Bakterid: prokarüootsed mikroorganismid — ehitus, funktsioonid ja tähtsus

Bakterid (ainsana bakterid) on väga väikesed organismid. Nad on prokarüootilised mikroorganismid. Bakterirakkudel ei ole tuuma ja enamikul neist puuduvad membraanidega ümbritsetud organellid. Enamikul neist on rakusein. Neil on DNA ja nende biokeemia on põhimõtteliselt sama, mis teistel elusolenditel. Nad kuuluvad kõige lihtsamate ja vanimate organismide hulka. Nad toimivad iseseisvate organismidena.

Peaaegu kõik bakterid on nii pisikesed, et neid saab näha ainult mikroskoobi abil. Bakterid koosnevad ühest rakust, seega on nad omamoodi ainuraksed organismid. Nad kuuluvad kõige lihtsamate ainuraksete organismide hulka Maal ja olid üks esimesi eluvorme. Nende hulka kuuluvad mitmed ekstreemofiilid, mis elavad äärmuslikes elupaikades.

Üksikuid baktereid on tõenäoliselt rohkem kui mis tahes muud liiki organisme planeedil. Enamik baktereid elab maapõues või vees, kuid paljud elavad ka teiste organismide, sealhulgas inimeste nahas või nahal. Igas meie kehas on umbes 1:1 bakterirakke kui inimrakke. Mõned bakterid võivad põhjustada haigusi, kuid teised aitavad meid igapäevastes toimingutes, näiteks toidu seedimisel (soolestikufloora). Mõned töötavad isegi meie heaks tehastes, tootes juustu ja jogurtit.

Bakterioloogia rajaja oli saksa bioloog Ferdinand Cohn (1828-1898). Ta avaldas esimese bakterite bioloogilise klassifikatsiooni, mis põhines nende välimusel.

Ehituse ja morfoloogia

Bakteritel on lihtne rakuarnetus, mis koosneb:

• rakuplasmast ja rakuvarustusest;
• plasmamembraanist, mis reguleerib ainete liikumist;
• rakuseinast, mis annab kuju ja kaitseb — selle koostis varieerub (peptidoglükaan on tüüpiline);
• mõnel bakteril kapsel, mis aitab vältida fagotsüütoosi ja osaleb haiguse tekkes;
• liikumisaparaadid nagu lipud (flagellid) ning kinnitumist võimaldavad pili ja fimbriae;
• plasmidid — väiksed rõngakujulised DNA-jupid, mis kannavad sageli resistentsuse- või muud geene.

Bakterite kuju põhikategooriad on:

• kokid (ümmargused),
• basillid või vardad (pulkjad),
• spiraalsed vormid (spiraalid, vibroidid).

Rakuseina ja Gram-värvus

Rakuseina koostis mõjutab, kuidas bakter reageerib Gram-värvusele. Gram-positiivsed bakterid omavad paksu peptidoglükaanikihti, Gram-negatiivsetel on õhem peptidoglükaanikiht ja väline membraan, mis sisaldab lipopolüsahhariide (LPS). See erinevus on oluline nii taksonoomias kui ka antibiootikumiravis.

Paljunemine ja geneetiline mitmekesisus

Bakterid paljunevad enamasti silmnemisega (binary fission), kus üks rakk jaotub kaheks. Mõõdetav on murdosa tundidest kuni mitme tunni vahel olenevalt liigist ja keskkonnast. Geneetilist mitmekesisust suurendavad:

• konjugatsioon — DNA vahetamine läbi pili;
• transformatsioon — vaba DNA uptake keskkonnast;
• transduktsioon — geenide ülekanne bakteriofaagi vahendusel.

Metabolism ja ökoloogilised rollid

Bakterid on metaboolselt äärmiselt mitmekesised: mõned on heterotroofid (toituvahetuseks orgaanika), teised autotroofid (sünteesivad orgaanikat CO2-st). On fotosünteesijaid baktereid (fototroofid) ja keemiasünteesijaid (kemosünteetilised). Aerobsed, anaeroobsed ja fakultatiivsed anaeroobid võimaldavad elada väga erinevates tingimustes.

Bakterid osalevad globaalses ainetsüklis: nad fikseerivad lämmastikku, lagundavad orgaanilist materjali, osalevad nitrifikatsioonis ja denitrifikatsioonis ning aitavad väävli ja süsiniku ringluses. Biofilmid — rakukogumid, mis on kinnitunud pindadele ja ümbritsetud eksopolüsahhariidide matriisiga — on tavaline elukujund, mis kaitseb baktereid ja muudab nende käitumist.

Ökoloogiline ja majanduslik tähtsus

Bakterid on eluliselt tähtsad:

• mullaviljakuse ja taimede kasvu toetamine (näiteks lämmastikku fikseerivad bakterid);
• toiduainete tootmine (fermentatsioon: juust, jogurt, hapukapsas jne);
• biotehnoloogia ja farmaatsia — ensüümide, antibiootikumide ja geenitehnoloogia rakendused;
• bioremediatsioon — saasteainete lagundamine ja keskkonna puhastamine;
• inimese ja loomade mikrobioomide moodustamine, mis mõjutab seedimist, immuunsust ja tervist (vt ka soolestikufloora).

Haigused, resistentsus ja ennetus

Mõned bakterid põhjustavad nakkushaigusi (nt tuberkuloos, streptokokknakkused, soolenakkused), kuid enamik on kas neutraalsed või kasulikud. Antibiootikumide laialdane kasutamine on suurendanud antibiootikumiresistentsust, mis on globaalne terviseprobleem. Ennetusmeetmed hõlmavad hügieeni, vaktsineerimist, korrektset antibiootikumide kasutamist ja nakkusjärelevalvet.

Taksonoomia ja ajalugu

Nagu mainitud, oli Ferdinand Cohn üks bakterite uurimise varajasi autoreid. Tänapäeval põhineb bakterite klassifikatsioon enamasti molekulaarsel taksonoomial (nt 16S rRNA järjestused), mis on aidanud eristada Bacteria domeeni teisest vanast domeenist Archaea (kes samuti on prokarüoodid, kuid geneetiliselt ja biokeemiliselt erinevad).

Kokkuvõte

Bakterid on ühed kõige arvukamad, mitmekesisemad ja ökoloogiliselt tähtsaimad elusorganismid Maal. Nad mängivad keskset rolli aineringetes, inimeste ja teiste organismide tervises ning tööstuslikes protsessides. Nende lihtne ehitus peidab endas suurt bioloogilist võimekust — kohanemisvõimet, metaboolset mitmekesisust ja geneetilist plastilisust.

Shape

Bakterid on väga erineva suuruse ja kujuga, kuid üldiselt on nad vähemalt kümme korda suuremad kui viirused. Tüüpilise bakteri läbimõõt on umbes 1 µm (üks mikromeeter), nii et tuhat bakterit üksteise kõrval oleks ühe millimeetri pikkune. Maal on umbes viis mitmemiljonit (5×1030) bakterit.

Bakterid identifitseeritakse ja rühmitatakse nende kuju järgi. Batsillid on vardakujulised, kookid on pallikujulised, spirillid on spiraalikujulised ja vibriod on koma- või bumerangikujulised.

Erinevad bakterite kujud

Küsimused ja vastused

K: Mis on bakterid?

K: Kui suured on bakterid?

K: Kas bakterid on ainuraksed organismid?

K: Millal algas bakterioloogia?

K: Kus elab enamik baktereid?

K: Kui palju on bakterirakke võrreldes inimese rakkudega?

Otsing