Bakterije su rasprostranjene u svim ekosistemima − u zemljištu, vodi i vazduhu. Nastanjuju unutrašnje organe životinja i čoveka, nadzemne i podzemne delove biljaka, prehrambene proizvode. Zbog njihove velike rasprostranjenosti, načina ishrane i sposobnosti prilagođavanja, bakterije imaju ključnu ulogu u kruženju materija. One zajedno s ostalim mikroorganizmima omogućuju ishranu biljaka i pomažu varenje hrane u digestivnom traktu životinja. Koriste se u industriji za preradu i dobijanje prehrambenih proizvoda, u farmaceutskoj industriji, u proizvodnji silaže i dr. Pored velike korisne uloge, neke bakterije su štetne. One uzrokuju kvarenje namirnica, oboljenja ljudi, životinja i biljaka.

Sadržaj

Poglavlje 1

1. Rasprostranjenost, morfologija i građa bakterija
2. Ishrana bakterija i oslobađanje energije
3. Rast i razmnožavanje bakterija
4. Genetika bakterija
5. Uticaj ekoloških faktora na rasprostranjenost bakterija
6. Dejstvo fizičkih i hemijskih agenasa na mikroorganizme
7. Antimikrobni lekovi
8. Klasifikacija, nomenklatura i taksonomija bakterija

Poglavlje 2

1. Genus Staphylococcus
2. Genus Streptococcus

Poglavlje 3

1. Genus Bacillus
2. Genus Actinomyces
3. GenusArcanobacterium
4. Genus Corynebacterium
5. Genus Nocardia
6. Genus Dermatophylus
7. Genus Listeria
8. Genus Erisipelotrix
9. Genus Mycobacterium
10. Genus Rhodococcus

Poglavlje 4

1. Familia Enterobacteriaceae
2. Genus Salmonella
3. Genus Shigella
4. Genus Escherichia
5. Genus Klebsiella
6. Genus Enterobacter
7. Genus Echvardsiella
8. Genus Serattia
9. Genus Proteus
10. Genus Morganella
11. Genus Yersinia

Poglavlje 5

1. Genus Bordetella
2. Genus Psudomonas
3. Genus Burkholderia
4. Genus Aeromonas
5. Genus Plesiomonas
6. Genus Vibrio
7. Genus Moraxella
8. Genus Neisseria
9. Genus Actinobacillus
10. Genus Brucella
11. Genus Francisella
12. Genus Bartonella

Poglavlje 6

1. Genus Campylobacter
2. Genus Helicobacter
3. Genus Arcobacter
4. Genus Brachyspira
5. Genus Lawsonia
6. Genus Leptospira
7. Genus Borrelia

Poglavlje 7

1. Genus Clostridium
2. Genus Baeteroides
3. Genus Dichelobacter
4. Genus Fusobacterium
5. Genus Prevotella
6. Genus Porphyromonas

Poglavlje 8

1. Genus Mycoplasma
2. Genus Ureaplasma

Poglavlje 9

1. Genus Rickettsia
2. Genus Coxiella
3. Genus Anaplasma
4. Genus Neoritckettsia
5. Genus Ehrlichia
6. Genus Aegyptianella
7. Genus Chlamydia
8. Genus Chlamydophila

Poglavlje 10

1. Fungi uzročnici površinskih mikoza
2. Fungi uzročnici supkutanih mikoza
3. Fungi uzročnici sistemskih mikoza
4. Oportunistički fungi
5. Funfi producenti mikotoksina
6. Fungima slični mikroorganizmi

Rasprostranjenost, morfologija i građa bakterija

Mirjana Jarak, redovni profesor, Poljoprivredni fakultet, Novi Sad

Oblik bakterija

Po obliku bakterije mogu biti okrugle, štapićaste, izvijene, končaste, četvrtaste, zvezdaste i u obliku rozete (slika 1).

• okrugao (koke)
• štapićast
• izvijen
• mono i diplokoke
• spore
• pojedinačni i u paru
• spirile
• lanci (streptokoke)
• lanci
• spirohete
• grozdovi (stafilokoke)
• štapići s flagelarna
• vibrio

Slika 1. Najčešći oblici bakterija

Izostavljeno iz prikaza

Okrugle bakterije, koke, (coccus) nakon deobe mogu ostati pojedinačne, u parovima i većim grupama. Pojedinačne okrugle bakterije zovu se monokoke, okrugle bakterije u parovima zovu se diplokoke, bakterije u lancima zovu se streptokoke, bakterije u nepravilnim skupinama, u grozdovima, zovu se stafilokoke (staphylococcus) i bakterije u paketićima zovu se sarcine.

Štapićaste bakterije (bacillus) mogu biti pojedinačne, po dve i u lancima. Neke štapićaste bakterije formiraju spore pa se takve bakterije zovu sporogene. Bakterije koje ne formiraju spore zovu se asporogene. Neke štapićaste bakterije imaju flagele kojima se kreću.

Izvijene bakterije s manjim brojem zavoja zovu se spirile, (spirilum) bakterije s velikom brojem zavoja zovu se spirohete, (.spirocheta) a bakterije u obliku zareza zovu se vibrio (vibrio).

Veličina bakterija

Bakterije su, pored virusa i priona, najsitniji poznati organizmi. Ljudsko oko ih po pravilu ne može videti pa se za proučavanje njihovog oblika, veličine i građe koristi mikroskop. Veličina im se izražava u mikrometrima (um). Veličina štapićastih bakterija određuje se merenjem dužine i širine, okruglih i četvrtastih merenjem prečnika, končastih merenjem prečnika filamenta, dok se veličina bakterija nepravilnih oblika određuje geometrijskim proračunima.

Veličina bakterijaje veoma heterogena. Dužina štapićastih bakterijaje 1 do 10 pm, a širina 0,5 do 1,5 pm. Dužina izvijenih bakterija je do 60 pm a širina od 0,3 do 3 μm. Prečnik okruglih bakterija je 0,5 do 10 μm. Među bakterijama mogu se naći i gigantske vrste kao što je Beggiatoa mirabilis (sumpor oksidujuća bakterija) koja dostiže dužinu do jednog centimetra i širinu do pedeset mikrometara, Borellia burgdorferi (uzročnik lajmske bolesti) čija je dužina 15 do 20 um i izvijenabakterija Spirillum volutans čija je dužina je 13-15 μm. S druge strane ima i veoma malih bakterija kao što je Dialister pneumosintesis čiji je prečnik 0,15 − 0,3 μm.

U stočarskoj proizvodnji korisne su bakterije iz rodova Fibrobacter, Ruminococcus, Megasphaera, Selenomonas, Veillonella, Butyrivibrio, Lactobacillus i Streptococcus . Stetne (patogene) bakterije, su iz rodova Escherichia, Salmonella, Shigella, Clostridium, Proteus, Staphylococcus, Rickettsia, Brucella, Bordetella, Neisseria, Mycoplasma Mycobacterium i dr. Pošto skoro svaki bakterijski rod ima veliki broj vrsta, često se dešava da jedan rod obuhvata i korisne i štetne vrste.

Građa bakterija

Prema građi ćelije bakterije spadaju u prokariote. Celijaimjejednostavnegrađe (slika 2) i sastoji se od ćelijskog zida, citoplazmine membrane s mezozomima i citoplazme u kojoj se nalaze primitivno jedro (nukleoid), plazmidi, ribozomi i inkluzije. Pojedini bakterije mogu imati i neke od sledećih elemenata: sluzaste omotače oko ćelije (kapsula, sluzasti sloj), organele za kretanje (flagele, aksijalna nit), spore, ciste, fimbrije i pile.

Iako sluzaste omotače imaju samo neke bakterije, radi lakšeg razumevanja građe ćelije, u daljem tekstu će biti prvi opisani.

• Citoplazma
• Flagela
• Ribozom
• Kapsula
• Mezozom
• Citoplazmina membrana
• Nukletidi
• Ćelijski zid

Slika 2. Građa prokariotske ćelije

Izostavljeno iz prikaza

Sluzasti omotači ćelije

Sluzasti omotači se naslanjaju na spoljni deo ćelijskog zida. Različite su debljine, konzistencije, građe i funkcije. Najčešće se javlja kapsula i sluzasti sloj.

Kapsula (slika 3) je guste konzistencije i ne može se lako odstraniti sa ćelije. Prema debljini, razlikuju se mikrokapsula (debljine do 0,2 µm) i makrokapsula (debljine iznad 0,2 µm). U zavisnosti od vrste bakterija, kapsuia je izgrađena iz vode, homopolisaharida, heteropolisaharida i proteina. Homopolisaharidi su izgrađeni iz većeg broja molekula jednog monosaharida, a heteropolisaharidi su izgrađeni iz većeg broja molekula različitih monosaharida. µ

Slika 3. Kapsida (svetao sloj oko ćelije)

Izostavljeno iz prikaza

Homopolisaharide u kapsuli imaju: bakterijamlečne fermentacije Leuconostoc mesenteroides (kapsula je izgrađena iz dekstrana), bakterija sirćetne fermentacije Acetobacter sp. (kapsula je izgrađena iz celuloze), Sallmonela typhy (kapsula je izgrađena je iz većeg broja molekula N-acetilgalaktozo-manuronske kiseline) i Streptococcus sp. (kapsula je izgrađena iz levulana). Heteropolisaharide u kapsuli imaju anaerobna azotofiksirajuća bakterija Clostridium pasteurianum (kapsula je izgrađena iz hemiceluloze i skroba). Kod bakterija iz familije Enterobacteriaceae kapsula je izgrađena iz glukoze, galaktoze i N-acetilglukozamina. Kod vrste Pseudomonas aeruginosa kapsula je izgrađena iz glukoze, galaktoze, manoze, ramnoze i galakturonske kiseline. Kod nekih vrsta iz roda Bacillus kapsula je izgrađena iz galakturonske i glutaminske kiseline.

Kapsula štiti ćeliju od fagocitoze, stvara se u organizmu domaćina, ili na specijalnim veštačkim hranljivim podlogama i u prisustvu povećane tenzije CO2. Za kapsulu su vezana antigena, serološka i virulentna svojstva bakterija.

Sluzasti sloj je difuzna materija labilne konzistencije koja se lako odstranjuje sa ćelije. Hemijski sastav sluzastog sloja sličan je sastavu kapsule. Sluzasti sloj obuhvata jednu ili veći broj ćelija i povezuje ih u grupe kod Zooglea ramigera i paketiće kod Sarcina ventriculi. Sluzasti sloj štiti ćeliju od mehaničkih povreda i nepovoljnih uslova spoljne sredine.

Ćelijski zid

Ćelijski zid je spoljašnji omotač ćelije koji se nalazi oko citoplazmine membrane. On ćeliji daje oblik i čvrstinu, štiti je od mehaničkih i drugih nepovoljnih uticaja spoljne sredine. Kod patogenih bakterija u ćelijskom zidu su komponente odgovome za izazivanje oboljenja kod domaćina (faktori virulencije). Kod pokretnih bakterija za ćelijski zid su pričvršćene flagele. Ćelijski zid bakterija sadrži specifični polimer koji se zove murein.

Murein se sastoji iz peptidnog i polisaharidnog dela. Peptidni deo je tetrapeptid izgrađen iz D-glutaminske kiseline, mezo-diaminopimelinske kiseline, L-alanina i D-alanina. Neke bakterije umesto mezo-diaminopimelinske kiseline sadrže lizin. Polisaharidni deo izgrađen je iz dva aminošećera: N-acetil-glukozamina (NAG) i N-acetil-muraminske kiseline (NAM) koji su međusobno povezani p-1,4 glikozidnim vezama. Peptidni i polisaharidni deo su međusobno povezani preko karboksilne grupe iz N-acetil-muraminske kiseline. Na taj način se formira mureinska mreža.

• L-alaninalanin
• D-glutaminska kiselina
• mezo-diaminooimelinska kiselina
• Dalanin
• tetrapeptid

Slika 4. Fragmetu molekula mureina (NAG: N-acetilglukozamin: NAM: N-acetil-muraminska kiselina

Izostavljeno iz prikaza

Udeo mureina u ćelijskom zidu bakterija je različit. Kod jedne grupe bakterija murein čini 50-90 % ćelijskog zida. Ove bakterije su na osnovu Ijubičaste boje ćelijskog zida koja se dobije specifičnom tehnikom bojenja, nazvane Granrpozitivne bakterije (po autoru Kristijanu Gramu) (slika 5).

• Lipotejhojna kiselina
• Tejhojna kiselina
• Murein
• Citoplazmina membrana

Slika 5. Ćelijski zid Gram − pozitivnih bakterija

Izostavljeno iz prikaza

Osim mureina, u ćelijskom zidu Gram-pozitivnih bakterija nalaze se tejhojne kiseline. To su polimeri hemijski modifikovane glukoze ili glicerola povezane s fosfatima. Tejhojna kiselina je vezana za murein. Lipotejhojna kiselina je povezana za murein i masne kiseline citoplazmine membrane. Molekuli tejhojnih kiselina izlaze na površinu ćelijskog zida i daju mu negativan naboj. Zahvaljujući negativnom naboju koji potiče od fosfatne grupe (P043), tejhojne kiseline omogućavaju transport pozitivnih jona u ćeliju i iz Ćelije. Tejhojne kiseline imaju ulogu i u regulaciji rasta ćelije i faktor su virulencije.

Kod druge grupe bakterija ćelijski zid je složenije građe i sastoji se od spoljne membrane, periplazmatičnog prostora i mureina. Bojenjem po Gramu ćelijski zid ovih bakterija se oboji crveno i one su nazvane Gram-negativne (slika 6). U spoljnoj membrani nalaze se lipopolisaharidi, lipoproteini i porin-proteini. Uloga spoljne membrane je višestruka. Ona je barijera za hemijske agense kao što su antibiotici, deterdženti, pesticidi i teški metali. Preko nje se usvajaju hranljive materije pri čemu posebnu ulogu imaju porin-proteini i lipoproteini jer stvaraju prolaze za molekule manje molekulske mase, npr. za monosaharide. Polisaharidni deo lipopolisaharida deluje kao antigen, (somatski, O antigen) što je značajno u determinaciji bakterija, a lipidni deo deluje kao endotoksin koji ako uđe u krvotok životinja i čoveka, izaziva povišenu temperaturu, groznicu, vazođilataciju, pad krvnog pritiska, poremećaj koagulacije i šok..

• porin
• lipopolisaharidi
• lipoprotein
• spoljna mernbrana
• murein u periplazrnatičnorn prostoru
• citoplazmina memtarana
• ćelijski zid

Slika 6. Ćelijski zid Gram-negativnih bakterija

Izostavljeno iz prikaza

Periplazmatični prostor je popunjen periplazmom, a nalazi se između citoplazmine membrane i spoljne membrane. Periplazma sadrži enzime i proteine značajne za transport materija. Murein čini 5-10% ćelijskog zida i smešten je u periplazmatičnom prostoru. Sa spoljnom membranom povezan je lipoproteinima.

Citoplazmina membrana

Citoplazmina membrana se nalazi ispod ćelijskog zida i obavija citoplazmu. Veoma je tanka, debljine 5-10 nm i vidi se samo pod elektronskim mikroskopom. Membrana se nastavlja u citoplazmatični membranski sistem (mezozome) koji prožima ćeliju. Polupropustljiva je i ima funkciju osmotske barijere koja reguliše razmenu materija između ćelije i spoljne sredine. U citoplazminoj membrani se vrši sinteza sastojaka ćelijskog zida i kapsule, odvija se disanje, fotosinteza i sinteza lipida. Tu su smešteni specijalni receptori za prepoznavanje hemijskih jedinjenja u okolini ćelije kao i permeaza sistem koji omogućava ulazak specifičnih, većih molekula u ćeliju.

Membrana je asimetrične građe i danas je prihvaćen tzv. fluidno-mozaični model (slika 7). Sastoji se iz proteina i lipida. Kod nekih prokariota u citoplazminoj membrani se nalaze u manjem procentu i različiti glikolipidi (molekuli lipida povezani s ugljenim hidratima).

Proteini prožimaju citoplazminu membranu i različitih su svojstava. Periferni proteini su labavo vezani za membranu i lako se odstranjuju. Rastvorljivi su u vodi i čine 20-30% ukupnih proteina membrane. Oko 70-80% proteina u membrani su integralni proteini. Nisu rastvorljivi u vodi i teško se odstranjuju. Integralni proteini su hidrofobnim krajem uronjeni u lipidni sloj, a hidrofilnim izlaze na površinu membrane. Često su za protein na površini membrane vezani ugljeni hidrati − oligosaharidi.

• Hopanoid
• Glikolipid
• Integralni protein
• Oligosaharid
• Fosfolipid
• Periferni protein

Slika 7. Građa citoplazmine membrane

Izostavljeno iz prikaza

Centralni deo citoplazmine membrane čine dva sloja lipida koji su najvećim delom građeni od fosfolipida. Masne kiseline od kojih su građeni lipidi prokariota su sa petnaest i sedamnaest C atoma povezani u račvasti niz. Kao i proteinski sloj, i lipidni sloj je asimetrčan. Polami hidrofilni krajevi fosfolipida okrenuti su prema površini membrane i reaguju s vodom, a nepolarni hidrofobni krajevi su okrenuti prema sredini i reaguju međusobno. Kod prokariotskih mikroorganizama, pored fosfolipida, lipidni sloj grade i pentaciklični molekuli slični sterolu − hopanoidi. Hopanoidi stabilizuju citoplazminu membranu. Kod bakterija iz familije

Enterobacteraceae najviše ima fosfatidiletanolamina. Gram-pozitivne bakterije sadrže aminoestre fosfatidilglicerina i aminokiselina. Kod nekih bakterija, npr. Clostridium butyricum, lipidni deo membrane građen je od plazmalogena u kome je glicerin vezan za dugački lanac masne kiseline.

• Mezozomi
• Mezozomi su ulegnuća citoplazmine membrane (slika 8).
• Ćelijski zid
• Hromozom
• Citoplazmina
• membrana

Slika 8. Ćelija s mezozomom

Izostavljeno iz prikaza

Mezozomi rnogu biti u obliku vezikula (oblik mehurića), tubula (oblik cevčica) i lamela (oblik pločica). Nalaze se u ćelijama Gram-pozitivnih i Gramnegativnih bakterija, ali su razvijeniji kod Gram-pozitivnih. Nalaze se uz ćelijski zid, a povezani su i s nukleoidom. Funkcija mezozoma je višestruka. Učestvuju u replikaciji hromozoma i usmeravaju ih u ćerke ćelije. U njimase sintetišu gradivni elementi ćelije, razgrađuju hranljive materije, obavlja disanje i oksidativna fosforilacija i dr.

Citoplazma

Citoplazma je gusta, mutna i elastična materija koja popunjava unutrašnjost ćelije. Obavijena je citoplazminom membranom. Sadrži oko 80% vode, proteine, enzime, ugljene hidrate, lipide, neorganske jone i dr. U citoplazmi se nalaze nukleoid i plazmidi koji su izgrađeni iz dezoksiribonukleinske kiseline (DNK), ribozomi koji su izgrađeni iz ribonukleinske kiseline (RNK) i rezervne materije koje se zovu inkluzije.

Nukleoid ( “bakterijsko jedro“)

Nukleoid je deo citoplazme u bakterijskoj ćeliji u kome se nalazi genetski materijal. Osnovna uloga nukleoida je u prenošenju naslednih osobina. Povezan je s mezozomima i citoplazminom membranom. Za razliku od jedra, nukleoid nema opnu. U periodu mirovanja zauzima centralni položaj u ćeliji (slika 9). U fazi aktivnog rasta ćelije, nukleoid je rasut po celoj citoplazmi. U toku deobe ćelija može imati više od jednog nukleoida.

Slika 9. Nukleoid u ćeliji

Izostavljeno iz prikaza

Naziv nukleoid (sličan jedru) dobio je po tome što, kao i pravo jedro, sadrži oko 60% DNK (dezoksiribonukleinska kiselina), oko 30% RNK (ribonukleinska kiselina) i oko 10 % proteina (histoni i protamini).

Molekul DNK nukleoida se sastoji od dva polinukleotidna lancakoji su uvijeni jedan oko drugog čineći dvojnu spiralu. To su polimeri koji se sastoje iz 1500 do 5 000 000 mononukleotida. Mononukleotidi se sastoje iz: dezoksiriboze, purinskih baza (adenin i guanin), pirimidinskih baza (timin i citozin) i fosfome kiseline. Mononukleotidi su međusonno vezani preko fosforne kiseline i čine lanac. Dva polinukleotidna lanca DNK su međusobno povezana vodoničnim mostovima, i to timin jednog lanca za adenin drugog, i guanin jednog lanca za citozin drugog. Prečnik DNK je 0,2 nm, a svaki zavoj se sastoji iz deset nukleotida.

DNK zajedno s proteinima grade hromozom. Proteini su vezani na raznim mestima molekula DNK i imaju ulogu u njenoj spiralizaciji i sabijanju. Po pravilu, u bakterijskoj ćeliji postoji samo jedan hromozom. Međutim, postoje izuzeci poput vrsta Rhodobacter sphaeroides i Vibrio cholerae (s dva hromozoma) i Halobacter s tri hromozoma. Hromozom je kod bakterija najčešće cirkulamog oblika izuzev kod nekoliko vrsta, kao što je uzročnik lajmske bolesti − Borrelia burgdorferi, koja ima linearan hromozom. Hromozom kod bakterija je male veličine, ali u odnosu na veličinu bakterijske ćelije veoma je velike dužine. Tako je u ćeliji Escherichia coli, koja je dugačka 2-6 pin, dužina hromozoma 1400 µm.

Hromozom se sastoji iz manjih segmenata − gena kojih na jednom hromozomu može biti i nekoliko hiljada. Gen u sebi sadrži jedan ili više parova nukleotida i on je osnova nasleđivanja.

Plazmidi

Plazmidi su mali, ekstrahromosomski molekuli DNK, koji se nalaze u citoplazmi (slika 10).

Slika 10. Plazmid u ćeliji − šema (levo) i elektronski snimak (desno)

Izostavljeno iz prikaza

Prisutni su u mnogim bakterijama. Imaju sposobnost autonomne replikacije (udvajanja) koja je odvojena od replikacije hromozoma. Za razliku od nukleoida, nisu povezani s citoplazminom membranom i nemaju ulogu u rastu ćelije i reprodukciji. Sadrže manji broj gena nego hromozom, obično do dvadeset.

Plazmidi se mogu inkorporirati u hromozom, pa se zajedno sa njime replikuju. lako nisu neophodni za život ćelije domaćina, u nepovoljnim uslovima, kao nosioci određenih gena, mogu obezbediti nove osobine, koje su bitne za preživljavanje u vanrednim uslovima. Bakterijska ćelija može izgubiti plazmid, i ovaj gubitak je trajan, ali može dobiti neki drugi plazmid od ćelije donora procesom konjugacije ili transdukcije.

Prema funkciji za koju su odgovomi, postoji više vrsta plazmida: konjugativni plazmidi, plazmidi koji sadrže R faktor, (R plazmidi), kol (col) plazmidi, plazmidi virulencije i metabolitički plazmidi.

Konjugativni plazmidi imaju gene odgovorne za svoju sopstvenu prenosivost iz jedne u drugu bakteriju, odnosno funkcionisanje pila. Geni koji determinišu prenosivost nazivaju se tranfer geni i ima ih 15. Konjugativni plazmidi nalaze se uglavnom kod Gram-negativnih bakterija. U toku konjugacije preko pila se mogu prenositi kopije (nasledne osobine) s jedne bakterije na drugu. Ovi plazmidi sadrže faktor fertiliteta (F faktor, F plazmid), koji je odgovoran za produkciju proteina za formiranje F pila. R plazmidi su odgovomi za rezistenciju bakterija prema antibioticima. Ova rezistencija je najčešće multipla, a prenosi se konjugacijom, tako da R plazmid raspolaže genima za autonomnu replikaciju, produkciju proteina za stvaranje pila i rezistenciju. Kol (col) plazmidi sadže gene za sintezu bakteriocina − kolicina koji uništava druge bakterije. Bakterije sa ovim plazmidima mogu biti korisne jer ubijaju patogene mikroorganizme ali i štetne jer uništavaju normalnu bakterijsku floru. Sa praktičnog aspekta značaj utvrđivanja bakteriocina ogleda se u bakteriocinskoj tipizaciji koja služi u epidemiološkim istraživanjima, za utvrđivanje izvora infekcije. Plazmidi virulencije su odgovorni za proizvodnju toksina, adhezina, hemolizina, koagulaze, površinskih antigena i drugih materija koje omogućuju infekciju i uzrokuju bolesti domaćina. Primer je E. coli koja proizvodi enterotoksin koji uzrokuje dijareju. Metabolički plazmidi poseduju gene za razgradnju aromatičnih komponenti, pesticida, šećera i dr. U metaboličke plazmide spadaju i plazmidi koji poseduju gene za nodulaciju (nod geni) i azotofiksaciju (Fix geni). U genetskom inženjeringu plazmidi se koriste kao izvor svojstava koja se mogu ugraditi u druge vrste mikroorganizama.

Transpozoni

Transpozoni su genetičke sekvence inkorporirane u R-plazmid, a odgovorni su za pojavu rezistencije na antimikrobne lekove. Nisu sposobni za autoreplikaciju, već se transponuju sa svojim genima rezistencije, sa jednog na drugi plazmid. Sadrže jedan ili više trijasa gena. Jedan gen u trijasu determiniše produkciju enzima koji dovode do rezistencije, drugi determiniše produkciju transposaze, peptida koji omogućava transpoziciju a treći gen je represorski. Geni rezistencije na transpozonima nađeni su na gotovo sve antibiotike i hemioterapeutike. Transpozon Tnl i Tn3 determinišu produkciju betalaktamaza (enzima koji razgrađuju betalaktamske antibiotike) dok transpozon Tn7 determiniše rezistenciju na sulfonamide.

Međućelijski konjugalni prenos R-plazmida koji raspolažu brojnim transpozonima sa genima rezistencije na antimikrobne lekove, doveo je do pojave multiple rezistencije epidemijskih razmera.

Ribozomi

Ribozomi su mala zmasta telašca u kojima se sintetišu proteini. U unutrašnjosti ribozoma sintetišu se proteini koji ostaju u ćeliji, a na membrani ribozoma sintetišu se proteini koji se transportuju izvan ćelije (npr. egzoenzimi). Ribozomi su izgrađeni iz proteina i ribonukleinske kiseline koja nosi prefiks „ribozomalna” (rRNK). Proteini se sastoje iz 50-150 polipeptidnih lanaca različitog aminokiselinskog sastava i čine oko 40% ukupne mase ribozoma. Ribonukleinska kiselina čini oko 60% mase ribozoma. Prečnik ribozoma je 14-20 nm. Na osnovu koeficijenta sedimentacije, ribozomi prokariota su nazvani 70 S ribozomi. Slovo S označava Svedbergove jedinice (1S = 10 – 13 s) koje se odnose na vreme sedimentacije tokom njihovog odvajanja od citoplazme u ultracentrifugi. Ribozomi se sastoje se iz dve podjedinice, 30 S i 50 S (slika 11).

Slika 11. Građa ribozoma E. coli

Izostavljeno iz prikaza

Kod Escherichia coli, 50 S podjedinica se sastoji iz jednog molekula 5 S rRNK, jednog molekula 23 S rRNK i dvadeset molekula proteina. 30 S podjedinica se sastoji iz jednog molekula 16 S rRNK i deset molekula proteina.

Citoplazmatične inkluzije

Inkluzije su rezerve organskih i neorganskih materija u citoplazmi. Neke inkluzije su obavijene membranom, npr. granule poli-p-hiđroksibutirata (PHB), proteinski kristali, granule glikogena i sumpora. Membrane su jednoslojne, debljine 2-4 nm. Inkluzije bez membrane su polifosfatne granule, granule cianoficina, neke granule glikogena i granule skroba. Pošto se inkluzije koriste kao rezervna materija, njihov broj varira u zavisnosti od načina ishrane i starosti ćelije.

Poli-Phidroksibutirati (PHB) su granule koje služe kao rezerva ugljenika i energije u ćelijama bakterija Mycobacterium, Bacillus, Azotobacter i dr. Kod većine navedenih bakterija u citoplazmi je prisutno nekoliko granula prečnika 100 do 800 nm (slika 12). Osim poli-Phidroksibutirata ove granule sadrže oko 2% proteina i oko 0,5% lipida.

Slika 12. PHB gramile u ćeliji bakterija

Izostavljeno iz prikaza

Proteinski kristali su inkluzije u ćelijama nekih bakterija (slika 13) , npr. Bacillus thuringiensis, a formiraju se za vreme sporulacije. Ovi kristali su toksični za neke insekte pa se od bakterija koje ih sadrže proizvode biološki insekticidi.

Slika 13. Proteinski kristal u bakterijskoj ćeliji

Izostavljeno iz prikaza

Glikogenska zmca su rezervni ugljeni hidrati koji se nakupljaju u ćelijama Eschericha coli, Salmonella sp., sporogene bakterije BaciUuspolymyxa i dr.

Zrnca sumpora nalaze se u ćelijama bakterija koje oksidišu sumpor-vodonik ili elementami sumpor. To su tzv. sumpome bakterije (Beggiatoa, Baciilus, Thiothrix) kojima je sumpor izvor energije.

Skrobna zrnca su rezervni polisaharid u ćelijama Clostridium butyricum, Acetobacter sp., i dr.

Polifosfatne granule ili volutin su rezerve neorganskih fosfata (polifosfata) koji mogu da se koriste u sintezi ATP-a. Nalaze se u ćelijama bakterija Spirillum volutans, Azotobacter sp., Acetomonas sp., Lactobacterium sp., Corynebacterium diphteriae i dr.

U citoplazmi bakterija nakupljaju se i enzimi, nukleinske kiseline, aminokiseline, monosaharidi, disaharidi, masne kiseline i razni alkoholi koje mikroorganizam u određenom momentu koristi.

Spore

U nepovoljnim uslovima neke bakterije u svojim ćelijama obrazuju zaštitne tvorevine (spore) koje im omogućuju preživljavanje. U ovom obliku bakterije prelaze u latentno stanje (stanje anabioze) u kome mogu ostati duži vremenski period. Kad nastupe povoljni uslovi, ćelija iz oblika za preživljavanje prelazi u vegetativni oblik i normalno nastavlja životne funkcije.

Spore su oblici za preživljavanje štapićastih bakterija iz rodova Bacillus i Clostridium i okruglih bakterija iz roda Sporosarcina. Obrazuju se u ćeliji pa se zovu endospore (slika 14).

Slika 14. Spora u ćeliji

Izostavljeno iz prikaza

Po obliku spore mogu biti loptaste, elipsoidne i cilindrične. Zauzimaju centralni ili terminalni položaj u ćeliji pri čemu mogu i da menjaju prečnik ćelije. U jednoj ćeliji se obično obrazuje jedna spora.

Formiranje spora (sporulacija) odvija se postepeno (slika 15). Prvo dolazi do deobe DNK (1). Zatim se jedna DNK povuče na jedan kraj ćelije (2). Nakon toga se formiraju omotači (3-5). Posle formiranja omotača spora može ostati u ćeliji (6) ili se oslobodi (7). Kad dođe u povoljne uslove, spora klija (germinacija)i ponovo se formira vegetativna ćelija (8).

Slika 15. Formiranje spore u bakterijskoj ćeliji Spora je složene građe (slika 16). Središnji deo spore je dehidratisana citoplazma u kojoj se nalaze DNK, ribozomi, enzimi i dr. Ovi sastojci omogućuju funkcionisanje ćelije kad se vrati u vegetativni stadijum.

Izostavljeno iz prikaza

• dehidratisana
• citoplazma
• ovojnica
• korteks
• egzosporium
• ćelijski zid

Slika 16. Građa spore

Izostavljeno iz prikaza

Prvi sloj do dehidratisane citoplazme je modifikovani ćelijski zid. Drugi sloj je korteks. U korteksu se nalazi dipikolinska kiselina, koja čini 5-15% suve mase spore, i s jonima kalcijuma, mangana, kalijuma i gvožđa gradi kompleksna jedinjenja koja obezbeđuju veću otpornost prema toploti. Treći sloj je ovojnica koja se sastoji IZ nekoliko proteinskih slojeva koji su otporni na pesticide, antibiotike i druga hemijska sredstva. Poslednji sloj je egzosporium koji predstavlja još jedan zaštitni sloj.

Spore izdržavaju temperature i do 100° C u toku 10 minuta te se za njihovo uništavanje u vlažnoj sredini moraju koristiti temperature iznad 120° C u trajanju najmanje dvadeset minuta. U suvoj sredini spore su otpornije prema visokim temperaturama te se za njihovo uništavanje moraju koristiti temperature iznad 180 °C u trajanju najmanje dva sata. Dobro izdržavaju i niske temperature, tako da mogu da prežive i − 253° C. U zemljištu spore mogu da prežive i više stotina godina.

Velika rezistentnost spora prema nepovoljnim uslovima spoljne sredine, dezinficijensima i antisepticima može predstavljati problem u medicini i prehrambenoj industriji jer spore u povoljnim uslovima klijaju u vegetativnu ćeliju koja nastavlja normalan rast i razmnožavanje.

Izraštaji na bakterijskoj ćeliji

Na površini bakterijske ćelije mogu postojati flagele i fimbrije (pile). Flagele su tanke, prečnika oko 20 nm, a dužine oko 15-20 pm. Broj i raspored flagela je različit i predstavlja jednu od glavnih karakteristika za determinaciju bakterija. Bakterije koje imaju jednu flagelu zovu se monotrihe, bakterije koje imaju više flagela na jednom kraju ćelije zovu se lofotrihe, bakterije koje imaju po jednu ili više flagela na suprotnim krajevima ćelije zovu se amfitrihe, a bakterije koje imaju veliki broj flagela po celoj ćeliji zovu se peritrihe (slika 17).

Slika 18. Raspored flagela na bakterijskoj ćeliji

Izostavljeno iz prikaza

Flagela bakterije se sastoji iz bazalnog telašca, osovine i filamenta. Filament je cilindrična nit koja se satoji iz tri upletene tanke niti (subfibrile). Po hemijskom sastavu filament je belančevina flagelin. Osovina povezuje filament s bazalnim telašcem i izgrađena je iz proteina koji se razlikuju od flagelina. Bazalno telašce je složene građe i razlikuje se kod Gramnegativnih i kod Gram-pozitivnih bakterija (slika 19).