Systém bakterií
Bakterie můžeme zjednodušeně rozdělit podle charakteru buněčné stěny rozdělit na tři velké skupiny:
gramnegativní bakterie s buněčnou stěnou
grampozitivní bakterie s buněčnou stěnou
bakterie bez buněčné stěny
V rámci těchto skupin můžeme bakterie dále dělit podle jejich fyziologických a morfologických vlastností do různých skupin, které ovšem neodráží jejich vzájemnou fylogenetickou příbuznost. Následuje výběr skupin medicínsky, průmyslově a ekologicky významných nebo biologicky zajímavých. Systém podle Rosypal a kol. (2003).
GRAMNEGATIVNÍ BAKTERIE S BUNĚČNOU STĚNOU
buněčná stěna: peptidoglykanová vrstva + lipopolysacharidová vrstva
jejich buněčná stěna neváže stabilně komplex krystalové violeti s jodidem draselným při aplikaci Gramova barvení - jsou zbarveny růžově po dobarvení safraninem
SPIROCHÉTY
buňka šroubovicovitá, pohyb pomocí periplasmatické membrány
chemoorganotrofové žijící volně nebo sdruženi s hostitelem, některé patogenní
zástupci:
Borrelia recurrentis - původce návratné horečky, přenos vešmi
Borrelia burgdorferi - původce lymské boreliózy, přenos klíšťaty
Treponema pallidum - původce syfilis, přenos pohlavním stykem nebo kontaminovanými předměty
Leptospira sp. - původce leptospiróz (horečnatá onemocnění domácích zvířat)
Spirochaeta sp. - nepatogenní, volně žijící (bahnité řeky, rybníky, jezera, oceány)
SPIRILY
buňka šroubovicovitá nebo rohlíčkovitá, pohyb pomocí bičíků
aerobní metabolismus s kyslíkem jako konečným akceptorem elektronů
zástupci:
Bdellovibrio sp. - nepatogenní, predátoři ostatních bakterií
Helicobacter pylori - patogen žaludeční sliznice lidí, původce chronické gastritidy, peptidických vředů
Campylobacter sp. - u lidí způsobují průjmy, rezervoárem zvířata
GRAMNEGATIVNÍ AEROBNÍ NEBO MIKROAEROBNÍ TYČKY A KOKY
chemoheterotrofové rostoucí za obligátně aerobních podmínek, kyslík konečným akceptorem elektronů
výskyt v půdě, ve sladké vodě i v moři, na kořenech rostlin, ve střevech, v ústní dutině člověka i zvířat
zástupci:
Agrobacterium tumefaciens - obsahuje Ti-plazmid, na němž se nachází geny, jejichž produkty vyvolávají tvorbu nádorů na kořenech dvouděložných rostlin
Acetobacter aceti, Gluconobacter oxidans - na ovoci a mnoha rostlinách, oxidace etanolu na kyselinu octovou (i průmyslové využití!), hnití jablek a hrušek
Azotobacter chroococcum, Azomonas agilis - půdní fixátoři vzdušného dusíku
Rhizobium leguminasarum - fixace vzdušného dusíku, symbióza s bobovitými rostlinami v kořenových hlízkách
fixace vzdušného dusíku = proces, při kterém je vzdušný dusík inkorporován do jednoduchých sloučenin využitelných organismy = včleňování vzdušného dusíku do biomasy; energeticky náročná reakce je katalyzována enzymem nitrogenázou, musí probíhat v prostředí bez kyslíku:
Bordetella pertussis - nepohyblivé tyčky způsobující černý kašel
Brucella abortus - původce brucelózy (zmetání hovězího dobytka)
Francisella tularensis - původci tularémie („zaječí nemoc“), patogenní pro drobné hlodavce, přenosná na člověka
Legionella pneumophila - původce „legionářské nemoci“, výskyt i ve sprchových hlavicích či rozvodech teplé vody
Neisseria gonorrhoae - původce kapavky, přenos pohlavním stykem
FAKULTATIVNĚ ANAEROBNÍ GRAMNEGATIVNÍ TYČKY
aerobní respirace, při anaerobióze fermentace
volně žijící nebo v asociaci se zvířetem/člověkem/rostlinou, některé patogenní
zástupci:
Escherichia coli - běžný komenzál tlustého střeva člověka i jiných savců, některé kmeny však mohou být původci průjmových onemocnění
Klebsiella pneumoniae - oportunní patogen způsobující pneumonii a infekci močových cest
Salmonella typhimurium, S. enteritidis - původci enterokolitid (akutních zánětů tenkého a tlustého střeva) a gastroenteritid (salnonelózy)
Salmonella typhi - původce břišního tyfu
Shigella dysenteriae - původce bacilární dyzenterie (střevní úplavice)
Yersinia pestis - původce moru, přenos blechami
Vibrio cholerae - původce cholery
Photobacterium phosphoreum - nepatogenní bioluminiscentní bakterie ze střev mořských živočichů
Haemophilus influenzae - původce meningitidy
Zymomonas sp. - způsobuje zkažení piva, jablečného moštu, vína... zkvašením cukrů na etanol
Serratia marcescens - produkuje červený pigment prodigiosin
GRAMNEGATIVNÍ ANAEROBNÍ TYČKY
chemoheterotrofové získávající energii většinou fermentací
zástupci:
Thermotoga sp. - nesporulující, hypertermofilní (optimum 70–80 °C), mořské druhy rostou ještě při koncentraci 3,75 % NaCl v horkých pramenech
Bacteroides sp. - energii získávají zkvašováním sacharidů, výskyt v poraněných dásních, slepém střevě, bachoru
DESULFOBAKTERIE
obligátní anaerobové redukující sírany nebo síru na sirovodík
chemoheterotrofové, jako zdroj dusíku využívají amonné soli
výskyt v bezkyslíkatých sedimentech, ve spodních vrstvách sladkých vod
zástupci:
Desulfovibrio sp. - výskyt v naftových polích, v průmyslových vodních zařízeních, ve střevech živočichů
Thermodesulfovibrio sp. - termofilní druh (optimum 65–70 °C)
RICKETTSIE A CHLAMYDIE
obligátní paraziti v obratlovcích a členovcích (u rickettsií vystupují jako přenašeči vši či blechy)
životní cyklus chlamydií má 2 fáze: infekční elementární tělísko + vegetativní retikulární tělísko
zástupci:
Rickettsia prowazekii - původce skvrnitého tyfu, úmrtnost 40 %
Rickettsia typhi - původce tyfu, příznaky podobné předchozímu, mírnější průběh
Chlamydia trachomatis - původci očního trachomu (chronický zánět očních spojivek a rohovky)
Chlamydia psittaci - původce psitakózy („papouščí nemoc“), možný přenos na člověka
Chlamydia pneumoniae - původce pneumonie, bronchitidy, zánětů horních cest dýchacích
ANOXYGENNÍ FOTOTROFNÍ BAKTERIE
obsahují bakteriochlorofyly a karoteny, využívají sluneční záření jako jediný zdroj energie, neobsahují fykobiliny
fotosyntetické pigmenty umístěny v plazmatické membráně (podskupina 4.), v intraplazmatickém membránovém systému (podskupina 1.–3.) nebo v chlorozomech (podskupina 5.–6.)
výskyt v bezkyslíkatých částech vlhké půdy, ve sladkovodním i mořském prostředí, v brakických vodách, v prostředí o vysoké koncentraci solí
skupina se dělí do sedmi podskupin:
1. purpurové sirné bakterie ukládající síru uvnitř buněk - sulfid/síra jako donor elektronů pro asimilaci oxidu uhličitého, síru ukládanou dovnitř buněk potom oxidují na síran, obsahují bakteriochlorofyl a a b + karotenoidy, za aerobních podmínek schopny chemotrofního růstu; zástupci: Amoebobacter sp., Chromatium sp., Thiospirillum sp.
2. purpurové sirné bakterie ukládající síru vně buněk - sulfid/síra jako donor elektronů pro asimilaci oxidu uhličitého, síru ukládají vně buněk, obsahují bakteriochlorofyl a a b + karotenoidy; zástupce: Ectothiorhodospira sp.
3. purpurové nesirné bakterie - donorem elektronů a zdrojem uhlíku jednoduché organické molekuly, za aerobních podmínek schopny chemoheterotrofní výživy, zdrojem dusíku amoniak nebo vzdušný dusík; zástupci: Rhodobacter sp., Rhodocyclus sp.
4. bakterie s bakteriochlorofylem g - striktně anaerobní, heterotrofní, nevyužívají redukované sloučeniny síry, buněčná stěna neobsahuje lipopolysacharidy; zástupce: Helicobacterium sp.
5. zelené sirné bakterie - obligátně anaerobní fotoautotrofové, kultury zelené (bakteriochlorofyl c a d) nebo hnědé (bakteriochlorofyl e); zástupce: Chlorobium sp.
6. multicelulární vláknité zelené nesirné bakterie - buňky zřetězeny do dlouhých vláken schopných klouzavého pohybu, za anaerobních podmínek fotoheterotrofní, za aerobních podmínek chemoheterotrofní, termofilní druhy se vyskytují v alkalických horkých pramenech, mezofilní druhy obývají slané močály, bažiny a sedimenty sladkovodních jezer vystavené slunci; zástupci: Chloroflexus sp., Oscillochloris sp.
OXYGENNÍ FOTOTROFNÍ BAKTERIE
obsahují chlorofyl a, využívají světlo jako jediný zdroj energie, během fotosyntézy uvolňují kyslík
rozdělují se na dvě skupiny:
(a) cyanobakterie (sinice) - obsahují chlorofyl a + fykobiliny (fykocyanin, alofykocyanin, fykoerytrocyanin, fykoerytrin)
(b) prochlorofyta - obsahují chlorofyl a a b, ale ne fykobiliny
cyanobykterie (sinice)
fotoautotrofní bakterie s oxygenní fotosyntézou (vzniká kyslík)
produktem fotosyntézy glykogen, zřídka poly-beta-hydroxybutyrát
buňky řady druhů mohou diferencovat na heterocysty (probíhá v nich fixace vzdušného dusíku) a akinety (klidové buňky se silnou buněčnou stěnou)
některé schopny klouzavého nebo plazivého pohybu po substrátu (ale ne bičíky)
výskyt ve sladké i slané vodě jako plankton nebo bentos v teplotním rozmezí 2–74 °C
v letních měsících může dojít k jejich přemnožení ve sladkovodních nádržích bohatých na fosfáty a nitráty (tzv. vodní květ)
některé druhy žijí jako endosymbionti eukaryot (s rozsivkami nebo houbami) nebo jejich exosymbionti (s lišejníky, játrovkami)
podle morfologických vlastností je můžeme dělit do pěti skupin:
chrookokální cyanobakterie (řád Chroococcales): jednobuněčné tyčky nebo koky, buňky jednotlivě nebo v agregátech navzájem držených pouzdrem nebo slizem, rozmnožují se příčným dělením nebo pučením
pleurokapsální cyanobakterie (řád Pleurocapsales): jednobuněčné formy množící se vícenásobným dělením uvnitř mateřské buňky, čímž vzniká mnoho malých dceřinných buněk uvolňujících se ven rupturou stěny mateřské buňky
vláknité cyanobakterie bez heterocyst (řád Oscillatoriales): tvoří nevětvená vícebuněčná vlákna (tzv. trichomy) bez diferenciace na heterocysty a akinety
vláknité cyanobakterie tvořící heterocysty (řád Nostocales): ve vláknitých trichomech dochází k diferenciaci na heterocysty a akinety
vláknité cyanobakterie tvořící heterocysty a dělící se ve více rovinách (řád Stigonematales): dělením buněk dochází k větvení trichomů, ty mohou být jednořadové/několikařadové
prochlorofyta
na rozdíl od cyanobakterií obsahují chlorofyl b a neobsahují fykobiliny
zástupci:
Prochloron sp. - jednobuněčná prochlorophyta
Prochlorothrix sp. - vláknitá prochlorophyta
AEROBNÍ CHEMOAUTOTROFNÍ BAKTERIE
bezbarvé bakterie oxidující síru (Thiothrix sp., Thiobacillus sp.)
bakterie oxidující železo nebo mangan (Gallionella sp.)
nitrifikační bakterie (Nitrosomonas sp. oxiduje amoniak na dusitany, Nitrobacter sp. oxiduje dusitany na dusičnany, Nitrococcus sp. oxiduje dusitany na dusičnany)
MYXOBAKTERIE
striktně aerobní chemoheterotrofové bez bičíků (vykazují klouzavý pohyb po substrátu - produkce slizu, který zanechávají za sebou)
ve vývojovém cyklu se vyskytuje stadium makroskopicky viditelné plodnice (liší se navzájem tvarem, velikostí, pigmentací u různých rodů), která obsahuje myxospory tvaru tyček nebo koků => myxobakterie mají ze všech bakterií nejsložitější vývojový cyklus
rozšířeny po celém světě, hojné zvláště v teplém, polosuchém a suchém prostředí (stepi, polopouště subtropických a mírných oblastí)
typickým stanovištěm myxobakterií jsou půdy o neutrálním pH, rozkládající se organická hmota (včetně trusu býložravců), hnijící dřevo, sladkovodní prostředí
zástupce:
Myxococcus sp. - rozkládá ostatní bakterie, kvasinky a některé vláknité houby
GRAMPOZITIVNÍ BAKTERIE S BUNĚČNOU STĚNOU
buněčná stěna tvořena pouze silnou vrstvou peptidoglykanu
jejich buněčná stěna váže stabilně komplex krystalové violeti s jodidem draselným při aplikaci Gramova barvení - jsou zbarveny většinou modře až tmavě fialově
GRAMPOZITIVNÍ KOKY
mezofilní, nesporulující chemoheterotrofové
vyskytují se v párech, tetrádách a shlucích
zástupci:
Staphylococcus aureus - hrozny koků, původce folikulitidy (zánět vlasového váčku a mazové žlázy), karbunklů (rozsáhlé hnisavé ložisko v kůži a podkožní tkáni), impetiga (kožní onemocnění v podobě zánětlivých puchýřků), panaricia (hnisavý zánět prstů), paronychia (zánět nehtového lůžka), puerperální mastitidy (zánět mléčné žlázy kojící ženy), osteomyelitidy (zánětlivé onemocnění kostní dřeně)
Streptococcus pneumoniae - diplokoky, původce pneumonie a hnisavé meningitidy
Streptococcus pyogenes - řetízky koků, spála, angína, faryngytida (zánět hltanu), pyoderma (hnisavé onemocnění kůže), růže (prudký zánět kůže)
Deinococcus sp. - vysoce rezistentní vůči gama-záření
GRAMPOZITIVNÍ TYČKY A KOKY TVOŘÍCÍ ENDOSPORY
ve vývoji se vyskytuje stadium extrémně odolné endospory (odolává extrémní teplotě, vyschnutí, tlaku)
spora vzniká přímo v mateřské buňce, která posléze hyne (analog eukaryotické apoptózy)
příčina vzniku spory: hladovění na uhlík, dusík, fosfor + hodně bakterií v okolí (kompetice o zdroje)
změny při sporulaci: zabalení DNA do malé kuličky, tvorba sporového peptidoglykanu, dehydratace (proto se v mikroskopu jeví jako světlolomná tělíska), syntéze kyseliny dipikolinové (tvoří komplexy s vápenatými ionty - zásoba energie při klíčení spory)
regulace sporulace: časová regulace transkripční kaskádou sigma-faktorů RNA-polymerázy
zástupci:
Bacillus anthracis - původce sněti slezinné
Clostridium tetani - původce tetanu
Clostridium botulinum - původce botulismu (otrava nervové soustavy botulotoxinem)
GRAMPOZITIVNÍ NESPORULUJÍCÍ TYČKY PRAVIDELNÉHO TVARU
mezofilní chemoheterotrofové
zástupci:
Erysipelothrix rhusiopathiae - původce kožní červenky vepřů přenosné na člověka
Lactobacillus sp. - využití v potravinářském průmyslu
Listeria monocytogenes - intracelulární parazit, původce listeriózy
GRAMPOZITIVNÍ NESPORULUJÍCÍ TYČKY NEPRAVIDELNÉHO TVARU
většina jich roste za přítomnosti kyslíku a netvoří endospory
zástupci:
Corynebacterium diphteriae - původce záškrtu
Actinomyces bovis - původce aktinomykózy (tvorba abscesů v různých částech těla)
Bifidobacterium sp. - výskyt v ústní dutině a trávicím traktu teplokrevných živočichů
Cellulomonas sp. - oxiduje v půdě celulózu
MYKOBAKTERIE
aerobní, nepohyblivé, nesporulující, pomalu rostoucí tyčky s náznaky větvení
Gramem nebarvitelné, ale historicky řazeny mezi G+ pro absenci lipoproteinové vrstvy
zástupce:
Mycobacterium tuberculosis - původce TBC
Mycobacterium leprae - původce lepry
AKTINOMYCETY
tvoří větvící se vlákna (hyfy), shlukují se do mycelia nebo se mohou rozpadat
chemoheterotrofové vyskytující se hlavně v půdě
zástupci:
nokardie - heterogenní skupina, většina druhů tvoří vlákna fragmentující se do kratších elementů, některé tvoří vzdušné mycelium
frankie - symbióza s kořeny krytosemenných rostlin, fixace vzdušného dusíku
streptomycety - buněčná stěna obsahuje kyselinu diaminopimelovou a glycin, tvoří vzdušné mycelium s dlouhými řetízky spor, významní producenti antibiotik
Streptomyces gryseus - producent streptomycinu
Streptomyces aureofaciens - producent tetracyklinu
Streptomyces venezuelae - producent chloramfenikolu
BAKTERIE BEZ BUNĚČNÉ STĚNY
buňky ohraničeny jen plazmatickou membránou, malé rozměry (200 nm), tvarově koky nebo vlákna
většina druhů vyžaduje k růstu cholesterol a vyšší karboxylové kyseliny
saprofyti, patogeni, napadají i tkáňové kultury
zástupci:
Ureaplasma urealyticum - vyskytuje se v močové trubici člověka
Mycoplasma pneumoniae - původce lidské atypické pneumonie
Mycoplasma mycoides - původce pleuropneumonie hovězího dobytka
Anaeroplasma sp., Asteroplasma sp. - obligátně anaerobní