino, oksigen dan karbon dioksida. Setiap zat memiliki jenis reseptor “rasa” sendiri-sendiri, dan hilangnya salah satu reseptor tersebut akibat mutasi menyebabkan “kebutaan rasa” sebagian. Banyak bakteri motil juga merespons fluktuasi suhu, dan spesies fotosintetik merespons perubahan intensitas cahaya. Beberapa bakteri merasakan arah saluran listrik Medan gaya, termasuk medan magnet bumi, dengan bantuan partikel magnetit (bijih besi magnet - Fe3O4) yang ada di dalam selnya. Di dalam air, bakteri menggunakan kemampuan ini untuk berenang sepanjang garis gaya untuk mencari lingkungan yang menguntungkan. Refleks yang terkondisi bakteri tidak diketahui, tetapi mereka mempunyai ingatan primitif tertentu. Saat berenang, mereka membandingkan intensitas stimulus yang dirasakan dengan nilai sebelumnya, yaitu. menentukan apakah itu menjadi lebih besar atau lebih kecil, dan berdasarkan ini, pertahankan arah pergerakan atau ubah.
Reproduksi dan genetika. Bakteri bereproduksi secara aseksual: DNA dalam selnya bereplikasi (berganda), sel membelah menjadi dua, dan setiap sel anak menerima satu salinan DNA induk. DNA bakteri juga dapat ditransfer antar sel yang tidak membelah. Pada saat yang sama, fusi mereka (seperti pada eukariota) tidak terjadi, jumlah individu tidak bertambah, dan biasanya hanya sebagian kecil genom (satu set gen lengkap) yang ditransfer ke sel lain, berbeda dengan sel lain. Proses seksual “nyata”, di mana keturunannya menerima satu set gen lengkap dari masing-masing orang tua. Transfer DNA ini dapat terjadi melalui tiga cara. Selama transformasi, bakteri menyerap DNA “telanjang” dari lingkungan, yang didapat selama penghancuran bakteri lain atau sengaja “diseret” oleh peneliti. Proses tersebut disebut transformasi karena pada tahap awal kajiannya perhatian utama diberikan pada transformasi (transformasi) organisme yang tidak berbahaya menjadi organisme yang mematikan dengan cara ini. Fragmen DNA juga dapat berpindah dari bakteri ke bakteri melalui virus khusus - bakteriofag. Ini disebut transduksi. Suatu proses yang mengingatkan pada pembuahan dan disebut konjugasi juga diketahui: bakteri dihubungkan satu sama lain melalui proyeksi tubular sementara (copulatory fimbriae), yang melaluinya DNA berpindah dari sel “jantan” ke sel “betina”. Terkadang bakteri mengandung kromosom tambahan yang sangat kecil - plasmid, yang juga dapat ditransfer dari individu ke individu. Jika plasmid mengandung gen yang menyebabkan resistensi terhadap antibiotik, maka hal tersebut menunjukkan resistensi menular. Ini penting secara medis karena dapat menyebar berbagai jenis dan bahkan genera bakteri, akibatnya seluruh flora bakteri, misalnya usus, menjadi resisten terhadap kerja obat tertentu.

METABOLISME

Sebagian karena ukuran bakteri yang kecil, laju metabolismenya jauh lebih tinggi dibandingkan eukariota. Dalam kondisi yang paling menguntungkan, beberapa bakteri dapat melipatgandakan massa dan jumlah totalnya kira-kira setiap 20 menit. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa sejumlah sistem enzim terpentingnya berfungsi dengan kecepatan yang sangat tinggi. Jadi, kelinci membutuhkan waktu beberapa menit untuk mensintesis molekul protein, sedangkan bakteri membutuhkan waktu beberapa detik. Namun, di lingkungan alami, misalnya di tanah, sebagian besar bakteri “mengalami kelaparan”, sehingga jika sel-selnya membelah, hal ini tidak terjadi setiap 20 menit, melainkan setiap beberapa hari sekali.
Nutrisi. Bakteri bersifat autotrof dan heterotrof. Autotrof (“makan sendiri”) tidak membutuhkan zat yang diproduksi oleh organisme lain. Mereka menggunakan karbon dioksida (CO2) sebagai sumber karbon utama atau satu-satunya. Dengan menggabungkan CO2 dan zat anorganik lainnya, khususnya amonia (NH3), nitrat (NO-3) dan berbagai senyawa sulfur, dalam reaksi kimia kompleks, mereka mensintesis semua produk biokimia yang mereka butuhkan. Heterotrof (“memakan makhluk lain”) menggunakan zat organik (mengandung karbon) yang disintesis oleh organisme lain, khususnya gula, sebagai sumber utama karbon (beberapa spesies juga membutuhkan CO2). Ketika teroksidasi, senyawa ini memasok energi dan molekul yang diperlukan untuk pertumbuhan dan fungsi sel. Dalam hal ini, bakteri heterotrofik, yang mencakup sebagian besar prokariota, mirip dengan manusia.
Sumber energi utama. Jika sebagian besar energi cahaya (foton) digunakan untuk pembentukan (sintesis) komponen seluler, maka prosesnya disebut fotosintesis, dan spesies yang mampu melakukannya disebut fototrof. Bakteri fototrofik dibagi menjadi fotoheterotrof dan fotoautotrof bergantung pada senyawa mana - organik atau anorganik - yang berfungsi sebagai sumber karbon utamanya. Cyanobacteria fotoautotrofik (ganggang biru-hijau), seperti tumbuhan hijau, memecah molekul air (H2O) menggunakan energi cahaya. Ini melepaskan oksigen bebas (1/2O2) dan menghasilkan hidrogen (2H+), yang dikatakan mengubah karbon dioksida (CO2) menjadi karbohidrat. Bakteri belerang hijau dan ungu menggunakan energi cahaya untuk memecah molekul anorganik lainnya, seperti hidrogen sulfida (H2S), daripada air. Hasilnya juga menghasilkan hidrogen, yang mengurangi karbon dioksida, namun tidak ada oksigen yang dilepaskan. Jenis fotosintesis ini disebut anoksigenik. Bakteri fotoheterotrofik, seperti bakteri nonsulfur ungu, menggunakan energi cahaya untuk menghasilkan hidrogen dari bahan organik, khususnya isopropanol, namun sumbernya juga dapat berupa gas H2. Jika sumber energi utama dalam sel adalah oksidasi zat kimia, bakteri disebut kemoheterotrof atau kemoautotrof tergantung pada apakah molekulnya berfungsi sebagai sumber utama karbon - organik atau anorganik. Bagi yang pertama, bahan organik menyediakan energi dan karbon. Kemoautotrof memperoleh energi dari oksidasi zat anorganik, seperti hidrogen (menjadi air: 2H4 + O2 dalam 2H2O), besi (Fe2+ dalam Fe3+) atau belerang (2S + 3O2 + 2H2O dalam 2SO42- + 4H+), dan karbon dari CO2. Organisme ini juga disebut chemolithotrophs, sehingga menekankan bahwa mereka “memakan” batuan.
Napas. Respirasi seluler adalah proses pelepasan energi kimia yang disimpan dalam molekul “makanan” untuk digunakan lebih lanjut dalam reaksi vital. Respirasi dapat bersifat aerobik dan anaerobik. Dalam kasus pertama, dibutuhkan oksigen. Hal ini diperlukan untuk pekerjaan yang disebut. sistem transpor elektron: elektron berpindah dari satu molekul ke molekul lain (energi dilepaskan) dan akhirnya bergabung dengan oksigen bersama dengan ion hidrogen - terbentuklah air. Organisme anaerobik tidak membutuhkan oksigen, dan bagi beberapa spesies dalam kelompok ini bahkan beracun. Elektron yang dilepaskan selama respirasi menempel pada akseptor anorganik lainnya, seperti nitrat, sulfat atau karbonat, atau (dalam salah satu bentuk respirasi - fermentasi) ke molekul organik tertentu, khususnya glukosa. Lihat juga METABOLISME.

KLASIFIKASI

Di sebagian besar organisme, suatu spesies dianggap sebagai kelompok individu yang terisolasi secara reproduktif. Dalam arti luas, ini berarti bahwa perwakilan suatu spesies dapat menghasilkan keturunan yang subur hanya dengan mengawinkan jenisnya sendiri, tetapi tidak dengan individu dari spesies lain. Dengan demikian, gen suatu spesies tertentu, pada umumnya, tidak melampaui batas-batasnya. Namun, pada bakteri, pertukaran gen dapat terjadi antar individu tidak hanya dari spesies yang berbeda, tetapi juga jenis yang berbeda, oleh karena itu, apakah sah untuk menerapkan konsep umum tentang asal usul evolusioner dan kekerabatan di sini masih belum jelas. Karena kesulitan ini dan kesulitan lainnya, belum ada klasifikasi bakteri yang diterima secara umum. Di bawah ini adalah salah satu varian yang banyak digunakan.
KERAJAAN MONERA

Filum Gracilicutes (bakteri gram negatif berdinding tipis)

Kelas Scotobacteria (bentuk non-fotosintetik, seperti myxobacteria) Kelas Anoxyphotobacteria (bentuk fotosintetik yang tidak menghasilkan oksigen, seperti bakteri belerang ungu) Kelas Oxyphotobacteria (bentuk fotosintetik yang menghasilkan oksigen, seperti cyanobacteria)

Filum Firmicutes (bakteri gram positif berdinding tebal)

Kelas Firmibacteria (bentuk sel keras, seperti clostridia)
Kelas Thallobacteria (bentuk bercabang, misalnya actinomycetes)

Filum Tenericutes (Bakteri Gram negatif tanpa dinding sel)

Kelas Mollicutes (bentuk bersel lunak, seperti mikoplasma)

Filum Mendosicutes (bakteri dengan dinding sel yang rusak)

Kelas Archaebacteria (bentuk purba, misalnya pembentuk metana)

Domain. Studi biokimia terbaru menunjukkan bahwa semua prokariota jelas dibagi menjadi dua kategori: sekelompok kecil archaebacteria (Archaebacteria - "bakteri purba") dan sisanya, yang disebut eubacteria (Eubacteria - "bakteri sejati"). Dipercaya bahwa archaebacteria, dibandingkan dengan eubacteria, lebih primitif dan lebih dekat dengan nenek moyang prokariota dan eukariota. Mereka berbeda dari bakteri lain dalam beberapa ciri penting, termasuk komposisi molekul RNA ribosom (rRNA) yang terlibat dalam sintesis protein, struktur kimia lipid (zat mirip lemak) dan keberadaan beberapa zat lain di dinding sel selain bakteri. murein polimer protein-karbohidrat. Dalam sistem klasifikasi di atas, archaebacteria dianggap hanya salah satu jenis kingdom yang sama, yang menyatukan semua eubacteria. Namun, menurut beberapa ahli biologi, perbedaan antara archaebacteria dan eubacteria begitu besar sehingga lebih tepat jika menganggap archaebacteria dalam Monera sebagai subkingdom khusus. Baru-baru ini, sebuah usulan yang lebih radikal muncul. Analisis molekuler telah mengungkapkan perbedaan signifikan dalam struktur gen antara kedua kelompok prokariota ini sehingga beberapa orang menganggap kehadiran mereka dalam kingdom organisme yang sama tidak masuk akal. Dalam hal ini, diusulkan untuk membuat kategori taksonomi (takson) dengan peringkat yang lebih tinggi, menyebutnya domain, dan membagi semua makhluk hidup menjadi tiga domain - Eucarya (eukariota), Archaea (archaebacteria) dan Bakteri (eubacteria saat ini) .

EKOLOGI

Dua fungsi ekologi terpenting bakteri adalah fiksasi nitrogen dan mineralisasi residu organik.
Fiksasi nitrogen. Pengikatan molekul nitrogen (N2) untuk membentuk amonia (NH3) disebut fiksasi nitrogen, dan oksidasi amonia menjadi nitrit (NO-2) dan nitrat (NO-3) disebut nitrifikasi. Ini adalah proses penting bagi biosfer, karena tanaman membutuhkan nitrogen, namun mereka hanya dapat menyerapnya formulir terkait. Saat ini, sekitar 90% (sekitar 90 juta ton) dari jumlah tahunan nitrogen “tetap” disediakan oleh bakteri. Sisanya diproduksi oleh pabrik kimia atau terjadi saat sambaran petir. Nitrogen di udara, yaitu kira-kira. 80% atmosfer sebagian besar terikat oleh genus Rhizobium gram negatif dan cyanobacteria. Spesies Rhizobium bersimbiosis dengan sekitar 14.000 spesies tumbuhan polong-polongan (famili Leguminosae), misalnya semanggi, alfalfa, kedelai, dan kacang polong. Bakteri ini hidup di tempat yang disebut. nodul - pembengkakan terbentuk pada akar jika ada. Bakteri memperoleh zat organik (nutrisi) dari tanaman, dan sebagai imbalannya menyuplai nitrogen tetap ke inangnya. Selama setahun, hingga 225 kg nitrogen per hektar difiksasi dengan cara ini. Tanaman non-kacang-kacangan, seperti alder, juga bersimbiosis dengan bakteri pengikat nitrogen lainnya. Cyanobacteria berfotosintesis, seperti tumbuhan hijau, melepaskan oksigen. Banyak dari mereka juga mampu memfiksasi nitrogen di atmosfer, yang kemudian dikonsumsi oleh tumbuhan dan akhirnya hewan. Prokariota ini berfungsi sebagai sumber penting nitrogen tetap di tanah pada umumnya dan sawah di wilayah Timur pada khususnya, serta pemasok utamanya bagi ekosistem laut.
Mineralisasi. Ini adalah nama yang diberikan untuk penguraian residu organik menjadi karbon dioksida (CO2), air (H2O) dan garam mineral. Dari segi kimia, proses ini setara dengan pembakaran sehingga membutuhkan oksigen dalam jumlah besar. Lapisan atas tanah mengandung 100.000 hingga 1 miliar bakteri per 1 g, yaitu. sekitar 2 ton per hektar. Biasanya, semua residu organik, begitu berada di dalam tanah, dengan cepat dioksidasi oleh bakteri dan jamur. Yang lebih tahan terhadap dekomposisi adalah zat organik berwarna kecoklatan yang disebut asam humat, yang terbentuk terutama dari lignin yang terkandung dalam kayu. Itu terakumulasi di dalam tanah dan meningkatkan sifat-sifatnya.

BAKTERI DAN INDUSTRI

Mengingat beragamnya reaksi kimia yang dikatalisis oleh bakteri, tidak mengherankan jika mereka telah banyak digunakan dalam bidang manufaktur, bahkan dalam beberapa kasus sejak zaman kuno. Prokariota berbagi kejayaan asisten mikroskopis manusia dengan jamur, terutama ragi, yang menyediakan sebagian besar proses fermentasi alkohol, misalnya, dalam produksi anggur dan bir. Kini, karena gen yang bermanfaat dapat dimasukkan ke dalam bakteri, sehingga bakteri dapat mensintesis zat-zat berharga seperti insulin, penerapan industri laboratorium hidup ini telah menerima insentif baru yang kuat. Lihat juga TEKNIK GENETIK.
Industri makanan. Saat ini, bakteri digunakan oleh industri ini terutama untuk produksi keju dan lainnya produk susu fermentasi dan cuka. Reaksi kimia utama di sini adalah pembentukan asam. Jadi, ketika memproduksi cuka, bakteri dari genus Acetobacter mengoksidasi etil alkohol yang terkandung dalam sari buah apel atau cairan lain menjadi asam asetat. Proses serupa terjadi ketika kubis menjadi asinan kubis: bakteri anaerob memfermentasi gula yang terkandung dalam daun tanaman ini menjadi asam laktat, serta asam asetat dan berbagai alkohol.
Pencucian bijih. Bakteri digunakan untuk pencucian bijih kadar rendah, mis. mengubahnya menjadi larutan garam logam berharga, terutama tembaga (Cu) dan uranium (U). Contohnya adalah pengolahan kalkopirit, atau tembaga pirit (CuFeS2). Tumpukan bijih ini disiram secara berkala dengan air yang mengandung bakteri chemolithotrophic dari genus Thiobacillus. Selama aktivitas hidupnya, mereka mengoksidasi belerang (S), membentuk tembaga dan besi sulfat yang larut: CuFeS2 + 4O2 dalam CuSO4 + FeSO4. Teknologi tersebut sangat menyederhanakan ekstraksi logam berharga dari bijih; pada prinsipnya setara dengan proses yang terjadi di alam selama pelapukan batuan.
Mendaur ulang. Bakteri juga berfungsi untuk mengubah limbah, seperti limbah, menjadi tidak terlalu berbahaya atau bahkan berbahaya makanan sehat. Air limbah adalah salah satu masalah paling mendesak dalam umat manusia modern. Mineralisasi lengkapnya membutuhkan oksigen dalam jumlah besar, dan di reservoir biasa yang biasa membuang limbah ini, tidak ada lagi cukup oksigen untuk “menetralisirnya”. Solusinya terletak pada aerasi tambahan air limbah di kolam khusus (tangki aerasi): sebagai hasilnya, bakteri mineralisasi memiliki cukup oksigen untuk menguraikan bahan organik sepenuhnya, dan dalam kasus yang paling menguntungkan, salah satu produk akhir dari proses tersebut adalah air minum. Sedimen tidak larut yang tersisa di sepanjang jalan dapat mengalami fermentasi anaerobik. Untuk memastikan bahwa instalasi pengolahan air menggunakan ruang dan uang sesedikit mungkin, diperlukan pengetahuan yang baik tentang bakteriologi.
Penggunaan lainnya. Bidang penting lain dari penerapan bakteri dalam industri termasuk, misalnya, lobus rami, yaitu. pemisahan serat pemintalannya dari bagian lain tanaman, serta produksi antibiotik, khususnya streptomisin (bakteri dari genus Streptomyces).

MEMERANGI BAKTERI DALAM INDUSTRI

Bakteri tidak hanya bermanfaat; Perjuangan melawan reproduksi massal mereka, misalnya pada produk makanan atau sistem air di pabrik pulp dan kertas, telah menjadi area aktivitas yang menyeluruh. Makanan membusuk di bawah pengaruh bakteri, jamur dan enzimnya sendiri yang menyebabkan autolisis (“pencernaan sendiri”), kecuali jika dinonaktifkan dengan panas atau cara lain. Karena penyebab utama pembusukan adalah bakteri, perkembangan sistem penyimpanan yang efisien makanan memerlukan pengetahuan tentang batas daya tahan mikroorganisme tersebut. Salah satu teknologi yang paling umum adalah pasteurisasi susu, yang membunuh bakteri penyebab, misalnya TBC dan brucellosis. Susu disimpan pada suhu 61-63°C selama 30 menit atau pada suhu 72-73°C hanya selama 15 detik. Ini tidak merusak rasa produk, namun menonaktifkan bakteri patogen. Anggur, bir, dan jus buah juga bisa dipasteurisasi. Manfaat menyimpan makanan di tempat dingin sudah lama diketahui. Suhu rendah tidak membunuh bakteri, namun mencegah bakteri tumbuh dan berkembang biak. Benar, ketika dibekukan, misalnya, hingga -25 ° C, jumlah bakteri berkurang setelah beberapa bulan, namun sejumlah besar mikroorganisme ini masih bertahan. Pada suhu di bawah nol, bakteri terus berkembang biak, namun sangat lambat. Kultur mereka yang layak dapat disimpan hampir tanpa batas waktu setelah liofilisasi (pengeringan beku) dalam media yang mengandung protein, seperti serum darah. Metode penyimpanan makanan lain yang diketahui termasuk pengeringan (pengeringan dan pengasapan), penambahan garam atau gula dalam jumlah besar, yang secara fisiologis setara dengan dehidrasi, dan pengawetan, yaitu. dimasukkan ke dalam larutan asam pekat. Ketika keasaman lingkungan sesuai dengan pH 4 atau lebih rendah, aktivitas vital bakteri biasanya sangat terhambat atau terhenti.

BAKTERI DAN PENYAKIT

MEMPELAJARI BAKTERI

Banyak bakteri yang mudah tumbuh dalam apa yang disebut. media kultur, yang mungkin termasuk kaldu daging, protein yang dicerna sebagian, garam, dekstrosa, darah utuh, serumnya dan komponen lainnya. Konsentrasi bakteri pada kondisi seperti itu biasanya mencapai sekitar satu miliar per sentimeter kubik sehingga menyebabkan lingkungan menjadi keruh. Untuk mempelajari bakteri, diperlukan kultur murni, atau klon, yang merupakan keturunan dari satu sel. Hal ini diperlukan, misalnya, untuk menentukan jenis bakteri apa yang menginfeksi pasien dan antibiotik apa yang sensitif terhadap jenis tersebut. Sampel mikrobiologi, seperti usap tenggorokan atau luka, darah, air, atau bahan lainnya, diencerkan dengan kadar tinggi dan diaplikasikan pada permukaan media semi padat, tempat koloni bulat berkembang dari sel-sel individual. Bahan pengeras media kultur biasanya berupa agar-agar, suatu polisakarida yang diperoleh dari rumput laut tertentu dan tidak dapat dicerna oleh hampir semua jenis bakteri. Media agar yang digunakan berbentuk “shoals”, yaitu. permukaan miring, dibentuk dalam tabung reaksi yang berdiri dengan sudut besar ketika media kultur cair mengeras, atau dalam bentuk lapisan tipis dalam cawan Petri kaca - bejana bulat datar, ditutup dengan penutup dengan bentuk yang sama, tetapi diameternya sedikit lebih besar. Biasanya dalam sehari, sel bakteri berhasil berkembang biak sedemikian rupa sehingga membentuk koloni yang mudah terlihat dengan mata telanjang. Itu dapat ditransfer ke lingkungan lain untuk studi lebih lanjut. Semua media kultur harus steril sebelum bakteri mulai tumbuh, dan di masa depan harus diambil tindakan untuk mencegah menempelnya mikroorganisme yang tidak diinginkan pada media tersebut. Untuk memeriksa bakteri yang tumbuh dengan cara ini, panaskan seutas kawat tipis dalam nyala api, sentuhkan terlebih dahulu pada koloni atau noda, lalu pada setetes air yang dioleskan pada kaca objek. Setelah bahan yang diambil terdistribusi secara merata ke dalam air ini, gelas dikeringkan dan segera dilewatkan di atas api pembakar dua atau tiga kali (sisi yang terdapat bakteri harus menghadap ke atas): akibatnya mikroorganisme, tanpa rusak, menempel kuat. melekat pada substrat. Pewarna diteteskan ke permukaan sediaan, kemudian gelas dicuci dengan air dan dikeringkan kembali. Sekarang Anda dapat memeriksa sampel di bawah mikroskop. Kultur murni bakteri diidentifikasi terutama berdasarkan karakteristik biokimianya, yaitu menentukan apakah mereka membentuk gas atau asam dari gula tertentu, apakah mereka mampu mencerna protein (mencairkan gelatin), apakah mereka membutuhkan oksigen untuk pertumbuhan, dll. Mereka juga memeriksa apakah diwarnai dengan pewarna tertentu. Sensitivitas terhadap obat-obatan tertentu, seperti antibiotik, dapat ditentukan dengan menempatkan cakram kecil kertas saring yang direndam dalam zat-zat tersebut pada permukaan yang dipenuhi bakteri. Jika ada senyawa kimia membunuh bakteri, zona bebas bakteri terbentuk di sekitar disk yang sesuai.

Ensiklopedia Collier. - Masyarakat Terbuka. 2000 .

Ketika kita berbicara tentang bakteri, kita sering membayangkan sesuatu yang negatif. Namun kita hanya tahu sedikit tentang mereka. Struktur dan aktivitas bakteri cukup primitif, tetapi menurut beberapa ilmuwan, mereka adalah penghuni Bumi yang paling kuno, dan selama bertahun-tahun mereka tidak menghilang atau punah. Banyak jenis mikroorganisme yang dimanfaatkan manusia untuk keuntungannya sendiri, sementara yang lain menyebabkan penyakit serius bahkan epidemi. Namun kerugian dari beberapa bakteri terkadang tidak sebanding dengan manfaat bakteri lainnya. Mari kita bicara tentang mikroorganisme menakjubkan ini dan mengenal struktur, fisiologi, dan klasifikasinya.

Kerajaan bakteri

Ini adalah mikroorganisme bebas nuklir, paling sering bersel tunggal. Penemuan mereka pada tahun 1676 merupakan hasil dari ilmuwan Belanda A. Leeuwenhoek, yang pertama kali melihat bakteri kecil di bawah mikroskop. Namun ahli kimia dan mikrobiologi Perancis Louis Pasteur pertama kali mempelajari sifat, fisiologi, dan perannya dalam kehidupan manusia pada tahun 1850-an. Struktur bakteri mulai dipelajari secara aktif dengan munculnya mikroskop elektron. Selnya terdiri dari membran sitoplasma, ribosom dan nukleotida. DNA suatu bakteri terkonsentrasi di satu tempat (nukleoplasma) dan berbentuk bola benang tipis. Sitoplasma dipisahkan dari dinding sel oleh membran sitoplasma; mengandung nukleotida, berbagai sistem membran, dan inklusi seluler. Ribosom bakteri terdiri dari 60% RNA, sisanya protein. Foto di bawah menunjukkan struktur Salmonella.

Dinding sel dan komponennya

Bakteri memiliki struktur seluler. Dinding sel tebalnya sekitar 20 nm dan, tidak seperti tumbuhan tingkat tinggi, tidak memiliki struktur fibrilar. Kekuatannya dijamin dengan penutup khusus yang disebut tas. Ini terutama terdiri dari zat polimer - murein. Komponen-komponennya (subunit) dihubungkan dalam urutan tertentu menjadi untaian poliglikan khusus. Bersama dengan peptida pendek, mereka membentuk makromolekul yang menyerupai jaringan. Ini adalah kantung murein.

Organ penggerak

Mikroorganisme ini mampu bergerak aktif. Hal ini dilakukan karena flagela plasmatik, yang memiliki struktur heliks. Bakteri dapat bergerak dengan kecepatan hingga 200 mikron per detik dan memutar porosnya sebanyak 13 kali per detik. Kemampuan flagela untuk bergerak disediakan oleh protein kontraktil khusus - flagellin (analog miosin dalam sel otot).

Dimensinya adalah sebagai berikut: panjang - hingga 20 mikron, diameter - 10-20 nm. Setiap flagel memanjang dari badan basal, yang tertanam di dinding sel bakteri. Alat geraknya bisa tunggal atau tersusun berkelompok, seperti misalnya pada spirila. Jumlah flagela mungkin bergantung pada kondisi lingkungan. Misalnya, Proteus vulgaris, dengan gizi buruk, hanya memiliki dua flagela subpolar, sedangkan dalam kondisi perkembangan normal dapat terdapat 2 hingga 50 tandan.

Pergerakan mikroorganisme

Struktur bakteri (diagram di bawah) sedemikian rupa sehingga dapat bergerak cukup aktif. Pergerakan dalam banyak kasus terjadi karena tenaga penggerak dan terjadi terutama di lingkungan cair atau lembab. Tergantung pada faktor aktif, dengan kata lain, salah satu jenis stimulus eksternal, dapat berupa:

kemotaksis adalah pergerakan bakteri yang diarahkan menuju nutrisi atau, sebaliknya, menjauhi racun;
aerotaksis - gerakan menuju oksigen (dalam aerob) atau menjauhinya (dalam anaerob);
fototaksis - reaksi terhadap cahaya, yang dimanifestasikan dalam gerakan, merupakan ciri utama fototrof;
magnetotaxis - reaksi terhadap perubahan medan magnet, dijelaskan oleh adanya partikel khusus (magnetosom) pada beberapa mikroorganisme.

Dalam salah satu cara berikut, bakteri, yang ciri strukturalnya memungkinkan mereka bergerak, dapat membuat kelompok di tempat-tempat dengan kondisi optimal untuk penghidupan mereka. Selain flagela, beberapa spesies memiliki banyak filamen tipis - disebut “fimbriae” atau “pili”, namun fungsinya belum cukup dipelajari. Bakteri yang tidak memiliki flagela khusus mampu melakukan gerakan meluncur, meskipun kecepatannya sangat rendah: sekitar 250 mikron per menit.

Kelompok kecil bakteri kedua adalah autotrof. Mereka mampu mensintesis zat organik dari zat anorganik, dapat menyerap sebagian karbon dioksida di atmosfer, dan bersifat kemotrof. Bakteri ini menempati tempat yang sangat penting dalam siklus unsur-unsur kimia di alam.

Ada juga dua kelompok fototrof sejati. Ciri-ciri struktur bakteri dalam kategori ini adalah mengandung zat (pigmen) bakterioklorofil, yang sifatnya mirip dengan klorofil tumbuhan, dan karena tidak memiliki fotosistem II, fotosintesis terjadi tanpa pelepasan oksigen.

Reproduksi dengan pembagian

Cara utama reproduksi adalah pembelahan sel induk asli menjadi dua (amitosis). Untuk bentuk yang mempunyai bentuk memanjang selalu terjadi tegak lurus terhadap sumbu memanjang. Struktur bakteri mengalami perubahan jangka pendek: septum melintang terbentuk dari tepi sel ke tengah, di mana organisme induk kemudian membelah. Ini menjelaskan nama lama kerajaan - Drobyanki. Setelah pembelahan, sel-sel dapat tetap terhubung dalam rantai yang tidak stabil dan longgar.

Ini adalah ciri struktural khas dari jenis bakteri tertentu, misalnya streptokokus.

Sporulasi dan reproduksi seksual

Metode reproduksi kedua adalah sporulasi. Hal ini berkaitan langsung dengan keinginan untuk beradaptasi dengan kondisi buruk dan ditujukan untuk bertahan hidup. Pada beberapa bakteri berbentuk batang, spora terbentuk secara endogen, yaitu di dalam sel. Mereka sangat tahan terhadap panas dan dapat diawetkan bahkan setelah direbus dalam waktu lama. Pembentukan spora dimulai dengan berbagai reaksi kimia di dalam sel induk, di mana sekitar 75% dari seluruh proteinnya terurai. Lalu terjadilah perpecahan. Dalam hal ini, dua sel anak terbentuk. Salah satunya (yang lebih kecil) ditutupi dengan cangkang tebal, yang dapat menempati hingga 50% volume - inilah spora. Ia tetap dapat hidup dan siap berkecambah selama 200-300 tahun.

Beberapa spesies mampu bereproduksi secara seksual. Proses ini pertama kali ditemukan pada tahun 1946, ketika struktur sel bakteri Escherichia coli dipelajari. Ternyata transfer sebagian materi genetik mungkin terjadi. Artinya, fragmen DNA dipindahkan dari satu sel (donor) ke sel lain (penerima) melalui proses konjugasi. Hal ini dilakukan dengan bantuan bakteriofag atau transformasi.

Struktur bakteri dan ciri-ciri fisiologinya sedemikian rupa sehingga dalam kondisi ideal, proses pembelahan terjadi secara konstan dan sangat cepat (setiap 20-30 menit). Namun di lingkungan alam dibatasi oleh berbagai faktor (sinar matahari, media nutrisi, suhu, dll).

Klasifikasi mikroorganisme ini didasarkan pada perbedaan struktur dinding sel bakteri, yang menentukan pelestarian pewarna anilin di dalam sel atau pencuciannya. Hal ini diidentifikasi oleh H.K. Gram, dan selanjutnya, sesuai dengan namanya, dua divisi besar mikroorganisme diidentifikasi, yang akan kita bahas di bawah ini.

Bakteri gram positif: ciri struktural dan fungsi vital

Mikroorganisme ini memiliki penutup murein berlapis-lapis (30-70% dari total massa kering dinding sel), sehingga pewarna anilin tidak hilang dari sel (pada foto di atas, struktur bakteri gram positif secara skematis ditampilkan di sebelah kiri, dan gram negatif di sebelah kanan). Keunikannya adalah asam diaminopimelic sering digantikan oleh lisin. Kandungan proteinnya jauh lebih rendah, dan polisakarida tidak ada atau dihubungkan melalui ikatan kovalen. Semua bakteri di departemen ini dibagi menjadi beberapa kelompok:

Kokus gram positif. Mereka adalah sel tunggal atau kelompok yang terdiri dari dua, empat atau lebih sel (hingga 64), disatukan oleh selulosa. Berdasarkan jenis nutrisi, biasanya anaerob obligat atau fakultatif, misalnya bakteri asam laktat dari keluarga Streptokokus, tetapi mungkin juga ada aerob.
Batang yang tidak membentuk spora. Dari namanya Anda sudah bisa memahami struktur sel bakteri. Kelompok ini mencakup spesies asam laktat anaerobik atau aerobik fakultatif dari keluarga Lactobacillus.
Batang pembentuk spora. Mereka hanya diwakili oleh satu keluarga - Clostridia. Ini adalah anaerob obligat yang mampu membentuk spora. Banyak dari mereka membentuk rantai atau benang khas dari sel-sel individual.
Mikroorganisme korinemorfik. Struktur luar sel bakteri golongan ini dapat berubah secara signifikan. Dengan demikian, batang dapat berbentuk gada, pendek, kokus, atau bercabang lemah. Mereka tidak membentuk endospora. Ini termasuk asam propionat, bakteri streptomycete, dll.
mikoplasma. Jika Anda memperhatikan struktur bakteri (diagram pada gambar di bawah - panah menunjuk ke rantai DNA), Anda dapat melihat bahwa bakteri tersebut tidak memiliki dinding sel (sebaliknya terdapat membran sitoplasma) dan, oleh karena itu, tidak diwarnai dengan pewarna anilin, sehingga tidak dapat diklasifikasikan pada bagian ini berdasarkan pewarnaan Gram. Namun menurut penelitian terbaru, mikoplasma berasal dari mikroorganisme gram positif.

Bakteri gram negatif: fungsi, struktur

Pada mikroorganisme seperti itu, jaringan murein sangat tipis, bagiannya dalam massa kering seluruh dinding sel hanya 10%, sisanya adalah lipoprotein, lipopolisakarida, dll. Zat yang diperoleh selama pewarnaan Gram mudah tersapu. Berdasarkan jenis nutrisinya, bakteri gram negatif adalah fototrof atau kemotrof; beberapa spesies mampu melakukan fotosintesis. Klasifikasi dalam departemen sedang dalam proses pembentukan, berbagai famili digabungkan menjadi 12 kelompok, berdasarkan ciri morfologi, metabolisme dan faktor lainnya.

Pentingnya bakteri bagi manusia

Meskipun tampaknya tidak terlihat, bakteri sangat penting bagi manusia, baik positif maupun negatif. Produksi banyak produk makanan tidak mungkin terjadi tanpa partisipasi masing-masing perwakilan kerajaan ini. Struktur dan aktivitas bakteri memungkinkan kita memperoleh banyak produk susu (keju, yoghurt, kefir, dan banyak lagi). Mikroorganisme ini terlibat dalam proses pengawetan dan fermentasi.

Berbagai jenis bakteri merupakan agen penyebab penyakit pada hewan dan manusia, seperti antraks, tetanus, difteri, tuberkulosis, wabah penyakit, dll. Namun pada saat yang sama, mikroorganisme juga terlibat dalam berbagai penyakit. produksi industri: ini adalah rekayasa genetika, produksi antibiotik, enzim dan protein lainnya, penguraian limbah secara buatan (misalnya, pencernaan metana dalam air limbah), pengayaan logam. Beberapa bakteri tumbuh pada substrat yang kaya akan produk minyak bumi, dan ini berfungsi sebagai indikator dalam pencarian dan pengembangan deposit baru.