2. Bakterid

Bakterid on kõige väiksemad üherakulised organismid, mis suudavad iseseisvalt kasvada ja paljuneda. See eristab neid viirustest. Kõrgematest organismidest erinevad bakterid eeskätt membraaniga ümbritsetud tuuma puudumise poolest.

Bakteritel on väga suur ökoloogiline tähtsus. Nende elutegevus mängib otsustavat osa nt. süsiniku- ja lämmastikuringes. Samas on bakteritel inimese seisukohalt ka negatiivseid külgi:

  • Põhjustavad toiduainete riknemist
  • Põhjustavad inimeste ja loomade nakkushaigused
    Põhjustavad taimehaiguseid

Bakterite süstematiseerimisel kasutati esmalt põhikriteeriumitena bakterite kuju ja ainevahetuse iseärasusi. Edasised uuringud näitasid aga, et mitmed sarnase fenotüübiga bakterid osutusid genotüübilt väga erinevateks. Kõige olulisem oli aga teadmine, et bakterite hulgas eristusid selgelt eraldi harudena arhed. Arhed e. ürgbakterid on bakterid, mis elavad äärmuslikes keskkonnatingimustes ja erinevad kõigist teistest bakteritest. Neil on teistest bakteritest erinev rakumembraan ja –kest.

Sarnased liigid ühendatakse perekonnaks ja sarnased perekonnad sugukonnaks. Eristatakse vähemalt 12 eraldi haru.

 

2.1 Bakteriraku ehitus

 

Bakterirakk on prokarüootne e. eeltuumne. See on lihtsama ehitusega kui eukarüootne. Piirkonda bakterirakus, kus paikneb DNA nim. nukleotiidiks. Bakterirakus on vaid üks rõngakujuline kromosoom. Rakk on haploidne ning DNA hulk e. genoomi suurus on väiksem kui eukarüootidel. Väikese genoomiga bakteritel puuduvad geenid, mis võimaldaksid neil kõiki eluks vajalikke biomolekule sünteesida. Seetõttu parasiteerivad nad enamasti keerukamatel organismidel.

Enamikul bakteritel on kromosoomile veel lisaks täiendavaid väiksemaid DNA rõngasmolekule – plasmiide. Reeglina on neid rakus mitu koopiat. Neil paiknevad geenid, mis pole tavaolukorras bakterile hädavajalikud, kuid teatud tingimustes osutuvad kasulikeks.

Bakteriraku tsütoplasmat katab rakumembraan, mille ehitus ei erine oluliselt eukarüootide omast. Rakumembraani katab väljastpoolt rakukest, mille koostis ja ehitus on eri tüüpi bakteritel erinev. Paljudel bakteritel on rakukesta peal veel kapsel, mis kaitseb rakku kuivamise eest. Bakterirakule kinnituvad valgulised karvakesed piilid, mis aitavad rakul kleepuda tahkele pinnale. Paljudel bakteritel on viburid, mille abil nad saavad vees liikuda.

Bakteriraku lihtsust näitab see, et tal puuduvad eukarüootidele omased organellid. Bakteritel on aga ka organelle, mis eukarüootidel puuduvad (gaasivakuool). Aktiivselt kasvavas raku on rohkesti ribosoome (kuni 15 000), mis nii koostiselt kui ka suuruselt erinevad eukarüootide omadest.

Bakterirakus on ka terakestena paiknevaid varuaineid (tärklis, glükogeen, väävel). Mõned bakterid moodustavad ebasoodsate keskkonnatingimuste üleelamiseks endospoore. Seda katavad tugevad kestad ja veesisaldus on vaid 10-30% vegetatiivse raku veesisaldusest. Seetõttu taluvad endospoorid lühiajalist kõrget temperatuuri, kiirgust ja mürgiseid aineid.

 

2.2 Bakterite kuju

Bakterite kujurühmad

 

Bakterid jagunevad kuju järgi kuueks põhitüübiks:

1) Kerabakterid e. kokid

2) Pulkbakterid e. batsillid

3) Spiraalsed bakterid e. sprillid

4) Keeritsbakterid e. spiroheedid

5) Jätketega bakterid

6) Niitjad bakterid

Kui kera- ja pulkbakterite pooldumisel jäävad rakud üksteisega seotuks, siis võivad moodustuda püsivad kogumid. Pulkbakteritel võivad moodustuda lühemad või pikemad ahelad.

Mõned bakterid moodustavad palja silmaga nähtavaid viljakehi, need tekivad siis, kui keskkonnas on vähe vett ja toitaineid. Need on eredalt värvunud ja limased. Viljakeha moodustub kolooniasse kogunenud rakkudest ja nende poolt eritatavast limast.

2.3 Bakterite kasv ja paljunemine

Kuna bakterirakk on väga väike, on iga üksiku raku kasvu väga raske uurida. Seetõttu kirjeldatakse tavaliselt populatsiooni kasvu.

Bakterirakud paljunevad peamiselt pooldumisega. Raku jagunemisele eelneb DNA replikatsioon ja ka teiste rakuainete süntees. Kumbki pooldumisel moodustuv tütarrakk saab ühe koopia kromosoomist. Niitjad bakterid saavad paljuneda nii niiditükikestega kui ka niidist eralduvate liikumisvõimeliste paljunemisrakkudega. Aktinomütseedid on bakterid, mille kuju ei mahu kuue bakteritele tüüpilise kujurühma alla. Aktinomütseedid moodustavad tahkel pinnal kasvades substraadiniidistiku. See koosneb harunenud niitidest e. hüüfidest.

Bakterid paljunevad väga kiiresti. Aega, mis kulub ühe raku pooldumiseks nim. generatsiooniajaks. Soodsates tingimustes toimub kiirestikasvavate rakkude pooldumine iga 20-30 min. järel. Enamik baktereid aga ei paljune nii kiiresti ja nende generatsiooniaeg on soodsates tingimustes 1-3 tundi. Bakterite paljunemiskiirus sõltub väga paljudest teguritest:

  • keskkonnas olemasolevatest toitainetest
  • toitainete kontsentratsioonist
  • temperatuurist jne.

Looduses on bakterite generatsiooniajad pikemad – 24 tundi ja isegi kauem.

2.4 Bakterite ainevahetus ja toitumine

Energia- ja süsinikuallikad

Bakterid omastavad väliskeskkonnast vees lahustunud toitaineid kogu raku pinnaga ja eritavad rakust välja ainevahetuse jääkprodukte. Bakterid vajavad toitaineid ka selleks, et hankida biosünteesireaktsioonideks vajaminevat energiat. Täiendavalt kulutab bakter energiat ka liikumiseks ja ainete rakku transportimiseks. Energia salvestatakse rakus ATP-na.

Bakterite toitumist iseloomustatakse põhiliselt selle järgi, mida nad kasutavad energia- ja süsinikuallikana. Energiaallikaks ATP sünteesil võib olla päikeseenergia või keemiline energia. Süsinikuallikaks võivad olla mitmesugused orgaanilised ained, aga ka CO2. Vastavalt süsinikuallikale jagatakse bakterid:

  • heterotroofideks
  • autotroofideks

Heterotroofsete bakterite hulgas on kõige enam selliseid baktereid, mis saavad energiat orgaaniliste ühendite oksüdatsioonist. Neid baktereid nim. kemoorganotroofideks. Need kasvavad hästi nt. aminohappeid ja suhkruid sisaldavatel söötmetel. Suudavad aga lagundada ka naftat, taimekaitsevahendeid ja tselluloosi.

 

Aeroobne ja anaeroobne hingamine

Inimene vajab orgaaniliste ainete lagundamiseks hapnikku, talle on omane aeroobne hingamine. See on omane ka bakteritele, mis elavad aeroobses vees ja mullas ning taimede ja loomade pinnal.

Mitmed bakterid, mida nim. anaeroobseteks hingajateks, suudavad hingata ka ilma hapnikuta. Nad kasutavad hingamisel hapniku asemel nt. sulfaat- või nitraatioone ja eritavad keskkonda nende redutseeritud vorme. Sellest annab tunnistust meremuda must värvus ja väävelvesiniku lõhn.

Käärimine ja kääritajad bakterid

Käärimine e. anaeroobne glükolüüs saab toimuda vaid anaeroobsetes tingimustes. Seda viivad läbi kääritaja bakterid, mis anaeroobsetes tingimustes moodustavad suhkrutest mitmesuguseid käärimissaadusi (etanool, piimahape, sipelghape, äädikhape jne.). Käärimisi ja neid läbiviijaid baktereid nim. ainete järgi, mis käärimisel moodustuvad.

Kemolitotroofsed bakterid

Huvitav rühm bakterimaailmas on autotroofsed kemosünteesijad bakterid e. kemolitotroofid. Nad saavad energiat anorgaaniliste ühendite oksüdatsioonist ja kasutavad süsinikuallikana süsihappegaasi (väävlibakterid, vesinikubakterid, rauabakterid).

Bakteriaalne fotosüntees

Bakterite hulgas on ka fotosünteesijaid. Nad kasutavad valgusenergiat ATP sünteesiks, ning enamasti on nad autotroofid. Süsinikuallikana kasutatakse CO2 ja eraldavad fotosünteesi käigus hapnikku. Tsüanobakterid on veekogudes väga levinud ja võivad sobivate tingimuste juures põhjustada veeõitsengut. Selline vesi on ohtlik nii joomiseks kui suplemiseks. Fotosünteesivad purpur- ja rohebakterid kasutavad fotosünteesil vee asemel väävelvesinikku ja hapnikku ei eraldu.

 

2.5 Bakterite kasutamine

 

Tänapäeval kasutatakse baktereid enamasti puhaskultuuridena, st. vaid ühest bakteriliigist koosnevate kultuuridena, et saada soovitud koostise ja omadusega toodet. Mõnedes mikrobioloogilistes protsessides pole vaja baktereid lisada (reovee puhastus, komposteerimine), sest reovesi ja komposteeritav materjal sisaldavad neid juba piisavalt.

Bakterite kasutamine tööstuses

Paljud bakterid sünteesivad antibiootikume – aineid, mis üliväikestes kogustes pärsivad teiste bakterite kasvu, takistades nende valgusünteesi, rakukesta sünteesi, DNA replikatsiooni või transkriptsiooni. Kõige olulisem antibiootikumide tootja on aktinomütseed. Bakterite abil toodetakse ka mõningaid vitamiine, mille keemiline süntees oleks liiga kulukas (B12). Baktereid kasutatakse ka aminohapete tootmiseks. Toiduainetööstuses kasutatakse naatriumglutamaat, mida lisatakse kastmepulbritele, pakisuppidele, pajaroogadele jne. Baktereid kasutatakse ka toidupaksendajate ja ensüümide tööstuslikul tootmisel (kreemid, sulatatud juust, majonees). Tööstuse leiavad kasutamist ka bakterite poolt sünteesitavad ensüümid. Lisaks saab bakterite abil toota ka orgaanilisi happeid ja etanooli.

Bakterite kasutamine põllumajanduses ja heitvete puhastuses

Õhulämmastikku siduvaid mügarbaktereid kasutatakse liblikõieliste taimede bakterväetisena, et soodustada juuremügarate moodustumist taimedel. Bakterid on väga olulised ka tööstuslike ja olmeheitvete puhastamisel. Reovett õhustatakse, et kiirendada aeroobsete bakterite kasvu reoaine lagundamise arvel. Biopuhastis tekib helbeline aktiivmuda, mille pinnale moodustub biokile, kuhu lisaks bakteritele kuuluvad ka seened ja algloomad.

2.6 Bakterid ja keskkond

Keskkonnategurid, mis mõjutavad baktereid

Bakterite elutegevust mõjutavad mitmed keskkonnategurid:

temperatuur
soolsus
ph
kiirgus jne.

Enamik baktereid eelistab mõõdukat temperatuuri ja soolsust ning neutraalset pH-d. Kiirgus on enamikele bakteritele kahjulik, vastupidavamad on pigmenteerunud bakterid. Bakterite hulgas eristatakse eraldi rühmana ekstremofiile, mis taluvad hästi äärmuslikke keskkonnatingimusi.

Mikro- ja makrokeskkond

Mikroorganisme ümbritseva keskkonna võib jagada:

  • mikrokeskkonnaks
  • makrokeskkonnaks

Mikrokeskkond on organismi lähiümbrus. Kuna mikroorganismid on väga väikesed , siis juba mõne millimeetri laiune lähikond on väga suur ala nende jaoks. Lähestikku elavad mikroorganismid konkureerivad toitainete ja hapniku pärast ning see on üks põhjus, miks looduses ei paljune bakterid nii kiiresti kui laboris.

Bakteritele meeldib väga kasvada kinnitununa tahkele pinnale, sest sinna jäävad toitained ja see soodustab bakterite kasvu. Bakterite kleepumises tahkele pinnale osalevad piilid ning kapsel.

 

2.7 Normaalne mikrofloora ja bakterihaigused

Normaalne mikrofloora

Nii taimede, loomade kui ka inimestega elab alati koos palju erinevaid baktereid, mis moodustavad nimetatud organismide normaalse mikrofloora. Inimestega koos elavaid baktereid on kõige enam jämesooles, kuid neid leidub ka mujal. Normaalne mikrofloora on enamasti kahjutu ja selle koostis sõltub paljudest asjaoludest. Normaalne mikrofloora kaitseb organismi haigusetekitajate eest, takistades organismile kahjulike bakterite kinnitumist kudedele, stimuleerides antikehade teket.

Patogeensed bakterid ja toksiinid

Bakterid, mis inimese organismi tungides põhjustavad haigusi nim. patogeenseteks. Enamik neist moodustavad mürgiseid aineid e. toksiine, mis kutsuvad esile koekahjustusi. Toksiinid on reeglina valgulised.

Et mitte haigestuda, peab teadma, kuidas haigusetekitajad bakterid levivad.

Kokkuvõte

Bakterid on prokarüootsed organismid, mille keskmine pikkus on vaid mõni mikromeeter. Bakterirakk on ehituselt lihtsam eukarüootsest rakust ega sisalda viimastele omaseid membraanseid organelle. DNA paikneb bakteritel kromosoomis ja plasmiidis. Bakterite ribosoomid erinevad nii suuruselt kui koostiselt eukarüootide omadest. Mõned bakterid moodustavad ebasoodsate tingimuste üleelamiseks endospoore.

Bakterid paljunevad põhiliselt pooldumisega,esineb aga ka teisi mooduseid. Toitumine on bakteritel mitmekesisem kui eukarüootidel. Energiaallikatena saab kasutada valgusenergiat ja keemilist energiat.

Mõisted

Bakter – kõige väikse üherakuline prokarüootne mikroorganism, mis suudab iseseisvalt kasvada ja paljuneda.

Arhed – ürgbakterid, mis elavad äärmuslikes keskkonnatingimustes.

Prokarüoot – e. eeltuumne, lihtsama ehitusega kui eukarüoot.

Nukleoid – piirkond bakteri rakus, kus paikneb DNA.

Plasmiid – kromosoomile lisaks täiendav DNA rõngasmolekul.

Endospoor – luuakse osade bakterite poolt ebasoodsate keskkonnatingimuste üleelamiseks.

Koloonia – moodustub miljonitest bakterirakkudest kunstlikul söötmel kasvades.

Generatsiooniaeg – aeg, mis kulub ühe raku pooldumiseks.

Heterotroof –

Autotroof –

Kemoorganotroof – heterotroofne bakter, mis saab energiat orgaaniliste ühendite oksüdatsioonist.

Kemolitotroof – autotroofne kemosünteesija bakter.

Aeroobne hingamine – hingamine, milleks on vaja hapnikku.

Anaeroobne hingamine – hingamine, mis ei vaja hapnikku.

Käärimine - 

Bioloogia gümnaasiumile II õpikust.