Životní cyklus virů a bakterií

Životní cyklus virů a bakterií, virová a bakteriální onemocnění – prevence

Viry
· buněčné živé organismy se vyznačují všemi základními životními funkcemi a jsou schopny realizace všech toků genetické informace (replikace, transkripce, translace), zejména obsahují všechny složky translačního systému
· nebuněčné živé soustavy, tedy viry, viroidy a virusoidy jsou oproti tomu nukleoproteinové částice vyznačující se schopností infikovat své hostitelské buňky a v nich se reprodukovat v závislosti na jejich translačním systému
· základním rozdílem je tedy nepřítomnost složek translačního systému u nebuněčných organismů
 
Obecná charakteristika virů
· velikost virů se pohybuje na hranici viditelnosti světelného mikroskopu, průměrná velikost izometrických virů (mají všechny rozměry stejné) se pohybuje kolem 180nm, anizometrické viry (např. vláknité) mohou dosahovat velikosti mnoha set nm
· virion je jednotlivá částice schopná infikovat hostitelskou buňku
· každý virion obsahuje jednu molekulu nukleové kyseliny (DNA nebo RNA), ale nikdy ne obě
· tato molekula je uložena v proteinovém plášti, tzv. kapsidu
· podle typu nukleové kyseliny se viry dělí na DNA-viry a RNA-viry
· nukleová kyselina nese veškerou genetickou informaci virionu, tedy tvoří jeho genom
· u virů, které nemají další povrchové složky zprostředkovává nukleová kyselina také vazbu virionu na membránu, resp. stěnu hostitelské buňky
· komplex nukleové kyseliny a jejího kapsidu se nazývá nukleokapsid, u jednodušších virů je totožný s virionem, složitější viry mají ještě další obalové složky
· u tzv. obalených virů obsahuje obal několik kopií molekulární struktury, kterou se viriony vážou na hostitelskou buňku
· genom nejmenších virů nese pouhé 4 geny, genom největších až několik set
· ve chvíli, kdy virion vpraví svůj genom do buňky, ožívá a replikuje podle něj proteiny případně další složky, k čemuž využívá enzymů i molekulárních zdrojů hostitelské buňky
· virová infekce
-  jedná se o proniknutí viru (v podstatě jeho nukleové kyseliny)
-  latentní infekce: virus v buňce přetrvává, aniž by se replikoval
-  perzistentní infekce: virus se nepatrnou měrou pomnožuje bez škodlivých důsledků
-  provirus: virový genom se začleňuje do některého buněčného chromozómu a stává se tak jeho součástí (u bakterií profág)
-  transformace: v provirovém stavu může virus buňku funkčně ovlivnit nebo ji změnit (např. na buňku nádorovou)
-  lytická infekce: virus je buňkou pomnožován, což vede k její částečné nebo úplné destrukci
-  nelytická infekce: virus je buňkou pomnožen a po uvolnění jeho potomstva se buňka uzdraví
· pomnožení viru vedoucí k zániku buňky se označuje jako lytický cyklus viru
· v případě, že pomnožené viry infikují sousední buňky a lytický cyklus se opakuje, infekce se lavinovitě šíří a vzniká nekrotické ložisko, ta mohou v případě infekce krevního systému vznikat na více místech zároveň
· virus je schopen infikovat jen buňku, která má tzv. receptor viru
· takto lze rozlišit viry živočišné (viry bezobratlých a viry obratlovců), viry rostlinné, viry bakteriální, označované častěji jako bakteriofágy (fágy)
· u všech těchto skupin se setkáváme jak s DNA-viry, tak RNA-viry
 
Struktura a tvar virionu
· molekulu nukleové kyseliny obaluje proteinové pouzdro zvané kapsid
· kapsid
-  je tvořen identickými strukturními jednotkami identicky pospojovanými fyzikálními vazbami
-  jednotka kapsidu se jmenuje kapsomera a každou kapsomeru tvoří proteinová makromolekula nebo soubor identických makromolekul
-  kapsomery syntetizuje hostitelská buňka a kapsid se z nich tvoří fyzikálně, autoagregací, kapsidy tedy mají krystalový charakter, kapsidy mají různé tvary
-  helikální symetrie kapsidu: skládá se ze spirálovitě stočené molekuly nukleové kyseliny, na níž těsně ve šroubovicovitém uspořádání nasedají molekuly kapsomer, helikální osa může bát fixní nebo ohebná
-  ikozaedrální symetrie kapsidu: má jí většina živočišných virů, kapsomery utváří těleso ikozaedru (těleso vymezené dvaceti rovnostrannými trojúhelníky)
-  stavba bakteriofágu: jedná se o viriony velmi různorodé, obvykle se ale skládají z hlavičky obsahující nukleovou kyselinu (ikozaedrální nebo jiného specifického tvaru) a bičíku (neslouží k pohybu, ale u některých fágů ke vstříknutí nukleové kyseliny do hostitelské buňky, je dutý), který může být různě dlouhý a různě kontraktilní, nebo může zcela chybět
· nukleová kyselina viru
-  virový genom tvoří buď DNA nebo RNA, přitom některé viry mají dvouřetězcové molekuly, některé jednořetězcové
-  genomová DNA jedno i dvouřetězcová může být buď lineární (většinou) nebo kružnicová
-  jednořetězcová molekula RNA je ve svých virech přítomna buď jako pozitivní RNA nebo negativní RNA (negativní je vlákno u DNA, na němž se syntetizuje, pozitivní je to, jež je opačné k negativnímu)
-  jednořetězcová genomová DNA je většinou pozitivní
-  některé RNA viry s pozitivní RNA nesou gen kódující reverzní transkriptázu, pomocí níž se stává genom viru součástí proviru, u jiných k tomu může docházet i vlivem dvouřetězcové DNA
-  transkriptáza je enzym, který katalyzuje vznik DNA z RNA
•  pozitivní ssRNA (genomová) – zpětná transkripce – negativní ssDNA – dsDNA – provirus
•  dsDNA (genomová) – negativní ssDNA – transkripce – pozitivní ssRNA – zpětná transkripce – negativní ssDNA – dsDNA (genomová)
-  nukleová kyselina je v nukleokapsidu velmi úsporně svinuta, virový genom jeví nesmírnou variační šíři z hlediska délky, typu atd.
· dřeň (jádro) viru
-  jádro viru se skládá z nukleové kyseliny a nukleoproteinového komplexu obaleného tzv. jadernou obálkou
-  významně se na ní podílí tzv. matricový M-protein
-  tento komplex se nazývá dřeň virionu, bývá uložen v kapsidu, ale někdy jej může nahrazovat
· membránový obal virů
-  viry se dají třídit také na obalené a neobalené
-  větší viry obalují své viriony membránou, jež má typický charakter biomembrány – fosfolipidová dvojvrstva s integrálními makromolekulami glykoproteinů
-  podstatná část této membrány je odvozena od membrány hostitelské buňky, ve chvíli, kdy totiž virus dozraje, snaží se opustit hostitelskou buňku a to nalepením na její membránu a následnou exocytózou (pučením), tak získává její membránu
-  pokud je virion kryt dvěma membránami, z nichž vnitřní se nazývá tegument, jedná se o virion, který vznikl v buněčném jádře a tak získal jak membránu jadernou, tak cytoplazmatickou
-  u některých virů vytvářejí gykoproteiny nápadné, symetricky uložené hroty
 
Reprodukce virů v hostitelských buňkách
· životní funkce virů jsou omezeny jen na reprodukci a s ní spřaženou dědičnost
· k pomnožování viry využívají enzymů, ribozómů i tRNA hostitelské buňky
· reprodukční cyklus virů probíhá v sedmi fázích
-  vazba virionu na povrch buňky
-  proniknutí (penetrace) do buňky
-  uvolnění nukleové kyseliny z kapsidu
-  replikace virové nukleové kyseliny
-  syntéza virových proteinů
-  zrání (maturace) virionů
-  jejich uvolnění z buňky
· mezi penetrací a maturací je tzv. fáze eklipsy, kdy v buňce nelze zralý virus prokázat, u některých virů tato fáze trvá 20 minut, u některých 10 – 12 hodin
· rozmnožování bakteriálních virů
-  bakteriofág se připojí na receptor ve stěně bakterie bičíkovými vlákny, následně molekuly lyzozymu nesené těmito vlákny natráví buněčnou stěnu bakterie, zkrátí se kontraktilní vlákna bičíkové pochvy a bičík vytvoří ve stěně bakterie otvor, jímž vstříkne nukleovou kyselinu do cytoplazmy
-  malé bakteriofágy se do bakterie dostávají vcelku i se svým kapsidem
-  následují procesy kopírování nukleové kyseliny, jejichž cílem je vždy utvořit pozitivní RNA pro tvorbu proteinů a pro genom dalších virionů, nebo kromě toho ještě replikovat genomovou DNA
-  proces maturace je řízen genomem bakteriofága, nejprve nukleová kyselina zkondenzuje do těsného klubíčka a pak se kolem ní formuje proteinová hlavička a bičík
-  hotové viriony se hromadí v buňce, permeabilita její membrány se zvyšuje, bakterie nasává vodu a bobtná a nakonec zlyzuje (proběhl v ní celý reprodukční cyklus bakteriofága, lytický cyklus)
-  bakteriofágové, kteří navozují v buňce lytický cyklus se nazývají virulentní
-  mírné fágy ale mohou prodělávat lyzogenní cyklus, kdy se DNA mírného fága v buňce pouze začlení do chromozomu a vzniká profág (provirová forma DNA mírného fága)
-  bakteriální buňka obsahující profága je imunní vůči infekci tímto virem
-  spontánně nebo účinkem indukčních činitelů může dojít k expresi genů tohoto profága a ten se z DNA bakterie vyčleňuje a započíná běžný lytický cyklus
· rozmnožování rostlinných virů
-  rostlinné viry obsahují většinou pozitivní RNA nebo DNA řetězec
-  do infikované buňky se musí dostat celé a to pinocytózou po vazbě na membránu (po vchlípení plazmatické membrány dojde k jejímu odškrcení a vzniku měchýřku s virionem v cytoplazmě buňky), po tomto procesu trvá několik hodin, než se z virionu uvolní nukleová kyselina (většinou RNA)
-  proces lze uskutečnit i vetřením virové RNA do buněk pletiva, tento způsob se nazývá transfekce (virus mozaiky tabáku)
-  maturace viru v buňce působí mikroskopické destruktivní změny a odumíráním rostlinných buněk vznikají nekrotická ložiska, tyto příznaky jsou na rostlině viditelné (pokroucení listů, nádorovité útvary apod.)
-  rostlinná infekce se přenáší mechanicky, pylem, semeny nebo hmyzími přenašeči
· rozmnožování živočišných virů
-  průběh penetrace je obzvlášť u obalených virů poměrně složitý, vnější obal viru splývá s membránou buňky a dovnitř se pak dostává už jen kapsid s DNA, někdy se takhle dostává až do buněčného jádra
-  podle reprodukčního cyklu lze klasifikovat viry do osmi typů, tři z nich:
•  viry obsahující dvouřetězcovou DNA, produktivní infekce, lytický cyklus
•  viry obsahující pozitivní  jednořetězcovou RNA, lytický cyklus
•  viry obsahující jednořetězcovou RNA se zpětnou transkripcí, reverzní transkriptázou dochází ke tvorbě DNA, která se začleňuje do chromozomové DNA buňky a dále tvoří potřebné virové řetězce RNA
-  někdy může docházet k syntéze virové DNA či RNA v malé míře a nijak nenarušovat syntézu struktur potřebných pro buňku samotnou, tak probíhá tzv. perzistentní infekce, která má několik typů
•  chronické virové infekce: v infikované tkáni lze virus prokázat, i když nejsou patrné chorobné příznaky, někdy může ale tato infekce přejít ve zhoubné nádorové bujení, tehdy se jedná o onkogenní působení viru
•  abortivní infekce: vzniká dojde-li v genomu viru k mutacím, v jejichž důsledku se stávají viriony neinfekčními
•  latentní virové infekce: virový genom přetrvává v hostitelské buňce buď v cyklické podobně v cytoplazmě (epizom) nebo se integruje do chromozomální DNA buňky (podobně jako profág) a vzniká provirus, který může přetrvávat neprojeven i několik generací, není nijak zjistitelný, může se ale po delší době aktivovat (stejně jako profág)
•  nebezpečné jsou latentní infekce nesoucí onkogenní gen, mohou nerušeně způsobit vznik zhoubného nádoru
 
Systém virů
· existuje spousta kritérií klasifikace virů, systém je prozatím umělý a jiný asi nikdy nebude
· bakteriální viry (bakteriofágy)
-  neobalené viry s dvouřetězcovou DNA
-  obalené viry s dvouřetězcovou DNA
-  neobalené viry s kružnicovou jednořetězcovou DNA
-  obalené viry s lineární dvouřetězcovou RNA
-  neobalené RNA-viry s jednořetězcovou RNA
-  viry oxigenních bakterií (cyanofágy)
· rostlinné viry
-  většinou jsou neobalené a obsahují jedno či dvouřetězcovou molekulu RNA, což ale není pravidlem
-  v současné době se rozlišuje asi 36 čeledí, z nichž mnohé viry nenapadají jen rostliny, ale i živočichy a dokonce i člověka
· živočišné viry
-  rozlišují se živočišné viry obratlovců a bezobratlých, přičemž viry obratlovců jsou nejčastěji tyto:
-  DNA viry (obalené i neobalené s jedno nebo dvouřetězcovou DNA)
•  Herpes simplex – opary rtů
•  Virus pásového oparu
•  Variola – virus neštovic
•  Papilomavirus – virus bradavic, rakovina děložního čípku
•  EB virus – mononukleóza, provirus ovlivňující lymfocyty
•  Flavivirus – Hepatitida C
•  Adenovirus – zápal plic
-  RNA viry (obalené i neobalené s jedno nebo dvouřetězcovou RNA)
•  Polyomyelitis – dětská obrna (zasažení CNS)
•  Virus Encefalitidy – (poškození CNS)
•  spalničky, příušnice, zarděnky
•  Flavivirus – Hepatitida A
•  Influenza – virus chřipky
-  RNA viry s jednořetězcovou RNA se zpětnou transkriptázou, retroviry
•  po vniknutí do buňky se stává provirem a přechází do potomstva buňky a jde-li o buňku zárodečného epitelu, přechází i do gamet infikovaného jedince a jimi se dostává do dalších generací – endogenní retroviry
•  retrovirus se může stát i onkogenní expresí svých onkogenních genů
•  patří sem virus HIV, který v aktivní podobě vyvolává nemoc AIDS, inkubační doba může být až 10 let
•  druhým nebezpečným retrovirem je např. HTLV-1, původce lymfatických leukémií
 
Satelity (virusoidy) a viroidy
· satelity neboli virusoidy
-  jedná se o nukleové kyseliny (jedno i dvouřetězcové RNA i DNA) s vlastní genetickou kontinuitou, které jsou uzavřené v kapsidech některých virů vedle jejich nukleové kyseliny vlastní
-  jsou to poměrně krátké řetězce uzavřené do kružnicové formy
-  nukleová kyseliny satelitu je vždy téhož typu jako genomová nukleová kyseliny pomocného viru (virus, v jehož kapsidu se satelit nachází, nazývá se pomocný, protože jen díky jeho genomu vznikají enzymy, jejichž činností se satelit uzavírá do kapsidu)
-  vlastní satelit pak kóduje enzymy, které se podílejí na vlastní patogenitě pomocného viru
-  většina satelitů je přídavným elementem v kapsidech rostlinných virů
· viroidy
-  jedná se o samostatnou, kapsidem ani jinou vrstvou neobklopenou jednořetězcovou molekulu RNA, která je velmi krátká a buď je lineární nebo tvoří vlásenkovité tyčinky RNA
-  viroidy se replikují a ukládají v jádrech infikovaných buněk a jsou replikovány enzymy hostitelské buňky
-  zřejmě vznikají cirkularizací intronů genů svých eukaryotických hostitelů
-  obvykle vyvolávají onemocnění rostlin podobná virovým onemocněním a přenášejí se většinou horizontálně v jedné populaci a to zejména mechanicky
 
Priony
· jako prion se označuje specifický infekční protein (bez příměsi nukleové kyseliny), kódovaný strukturním genem hostitelského organismu
· zatím jsou známy priony u savců a nižších hub
· priony savců
-  jsou zatím známy jako původci tzv. přenosných (transmisibilních) spongiformních encefalopatií (TSE), což jsou bez výjimky smrtelné choroby lidí a některých druhů zvířat
-  projevují se houbovitou degenerací ústředního nervstva, hlavně v mozku
-  postižené buňky jsou patologicky vakuolizovány a ukládají se v nich ložiska proteinu amyloidu, tj. abnormálního proteinu vznikajícího specifickou přeměnou normálních proteinů na proteiny o β-struktuře
-  amyloidy vznikají konformační změnou buněčného, prionového proteinu
-  tento prionový protein se obvykle vyskytuje ve vysoce konzervované formě jako membránový glykoprotein v neuronech, hlavně v neuronových spojích, gliových buňkách ústředního nervového systému a je vysoce rezistentní proti vnějším vlivům
-  prionové choroby jsou buď infekční, familiální nebo sporadické
-  patří sem např. Creutzfeldtova-Jakobova choroba (demence a poruchy všech psychických funkcí, rychlý nástup a rychlá smrt), kuru (choroba domorodců na Papui-Nové Guinei), u zvířat pak klusavka ovcí a koz nebo BSE (nemoc šílených krav)
-  zatím nebyly prokázány mezidruhové přenosy prionů
· priony kvasinek
-  princip vzniku patogenních konformací prionů ve formě amyloidů je stejný jako u savců, houbovité organismy však nepoškozují
-  dokonce přispívají k zabránění v přenosu infekcí, jsou tedy svým hostitelům přínosné
 
Bakterie
· jednobuněčné organismy tvořené prokaryotní buňkou
· stavba bakteriální buňky
-  buňka je rozlišena na jádro, cytoplazmatickou membránu a cytoplazmu, přičemž jádro není membránově odděleno od cytoplazmy a nedělí se mitoticky, označuje se též jako nukleoid
-  jádro se skládá z jedné dvouřetězcové molekuly DNA (dsDNA), která je kružnicovitá a tvoří jediný prokaryotní chromozóm
-  buněčná stěna je tvořena peptidoglykanem (mureinem), drží buňku, v níž je tlak, pohromadě a zároveň umožňuje průchod látek (propustnost reguluje cytoplazmatická membrána, semipermeabilní)
-  dále může bát buňka chráněna také tzv. kapsulou (pouzdro, často slizové)
-  v cytoplazmě se nacházejí ribozomy, granulovité útvary tvořené strukturami RNA (velká podjednotka obsahuje 2 rRNA, malá 1 rRNA)
-  v cytoplazmě se nachází odpadní i zásobní látky (glykogen), u fototrofních bakterií bakteriochlorofyl
-  dále se tu může vyskytovat plazmid (útvar tvořený DNA nesoucí doplňující genetické informace), který může přecházet do jiných bakterií (přenos imunity vůči antibiotikům)
-  mRNA, tRNA i rRNA neobsahují introny a proteosyntéza začíná formylmethioninem (iniciační triplet AUG, jako u eukaryot, nicméně kóduje jinou kyselinu)
-  mohou být vyztuženy mikrotubulárními strukturami cytoskeletu
-  k pohybu bakteriím slouží jednoduchý prokaryotní bičík nebo příchytná vlákna
· velikost bakterií je většinou v rozmezí 1 – 10 mikrometrů, mohou však dosahovat až 250
· dělení bakterií podle tvaru
-  bakterie kulovitého tvaru (koky): dělí se podle rovin dělení a vzájemného spojení na diplokoky (dvojice), streptokoky (řetízek), tetrakoky (čtveřice), stafylokoky (hrozen)
-  tyčkovité bakterie (tyčky): většinou obsahují endospory a podle změny tvaru způsobené endosporou mají buď plektridiální tvar (endospora na konci), klostridiální tvar (endospora uprostřed) nebo bacilární tvar (endospora nenarušuje původní objem bakterie)
•  obsahuje-li bakterie endosporu, jedná se o útvar odolný vůči nepříznivým podmínkám a bakterie při jejich tvorbě prochází třemi stadii (vegetativní – množení buňky, sporulace – tvorba endospory a konec dělení, přechod do klidového stadia, klíčení endospor – buňka obnovuje schopnost dělení)
-  zakřivené bakterie: ve tvaru vibrioidním (vibria), spirálovitém (spirila) nebo šroubovicovitém (spirochéta)
-  větvící se bakteriální buňky: částečně se větví mykobakterie, zcela mycelia
 
Výživa a metabolismus bakterií
· prostředí, v němž se bakterie množí a rostou musí obsahovat zdroje biogenních prvků – uhlíku, dusíku, fosforu a síry (pro tvorbu aminokyselin, nukleotidů, lipidů, sacharidů a dalších potřebných organických sloučenin), potřebné jsou také zdroje energie, kterou užívají bakterie k biosyntetickým pochodům
· auxotrofní bakterie potřebují i zdroje růstových faktorů (vitaminy, purinové i pyrimidinové báze a aminokyseliny), protože si je neumí samy vyrobit (umí to prototrofní bakterie)
· podle zdrojů výživy se bakterie dělí na autotrofní (litotrofní, zdroj uhlíku v CO2) a heterotrofní (organotrofní, zdroj uhlíku organické látky)
· podle vztahu ke zdroji energie pak na fototrofní a chemotrofní
-  fototrofní bakterie: fotoautotrofní a fotoheterotrofní
-  chemotrofní bakterie: chemoautotrofní a chemoheterotrofní
· obligátně autotrofní bakterie vůbec nejsou schopny využívat organické látky jako zdroj uhlíku
· fakultativně autotrofní bakterie zastavují příjem CO2, je-li v prostředí přítomna organická látka
· mixotrofní bakterie jsou schopny zároveň využívat CO2 i organické látky jako zdroj uhlíku
· výživa a metabolismus fotoautotrofních bakterií
-  uhlík tyto bakterie získávají z CO2 (tzv. fixace CO2, probíhá Calvinovým cyklem)
-  podle donorů elektronů pro redukci NADP+ rozlišujeme fotosyntézu oxygenní (donorem je voda a uvolňuje se O2) a anoxygenní (donorem je elementární síra, thiosulfát, sirovodík nebo molekulární vodík, kyslík se neuvolňuje)
-  u rostlin probíhá fotosyntéza za přítomnosti chlorofylu a a b, u bakterií někdy probíhá pomocí chlorofylu a a někdy chlorofylu a i b
-  u bakterií s anoxygenní fotosyntézou plní funkci chlorofylu bakteriochlorofyl (typy a, b, c, d, e, g)
-  fotoautotrofní bakterie neobsahují chloroplasty, ale struktury obsahující barviva a pigmenty, u anoxygenních bakterií:
•  intracytoplazmatické membrány (ICM): vznikají vchlípením plazmatické membrány dovnitř buňky, jsou to vchlípeniny v podobě váčků (chromatofory), tubulů a struktur podobných thylakoidům (obsahují chlorofyl)
•  chlorozomy: podlouhlé váčky s vysokým obsahem lipidů, které jsou připojeny k plazmatické membráně základní destičkou (ta obsahuje bakteriochlorofyl a), od cytoplazmy odděluje chlorozom tenká lipidová vrstva a vnitřek chlorozomu vyplňují struktury tvaru dlouhých válců, bakteriochlorofyl c, d a e
-  u oxygenních bakterií:
•  rozsáhlý thylakoidní membránový systém, velmi podobný chloroplastům rostlin
•  mnohovrstevný lamelární membránový systém, na lamely se vážou fykobiliny
•  fykobiliny se zúčastňují fotosyntézy tím, že absorbují záření v modré oblasti spektra a jsou v membráně sdruženy s chlorofylem, jedná se o pigmenty fykoerytrin, fykocyanin a alofykocyanin
•  tyto pigmenty se spojují s proteiny ve fykobiliproteiny a ty se seskupují do struktur fykobilizomů
· výživa a metabolismus fotoheterotrofních bakterií
-  tyto bakterie využívají jako zdroj uhlíku i donor elektronů jednoduché organické látky (acetát, sukcinát, pyruvát aj.), probíhá u nich anoxygenní fotosyntéza
· výživa a metabolismus chemoautotrofních bakterií
-  uhlík získávají z CO2 a energii oxidací jednoduchých anorganických látek a převádějí ji do ATP, podle donoru elektronů se dělí:
•  vodíkové bakterie: za přítomnosti vodíku a CO žijí chemoautotrofně, využívají CO jako zdroj uhlíku a energii získávají oxidací vodíku, jestliže se nacházejí v prostředí s organickými látkami, dojde k represi Calvinova cyklu a žijí pak chemoheterotrofně
•  nitrifikační bakterie: dělí se na nitrozobakterie (oxidují amoniak na dusitany) a nitrobakterie (oxidují dusitany na dusičnany), často jsou to obligátní chemoautotrofové
•  sirné bakterie: za zdroj energie nejčastěji užívají sirovodík, thiosírany a elementární síru, které oxidují na sírany
•  bakterie oxidující železo: tato oxidace je energeticky velmi nevýhodná, proto se kombinuje i s jinými oxidacemi
· výživa a metabolismus chemoheterotrofních bakterií
-  jako zdroj uhlíku využívají především soli organických kyselin, sacharidy, lipidy, aminokyseliny a proteiny
-  zdrojem dusíku může být molekulární (atmosférický) dusík (bakterie vázající molekulární dusík), amonné soli a amoniak, dusičnany, močovina, aminokyseliny a proteiny (společný zdroj uhlíku i dusíku)
-  zdroje energie: energie se získává oxidací organického substrátu, který je primárním donorem vodíku a elektronů, akceptorem je anorganická látka nebo molekulární kyslík (ATP se získává oxidativní fosforylací), podle akceptoru se rozlišují druhy respirace:
•  anaerobní respirace: elektrony nepřijímá přímo molekulární kyslík, ale dusičnan (redukuje se až na dusík, denitrifikace, denitrifikační bakterie), síran (redukuje se na sirovodík nebo síru, desulfurikace, desulfurikační bakterie) nebo železo či organické látky (fumarát aj.)
•  kvašení: akceptorem elektronů také není přímo molekulární kyslík, ale různé organické látky, ATP se uvolňuje už na úrovni přeměny substrátu a tak je kvašení poměrně nevýhodné při menším množství substrátu, podle konečného produktu kvašení rozlišujeme ethanolové, mléčné, propionové, máselné a butanolové kvašení, substrátem pak mohou být sacharidy nebo některé proteiny
•  aerobní respirace (dýchání): donory elektronů jsou organické látky, tak jako u kvašení, akceptorem je molekulární kyslík, což vede k efektivnější oxidaci substrátu s vyšším uvolněním ATP, úplná oxidace probíhá na CO2 a H2O, neúplná pak na ne zcela oxidované produkty
· co se týče samotných biosyntetických pochodů, karboxylové kyseliny jsou výchozími látkami pro syntézu lipidů, monosacharidy a karboxylové kyseliny vznikají jako meziprodukty glykolýzy nebo cyklu kyseliny citronové, stejně jako uhlíkatý skelet, do nějž se pak přímou aminací nebo transaminací dostává dusík za vzniku aminokyselin
 
Rozmnožování bakterií a růst jejich populace
· růst počtu buněk bakterií způsobený jejich množením se označuje jako růst bakteriální populace (růst bakterií)
· u většiny bakterií je jeho základem binární dělení, menší počet bakterií se pak množí pučením
· binární dělení bakterií
-  z jedné mateřské buňky vznikají dvě dceřinné
-  nejprve se mateřská buňka prodlouží ve směru podélné osy na dvojnásobek, následuje replikace chromozomu, začíná se uprostřed tvořit příčná přehrádka (septum) z plazmatické membrány a buněčné stěny, nakonec se přehrádka dokončí a buňka se rozděluje ve dvě identické bakterie (mateřská buňka takto zaniká)
· dělení bakterií pučením
-  jakmile bakterie doroste do úplné velikosti, začne se na jejím povrchu tvořit nová buňka
-  mateřská buňka se sama zachovává a jakmile odešle do dceřiné bakterie kopii chromozomu, dceřiná buňka se odškrcuje a dorůstá sama do dospělé velikosti
· bakterie se v prostředí množí, dokud zde nacházejí podmínky potřebné k dělení buněk, proto rychlost růstu populace závisí na těchto podmínkách
· dohromady s prostředím bakterie tvoří ucelený systém otevřený nebo uzavřený
-  statická kultivace: jedná se o navození uzavřeného systému kdy podmínky ovlivňují samy bakterie svým množením, nemá trvale vzestupný charakter, populace tu roste do té doby, než se konstantní objem živné půdy jejich metabolickou činností nezmění natolik, že není pro další růst vhodná (běžné v laboratořích)
-  kontinuální kultivace: spočívá v rovnovážném přítoku nové živné půdy a odvodu starého substrátu, jedná se o soustavu otevřenou
-  statická kultivace zahrnuje klidovou fázi (bakterie si zvykají na substrát), exponenciální fázi (bakterie se rychle, ale konstantní rychlostí, množí), stacionární fázi (začíná ubývat vhodného substrátu a vyrovnává se počet nově vznikajících buněk a buněk odumírajících) a fázi odumírání (převažují bakterie odumírající)
· podle vztahu k molekulárnímu kyslíku se bakterie dělí na:
-  obligátně (striktně) aerobní: rostou jen za přítomnosti kyslíku a energii získávají aerobní respirací, jsou chemoautotrofní nebo chemoheterotrofní
-  obligátně (striktně) anaerobní: rostou jen za nepřístupu kyslíku a energii získávají buď kvašením neboli fermentací (mnohé chemoheterotrofní bakterie) nebo anaerobní respirací (denitrifikační, desulfurikační bakterie)
-  fakultativně anaerobní: mohou růst za přítomnosti i nepřítomnosti kyslíku a energii získávat fermentací, aerobní i anaerobní respirací
-  aerotolerantní anaerobní: jsou to anaerobní bakterie, které ale rostou i za jeho přítomnosti, i když ho jako akceptoru elektronů nevyužívají
-  mikroaerofilní bakterie: mohou kyslíku jako konečného akceptoru využívat jen pokud je jeho koncentrace v jejich prostředí nižší než ve vzduchu, protože mají omezenou schopnost dýchání nebo enzymy labilní vzhledem ke kyslíku
· pro každý bakteriální druh existuje minimální teplota i maximální teplota, za jejichž hranicí už nemůže růst a optimální teplota, při níž dosahuje nejvyšší rychlosti růstu
· tyto tři teploty jsou pro každý druh bakterií charakteristické a jmenují se kardinální, ve vztahu k nim se rozlišují bakterie:
-  mezofilní: optimální teplota v rozmezí 20-45°C
-  psychrofilní: maximální teplota je 20°C, optimální 15°C a minimální jde někdy až pod nulu, vyskytují se v chladnějších místech planety a při pokojové teplotě velmi rychle umírají
-  termofilní: optimální teplota je v rozmezí 45-70°C, extrémní termofilové dokonce snáší teploty 65-90°C
-  hypertermofylní: rostou v rozmezí 85-110°C
· ve vztahu k pH prostředí se bakterie dělí na:
-  acidofilní: optimální pH pro ně je 2-3.5
-  neutrofilní: optimální pH pro růst u nich je 6.2-7.8 (většina bakterií)
-  alkalofilní: rostou optimálně v rozmezí pH 9-10.5
· endospory mohou zůstat po dlouhou dobu ve stadiu klidu, během nějž se vyznačují minimálním nebo žádným metabolismem, vydrží i zahřívání na 100°C po 10 minut, umírají až při zahřívání na 121°C po dobu 10-15 minut pod tlakem vodní páry
· antibiotika se obecně definují jako látky produkované mikroorganismy (bakteriemi a houbami, které ve velmi nepatrných koncentracích zastavují růst jiných mikroorganismů nebo jejich usmrcení, bakterie ale musí být pro dané antibiotikum citlivá
 
Systém bakterií
· existuje několik systémů dělení bakterií, v tom jednodušším se dělí podle buněčné stěny do tří oddělení
-  gramnegativní bakterie s buněčnou stěnou
-  grampozitivní bakterie s buněčnou stěnou
-  bakterie bez buněčné stěny
· gramnegativní bakterie s buněčnou stěnou
-  kromě peptidoglykanu jejich buněčná stěna obsahuje ještě další vnější membránu s vysokou propustností (jako mitochondrie nebo plastidy)
-  vnější vrstva této membrány obsahuje lipopolysacharidy s velmi rozvětvenou polysacharidovou složkou, která v podstatě určuje antigenní vlastnosti bakteriálního produktu
-  složení peptidoglykanu u těchto bakterií má vliv na barvení jejich povrchu krystalovou violetí, tzv. Gramovou barvení, kdy se krystalová violeť v komplexu s jodidem draselným neváže na jejich buněčnou stěnu a po tomto odbarvení lze bakterie nabarvit jinými barvivy na červeno
-  mají tvar koků, tyček, zakřivených tyček nebo spiril
-  rozmnožují se dělením i pučením a některé tvoří plodnice či myxospory
-  pohybují se různým způsobem nebo jsou nepohyblivé
-  mohou být jak autotrofní tak heterotrofní,  aerobní, anaerobní, fakultativně anaerobní nebo mikroaerofilní
-  některé jsou intracelulárními parazity
-  z patogenních infekcí
•  lymská borrelióza (Borelli)
•  syfilis (Spirochety)
•  chronická gastritida, peptické žaludeční vředy a pravděpodobně i rakovina žaludku
•  průjem (více druhů bakterií)
•  černý kašel, rinitida – zánět nosní sliznice a rýma (Bordetella)
•  kapavka (gonokoky)
•  pneumonie
•  meningitida - zánět mozkových blan (meningokok)
•  tyfus
•  břišní tyfus, gastroenteritidy zvané salmonelózy (Salmonely)
•  mor - dýmějový a plicní
•  cholera (Vibria)
-  do této skupiny z dalších známých bakterií patří i cyanobakterie (sinice) a Escherischia Coli (bakterie tvořící mikroflóru v lidských střevech)
· grampozitivní bakterie s buněčnou stěnou
-  u grampozitivních bakterií obsahuje peptidoglykanová složka stěny velmi mnoho vrstev a na její vnější stranu jsou navázány vláknité molekuly kyseliny teikoové, kde se střídají zbytky cukrů a kyseliny fosforečné
-  stabilně váže komplex krystalické violeti s jodidem draselným a jsou zbarveny modře až fialově
-  mohou být typu koků,tyčky nebo vláknitého tvaru, přičemž se mohou větvit nebo být nevětvené
-  množí se příčným dělením a některé tvoří klidové formy (endospory nebo spory na hyfách)
-  grampozitivní bakterie jsou chemoheterotrofní a zahrnují skupiny obligátně aerobní, obligátně anaerobní, fakultativně anaerobní a mikroaerofilní
-  z patogenních infekcí
•  pneumonie a hnisavá meningitida (streptokoky)
•  růže, faryngitida - zánět hltanu, spála, angína (streptokoky)
•  tetanus
•  záškrt
•  tuberkulóza (mykobakterie)
•  různá onemocnění způsobuje zlatý stafylokok
•  lepra
· bakterie bez buněčné stěny
-  jsou ohraničeny pouze cytoplazmatickou membránou, malých rozměrů
-  jsou tvaru koků nebo vláknité
-  většina druhů vyžaduje k růstu cholesterol nebo vyšší karboxylové kyseliny
 
Prostředí, v nichž bakterie žijí
· půdní prostředí
-  bakterie v půdě vytvářejí přirozená společenstva, která ovlivňují úrodnost půdy a kořenovou výživu rostlin
-  některé rozkládají zbytky rostlinných a živočišných těl a přeměňují je na látky asimilovatelné vyššími rostlinami
-  úplnému rozkladu těchto těl se říká mineralizace
-  podílejí se také na koloběhu dusíku, který se dostává do půdy v proteinech odumřelých tkání
•  bakterie, které se živí těmito proteiny jsou saprofytické bakterie
•  rozkladem se uvolňuje amoniak, který jako součást amonných solí je nitrifikačními bakteriemi oxidován na dusitany a dusičnany, které pak rostliny využívají jako zdroj dusíku
•  na koloběhu se podílí i dusík vázající bakterie, např. hlízkovité bakterie (poutači vzdušného dusíku, žijí v symbióze s kořeny bobovitých)
•  když tyto bakterie odumřou, jejich proteiny se opět zapojují do koloběhu dusíku
•  dále se do koloběhu zapojují denitrifikační bakterie, které ale vzhledem k výživě rostlin mají spíše negativní účinky (redukují dusičnany a dusitany až na dusík)
-  bakterie se podílejí také na koloběhu uhlíku, jehož hlavním zdrojem na zemi je CO2
•  ten se dostává do atmosféry dýcháním nebo kvašením
•  oxid uhličitý slouží jako zdroj uhlíku fotoautotrofním a chemoautotrofním organismům, které pak slouží jako potrava býložravcům nebo heterotrofním bakteriím
•  ti jsou potravou masožravcům, jejichž zbytky jsou rozkládány půdními heterotrofními bakteriemi, přitom jako jeden z konečných produktů se uvolňuje opět CO2
-  na koloběhu síry se podílejí fototrofní a sirné bakterie, které jakožto saprofytické bakterie uvolňují ze zbytků odumřelých tkání síru v podobě H2S
-  v symbióze dále kromě hlízkovitých bakterií žijí kvasné bakterie (rozklad sacharidů) a hnilobné bakterie (rozklad bílkovin)
· vzdušné prostředí
-  bakterie se do vzduchu dostávají z půdy, částečkami prachu
-  ve vzduchu místností převažují saprofytické bakterie, ale mohou být přítomny i patogenní
-  lidé vylučují bakterie neustále kašláním v podobě slinu a hlenu, zaschlé kapénky se nazývají infekční prach – možnost infekce při vdechnutí
· vodní prostředí
-  znečištěná voda je plná bakterií a může tak přenášet infekce jako tyfus, úplavice a jiné
· lidské tělo
-  kůže a sliznice jsou v přímém kontaktu s vnějším prostředím, povrch kůže není vhodný pro rozvoj bakterií, protože vysychá, pouze na některých částech povrchu těla (záhyby, otvory apod.) je dostatečná vlhkost pro růst bakterií
-  výměšky kožních žláz obsahují množství živin pro bakterie, jejich rozkladem bakteriemi vzniká zápach (zodpovídají za to stafylokoky, mikrokoky a další)
-  ústa tvoří teplé a vlhké prostředí ideální pro bakterie, hlavním zdrojem živin jsou sliny, obsahující proteiny, nacházejí se tam stafylokoky, streptokoky, mikrokoky a jiné
-  negativní je úloha mléčných bakterií (laktobacilů), protože tvoří z cukrů kyselinu mléčnou a ta leptá zubní sklovinu (zubní kaz)
-  do dýchacích cest se bakterie dostávají spolu s prachem ve vzduchu, přičemž v plicích by být neměly, jsou vylučovány spolu s hlenem
-  v dutině nosní, ústní, nosohltanu a na mandlích se vyskytuje spousta stafylokoků, mikrokoků i streptokoků (patogenních i nepatogenních bakterií)
-  ve střevech se vyskytuje známá bakterie Escherichia coli, rozkládající cukry za tvorby kyseliny mléčné, produkuje také vitamin B a látky s antibiotickým účinkem
-  na složení střevní flóry má vliv výživa člověka, která může např. při konzumaci antibiotik narušit přirozenou střevní rovnováhu a způsobit střevní potíže
· bakteriální nákazy člověka
-  bakteriální infekcí se míní vstup a pomnožení bakterie v organismu
-  bakterie způsobující takto onemocnění organismu se nazývají patogenní
-  do organismu se dostávají přes sliznice a tvoří ložiska
-  mnohé bakterie škodí napadenému organismu produkcí jedovatých látek označovaných jako toxiny, např. bacil tetanu vytváří toxin způsobující ztuhnutí svalů a křeče
-  každá nákaza má zdroj, z nějž se šíří na organismus, a nějakým způsobem do něj vstupuje, zdrojem je většinou jiný organismus
-  infekce se přenáší přímo, přímým stykem mezi zdrojem a hostitelem (polibek, kousnutí, pohlavní styk)
-  nepřímý přenos se uskutečňuje vzdušnou cestou (kapénkami), předměty znečištěnými nemocnými, výkaly, močí, krví nebo slinami, půdou, vodou, potravinami a členovci
-  doba od vniknutí bakterie do organismu, přes pomnožení, po propuknutí nemoci se nazývá inkubační doba
-  člověk, který prožil infekční onemocnění, v sobě mnohdy přechovává jejího původce bez příznaků onemocnění, může ale bakterii přenášet na další lidi, je bacilonosič
-  epidemie: hromadné rozšíření nakažlivé nemoci
-  pandemie: rozšíření nakažlivé nemoci ve velkém rozsahu (světadíly apod.)
-  endemie: onemocnění vyskytující se jen v určité oblasti
-  imunizace proti bakteriálnímu onemocnění je možná aktivní (proděláním choroby) nebo pasivní (očkování) nebo umělá (injekce protilátek, např. protitetanová)
· význam bakterií je hlavně v biotechnologiích (mléčné výrobky a lactobacillus, výroba inzulinu), rozkladu odpadních látek a v lékařství (původci chorob)