Vnější struktura bakterií

Bakterie jsou prokaryotní jednobuněčné organizmy, které vytvářejí složité ekologické vazby a vztahy se svým okolím. A právě jejich povrchy jim umožňují řadu činností, například pohyb, přilnutí k povrchu či komunikaci. 

Co se vzhledu týče, zaujímají bakterie nejrůznější tvary, které jsou druhově specifické. Mohou být kulaté (koky), tyčinkovité (tyčinky) či spirálovité (spirochety). Jejich velikost se pohybuje průměrně kolem 5 µm. Najdou se ovšem i výjimky. Existují bakterie velké pouze desetiny mikrometru (0,25 µm Mycoplasma) a na druhou stranu obři se stovkami mikrometrů na délku (750 µm Thiomargarita namibiensis).

Bakterie si udržují stálý tvar charakteristický pro daný druh. Tento tvar je zajištěn buněčnou stěnou, která je pro bakterie typická. Nalézá se nad cytoplazmatickou membránou. Látka, ze které se bakteriální buněčná stěna skládá, se nazývá peptidoglykan. Jak už název napovídá, skládá se ze dvou složek: z peptidů (krátkých bílkovin) a z cukrů. Cukry polymerují ve vlákna a ta jsou navzájem spojena krátkými peptidy. Zatímco cukry jsou vždy stejné, peptidy se v závislosti na druhu liší. Peptidoglykanová buněčná stěna je velmi pevná a kromě toho, že dává buňkám tvar, je i účinně chrání a kompenzuje vnitřní osmotický tlak. Tento osmotický tlak činí 2,5 MPa (automobil má v pneumatikách tlak kolem 0,2 MPa, samozřejmě se nejedná o osmotický tlak).

Rozeznáváme dva základní typy buněčných stěn. Tyto dva typy se dají rozpoznat podle tzv. Gramova barvení. Bakterie, které se obarví do modra, označujeme jako grampozitivní (označují se jako G+). Tyto bakterie mají silnou buněčnou stěnu (cca 20 nm) s velkým množstvím peptidoglykanu. Obarví-li se bakterie do červena, označujeme je jako gramnegativní (G-). Tyto bakterie mají slabší vrstvu peptidoglykanu a nad ní vnější membránu. Vnější membrána kromě fosfolipidů obsahuje i lipopolysacharidy neboli LPS. LPS zvyšují odolnost vnější membrány a to jak mechanickou, tak chemickou. Peptidoglykan s vnější membránou měří cca 15 nm. Prostor mezi membránami se nazývá periplazmatický prostor. Jeho součástí je i buněčná stěna. Tekutá složka periplazmatického prostoru má gelovitou strukturu, protože je plná nejrůznějších enzymů. Vnější membrána brání těmto enzymům v úniku, a to z dobrého důvodu. Jedná se totiž o hydrolytické enzymy (zahajují primární degradaci potravy), transportní bílkoviny, chemorecepční proteiny a další a další proteiny nutné k zajištění životních funkcí buňky. Všechny tyto látky vyrábí bakterie v cytoplazmě, a pak je transportuje do periplazmatického prostoru.

Na povrchu bakterie můžeme nalézt ještě další struktury – fimbrie, pilusy/pily a bakteriální bičíky.

Fimbrie a pily jsou tyčinkovité vláknité výběžky složené z proteinů, sloužící mnoha funkcím. Fimbrie bakteriím umožňují především přilnutí k povrchům, fungují jako jakási kotva. Pro člověka jsou problematické bakterie jako třeba Salmonella, Neisseria či Bordetella, u kterých fimbrie napomáhají vytváření biofilmů v tkáních. Jiný typ tyčinkovitého útvaru je pilus. Ten umožňuje konjugaci bakterií (viz níže), při které si bakterie vyměňují část genetického materiálu. Proto se mu říká sex pilus. Je to jakási trubička propojující dvě bakterie. Více se o konjugaci dočtete v následující kapitole "Rozmnožování a genetika".

Další povrchovou strukturou je bakteriální bičík. Tento bičík vypadá a funguje naprosto odlišně od známějšího bičíku eukaryotního. Prokaryotní bičík je tuhý a rotuje. Funguje tedy jako jakýsi lodní šroub (náš eukaryotní bičík, který mají například spermie, vykazuje vlnivý pohyb – vlní se). Bakteriální bičík je velmi tenký (15 – 20 nm), takže jej lze ve světelném mikroskopu spatřit pouze za použití speciálního barvení. Vlákno bičíku je poskládáno z ohromného množství jedné bílkoviny flagelinu. Rotaci bičíku zajišťuje bazální aparát zakotvený jak v membránách, tak buněčných stěnách. Jedna část bazálního aparátu se nazývá stator a druhá, spojená s vláknem bičíku, rotor. Rotor se uvede do chodu proudem protonů (H+), protékajících přes stator.

Velice zajímavý je také růst bičíku. Bakteriálnímu bičíku totiž roste vzdálený konec, jenže flagelin, tak jako každá normální bílkovina, vzniká v cytoplazmě na ribozomu. Na samotný konec bičíku je flagelin transportován středem bičíku, který je dutý a na konci se monomery flagelinu automaticky samouspořádají do vlákna bičíku. Růst bičíku je otázkou minut.

Mnoho bakterií vytváří na svém povrchu tak zvanou kapsulu, která se skládá z různých lepivých látek (polysacharidů nebo proteinů). Protože tato vrstva neuděluje buňce pevnost, není považována za součást buněčné stěny. Pokud tato vrstva není dostatečně kompaktní a snadno se deformuje, říká se jí slizová vrstva. Bakteriím tyto vrstvy umožňují přichycení k povrchům, jsou základem biofilmu, popřípadě vytvářejí jistou ochranu před imunitními systémy u patogenních bakterií (bakterie schopná vyvolat onemocnění).

Shrnutí

Bakterie jsou prokaryotické buňky různých tvarů a velikostí v řádu mikrometrů. Na udržení tvaru se podílí bakteriální buněčná stěna z peptidoglykanu, přičemž podle uspořádání buněčné stěny můžeme bakterie rozdělit do dvou systematických rodin: na bakterie grampozitivní a gramnegativní. Z bakterií zpravidla ční několik typů přívěsků. Fimbrie slouží k přichycení k podkladu, sex pilus k bakteriální konjugaci a rotační bičík k pohybu. Nad buněčnou stěnou se ještě může nalézat kapsula, popřípadě slizové pouzdro.