Inligting

Aantal bakterieë

Aantal bakterieë


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ek skep 'n wiskundige model vir die groei van Synechocystis. sp PCC 6803 en Methanosarcina barkeri Fusaro in onderskeidelik fotobioreaktore en anaërobiese membraanbioreaktore. Ek het 'n paar vrae hieroor:

  1. Wanneer jy hierdie stamme, of bakterieë in die algemeen, by 'n verskaffer koop, hoeveel bakterieë sal jy ontvang? (Ek het dit nodig vir die aanvanklike aantal bakterieë)
  2. Hoe vind/bereken jy die halfversadigingskonstante? (Gebruik in Monod se vergelyking)
  3. Hoe vind/bereken jy die groeibeperkende substraat? (Gebruik in Monod se vergelyking)

Enige hulp sal waardeer word!


  1. Wanneer jy hierdie stamme, of bakterieë in die algemeen, by 'n verskaffer koop, hoeveel bakterieë sal jy ontvang? (Ek het dit nodig vir die aanvanklike aantal bakterieë)

Jy weet nie hoeveel selle jy sal kry nie. Afhangende van die stam en van hoe dit gepreserveer is (bevrore, gevriesdroogde, vloeibare kultuur), kan die persentasie lewensvatbare selle in die monster wat jy kry baie verskil. Dit is in elk geval nie so dat jy die aanvanklike aantal bakterieë vir jou model sal vind nie. Voordat jy jou bioreaktors inent, moet pre-kulture voorberei word. Jy sal nie die verskaffer se monster direk as inokulum gebruik nie.

Wat betref hoe om die seltelling in jou voorkultuur te bepaal, dit hang regtig af van watter soort toerusting jy toegang het. As jy toegang het tot 'n vloeisitometer, dan kan jy die seltelling direk kry. Andersins kan jy meer "tradisionele" mikrobiologiese tegnieke gebruik (Optiese digtheid, Petri-skottels, Droë gewig ...).

Jy kan selfs oorweeg om 'n ander veranderlike as selnommer vir jou groeimodel te gebruik. Dit is dikwels die optiese digtheid of die droë gewig wat gemodelleer word, eerder as die aantal selle.


Wat is 'n CFU in mikrobiologie?

Wanneer wetenskaplikes wil weet hoeveel mikroörganismes daar in 'n oplossing van bakterieë of swamme is, is dit gewoonlik te tydrowend om elke sel individueel onder die mikroskoop te tel. Deur 'n monster mikrobes te verdun en dit oor 'n petriplaat te versprei, kan mikrobioloë eerder groepe mikrobes, genoem kolonies, met die blote oog tel. Daar word aanvaar dat elke kolonie uit 'n enkele kolonievormende eenheid, of CFU, gegroei het.


Inleiding

Hoeveel selle is daar in die menslike liggaam? Behalwe orde van grootte stellings wat geen primêre verwysing of onsekerheid skattings gee nie, is baie min gedetailleerde skattings gedoen (die een uitsondering [1] word hieronder bespreek). Die alomteenwoordige stellings oor 10 14 – 10 15 bakterieë wat in ons liggaam woon, spoor eweneens terug na 'n ou agterkant-van-die-koevert-berekening [2-4].

Die doel van hierdie studie is om vorige skattings vir die aantal menslike en bakteriese selle in die menslike liggaam krities te hersien. Ons gee bygewerkte gedetailleerde ramings waar die berekeningslogika en bronne volledig gedokumenteer is en onsekerheidsreekse afgelei word. Deur die seltellings in die liggaam op te dateer, hersien ons ook die 10:1-waarde wat so deeglik herhaal is om die status van 'n gevestigde algemene kennisfeit te verkry [4]. Hierdie verhouding is onlangs in 'n brief aan die joernaal gekritiseer Mikrobe [5], maar 'n alternatiewe gedetailleerde skatting wat konkrete waardes sal gee en die onsekerheidsreeks skat, is nodig. Hier verskaf ons 'n weergawe van die metodologieë wat tot dusver gebruik is vir seltelling en hersien vorige skattings. Deur dit te doen, herhaal en besin ons die aannames in vorige agterkant-van-die-koevert-berekeninge, ook bekend as Fermi-probleme. Ons vind sulke ramings as effektiewe gesonde verstandkontrole en 'n manier om ons kwantitatiewe begrip in biologie te verbeter.

'n Groot deel van die beskikbare literatuur wat gebruik is in die afleiding van menslike selgetalle was gebaseer op kohorte van uitsluitlik of meestal mans, en soos ons hierdie bronne gebruik, begin ons ontleding met volwasse mans. Soos hieronder bespreek, geld relatief beskeie kwantitatiewe verskille vir vroue as gevolg van veranderinge in kenmerkende liggaamsmassa, bloedvolume en die genitale mikrobiota. Vir ons ontleding het ons die definisie van die standaard verwysingsman soos gegee in die literatuur [6] gebruik as: "Verwysingsman word gedefinieer as tussen 20-30 jaar oud, weeg 70 kg, is 170 cm hoog." Ons ontleding hersien die skattings vir die aantal mikrobiese selle, menslike selle en hul verhouding in die liggaam van so 'n standaardman.

Ons begin ons ontleding deur die aantal bakterieë te hersien deur vroeëre bronne te ondersoek, tellings in verskillende liggaamsorgane te vergelyk en uiteindelik op die inhoud van die kolon te fokus. Ons skat dan die totale aantal menslike selle in die liggaam, en vergelyk berekeninge deur 'n "verteenwoordigende" selgrootte te gebruik met aggregasie volgens seltipe. Ons kontrasteer dan die selgetalverspreiding volgens weefseltipe met die massaverspreiding. Ter afsluiting hersien ons die verhouding van bakteriese tot menslike selle en evalueer die effek van geslag, ouderdom en vetsug.


Aantal bakterieë - Biologie

Bakterieë is klein, eensellige organismes – oor die algemeen 4/100 000 van 'n duim wyd (1 &mikrom) en ietwat langer in lengte. Wat bakterieë in grootte ontbreek, maak hulle in getalle op. ’n Teelepel produktiewe grond bevat gewoonlik tussen 100 miljoen en 1 miljard bakterieë. Dit is soveel massa as twee koeie per akker.

Bakterieë val in vier funksionele groepe. Die meeste is ontbinders wat eenvoudige koolstofverbindings verbruik, soos wortelafskeidings en vars plantrommel. Deur hierdie proses omskep bakterieë energie in grondorganiese materiaal in vorme wat nuttig is vir die res van die organismes in die grondvoedselweb. ’n Aantal ontbinders kan plaagdoders en besoedelingstowwe in grond afbreek. Ontbinders is veral belangrik om voedingstowwe in hul selle te immobiliseer of te behou en sodoende die verlies van voedingstowwe, soos stikstof, uit die wortelsone te voorkom.

'n Tweede groep bakterieë is die mutualiste wat vennootskappe met plante vorm. Die bekendste hiervan is die stikstofbindende bakterieë. Die derde groep bakterieë is die patogene. Bakteriese patogene sluit in Xymomonas en Erwinia spesies, en spesies van Agrobacterium wat galvorming by plante veroorsaak. 'n Vierde groep, geroep litotrofe of chemo-outotrofe, verkry sy energie uit verbindings van stikstof, swael, yster of waterstof in plaas van uit koolstofverbindings. Sommige van hierdie spesies is belangrik vir stikstofkringloop en afbraak van besoedelingstowwe.

WAT DOEN BAKTERIEë?

Bakterieë van al vier groepe verrig belangrike dienste wat verband hou met waterdinamika, voedingstofsiklusse en siekte-onderdrukking. Sommige bakterieë beïnvloed waterbeweging deur stowwe te produseer wat help om gronddeeltjies in klein aggregate te bind (dié met deursnee van 1/10 000-1/100 van 'n duim of 2-200&mikrom). Stabiele aggregate verbeter waterinfiltrasie en die grond se waterhouvermoë. In 'n diverse bakteriese gemeenskap sal baie organismes kompeteer met siekteveroorsakende organismes in wortels en op bogrondse oppervlaktes van plante.

'N PAAR BELANGRIKE BAKTERIEë

Stikstofbindende bakterieë vorm simbiotiese assosiasies met die wortels van peulgewasse soos klawer en lupiene, en bome soos els en sprinkaan. Sigbare knoppies word geskep waar bakterieë 'n groeiende wortelhaar besmet (Figuur 4). Die plant verskaf eenvoudige koolstofverbindings aan die bakterieë, en die bakterieë omskep stikstof (N2) uit lug in 'n vorm wat die plantgasheer kan gebruik. Wanneer blare of wortels van die gasheerplant ontbind, neem grondstikstof toe in die omliggende area.

Nitrifiserende bakterieë verander ammonium (NH4+) na nitriet (NO2-) dan na nitraat (NO3-) – 'n voorkeurvorm van stikstof vir grasse en meeste rygewasse. Nitraat word makliker uit die grond geloog, daarom gebruik sommige boere nitrifikasie-inhibeerders om die aktiwiteit van een soort nitrifiserende bakterieë te verminder. Nitrifiserende bakterieë word in bosgrond onderdruk, sodat die meeste van die stikstof as ammonium oorbly.

Denitrifiserende bakterieë sit nitraat om na stikstof (N2) of stikstofoksied (N2O) gas. Denitrifiseerders is anaërobies, wat beteken dat hulle aktief is waar suurstof afwesig is, soos in versadigde gronde of binne-grondaggregate.

Aktinomisete is 'n groot groep bakterieë wat as hifes soos swamme groei (Figuur 3). Hulle is verantwoordelik vir die kenmerkende “aardse” reuk van vars gedraaide, gesonde grond. Aktinomisete ontbind 'n wye verskeidenheid substrate, maar is veral belangrik in afbrekende weerbarstige (moeilik-ontbindende) verbindings, soos chitien en sellulose, en is aktief by hoë pH-vlakke. Swamme is belangriker om hierdie verbindings teen lae pH af te breek. 'n Aantal antibiotika word deur aktinomisete soos Streptomyces geproduseer.

WAAR IS BAKTERIEë?

Verskeie spesies bakterieë floreer op verskillende voedselbronne en in verskillende mikro-omgewings. Oor die algemeen is bakterieë meer mededingend wanneer daar labiele (maklik om te metaboliseer) substrate teenwoordig is. Dit sluit in vars, jong plantreste en die verbindings wat naby lewende wortels voorkom. Bakterieë is veral gekonsentreer in die risosfeer, die nou streek langs en in die wortel. Daar is bewyse dat plante sekere soorte wortelafskeidings produseer om die groei van beskermende bakterieë aan te moedig.

Bakterieë verander die grondomgewing in die mate dat die grondomgewing sekere plantgemeenskappe bo ander sal bevoordeel. Voordat plante op vars sedimente gevestig kan word, moet die bakteriese gemeenskap eers vestig, begin met fotosintetiese bakterieë. Hierdie bind atmosferiese stikstof en koolstof, produseer organiese materiaal en immobiliseer genoeg stikstof en ander voedingstowwe om stikstofsiklusprosesse in die jong grond te inisieer. Dan kan vroeë opeenvolgende plantspesies groei. Soos die plantgemeenskap gevestig word, kom verskillende tipes organiese materiaal die grond binne en verander die tipe voedsel wat vir bakterieë beskikbaar is. Op sy beurt verander die veranderde bakteriese gemeenskap grondstruktuur en die omgewing vir plante. Sommige navorsers dink dit kan moontlik wees om die plantspesies op 'n plek te beheer deur die grondbakterie-gemeenskap te bestuur.

BUG BIOGRAFIE
Deur Ann Kennedy, USDA Landbounavorsingsdiens, Pullman, WA

Bakterieë wat plantgroei bevorder: Sekere stamme van die grondbakterieë Pseudomonas fluorescens het anti-swam aktiwiteit wat sommige plantpatogene inhibeer. P. fluorescens en ander Pseudomonas- en Xanthomonas-spesies kan plantgroei op verskeie maniere verhoog. Hulle kan 'n verbinding produseer wat die groei van patogene inhibeer of die indringing van die plant deur 'n patogeen verminder. Hulle kan ook verbindings (groeifaktore) produseer wat plantgroei direk verhoog.

Hierdie plantgroei-bevorderende bakterieë kom natuurlik in grond voor, maar nie altyd in hoog genoeg getalle om 'n dramatiese effek te hê nie. In die toekoms sal boere dalk saad met anti-swambakterieë, soos P. fluorescens, kan inent om te verseker dat die bakterieë patogene rondom die saad en wortel van die gewas verminder.


’n Mikrobe is enige organisme wat nie met die blote oog sigbaar is nie. Die resolusie van die oog sonder hulp is ongeveer 0,1 mm

Bakterieë word volgens hul vorm geklassifiseer:

1) Kokkies: sferiese bakterieë

  • Kokke – kleinste bakterieë, kom as enkele sfere voor
  • Diplococci – pare sfere, bv. longontsteking
  • Stafilokokke – trosse sfere, bv. voedselvergiftiging
  • Streptokokke – kettings van sfere, bv. seer keel

2) Bacilli: staafvormige bakterieë:

3) Spirilla – groot, spiraalvormige bakterieë – bv. sifilis

4) Vibrio – halfmaanvormige bakterieë - bv. cholera

Sel verlenging lei tot die sintese van addisionele sitoplasma en kernmateriaal

DNA-replikasie vind plaas (daar is geen mitotiese spil nie), en die kernmateriaal heg aan die plasma membraan of mesosoom

A septum begin ontwikkel, en die kernmateriaal word na beide kante versprei

Die septum is voltooi, en 'n selwand ontwikkel om die sel in twee te verdeel

Die twee dogterselle groei tot 'n kritieke grootte, en herhaal dan hierdie proses

Nuwe genetiese materiaal kan op drie hoof maniere in 'n bakterie ingevoeg word:

1) Vervoeging: bakterieë verbind deur hul pili.

  • Skenker gee 'n plasmied genaamd die F-faktor (vrugbaarheid) deur na die ontvangersel.
  • Die F-faktor kan in 'n plasmied wees (wat onafhanklik repliseer), of in die hoof bakteriële chromosoom geïnkorporeer

2) Transformasie: een bakterie stel DNA vry wat deur 'n tweede bakterie geabsorbeer word, wat dit toelaat om nuwe eienskappe te verkry

3) Transduksie: nuwe gene kan in die bakteriese chromosoom ingevoeg word deur 'n bakterie-faag ('n virus wat as 'n vektor optree)

Die bakteriese bevolkingsgroeikurwe vind plaas in vier hooffases:

1) Lag fase: selle is aktief, maar daar is min toename in getal.

2) Log fase: Voedingstowwe en ruimte is volop voorraad, so daar is min mededinging, en die bakterieë vermeerder teen hul maksimum tempo

3) Stasionêre fase: drakrag (maksimum aantal bakterieë wat die omgewing kan ondersteun) word bereik, dus vind intraspesifieke mededinging tussen bakterieë plaas.

Gevolglik balanseer die sterftesyfer die bevolkingsgroeikoers, en die aantal bakterieë bly min of meer konstant

4) Doodsfase: voedingstofvoorraad raak op en afvalprodukte versamel wat lei tot verhoogde toksisiteit van die omgewing.

Organismes word doodgemaak en die bevolkingsgrootte daal uiteindelik tot nul.

Spore kan tydens stilstaande fase geproduseer word wat bestand is teen die ongunstige toestande

Bakteriële groei kan beheer word deur gebruik te maak van fisiese metodes (gammabestraling of in 'n outoklaaf met hoë temperature) of deur chemiese middele:


Ekologie van bakterieë

Prokariote is alomteenwoordig op die aarde se oppervlak. Hulle word in elke toeganklike omgewing aangetref, van poolys tot borrelende warmwaterbronne, van bergtoppe tot die seebodem, en van plant- en diereliggame tot bosgrond. Sommige bakterieë kan groei in grond of water by temperature naby vriespunt (0 °C [32 °F]), terwyl ander floreer in water by temperature naby kookpunt (100 °C [212 °F]). Elke bakterie is aangepas om in 'n spesifieke omgewingsnis te leef, of dit nou oseaniese oppervlaktes, moddersedimente, grond of die oppervlaktes van 'n ander organisme is. Die vlak van bakterieë in die lug is laag maar beduidend, veral wanneer stof opgeskort is. In onbesmette natuurlike waterliggame kan bakteriese tellings in die duisende per milliliter in vrugbare grond wees, bakteriese tellings kan in die miljoene per gram wees en in ontlasting kan bakteriese tellings miljarde per gram oorskry.

Prokariote is belangrike lede van hul habitatte. Alhoewel hulle klein van grootte is, beteken hul blote getalle dat hul metabolisme 'n enorme rol speel - soms voordelig, soms skadelik - in die omskakeling van elemente in hul eksterne omgewing. Waarskynlik kan elke stof wat natuurlik voorkom, en baie sintetiese, deur sommige spesies bakterieë afgebreek (metaboliseer) word. Die grootste maag van die koei, die rumen, is 'n fermentasiekamer waarin bakterieë die sellulose in grasse en voer verteer en dit omskakel na vetsure en aminosure, wat die fundamentele voedingstowwe is wat die koei gebruik en die basis vir die koei se produksie is. van melk. Organiese afval in riool- of komposhope word deur bakterieë óf in geskikte voedingstowwe vir plantmetabolisme óf in gasvormige metaan (CH4) en koolstofdioksied. Die oorblyfsels van alle organiese materiaal, insluitend plante en diere, word uiteindelik deur die aktiwiteite van bakterieë en ander mikroörganismes in grond en gasse omgeskakel en word daardeur vir verdere groei beskikbaar gestel.

Baie bakterieë leef in strome en ander bronne van water, en hul teenwoordigheid teen lae bevolkingsdigthede in 'n monster water dui nie noodwendig daarop dat die water ongeskik is vir verbruik nie. Water wat egter bakterieë bevat soos E coli, wat normale inwoners van die dermkanaal van mense en diere is, dui daarop dat riool of fekale materiaal onlangs daardie waterbron besoedel het. Sulke koliforme bakterieë kan self patogene (siekte-veroorsakende organismes) wees, en hul teenwoordigheid dui daarop dat ander, minder maklik opgespoorde bakteriese en virale patogene ook teenwoordig kan wees. Prosedures wat in watersuiweringsaanlegte gebruik word—besakking, filtrasie en chlorering—is ontwerp om hierdie en enige ander mikroörganismes en aansteeklike middels wat in water wat vir menslike gebruik bedoel is, te verwyder. Rioolbehandeling is ook nodig om die vrystelling van patogeniese bakterieë en virusse uit afvalwater in watervoorrade te voorkom. Rioolsuiweringsaanlegte begin ook die verval van organiese materiale (proteïene, vette en koolhidrate) in die afvalwater. Die afbreek van organiese materiaal deur mikroörganismes in die water verbruik suurstof (biochemiese suurstofvraag), wat 'n afname in die suurstofvlak veroorsaak, wat baie skadelik kan wees vir waterlewe in strome en mere wat die afvalwater ontvang. Een doelwit van rioolbehandeling is om soveel as moontlik organiese materiaal te oksideer voordat dit in die waterstelsel vrygelaat word, om sodoende die biochemiese suurstofaanvraag van die afvalwater te verminder. Rioolverteringstenks en belugtingstoestelle ontgin spesifiek die metaboliese kapasiteit van bakterieë vir hierdie doel. (Vir meer inligting oor die behandeling van afvalwater, sien omgewingswerke: beheer van waterbesoedeling.)

Grondbakterieë is uiters aktief om biochemiese veranderinge te bewerkstellig deur die verskillende stowwe, humus en minerale, wat grond kenmerk, te transformeer. Elemente wat sentraal tot lewe is, soos koolstof, stikstof en swael, word deur bakterieë van anorganiese gasvormige verbindings omgeskakel in vorms wat deur plante en diere gebruik kan word. Bakterieë omskep ook die eindprodukte van plant- en dieremetabolisme in vorms wat deur bakterieë en ander mikroörganismes gebruik kan word. Die stikstofsiklus kan die rol van bakterieë illustreer om verskeie chemiese veranderinge te bewerkstellig. Stikstof bestaan ​​in die natuur in verskeie oksidasietoestande, soos nitraat, nitriet, stikstofgas, verskeie stikstofoksiede, ammoniak en organiese amiene (ammoniakverbindings wat een of meer gesubstitueerde koolwaterstowwe bevat). Stikstofbinding is die omskakeling van stikstofgas uit die atmosfeer in 'n vorm wat deur lewende organismes gebruik kan word. Sommige stikstofbindende bakterieë, soos Azotobacter, Clostridium pasteurianum, en Klebsiella pneumoniae, is vrylewend, terwyl spesies van Rhizobium leef in 'n intieme verbintenis met peulplante. Rhizobium organismes in die grond herken en dring die wortelhare van hul spesifieke plantgasheer binne, gaan die plantweefsel binne en vorm 'n wortelknop. Hierdie proses veroorsaak dat die bakterieë baie van hul vrylewende eienskappe verloor. Hulle word afhanklik van die koolstof wat deur die plant verskaf word, en, in ruil vir koolstof, skakel hulle stikstofgas om na ammoniak, wat deur die plant gebruik word vir sy proteïensintese en groei.Daarbenewens kan baie bakterieë nitraat omskakel na amiene vir die sintetisering van sellulêre materiale of na ammoniak wanneer nitraat as elektronaanvaarder gebruik word. Denitrifiserende bakterieë omskep nitraat na distikstofgas. Die omskakeling van ammoniak of organiese amiene na nitraat word bewerkstellig deur die gekombineerde aktiwiteite van die aërobiese organismes Nitrosomonas en Nitrobakter, wat ammoniak as 'n elektronskenker gebruik.

In die koolstofsiklus word koolstofdioksied deur plante en outotrofiese prokariote in sellulêre materiale omgeskakel, en organiese koolstof word deur heterotrofiese lewensvorme na die atmosfeer teruggekeer. Die belangrikste afbreekproduk van mikrobiese ontbinding is koolstofdioksied, wat gevorm word deur aërobiese organismes wat asemhaal.

Metaan, 'n ander gasvormige eindproduk van koolstofmetabolisme, is 'n relatief geringe komponent van die globale koolstofsiklus, maar van belang in plaaslike situasies en as 'n hernubare energiebron vir menslike gebruik. Metaanproduksie word uitgevoer deur die hoogs gespesialiseerde en verpligte anaërobiese metanogene prokariote, wat almal archaea is. Metanogene gebruik koolstofdioksied as hul terminale elektronaannemer en ontvang elektrone van waterstofgas (H2). 'n Paar ander stowwe kan deur hierdie organismes in metaan omgeskakel word, insluitend metanol, mieresuur, asynsuur en metielamiene. Ten spyte van die uiters smal reeks stowwe wat deur metanogene gebruik kan word, is metaanproduksie baie algemeen tydens die anaërobiese ontbinding van baie organiese materiale, insluitend sellulose, stysel, proteïene, aminosure, vette, alkohole en die meeste ander substrate. Metaanvorming uit hierdie materiale vereis dat ander anaërobiese bakterieë hierdie stowwe óf tot asetaat óf tot koolstofdioksied en waterstofgas afbreek, wat dan deur die metanogene gebruik word. Die metanogene ondersteun die groei van die ander anaërobiese bakterieë in die mengsel deur waterstofgas wat tydens hul metaboliese aktiwiteite vir metaanproduksie gevorm word, te verwyder. Verbruik van die waterstofgas stimuleer die metabolisme van ander bakterieë.

Ten spyte van die feit dat metanogene so 'n beperkte metaboliese vermoë het en redelik sensitief is vir suurstof, is hulle wydverspreid op aarde. Groot hoeveelhede metaan word in anaërobiese omgewings, soos moerasse en vleie, geproduseer, maar aansienlike hoeveelhede word ook in grond en deur herkouerdiere geproduseer. Ten minste 80 persent van die metaan in die atmosfeer is geproduseer deur die werking van metanogene, die res word vrygestel uit steenkoolneerslae of aardgasputte.


Inhoud

Die woord bakterieë is die meervoud van die Nuwe Latyn bakterie, wat die latinisering van die Griekse βακτήριον (bakterie), [17] die verkleinwoord van βακτηρία (bakterieë), wat "staf, kierie" beteken, [18] omdat die eerstes wat ontdek is, staafvormig was. [19] [20]

Die voorouers van moderne bakterieë was eensellige mikroörganismes wat ongeveer 4 miljard jaar gelede die eerste vorme van lewe was wat op aarde verskyn het. Vir ongeveer 3 miljard jaar was die meeste organismes mikroskopies, en bakterieë en archaea was die dominante lewensvorme. [21] [22] Alhoewel daar bakteriële fossiele bestaan, soos stromatoliete, verhinder die gebrek aan kenmerkende morfologie dat hulle gebruik kan word om die geskiedenis van bakteriële evolusie te ondersoek, of om die tyd van oorsprong van 'n spesifieke bakteriese spesie te dateer. Genseekwensies kan egter gebruik word om die bakteriese filogenie te rekonstrueer, en hierdie studies dui aan dat bakterieë eers van die argeïese/eukariotiese afstamming afwyk. [23] Die mees onlangse algemene voorouer van bakterieë en archaea was waarskynlik 'n hipertermofiel wat ongeveer 2,5 miljard tot 3,2 miljard jaar gelede geleef het. [24] [25] Die vroegste lewe op land was ongeveer 3,22 miljard jaar gelede bakterieë. [26]

Bakterieë was ook betrokke by die tweede groot evolusionêre divergensie, dié van die archaea en eukariote. Hier was eukariote die gevolg van die ingaan van antieke bakterieë in endosimbiotiese assosiasies met die voorouers van eukariotiese selle, wat self moontlik verwant was aan die Archaea. [27] [28] Dit behels die verswelging deur proto-eukaryote selle van alfaproteobakteriese simbiote om mitochondria of hydrogenosome te vorm, wat nog steeds in alle bekende Eukarya voorkom (soms in 'n sterk verminderde vorm, byvoorbeeld in antieke "amitochondriale" protosoë). Later het sommige eukariote wat reeds mitochondria bevat het, ook sianobakterie-agtige organismes verswelg, wat gelei het tot die vorming van chloroplaste in alge en plante. Dit staan ​​bekend as primêre endosimbiose. [29] [30]

Bakterieë vertoon 'n wye verskeidenheid van vorms en groottes, wat morfologieë genoem word. Bakteriese selle is ongeveer 'n tiende van die grootte van eukariotiese selle en is gewoonlik 0,5-5,0 mikrometer lank. 'n Paar spesies is egter met die blote oog sigbaar—bv. Thiomargarita namibiensis is tot 'n half millimeter lank [31] en Epulopiscium fishelsoni bereik 0,7 mm. [32] Onder die kleinste bakterieë is lede van die genus Mykoplasma, wat slegs 0,3 mikrometer meet, so klein soos die grootste virusse. [33] Sommige bakterieë kan selfs kleiner wees, maar hierdie ultramikrobakterieë word nie goed bestudeer nie. [34]

Die meeste bakteriese spesies is óf sferies, genoem kokke (enkelvoud kokus, uit Grieks kókkos, graan, saad), of staafvormig, genoem basille (sing. bacil, uit Latyn baculus, stok). [35] Sommige bakterieë, genoem vibrio, is gevorm soos effens geboë stawe of komma-vormige ander kan wees spiraalvormige, genoem spirilla, of styf opgerol, genoem spirochaetes. ’n Klein aantal ander ongewone vorms is beskryf, soos stervormige bakterieë. [36] Hierdie wye verskeidenheid vorms word bepaal deur die bakteriese selwand en sitoskelet, en dit is belangrik omdat dit die vermoë van bakterieë om voedingstowwe te verkry, aan oppervlaktes kan heg, deur vloeistowwe kan swem en roofdiere kan ontsnap, kan beïnvloed. [37] [38]

Baie bakteriespesies bestaan ​​eenvoudig as enkele selle, ander assosieer in kenmerkende patrone: Neisseria vorm diploïede (pare), Streptokokke vorm kettings, en Staphylococcus groepeer saam in trosse "druiwe". Bakterieë kan ook groepeer om groter meersellige strukture te vorm, soos die langwerpige filamente van Aktinobakterieë, die aggregate van Myxobakterieë, en die komplekse hifes van Streptomies. [39] Hierdie meersellige strukture word dikwels slegs in sekere omstandighede gesien. Wanneer myxobakterieë byvoorbeeld aan aminosure uitgehonger word, bespeur Myxobacteria omliggende selle in 'n proses wat bekend staan ​​as kworumwaarneming, migreer na mekaar toe, en aggregreer om vrugliggame te vorm wat tot 500 mikrometer lank is en ongeveer 100 000 bakteriële selle bevat. [40] In hierdie vrugliggame verrig die bakterieë aparte take, byvoorbeeld, ongeveer een uit elke tien selle migreer na die bokant van 'n vrugtige liggaam en differensieer in 'n gespesialiseerde rustende toestand genaamd myxospore, wat meer bestand is teen droging en ander nadelige omgewingsomgewings. voorwaardes. [41]

Bakterieë heg dikwels aan oppervlaktes en vorm digte samevoegings wat biofilms genoem word, en groter formasies bekend as mikrobiese matte. Hierdie biofilms en matte kan wissel van 'n paar mikrometer in dikte tot 'n half meter diep en kan verskeie bakterieë, protiste en archaea bevat. Bakterieë wat in biofilms leef, vertoon 'n komplekse rangskikking van selle en ekstrasellulêre komponente, wat sekondêre strukture vorm, soos mikrokolonies, waardeur daar netwerke van kanale is om beter verspreiding van voedingstowwe moontlik te maak. [42] [43] In natuurlike omgewings, soos grond of die oppervlaktes van plante, word die meerderheid bakterieë aan oppervlaktes in biofilms gebind. [44] Biofilms is ook belangrik in die geneeskunde, aangesien hierdie strukture dikwels voorkom tydens chroniese bakteriële infeksies of in infeksies van ingeplante mediese toestelle, en bakterieë wat binne biofilms beskerm word, baie moeiliker is om dood te maak as individuele geïsoleerde bakterieë. [45]

Intrasellulêre strukture

Die bakteriese sel word omring deur 'n selmembraan, wat hoofsaaklik uit fosfolipiede bestaan. Hierdie membraan omsluit die inhoud van die sel en dien as 'n versperring om voedingstowwe, proteïene en ander noodsaaklike komponente van die sitoplasma binne die sel te hou. [46] Anders as eukariotiese selle, het bakterieë gewoonlik nie groot membraangebonde strukture in hul sitoplasma nie, soos 'n kern, mitochondria, chloroplaste en die ander organelle wat in eukariotiese selle voorkom. [47] Sommige bakterieë het egter proteïengebonde organelle in die sitoplasma wat aspekte van bakteriële metabolisme, [48] [49], soos die karboksisme, in kompartementeer. [50] Boonop het bakterieë 'n multi-komponent sitoskelet om die lokalisering van proteïene en nukleïensure binne die sel te beheer, en om die proses van seldeling te bestuur. [51] [52] [53]

Baie belangrike biochemiese reaksies, soos energieopwekking, vind plaas as gevolg van konsentrasiegradiënte oor membrane, wat 'n potensiële verskil skep wat analoog aan 'n battery is. Die algemene gebrek aan interne membrane in bakterieë beteken dat hierdie reaksies, soos elektrontransport, oor die selmembraan tussen die sitoplasma en die buitekant van die sel of periplasma plaasvind. [54] By baie fotosintetiese bakterieë is die plasmamembraan egter baie gevou en vul die grootste deel van die sel met lae ligversamelende membraan. [55] Hierdie ligversamelende komplekse kan selfs lipiedomhulde strukture vorm wat chlorosome genoem word in groen swaelbakterieë. [56]

Bakterieë het nie 'n membraangebonde kern nie, en hul genetiese materiaal is tipies 'n enkele sirkelvormige bakteriese chromosoom van DNA wat in die sitoplasma geleë is in 'n onreëlmatige gevormde liggaam wat die nukleoïed genoem word. [57] Die nukleoïed bevat die chromosoom met sy geassosieerde proteïene en RNA. Soos alle ander organismes, bevat bakterieë ribosome vir die produksie van proteïene, maar die struktuur van die bakteriële ribosoom is anders as dié van eukariote en Archaea. [58]

Sommige bakterieë produseer intrasellulêre voedingstofbergingskorrels, soos glikogeen, [59] polifosfaat, [60] swael [61] of polihidroksielkanoate. [62] Bakterieë, soos die fotosintetiese sianobakterieë, produseer interne gasvakuole, wat hulle gebruik om hul dryfvermoë te reguleer, sodat hulle met verskillende ligintensiteite en voedingsvlakke op of af kan beweeg in waterlae. [63]

Ekstrasellulêre strukture

Om die buitekant van die selmembraan is die selwand. Bakteriële selwande is gemaak van peptidoglycan (ook mureïen genoem), wat bestaan ​​uit polisakkariedkettings wat gekoppel is aan peptiede wat D-aminosure bevat. [64] Bakteriële selwande verskil van die selwande van plante en swamme, wat onderskeidelik uit sellulose en chitien bestaan. [65] Die selwand van bakterieë verskil ook van die van Archaea, wat nie peptidoglycan bevat nie. Die selwand is noodsaaklik vir die voortbestaan ​​van baie bakterieë, en vir die antibiotika penisillien (geproduseer deur 'n swam genaamd Penicillium) is in staat om bakterieë dood te maak deur 'n stap in die sintese van peptidoglikaan te inhibeer. [65]

Daar is in die algemeen twee verskillende soorte selwande in bakterieë, wat bakterieë in Gram-positiewe en Gram-negatiewe bakterieë klassifiseer. Die name is afkomstig van die reaksie van selle op die Gram-vlek, 'n jarelange toets vir die klassifikasie van bakteriese spesies. [66]

Gram-positiewe bakterieë beskik oor 'n dik selwand wat baie lae peptidoglycan en teichoïensure bevat. Daarenteen het Gram-negatiewe bakterieë 'n relatief dun selwand wat bestaan ​​uit 'n paar lae peptidoglikaan omring deur 'n tweede lipiedmembraan wat lipopolisakkariede en lipoproteïene bevat. Die meeste bakterieë het die Gram-negatiewe selwand, en slegs die Firmicutes en Actinobacteria (voorheen onderskeidelik bekend as die lae G+C en hoë G+C Gram-positiewe bakterieë) het die alternatiewe Gram-positiewe rangskikking. [67] Hierdie struktuurverskille kan verskille in die vatbaarheid van antibiotika veroorsaak, byvoorbeeld, vankomisien kan slegs Gram-positiewe bakterieë doodmaak en is ondoeltreffend teen Gram-negatiewe patogene, soos Haemophilus influenzae of Pseudomonas aeruginosa. [68] Sommige bakterieë het selwandstrukture wat nie klassiek Gram-positief of Gram-negatief is nie. Dit sluit klinies belangrike bakterieë soos Mikobakterieë wat 'n dik peptidoglikaan selwand het soos 'n Gram-positiewe bakterie, maar ook 'n tweede buitenste laag lipiede. [69]

In baie bakterieë bedek 'n S-laag proteïenmolekules wat stewig saamgestel is die buitekant van die sel. [70] Hierdie laag bied chemiese en fisiese beskerming vir die seloppervlak en kan as 'n makromolekulêre diffusieversperring dien. S-lae het verskillende, maar meestal swak verstaanbare funksies, maar dit is bekend dat dit as virulensie faktore optree Campylobacter en bevat oppervlak ensieme in Bacillus stearothermophilus. [71]

Flagella is rigiede proteïenstrukture, ongeveer 20 nanometer in deursnee en tot 20 mikrometer lank, wat vir beweeglikheid gebruik word. Flagella word aangedryf deur die energie wat vrygestel word deur die oordrag van ione na 'n elektrochemiese gradiënt oor die selmembraan. [72]

Fimbriae (soms genoem "aanhegting pili") is fyn filamente van proteïen, gewoonlik 2-10 nanometer in deursnee en tot 'n paar mikrometer in lengte. Hulle is oor die oppervlak van die sel versprei en lyk soos fyn hare wanneer hulle onder die elektronmikroskoop gesien word. Daar word geglo dat Fimbriae betrokke is by die aanhegting aan vaste oppervlaktes of aan ander selle, en dit is noodsaaklik vir die virulensie van sommige bakteriese patogene. [73] Pili (sing. pilus) is sellulêre aanhangsels, effens groter as fimbriae, wat genetiese materiaal tussen bakteriële selle kan oordra in 'n proses wat vervoeging genoem word, waar hulle vervoegingpili of sekspili genoem word (sien bakteriese genetika hieronder). [74] Hulle kan ook beweging genereer waar hulle tipe IV pili genoem word. [75]

Glycocalyx word deur baie bakterieë geproduseer om hul selle te omring, en wissel in strukturele kompleksiteit: wat wissel van 'n ongeorganiseerde slymlaag van ekstrasellulêre polimeriese stowwe tot 'n hoogs gestruktureerde kapsule. Hierdie strukture kan selle beskerm teen verswelging deur eukariotiese selle, soos makrofage (deel van die menslike immuunstelsel). [76] Hulle kan ook as antigene optree en betrokke wees by selherkenning, asook om gehegtheid aan oppervlaktes en die vorming van biofilms te bevorder. [77]

Die samestelling van hierdie ekstrasellulêre strukture is afhanklik van bakteriële sekresiestelsels. Hierdie dra proteïene van die sitoplasma na die periplasma of na die omgewing rondom die sel oor. Baie soorte sekresiestelsels is bekend en hierdie strukture is dikwels noodsaaklik vir die virulensie van patogene, en word dus intensief bestudeer. [78]

Endospores

Sekere genera van Gram-positiewe bakterieë, soos Bacillus, Clostridium, Sporohalobacter, Anaerobacter, en Heliobakterie, kan hoogs weerstandbiedende, sluimerende strukture vorm endospore. [79] Endospore ontwikkel binne die sitoplasma van die sel, gewoonlik ontwikkel 'n enkele endospoor in elke sel. [80] Elke endospoor bevat 'n kern van DNS en ribosome wat deur 'n kortekslaag omring word en beskerm word deur 'n meerlaagse rigiede laag wat saamgestel is uit peptidoglikaan en 'n verskeidenheid proteïene. [80]

Endospore toon geen waarneembare metabolisme nie en kan uiterste fisiese en chemiese spanninge oorleef, soos hoë vlakke van UV-lig, gammastraling, skoonmaakmiddels, ontsmettingsmiddels, hitte, bevriesing, druk en uitdroging. [81] In hierdie rustende toestand kan hierdie organismes miljoene jare lewensvatbaar bly, [82] [83] [84] en endospore laat selfs bakterieë toe om blootstelling aan die vakuum en straling in die ruimte te oorleef, moontlik kan bakterieë versprei word oor die hele Heelal deur ruimtestof, meteoroïede, asteroïdes, komete, planetoïede of via gerigte panspermia. [85] [86] Endospoorvormende bakterieë kan ook siektes veroorsaak: byvoorbeeld miltsiekte kan opgedoen word deur die inaseming van Bacillus anthracis endospore, en kontaminasie van diep steekwonde met Clostridium tetani endospore veroorsaak tetanus. [87]

Bakterieë vertoon 'n uiters wye verskeidenheid metaboliese tipes. [88] Die verspreiding van metaboliese eienskappe binne 'n groep bakterieë is tradisioneel gebruik om hul taksonomie te definieer, maar hierdie eienskappe stem dikwels nie ooreen met moderne genetiese klassifikasies nie. [89] Bakteriese metabolisme word op grond van drie hoofkriteria in voedingsgroepe geklassifiseer: die bron van energie, die elektronskenkers wat gebruik word en die koolstofbron wat vir groei gebruik word. [90]

Bakterieë verkry óf energie van lig met behulp van fotosintese (genoem fototrofie), óf deur chemiese verbindings met oksidasie af te breek (genoem chemotrofie). [91] Chemotrofe gebruik chemiese verbindings as 'n bron van energie deur die oordrag van elektrone van 'n gegewe elektrondonor na 'n terminale elektron -acceptor in 'n redoksreaksie. Hierdie reaksie stel energie vry wat gebruik kan word om metabolisme aan te dryf. Chemotrofe word verder gedeel deur die tipes verbindings wat hulle gebruik om elektrone oor te dra. Bakterieë wat anorganiese verbindings soos waterstof, koolstofmonoksied of ammoniak as bronne van elektrone gebruik, word litotrofe genoem, terwyl dié wat organiese verbindings gebruik, organotrofe genoem word. [91] Die verbindings wat gebruik word om elektrone te ontvang, word ook gebruik om bakterieë te klassifiseer: aërobiese organismes gebruik suurstof as die terminale elektron -acceptor, terwyl anaërobiese organismes ander verbindings soos nitraat, sulfaat of koolstofdioksied gebruik. [91]

Baie bakterieë kry hul koolstof van ander organiese koolstof, genoem heterotrofie. Ander soos sianobakterieë en 'n paar pers bakterieë is outotrofies, wat beteken dat hulle sellulêre koolstof verkry deur koolstofdioksied vas te stel. [92] In ongewone omstandighede kan die gasmetaan deur metanotrofiese bakterieë gebruik word as beide 'n bron van elektrone en 'n substraat vir koolstofanabolisme. [93]

Voedingstipes in bakteriële metabolisme
Voedingstipe Bron van energie Bron van koolstof Voorbeelde
Fototrofe Sonlig Organiese verbindings (fotoheterotrofe) of koolstofbinding (fotoautotrofe) Sianobakterieë, Groen swael bakterieë, Chloroflexi, of Pers bakterieë
Litotrofe Anorganiese verbindings Organiese verbindings (litoheterotrofe) of koolstofbinding (lito -outotrofe) Termodesulfobakterieë, Hydrogenophilaceae, of Nitrospirae
Organotrofe Organiese verbindings Organiese verbindings (chemoheterotrofe) of koolstoffiksasie (chemo-outotrofe) Bacillus, Clostridium of Enterobacteriaceae

In baie opsigte bied bakteriese metabolisme eienskappe wat nuttig is vir ekologiese stabiliteit en vir die menslike samelewing. Een voorbeeld is dat sommige bakterieë die vermoë het om stikstofgas te bind deur die ensiem nitrogenase te gebruik. Hierdie omgewingsbelangrike eienskap kan gevind word in bakterieë van die meeste metaboliese tipes hierbo gelys. [94] Dit lei tot die ekologies belangrike prosesse van onderskeidelik denitrifikasie, sulfaatreduksie en asetogenese.[95] [96] Bakteriële metaboliese prosesse is ook belangrik in biologiese reaksies op besoedeling byvoorbeeld, sulfaat-verminderende bakterieë is grootliks verantwoordelik vir die produksie van die hoogs giftige vorme van kwik (metiel- en dimetielkwik) in die omgewing. [97] Nie-respiratoriese anaërobe gebruik fermentasie om energie op te wek en krag te verminder, en metaboliese neweprodukte (soos etanol tydens brouery) as afval af te skei. Afhangende van die omgewingstoestande waarin hulle hulself bevind, kan fakultatiewe anaërobes wissel tussen fermentasie en verskillende terminale elektron -aannemers. [98]

Anders as by meersellige organismes, is toenames in selgrootte (selgroei) en voortplanting deur seldeling styf verbind in eensellige organismes. Bakterieë groei tot 'n vaste grootte en reproduseer dan deur binêre splitsing, 'n vorm van ongeslagtelike voortplanting. [99] Onder optimale omstandighede kan bakterieë baie vinnig groei en verdeel, en bakteriese populasies kan so vinnig verdubbel as elke 9,8 minute. [100] In seldeling word twee identiese kloondogterselle geproduseer. Sommige bakterieë, terwyl dit steeds ongeslagtelik voortplant, vorm meer komplekse voortplantingstrukture wat help om die nuutgevormde dogterselle te versprei. Voorbeelde hiervan is vrugvorming van die liggaam deur Myxobakterieë en lughyfevorming deur Streptomies, of ontluikend. Ontluiking behels 'n sel wat 'n uitsteeksel vorm wat wegbreek en 'n dogtersel produseer. [101]

In die laboratorium word bakterieë gewoonlik verbou deur vaste of vloeibare media te gebruik. Vaste groeimedia, soos agarplate, word gebruik om suiwer kulture van 'n bakteriese stam te isoleer. Vloeibare groeimedia word egter gebruik wanneer die meting van groei of groot volumes selle benodig word. Groei in geroerde vloeibare media vind plaas as 'n egalige selsuspensie, wat die kulture maklik maak om te verdeel en oor te dra, hoewel dit moeilik is om enkele bakterieë uit vloeibare media te isoleer. Die gebruik van selektiewe media (media met spesifieke voedingstowwe bygevoeg of tekort, of met antibiotika bygevoeg) kan help om spesifieke organismes te identifiseer. [103]

Die meeste laboratoriumtegnieke vir die kweek van bakterieë gebruik hoë vlakke voedingstowwe om groot hoeveelhede selle goedkoop en vinnig te produseer. In natuurlike omgewings is voedingstowwe egter beperk, wat beteken dat bakterieë nie onbepaald kan voortplant nie. Hierdie beperking van voedingstowwe het gelei tot die ontwikkeling van verskillende groeistrategieë (sien r/K -seleksieteorie). Sommige organismes kan baie vinnig groei as voedingstowwe beskikbaar is, soos die vorming van alge (en sianobakteriese) blomme wat in die somer dikwels in mere voorkom. [104] Ander organismes pas aan by moeilike omgewings, soos die produksie van veelvuldige antibiotika deur Streptomies wat die groei van mededingende mikroörganismes inhibeer. [105] In die natuur leef baie organismes in gemeenskappe (bv. Biofilms) wat groter toevoer van voedingstowwe en beskerming teen omgewingspanning moontlik maak. [44] Hierdie verwantskappe kan noodsaaklik wees vir groei van 'n bepaalde organisme of groep organismes (sintrofie). [106]

Bakteriese groei volg vier fases. Wanneer 'n populasie bakterieë eers 'n hoë-voedingstof omgewing binnegaan wat groei moontlik maak, moet die selle by hul nuwe omgewing aanpas. Die eerste fase van groei is die vertragingsfase, 'n tydperk van stadige groei wanneer die selle by die hoë-voedingstof omgewing aanpas en voorberei vir vinnige groei. Die vertragingsfase het hoë biosintesetempo's, aangesien proteïene wat nodig is vir 'n vinnige groei, geproduseer word. [107] [108] Die tweede fase van groei is die logaritmiese fase, ook bekend as die eksponensiële fase. Die logfase word gekenmerk deur vinnige eksponensiële groei. Die tempo waarteen selle gedurende hierdie fase groei, staan ​​bekend as die groeikoers (k), en die tyd wat dit die selle neem om te verdubbel, staan ​​bekend as die generasie tyd (g). Tydens logfase word voedingstowwe teen maksimum spoed gemetaboliseer totdat een van die voedingstowwe uitgeput is en groei begin beperk. Die derde fase van groei is die stilstaande fase en word veroorsaak deur uitgeputte voedingstowwe. Die selle verminder hul metaboliese aktiwiteit en verbruik nie-noodsaaklike sellulêre proteïene. Die stilstaande fase is 'n oorgang van vinnige groei na 'n stresreaksietoestand en daar is 'n groter uitdrukking van gene wat betrokke is by DNA -herstel, antioksidantmetabolisme en voedingstofvervoer. [109] Die finale fase is die doodsfase waar die bakterieë se voedingstowwe opraak en sterf. [110]

Die meeste bakterieë het 'n enkele sirkelvormige chromosoom wat in grootte kan wissel van slegs 160 000 basispare in die endosimbiotiese bakterieë Carsonella ruddii, [111] tot 12 200 000 basispare (12,2 Mbp) in die grondbewonende bakterieë Sorangium sellulosum. [112] Daar is baie uitsonderings hierop, byvoorbeeld sommige Streptomies en Borrelia spesies bevat 'n enkele lineêre chromosoom, [113] [114] terwyl sommige Vibrio spesies bevat meer as een chromosoom. [115] Bakterieë kan ook plasmiede, klein ekstra-chromosomale DNA-molekules bevat wat gene kan bevat vir verskillende nuttige funksies, soos antibiotiese weerstand, metaboliese vermoëns of verskillende virulensie faktore. [116]

Bakteriegenome kodeer gewoonlik 'n paar honderd tot 'n paar duisend gene. Die gene in bakteriese genome is gewoonlik 'n enkele aaneenlopende stuk DNA en hoewel verskeie verskillende tipes introne wel in bakterieë bestaan, is dit baie skaarser as in eukariote. [117]

Bakterieë, as ongeslagtelike organismes, erf 'n identiese kopie van die ouer se genome en is klonaal. Alle bakterieë kan egter ontwikkel deur seleksie op veranderinge aan hul genetiese materiaal -DNA wat veroorsaak word deur genetiese rekombinasie of mutasies. Mutasies kom van foute gemaak tydens die replikasie van DNA of van blootstelling aan mutagene. Mutasietempo's verskil wyd tussen verskillende spesies bakterieë en selfs tussen verskillende klone van 'n enkele spesie bakterie. [118] Genetiese veranderinge in bakteriese genome kom van óf ewekansige mutasie tydens replikasie óf "stresgerigte mutasie", waar gene betrokke by 'n bepaalde groeibeperkende proses 'n verhoogde mutasietempo het. [119]

Sommige bakterieë dra ook genetiese materiaal tussen selle oor. Dit kan op drie hoof maniere gebeur. Eerstens kan bakterieë eksogene DNA uit hul omgewing opneem, in 'n proses genaamd transformasie. [120] Baie bakterieë kan natuurlik DNA uit die omgewing opneem, terwyl ander chemies verander moet word sodat hulle DNA kan opneem. [121] Die ontwikkeling van bekwaamheid in die natuur hou gewoonlik verband met stresvolle omgewingstoestande en blyk 'n aanpassing te wees om die herstel van DNA -skade in ontvangerselle te vergemaklik. [122] Die tweede manier waarop bakterieë genetiese materiaal oordra, is deur transduksie, wanneer die integrasie van 'n bakteriofaag vreemde DNA in die chromosoom inbring. Baie tipes bakteriofage bestaan, sommige infekteer en lyseer bloot hul gasheerbakterieë, terwyl ander in die bakteriese chromosoom invoeg. [123] Bakterieë weerstaan ​​fage-infeksie deur middel van beperkingsmodifikasiestelsels wat vreemde DNA afbreek, [124] en 'n stelsel wat CRISPR-volgordes gebruik om fragmente van die genome van fage waarmee die bakterieë in die verlede in aanraking gekom het, te behou, wat hulle in staat stel om blokkeer virusreplikasie deur 'n vorm van RNA-interferensie. [125] [126] Die derde metode van geenoordrag is konjugasie, waardeur DNS deur direkte selkontak oorgedra word. In gewone omstandighede behels transduksie, vervoeging en transformasie oordrag van DNA tussen individuele bakterieë van dieselfde spesie, maar soms kan oordrag plaasvind tussen individue van verskillende bakteriese spesies en dit kan beduidende gevolge hê, soos die oordrag van antibiotika weerstand. [127] [128] In sulke gevalle word geenverkryging van ander bakterieë of die omgewing horisontale geenoordrag genoem en kan algemeen onder natuurlike toestande voorkom. [129]

Beweging

Baie bakterieë is beweeglik (in staat om hulself te beweeg) en doen dit deur 'n verskeidenheid meganismes te gebruik. Die beste bestudeer hiervan is flagella, lang filamente wat deur 'n motor aan die basis gedraai word om skroefagtige beweging te genereer. [130] Die bakteriese flagellum bestaan ​​uit ongeveer 20 proteïene, met ongeveer 30 proteïene wat nodig is vir die regulering en samestelling daarvan. [130] Die flagellum is 'n roterende struktuur wat aangedryf word deur 'n omkeerbare motor aan die basis wat die elektrochemiese gradiënt oor die membraan vir krag gebruik. [131]

Bakterieë kan flagella op verskillende maniere gebruik om verskillende soorte beweging te genereer. Baie bakterieë (soos E coli) het twee verskillende bewegingswyses: beweging vorentoe (swem) en tuimel. Deur die tuimeling kan hulle heroriënteer en maak hulle beweging 'n driedimensionele ewekansige stap. [132] Bakteriespesies verskil in die aantal en rangskikking van flagella op hul oppervlak, sommige het 'n enkele flagellum (eentonig), 'n flagellum aan elke kant (amfitrich), trosse flagella by die pole van die sel (lophotrichous), terwyl ander flagella oor die hele oppervlak van die sel versprei het (peritrich). Die flagella van 'n unieke groep bakterieë, die spirochaetes, word tussen twee membrane in die periplasmiese ruimte gevind. Hulle het 'n kenmerkende spiraalvormige liggaam wat draai terwyl dit beweeg. [130]

Twee ander tipes bakteriese bewegings word trekkrag genoem, wat staatmaak op 'n struktuur genaamd die tipe IV pilus, [133] en sweefmotiliteit, wat ander meganismes gebruik. In trekkende beweeglikheid strek die staafagtige pilus uit die sel, bind die een of ander substraat, en trek dan terug en trek die sel vorentoe. [134]

Motiele bakterieë word aangetrek of afgeweer deur sekere stimuli in gedrag wat genoem word belasting: dit sluit in chemotaxis, fototaxis, energietaxi's en magnetotaxis. [135] [136] [137] In een eienaardige groep, die miksobakterieë, beweeg individuele bakterieë saam om golwe van selle te vorm wat dan differensieer om vrugliggame te vorm wat spore bevat. [41] Die miksobakterieë beweeg net wanneer hulle op soliede oppervlaktes is, anders as E coli, wat beweeglik is in vloeibare of vaste media. [138]

Verskeie Listeria en Shigella spesies beweeg binne -in gasheerselle deur die sitoskelet te gebruik, wat gewoonlik gebruik word om organelle binne -in die sel te beweeg. Deur aktinpolymerisasie by een pool van hul selle te bevorder, kan hulle 'n soort stert vorm wat hulle deur die sitoplasma van die gasheersel stoot. [139]

Kommunikasie

'n Paar bakterieë het chemiese stelsels wat lig genereer. Hierdie bioluminesensie kom dikwels voor in bakterieë wat in assosiasie met visse leef, en die lig dien waarskynlik om visse of ander groot diere te lok. [140]

Bakterieë funksioneer dikwels as meersellige aggregate wat bekend staan ​​as biofilms, en verruil 'n verskeidenheid molekulêre seine vir interselkommunikasie en neem deel aan gekoördineerde meersellige gedrag. [141] [142]

Die gemeenskaplike voordele van meersellige samewerking sluit in 'n sellulêre verdeling van arbeid, toegang tot hulpbronne wat nie effektief deur enkelselle gebruik kan word nie, gesamentlike verdediging teen antagoniste, en die optimalisering van bevolkingsoorlewing deur te differensieer in verskillende seltipes. [141] Byvoorbeeld, bakterieë in biofilms kan meer as 500 keer verhoogde weerstand teen antibakteriese middels hê as individuele "planktoniese" bakterieë van dieselfde spesie. [142]

Een tipe intersellulêre kommunikasie deur 'n molekulêre sein word kworumwaarneming genoem, wat die doel dien om te bepaal of daar 'n plaaslike bevolkingsdigtheid is wat voldoende hoog is dat dit produktief is om te belê in prosesse wat slegs suksesvol is indien groot getalle soortgelyke organismes gedra hulle op dieselfde manier as om spysverteringskanale uit te skei of lig uit te gee. [143] [144]

Met kworumwaarneming kan bakterieë gene -uitdrukking koördineer en stel hulle in staat om outo -induseerders of feromone te produseer, vry te stel en op te spoor wat met die groei in die selpopulasie groei. [145]

Klassifikasie poog om die diversiteit van bakteriese spesies te beskryf deur organismes te noem en te groepeer op grond van ooreenkomste. Bakterieë kan geklassifiseer word op grond van selstruktuur, sellulêre metabolisme of op verskille in selkomponente, soos DNA, vetsure, pigmente, antigene en kinone. [103] Alhoewel hierdie skemas die identifisering en klassifikasie van bakteriestamme moontlik gemaak het, was dit onduidelik of hierdie verskille variasie tussen verskillende spesies of tussen stamme van dieselfde spesie verteenwoordig. Hierdie onsekerheid was as gevolg van die gebrek aan kenmerkende strukture in die meeste bakterieë, sowel as laterale geenoordrag tussen onverwante spesies. [147] As gevolg van laterale geenoordrag kan sommige naverwante bakterieë baie verskillende morfologieë en metabolismes hê. Om hierdie onsekerheid te oorkom, beklemtoon moderne bakteriese klassifikasie molekulêre sistematiek, deur gebruik te maak van genetiese tegnieke soos guanien-sitosienverhoudingbepaling, genoom-genoomhibridisasie, sowel as volgordebepaling van gene wat nie uitgebreide laterale geenoordrag ondergaan het nie, soos die rRNA-geen. [148] Klassifikasie van bakterieë word bepaal deur publikasie in die International Journal of Systematic Bacteriology, [149] en Bergey se Manual of Systematic Bacteriology. [150] Die Internasionale Komitee vir Sistematiese Bakteriologie (ICSB) handhaaf internasionale reëls vir die benaming van bakterieë en taksonomiese kategorieë en vir die rangorde daarvan in die Internasionale Kode van Nomenklatuur van Bakterieë. [151]

Die term "bakterieë" is tradisioneel toegepas op alle mikroskopiese, enkelsellige prokariote. Molekulêre sistematiek het egter getoon dat prokariotiese lewe uit twee afsonderlike domeine bestaan, oorspronklik genoem Eubakterieë en Argebakterieë, maar nou genoem Bakterieë en Archaea wat onafhanklik ontwikkel het van 'n antieke gemeenskaplike voorouer. [1] Die archaea en eukariote is nader verwant aan mekaar as wat een van die twee aan die bakterieë is. Hierdie twee domeine vorm saam met Eukarya die basis van die stelsel met drie domeine, wat tans die mees gebruikte klassifikasiestelsel in mikrobiologie is. [152] As gevolg van die relatief onlangse bekendstelling van molekulêre sistematiek en 'n vinnige toename in die aantal genoomvolgordes wat beskikbaar is, bly bakteriese klassifikasie egter 'n veranderende en uitbreidende veld. [153] [154] Cavalier-Smith het byvoorbeeld aangevoer dat die Archaea en Eukaryotes uit Gram-positiewe bakterieë ontwikkel het. [155]

Die identifisering van bakterieë in die laboratorium is veral relevant in medisyne, waar die korrekte behandeling bepaal word deur die bakteriese spesie wat 'n infeksie veroorsaak. Gevolglik was die behoefte om menslike patogene te identifiseer 'n groot stukrag vir die ontwikkeling van tegnieke om bakterieë te identifiseer. [156]

Die Gram vlek, wat in 1884 deur Hans Christian Gram ontwikkel is, kenmerk bakterieë wat gebaseer is op die strukturele eienskappe van hul selwande. [66] Die dik lae peptidoglycan in die "Gram-positiewe" selwand vlek pers, terwyl die dun "Gram-negatiewe" selwand pienk lyk. Deur morfologie en Gram-kleuring te kombineer, kan die meeste bakterieë geklassifiseer word as behorende tot een van vier groepe (Gram-positiewe kokke, Gram-positiewe basille, Gram-negatiewe kokke en Gram-negatiewe basille). Sommige organismes word die beste geïdentifiseer deur ander vlekke as die Gram -vlek, veral mykobakterieë of Nocardia, wat suurvastheid op Ziehl–Neelsen of soortgelyke vlekke toon. [157] Ander organismes moet moontlik geïdentifiseer word deur hul groei in spesiale media, of deur ander tegnieke, soos serologie. [158]

Kultuurtegnieke is ontwerp om die groei te bevorder en spesifieke bakterieë te identifiseer, terwyl die groei van die ander bakterieë in die monster beperk word. Dikwels is hierdie tegnieke ontwerp vir spesifieke monsters, byvoorbeeld, 'n sputummonster word behandel om organismes wat longontsteking veroorsaak, te identifiseer, terwyl stoelgangmonsters op selektiewe media gekweek word om organismes wat diarree veroorsaak, te identifiseer, terwyl die groei van nie-patogene bakterieë voorkom word. Monsters wat normaalweg steriel is, soos bloed, urine of spinale vloeistof, word verbou onder toestande wat ontwerp is om alle moontlike organismes te laat groei. [103] [159] Sodra 'n patogene organisme geïsoleer is, kan dit verder gekenmerk word deur sy morfologie, groeipatrone (soos aërobiese of anaërobiese groei), patrone van hemolise en kleuring. [160]

Soos met bakteriese klassifikasie, word identifikasie van bakterieë toenemend deur molekulêre metodes gebruik. Diagnostiek wat DNS-gebaseerde instrumente gebruik, soos polimerase-kettingreaksie, word toenemend gewild weens hul spesifisiteit en spoed, in vergelyking met kultuurgebaseerde metodes. [161] Hierdie metodes maak dit ook moontlik om "lewensvatbare maar nie-kweekbare" selle op te spoor en te identifiseer wat metabolies aktief is, maar nie verdelend is nie. [162] Selfs met behulp van hierdie verbeterde metodes, is die totale aantal bakteriespesies egter nie bekend nie en kan dit nie eers met sekerheid geraam word nie. Na die huidige klassifikasie is daar 'n bietjie minder as 9 300 bekende prokariote -spesies, wat bakterieë en archaea insluit [163], maar pogings om die werklike aantal bakteriese diversiteit te skat, het gewissel van 10 7 tot 10 9 totale spesies - en selfs hierdie uiteenlopende skattings kan in baie ordes van grootte af wees. [164] [165]

Filogenetiese boom

Volgens die filogenetiese analise van Zhu (2019), kan die verwantskappe die volgende wees: [166]

Ondanks hul skynbare eenvoud, kan bakterieë komplekse assosiasies met ander organismes vorm. Hierdie simbiotiese assosiasies kan verdeel word in parasitisme, mutualisme en kommensalisme. Vanweë hul klein grootte is kommensale bakterieë alomteenwoordig en groei op diere en plante presies soos wat hulle op enige ander oppervlak sal groei. Hulle groei kan egter verhoog word deur warmte en sweet, en groot bevolkings van hierdie organismes by mense is die oorsaak van liggaamsgeur. [168]

Roofdiere

Sommige spesies bakterieë maak dood en verteer dan ander mikroörganismes, hierdie spesies word genoem roofsugtige bakterieë. [169] Dit sluit in organismes soos Myxococcus xanthus, wat swerms selle vorm wat enige bakterieë wat hulle teëkom doodmaak en verteer. [170] Ander bakteriële roofdiere heg óf aan hul prooi om hulle te verteer en voedingstowwe op te neem, soos Vampirovibrio chlorellavorus, [171] of 'n ander sel binnedring en binne die sitosol vermeerder, soos Daptobacter. [172] Daar word gemeen dat hierdie roofbakterieë ontwikkel het van saprofage wat dooie mikroörganismes verteer het, deur aanpassings wat hulle toegelaat het om ander organismes vas te vang en dood te maak. [173]

Mutualiste

Sekere bakterieë vorm noue ruimtelike assosiasies wat noodsaaklik is vir hul oorlewing. Een so 'n mutualistiese assosiasie, genaamd interspesie-waterstofoordrag, vind plaas tussen trosse anaërobiese bakterieë wat organiese sure, soos bottersuur of propionsuur, verbruik en waterstof produseer, en metanogene Archaea wat waterstof verbruik.[174] Die bakterieë in hierdie assosiasie is nie in staat om die organiese sure te verbruik nie, aangesien hierdie reaksie waterstof produseer wat in hul omgewing ophoop. Slegs die intieme verbintenis met die waterstofverbruikende Archaea hou die waterstofkonsentrasie laag genoeg om die bakterieë te laat groei. [175]

In grond voer mikroörganismes wat in die risosfeer woon ('n sone wat die worteloppervlak insluit en die grond wat na sagte skud aan die wortel kleef) stikstofbinding uit, wat stikstofgas na stikstofverbindings omskakel. [176] Dit dien om 'n maklik opneembare vorm van stikstof te verskaf vir baie plante, wat nie stikstof self kan herstel nie. Baie ander bakterieë word as simbiote in mense en ander organismes aangetref. Byvoorbeeld, die teenwoordigheid van meer as 1 000 bakteriese spesies in die normale menslike dermflora van die ingewande kan bydra tot die immuniteit van die ingewande, vitamiene, soos foliensuur, vitamien K en biotien, kan suikers in melksuur omskakel (sien Lactobacillus), asook om komplekse onverteerbare koolhidrate te fermenteer. [177] [178] [179] Die teenwoordigheid van hierdie dermflora belemmer ook die groei van potensieel patogene bakterieë (gewoonlik deur mededingende uitsluiting) en hierdie voordelige bakterieë word gevolglik as probiotiese voedingsaanvullings verkoop. [180]

Patogene

As bakterieë 'n parasitiese assosiasie met ander organismes vorm, word hulle as patogene beskou. Patogene bakterieë is 'n belangrike oorsaak van menslike dood en siektes en veroorsaak infeksies soos tetanus (veroorsaak deur Clostridium tetani), tifuskoors, witseerkeel, sifilis, cholera, voedselgedraagde siektes, melaatsheid (veroorsaak deur Micobacterium leprae) en tuberkulose (veroorsaak deur Mycobacterium tuberculosis). 'n Patogeniese oorsaak vir 'n bekende mediese siekte kan eers baie jare later ontdek word, soos die geval was met Helicobacter pylori en maagsere. Bakteriese siektes is ook belangrik in die landbou, met bakterieë wat blaarvlek, brandroes en verwelking in plante veroorsaak, asook Johne se siekte, mastitis, salmonella en miltsiekte by plaasdiere. [181]

Elke spesie patogeen het 'n kenmerkende spektrum van interaksies met sy menslike gashere. Sommige organismes, soos Staphylococcus of Streptokokke, kan velinfeksies, longontsteking, meningitis en sepsis veroorsaak, 'n sistemiese inflammatoriese reaksie wat skok, massiewe vasodilatasie en dood veroorsaak. [182] Tog is hierdie organismes ook deel van die normale menslike flora en bestaan ​​gewoonlik op die vel of in die neus sonder om hoegenaamd enige siekte te veroorsaak. Ander organismes veroorsaak sonder uitsondering siektes by mense, soos die Rickettsia, wat verpligte intrasellulêre parasiete is wat slegs binne die selle van ander organismes kan groei en reproduseer. Een spesie van Rickettsia veroorsaak tyfus, terwyl 'n ander soort Rocky Mountain -koors veroorsaak word. Chlamydia, 'n ander filum van verpligte intrasellulêre parasiete, bevat spesies wat longontsteking of urienweginfeksie kan veroorsaak en betrokke kan wees by koronêre hartsiekte. [183] ​​Ten slotte, sommige spesies, soos Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cenocepacia, en Mycobacterium avium, is opportunistiese patogene en veroorsaak siektes hoofsaaklik by mense wat aan immuunonderdrukking of sistiese fibrose ly. [184] [185]

Bakteriële infeksies kan behandel word met antibiotika, wat as bakteriedodend geklassifiseer word as hulle bakterieë doodmaak of bakteriostaties vermy as hulle net bakteriële groei voorkom. Daar is baie soorte antibiotika, en elke klas belemmer 'n proses wat anders is as die patogeen in die patogeen. 'n Voorbeeld van hoe antibiotika selektiewe toksisiteit produseer, is chlooramfenikol en puromisien, wat die bakteriële ribosoom inhibeer, maar nie die struktureel verskillende eukariotiese ribosoom nie. [186] Antibiotika word gebruik in die behandeling van menslike siektes en in intensiewe boerdery om dieregroei te bevorder, waar dit kan bydra tot die vinnige ontwikkeling van antibiotikaweerstand in bakteriële populasies. [187] Besmettings kan voorkom word deur antiseptiese maatreëls, soos om die vel te steriliseer voordat dit met die naald van 'n spuit gesteek word, en deur behoorlike versorging van inwonende kateters. Chirurgiese en tandheelkundige instrumente word ook gesteriliseer om besmetting deur bakterieë te voorkom. Ontsmettingsmiddels soos bleikmiddel word gebruik om bakterieë of ander patogene op oppervlaktes dood te maak om besmetting te voorkom en die risiko van infeksie verder te verminder. [188]

Bakterieë, dikwels melksuurbakterieë, soos Lactobacillus en Laktokokke, in kombinasie met giste en vorms, word al duisende jare gebruik vir die bereiding van gegiste voedsel, soos kaas, piekels, sojasous, suurkool, asyn, wyn en jogurt. [189] [190]

Die vermoë van bakterieë om 'n verskeidenheid organiese verbindings af te breek, is opmerklik en word gebruik in afvalverwerking en bioremediëring. Bakterieë wat die koolwaterstowwe in petroleum kan verteer, word dikwels gebruik om oliestortings op te ruim. [191] Kunsmis is by sommige van die strande in Prince William Sound gevoeg in 'n poging om die groei van hierdie natuurlik voorkomende bakterieë na die 1989 te bevorder. Exxon Valdez oliestorting. Hierdie pogings was effektief op strande wat nie te dik bedek was met olie nie. Bakterieë word ook gebruik vir die bioremediëring van industriële giftige afval. [192] In die chemiese industrie is bakterieë die belangrikste in die produksie van enantiomeer suiwer chemikalieë vir gebruik as farmaseutiese of landbouchemikalieë. [193]

Bakterieë kan ook in die plek van plaagdoders in die biologiese plaagbestryding gebruik word. Dit behels gewoonlik Bacillus thuringiensis (ook BT genoem), 'n gram-positiewe bakterie wat in die grond woon. Subspesies van hierdie bakterie word gebruik as 'n Lepidopteran-spesifieke insekdoder onder handelsname soos Dipel en Thuricide. [194] Vanweë hul spesifisiteit word hierdie plaagdoders as omgewingsvriendelik beskou, met min of geen effek op mense, wild, bestuiwers en meeste ander voordelige insekte. [195] [196]

Vanweë hul vermoë om vinnig te groei en die relatiewe gemak waarmee hulle gemanipuleer kan word, is bakterieë die werkperde vir die gebiede van molekulêre biologie, genetika en biochemie. Deur mutasies in bakteriële DNA te maak en die gevolglike fenotipes te ondersoek, kan wetenskaplikes die funksie van gene, ensieme en metaboliese weë in bakterieë bepaal, en dan hierdie kennis op meer komplekse organismes toepas. [197] Hierdie doelwit om die biochemie van 'n sel te verstaan, bereik sy mees komplekse uitdrukking in die sintese van groot hoeveelhede ensiem kinetiese en geenuitdrukkingsdata in wiskundige modelle van hele organismes. Dit is haalbaar in sommige goed bestudeerde bakterieë, met modelle van Escherichia coli metabolisme word nou vervaardig en getoets. [198] [199] Hierdie begrip van bakteriese metabolisme en genetika laat die gebruik van biotegnologie toe om bakterieë te bio-ingenieur vir die produksie van terapeutiese proteïene, soos insulien, groeifaktore of teenliggaampies. [200] [201]

As gevolg van hul belangrikheid vir navorsing in die algemeen, word monsters van bakteriese stamme geïsoleer en in Biologiese Hulpbronsentrums bewaar. Dit verseker die beskikbaarheid van die stam vir wetenskaplikes wêreldwyd. [202]

Bakterieë is die eerste keer in 1676 deur die Nederlandse mikroskopist Antonie van Leeuwenhoek waargeneem, met behulp van 'n enkellensmikroskoop van sy eie ontwerp. [203] Daarna het hy sy waarnemings in 'n reeks briewe aan die Royal Society of London gepubliseer. [204] [205] [206] Bakterieë was Leeuwenhoek se merkwaardigste mikroskopiese ontdekking. Hulle was net op die grens van wat sy eenvoudige lense kon uitmaak en in een van die opvallendste onderbrekings in die geskiedenis van die wetenskap, sou niemand anders hulle vir meer as 'n eeu weer sien nie. [207] Sy waarnemings het ook protosoë ingesluit wat hy dierkules genoem het, en daar is weer na sy bevindings gekyk in die lig van die meer onlangse bevindings van selteorie. [208]

Christian Gottfried Ehrenberg het die woord "bakterie" in 1828 bekendgestel. [209] Trouens, sy Bakterium was 'n genus wat nie-spoorvormende staafvormige bakterieë bevat het, [210] in teenstelling met Bacillus, 'n genus spoorvormende staafvormige bakterieë gedefinieer deur Ehrenberg in 1835. [211]

Louis Pasteur het in 1859 getoon dat die groei van mikroörganismes die fermentasieproses veroorsaak, en dat hierdie groei nie te wyte is aan spontane opwekking nie (giste en vorms, wat gewoonlik met fermentasie verband hou, is nie bakterieë nie, maar eerder swamme). Saam met sy tydgenoot Robert Koch was Pasteur 'n vroeë voorstander van die kiemteorie van siekte. [212] Voor hulle het Ignaz Semmelweis en Joseph Lister die belangrikheid van ontsmette hande in mediese werk besef. Semmelweis-idees is verwerp en sy boek oor die onderwerp is deur die mediese gemeenskap veroordeel, maar na Lister het dokters hul hande in die 1870's begin ontsmet. Terwyl Semmelweis wat in die 1840's met reëls oor handewas in sy hospitaal begin het die verspreiding van die idees oor kieme self en siektes toegeskryf het aan "ontbindende diere-organiese materiaal", was Lister later aktief. [213]

Robert Koch, 'n pionier in mediese mikrobiologie, het gewerk aan cholera, miltsiekte en tuberkulose. In sy navorsing oor tuberkulose het Koch uiteindelik die kiemteorie bewys, waarvoor hy in 1905 'n Nobelprys ontvang het. [214] In Koch se postulate het hy kriteria uiteengesit om te toets of 'n organisme die oorsaak van 'n siekte is, en hierdie postulate is steeds vandag gebruik. [215]

Ferdinand Cohn is 'n stigter van bakteriologie en bestudeer bakterieë vanaf 1870. Cohn was die eerste om bakterieë te klassifiseer op grond van hul morfologie. [216] [217]

Alhoewel dit in die negentiende eeu bekend was dat bakterieë die oorsaak van baie siektes is, was geen effektiewe antibakteriese behandelings beskikbaar nie. [218] In 1910 ontwikkel Paul Ehrlich die eerste antibiotika deur kleurstowwe wat selektief gekleur het, te verander Treponema pallidum-die spirochaete wat sifilis veroorsaak - in verbindings wat die patogeen selektief doodgemaak het. [219] Ehrlich het 'n Nobelprys van 1908 ontvang vir sy werk oor immunologie en was 'n pionier in die gebruik van vlekke om bakterieë op te spoor en te identifiseer, met sy werk die basis van die Gram -vlek en die Ziehl -Neelsen -vlek. [220]

'N Groot stap vorentoe in die studie van bakterieë het in 1977 gekom toe Carl Woese erken het dat archaea 'n aparte evolusionêre lyn van bakterieë het. [3] Hierdie nuwe filogenetiese taksonomie was afhanklik van die volgorde van 16S ribosomale RNA, en het prokariote in twee evolusionêre domeine verdeel, as deel van die stelsel met drie domeine. [1]

Adams, Casey J. Meade, Thomas J. (2021). "Hoofstuk 15. Imaging Bacteria with Contrast-Enhanced Magnetic Resonance". Metaalione in bio-beeldtegnieke. Springer. pp. 425–435. doi:10.1515/9783110685701-021.


Verskillende tipes bakterieë

Bakteriële klassifikasie is meer kompleks as die een wat gebaseer is op basiese faktore soos of hulle skadelik of nuttig is vir mense of die omgewing waarin hulle bestaan. Hierdie artikel sal jou 'n gedetailleerde klassifikasie van bakterieë gee.

Bakteriële klassifikasie is meer kompleks as die een wat gebaseer is op basiese faktore soos of hulle skadelik of nuttig is vir mense of die omgewing waarin hulle bestaan. Hierdie artikel sal jou 'n gedetailleerde klassifikasie van bakterieë gee.

Wat is bakterieë?

Bakterieë (enkelvoud: bakterie) is eensellige organismes wat slegs deur 'n mikroskoop gesien kan word. Hulle kom in verskillende vorms en groottes, en hul groottes word gemeet in mikrometer – wat 'n miljoenste deel van 'n meter is. Daar is verskeie verskillende tipes bakterieë, en hulle word oral en in alle soorte omgewings aangetref.

Wil jy vir ons skryf? Wel, ons soek goeie skrywers wat die woord wil versprei. Kontak ons ​​en ons gesels.

Daar is verskeie groepe bakterieë, wat aan dieselfde familie behoort en uit dieselfde bakterieë (voorouer) ontwikkel het. Elkeen van hierdie tipes besit egter hul eie eienaardige kenmerke – wat na skeiding van die oorspronklike spesie ontwikkel het. Die klassifikasie van bakterieë is gebaseer op baie faktore soos morfologie, DNA-volgordebepaling, behoefte aan suurstof en koolstofdioksied, kleurmetodes, teenwoordigheid van flagellae, selstruktuur, ens. Hierdie artikel gee jou die klassifikasie van hierdie mikro-organismes gebaseer op alle hierdie faktore, sowel as 'n paar ander faktore.

Klassifikasie van bakterieë

Voor die uitvinding van die DNA-volgordebepalingstegniek, is bakterieë hoofsaaklik geklassifiseer op grond van hul vorms – ook bekend as morfologie, biochemie en kleuring – d.w.s. Gram-positiewe of Gram-negatiewe kleuring. Deesdae, saam met die morfologie, word DNS-volgordebepaling ook gebruik om bakterieë te klassifiseer. DNS-volgordebepaling help om die verwantskap tussen twee tipes bakterieë te verstaan, dit wil sê as hulle verwant is aan mekaar ten spyte van hul verskillende vorms. Saam met die vorm en DNS-volgorde is ander dinge soos hul metaboliese aktiwiteite, toestande wat nodig is vir hul groei, biochemiese reaksies (d.w.s. biochemie soos hierbo genoem), antigeniese eienskappe ens. ook nuttig om die bakterieë te klassifiseer.

Gebaseer op morfologie, DNA-volgordebepaling en biochemie

Op grond van die morfologie, DNA-volgordebepaling, toestande wat vereis word en biochemie, het wetenskaplikes met die volgende klassifikasie vorendag gekom met 28 verskillende bakteriese filums:

  1. Asidobakterieë
  2. Aktinobakterieë
  3. Aquificae
  4. Bakteroïede
  5. Caldiserica
  6. Chlamydiae
  7. Chlorobi
  8. Chloroflexi
  9. Chrysiogenetes
  10. Sianobakterieë
  11. Deferribacteres
  12. Deinococcus-Thermus
  13. Dictyoglomi
  14. Elusimikrobie
  15. Fibrobakterieë
  16. Firmicutes
  17. Fusobakterieë
  18. Gemmatimonadetes
  19. Lentisphaerae
  20. Nitrospira
  21. Planktomiete
  22. Proteobakterieë
  23. Spirochaetes
  24. Sinergiste
  25. Tenerikute
  26. Termosulfobakterieë
  27. Termotogene
  28. Verrukomikrobie

Elke filum stem verder ooreen met die aantal spesies en genera van bakterieë. In 'n breë sin sluit hierdie bakteriese klassifikasie bakterieë in wat in verskillende tipes omgewings voorkom, soos varswaterbakterieë, soutwaterbakterieë, bakterieë wat uiterste temperature kan oorleef (soos in swaelwaterbronbakterieë en bakterieë wat in Antarktika voorkom. ys), bakterieë wat in hoogs suur omgewing kan oorleef, bakterieë wat in hoogs alkaliese omgewing kan oorleef, bakterieë wat hoë bestraling kan weerstaan, aërobiese bakterieë, anaërobiese bakterieë, outotrofiese bakterieë, heterotrofiese bakterieë, ensovoorts…


Aantal bakterieë - Biologie

  1. Hoeveel bakterieë is na 51 uur teenwoordig as 'n kultuur met 1 bakterie ingeënt is?

  2. Met hoeveel bakterieë moet 'n kultuur geënt word as daar 81 920 bakterieë teenwoordig moet wees op uur 42?

  3. Hoe lank sal dit neem vir 'n aanvanklike bevolking van 6 om 'n grootte van 12 288 bakterieë te bereik?

Hoekom gebruik ons ​​eksponensiële funksies om hierdie vrae te beantwoord?

Die populasie van bakterieë in ons voorbeeld verdubbel elke 3 uur. Wat presies beteken dit? Stel jou voor dat jy om 12:00 'n vars kultuur met N-bakterieë inent. Om 15:00 sal jy 2N bakterieë hê, om 18:00 sal jy 4N bakterieë hê, om 21:00 sal jy 8N bakterieë hê, ensovoorts. As hierdie seldelings op PRESIES elk van hierdie tydstip plaasvind, word gesê dat die selle sinchroon groei. As dit die geval was, sou die groeiproses wees geometriese. 'n Meetkundige groeimodel voorspel dat die populasie op diskrete tydpunte toeneem (in hierdie voorbeeld uur 3, 6 en 9). Met ander woorde, daar is nie 'n voortdurende toename in die bevolking nie.

Dit is egter nie wat werklik gebeur nie. Om terug te keer na ons voorbeeld hierbo, stel jou voor dat jy elke uur 'n klein monster van die kultuur neem en die aantal bakterieselle wat teenwoordig is, tel. As bakteriese groei geometries was, sou jy verwag om N-bakterieë tussen 12:00 en 15:00 te hê, 2N bakterieë tussen 15:00 en 18:00, ens. As jy egter hierdie eksperiment in die laboratorium uitvoer, selfs onder die beste eksperimentele toestande, sal dit nie die geval wees nie. As jy 'n stap verder gaan en 'n grafiek maak met die aantal bakterieë op die y-as en tyd op die x-as, sal jy 'n plot kry wat baie meer na eksponensiële groei as geometriese groei lyk.

Waarom lyk bakteriese groei in die praktyk na eksponensiële groei?

Die antwoord is omdat bakteriese groei nie heeltemal gesinchroniseer is nie. Sommige selle verdeel in minder as 3 uur terwyl ander 'n bietjie langer sal neem om te verdeel. Selfs as jy 'n kultuur met 'n enkele sel begin, sal sinchronisiteit slegs deur 'n paar seldelings gehandhaaf word. 'n Enkele sel sal op 'n diskrete tydstip verdeel, en die resulterende 2 selle sal ongeveer dieselfde tyd verdeel, en die gevolglike 4 sal weer op ongeveer dieselfde tyd verdeel. Soos die bevolking groei, sal die individuele aard van selle lei tot 'n gladmaking van die delingsproses. Hierdie gladmaking lewer 'n eksponensiële groeikurwe, en stel ons in staat om eksponensiële funksies te gebruik om berekeninge te maak wat bakteriese groei voorspel. Dus, terwyl eksponensiële groei dalk nie die perfekte model van bakteriese groei deur binêre splitsing is nie, is dit die gepaste model om gegewe eksperimentele realiteit te gebruik.

Probeer nou om die 3 probleme wat aan die begin van hierdie afdeling gestel is, op te los

Volgende toepassing: koolstofdatering

Die Biologieprojek & gt Biomath & gt Aansoeke & gt Eksponensiële bevolkingsgroei


DIE LEWENDE GROND: BAKTERIEë

Bakterieë is klein, eensellige organismes &ndash oor die algemeen 4/100 000 van 'n duim wyd (1 &mikrom) en ietwat langer in lengte. Wat bakterieë in grootte ontbreek, maak hulle in getalle op. ’n Teelepel produktiewe grond bevat gewoonlik tussen 100 miljoen en 1 miljard bakterieë. Dit is soveel massa as twee koeie per akker.

'n Ton mikroskopiese bakterieë kan aktief wees in elke akker grond.

Krediet: Michael T. Holmes, Oregon State University, Corvallis. Kontak asseblief die Grond- en Waterbewaringsvereniging by [email protected] vir hulp met kopieregbeskermde (gekrediteerde) beelde.

Bakterieë stippel die oppervlak van stringe swamhifes.

Krediet: R. Campbell. In R. Campbell. 1985. Plant Mikrobiologie. Edward Arnold Londen. P. 149. Herdruk met die toestemming van Cambridge University Press. Kontak asseblief die Grond- en Waterbewaringsvereniging by [email protected] vir hulp met kopieregbeskermde (gekrediteerde) beelde.

Bakterieë val in vier funksionele groepe. Die meeste is ontbinders wat eenvoudige koolstofverbindings verbruik, soos wortelafskeidings en vars plantrommel. Deur hierdie proses omskep bakterieë energie in grondorganiese materiaal in vorme wat nuttig is vir die res van die organismes in die grondvoedselweb. ’n Aantal ontbinders kan plaagdoders en besoedelingstowwe in grond afbreek. Ontbinders is veral belangrik om voedingstowwe in hul selle te immobiliseer of te behou en sodoende die verlies van voedingstowwe, soos stikstof, uit die wortelsone te voorkom.

'n Tweede groep bakterieë is die mutualiste wat vennootskappe met plante vorm. Die bekendste hiervan is die stikstofbindende bakterieë. Die derde groep bakterieë is die patogene. Bakteriese patogene sluit in Xymomonas en Erwinia spesies, en spesies van Agrobacterium wat galvorming by plante veroorsaak. 'n Vierde groep, geroep litotrofe of chemo-outotrofe, verkry sy energie uit verbindings van stikstof, swael, yster of waterstof in plaas van uit koolstofverbindings. Sommige van hierdie spesies is belangrik vir stikstofkringloop en afbraak van besoedelingstowwe.

Wat doen bakterieë?

Bakterieë van al vier groepe verrig belangrike dienste wat verband hou met waterdinamika, voedingstofsiklusse en siekte-onderdrukking. Sommige bakterieë beïnvloed waterbeweging deur stowwe te produseer wat help om gronddeeltjies in klein aggregate te bind (dié met deursnee van 1/10 000-1/100 van 'n duim of 2-200&mikrom). Stabiele aggregate verbeter waterinfiltrasie en die grond se waterhouvermoë. In 'n diverse bakteriese gemeenskap sal baie organismes kompeteer met siekteveroorsakende organismes in wortels en op bogrondse oppervlaktes van plante.

'n Paar belangrike bakterieë

Stikstofbindende bakterieë vorm simbiotiese assosiasies met die wortels van peulgewasse soos klawer en lupiene, en bome soos els en sprinkaan. Sigbare nodules word geskep waar bakterieë 'n groeiende wortelhaar besmet. Die plant verskaf eenvoudige koolstofverbindings aan die bakterieë, en die bakterieë omskep stikstof (N2) uit lug in 'n vorm wat die plantgasheer kan gebruik. Wanneer blare of wortels van die gasheerplant ontbind, neem grondstikstof toe in die omliggende area.

Nitrifiserende bakterieë verander ammonium (NH4+) na nitriet (NO2-) dan na nitraat (NO3-) &ndash 'n voorkeurvorm van stikstof vir grasse en meeste rygewasse. Nitraat word makliker uit die grond geloog, daarom gebruik sommige boere nitrifikasie-inhibeerders om die aktiwiteit van een soort nitrifiserende bakterieë te verminder. Nitrifiserende bakterieë word in bosgrond onderdruk, sodat die meeste van die stikstof as ammonium oorbly.

Denitrifiserende bakterieë sit nitraat om na stikstof (N2) of stikstofoksied (N2O) gas. Denitrifiseerders is anaërobies, wat beteken dat hulle aktief is waar suurstof afwesig is, soos in versadigde gronde of binne-grondaggregate.

Aktinomisete is 'n groot groep bakterieë wat as hifes soos swamme groei. Hulle is verantwoordelik vir die kenmerkende "aardse" reuk van vars gedraaide, gesonde grond. Aktinomisete ontbind 'n wye verskeidenheid substrate, maar is veral belangrik in afbrekende weerbarstige (moeilik-ontbindende) verbindings, soos chitien en sellulose, en is aktief by hoë pH-vlakke. Swamme is belangriker om hierdie verbindings teen lae pH af te breek. 'n Aantal antibiotika word deur aktinomisete soos Streptomyces geproduseer.

Nodules het gevorm waar Rhizobium-bakterieë sojaboonwortels besmet het.

Krediet: Stephen Temple, New Mexico State University. Kontak asseblief die Grond- en Waterbewaringsvereniging by [email protected] vir hulp met kopieregbeskermde (gekrediteerde) beelde.

Actinomycetes, soos hierdie Streptomyces, gee grond sy "aardse" reuk.

Krediet: nr 14 van Grondmikrobiologie en Biochemie Skyfiestel. 1976. J.P. Martin, et al., eds. SSSA, Madison, WI. Kontak asseblief die Grond- en Waterbewaringsvereniging by [email protected] vir hulp met kopieregbeskermde (gekrediteerde) beelde.

Waar is bakterieë?

Verskeie spesies bakterieë floreer op verskillende voedselbronne en in verskillende mikro-omgewings. Oor die algemeen is bakterieë meer mededingend wanneer daar labiele (maklik om te metaboliseer) substrate teenwoordig is. Dit sluit in vars, jong plantreste en die verbindings wat naby lewende wortels voorkom. Bakterieë is veral gekonsentreer in die risosfeer, die nou streek langs en in die wortel. Daar is bewyse dat plante sekere soorte wortelafskeidings produseer om die groei van beskermende bakterieë aan te moedig.

Bakterieë verander die grondomgewing in die mate dat die grondomgewing sekere plantgemeenskappe bo ander sal bevoordeel. Voordat plante op vars sedimente gevestig kan word, moet die bakteriese gemeenskap eers vestig, begin met fotosintetiese bakterieë. Hierdie bind atmosferiese stikstof en koolstof, produseer organiese materiaal en immobiliseer genoeg stikstof en ander voedingstowwe om stikstofsiklusprosesse in die jong grond te inisieer. Dan kan vroeë opeenvolgende plantspesies groei. Soos die plantgemeenskap gevestig word, kom verskillende tipes organiese materiaal die grond binne en verander die tipe voedsel wat vir bakterieë beskikbaar is. Op sy beurt verander die veranderde bakteriese gemeenskap grondstruktuur en die omgewing vir plante. Sommige navorsers dink dit kan moontlik wees om die plantspesies op 'n plek te beheer deur die grondbakterie-gemeenskap te bestuur.

Bug Biografie: Bakterieë wat plantgroei bevorder

Deur Ann Kennedy, USDA Landbounavorsingsdiens, Pullman, WA

Sekere stamme van die grondbakterieë Pseudomonas fluorescens het anti-swam aktiwiteit wat sommige plantpatogene inhibeer. P. fluorescens en ander Pseudomonas- en Xanthomonas-spesies kan plantgroei op verskeie maniere verhoog. Hulle kan 'n verbinding produseer wat die groei van patogene inhibeer of die indringing van die plant deur 'n patogeen verminder. Hulle kan ook verbindings (groeifaktore) produseer wat plantgroei direk verhoog.

Hierdie plantgroei-bevorderende bakterieë kom natuurlik in grond voor, maar nie altyd in hoog genoeg getalle om 'n dramatiese effek te hê nie. In die toekoms sal boere dalk saad met anti-swambakterieë, soos P. fluorescens, kan inent om te verseker dat die bakterieë patogene rondom die saad en wortel van die gewas verminder.


Kyk die video: Het aantal oplossingen van een kwadratische vergelijking vwo 3 - WiskundeAcademie (Oktober 2022).