Virüslerin Özellikleri - Bakterilerin Özellikleri - Virüs Ve Bakterilerin Özellikleri

Virüslerin Özellikleri - Bakterilerin Özellikleri - Virüs Ve Bakterilerin Özellikleri
Virüslerin Özellikleri - Bakterilerin Özellikleri - Virüs Ve Bakterilerin Özellikleri

Virüs

Vikipedi, özgür ansiklopedi


Genel özellikler

Büyüklük: Genel olarak 20-300 nm

Genom yapısı: Çift ya da tek iplikli DNA veya RNA

Morfoloji: İkozahedral simetrili, sarmal simetrili, zarflıya da karmaşık

Konak: Arkeler, Bakteriler, Ökaryotlar Sınıflandırma

Baltimore sınıflandırması Grup I: Çift iplikli DNA virüsleri Grup II: Tek iplikli DNA virüsleri Grup III: Çift iplikli RNA virüsleri Grup IV: (+) polariteli tek iplikli RNA virüsleri Grup V: (-) polariteli tek iplikli RNA virüsleri Grup VI: Ters transkripsiyon yapan RNA virüsleri Grup VII: Ters transkripsiyon yapan DNA virüsleri

UVTK sınıflandırması Güncel sınıflandırma basamakları: • Takım (-virales) • Familya (-viridae) • Alt familya (-virinae) • Cins (-virus) • Tür (-virus)

Virüs, canlı hücreleri enfekte edebilen mikroskopik taneciktir Virüsler ancak bir konak hücreyi enfekte ederek çoğalabilirler En temel haliyle bir virüs, kapsit adlı bir protein örtü içinde bulunan genetik malzemeden oluşur Ökaryot (hayvan, mantar ve bitkiler) ve prokaryotlar (bakteri ve arkaeler) virüsler tarafından enfekte edilebilirler Bakterileri enfekte eden virüsler bakteriofaj veya kısaltılmış olarak faj diye adlandırılırlar Sözcük Latince virus (zehir) sözcüğünden türemiştir; sıfat hali viraldir Virüslerin incelendiği bilim dalına viroloji denir; bu dalın bilim insanları da virologlardır Virüsler birçok insan hastalığına neden olurlar; bunlara AIDS, grip ve kuduz örnek verilebilir Bu tür hastalıkların tedavisi zordur, çünkü antibiyotikler virüslere etki etmezler ve az sayıda antiviral ilaç bilinmektedir Viral hastalıkları engellemenin en iyi yolu, bağışıklık geliştirmeye yarayan aşıdır
Virüslerin canlı olup olmadığı uzun süre tartışılmıştır Yaşamın tanımının genel kabul görmüş olan tüm kıstaslarını karşılamadığı için çoğu virolog onları cansız sayar Konak hücre dışında çoğalamadıklarından, zorunlu hücre içi parazitlerine benzerler ama parazitlerden farklı olarak virüsler gerçek organizma sayılmazlar Diğer farklılıkların yanısıra, virüslerin hücre zarı ve kendi metabolizmaları yoktur Canlı sayılan bazı organizmalar da virüsler gibi hem canlı hem cansızların özelliklerine sahip olduklarından bu konuda kesin bir yanıt bulmak zordur Virüsleri canlı sayanlara göre onlar Theodore Schwann tarafından öne sürülmüş hücre teorisinin bir istisnasıdırlar, çünkü virüsler hücre değildirler

Genetik malzeme

Virüslerde hem DNA hem RNA bulunabilir ama genelde ikisi birden olmaz Bunun bir istisnası insan sitomegalovirüsüdür, onda bir DNA çekirdek ve birkaç mRNA parçası bulunur Virüslerde bulunan nükleik asit, türüne bağlı olarak tek veya çift iplikli olabilir Dolayısıyla virüslerde dört olası nükleik asit türü de vardır: çift iplikli DNA, tek iplikli DNA, çift iplikli RNA ve tek iplikli RNA Hayvan virüslerinde bu kombinezonların hepsi gözlemlenmiştir, bitki virüslerin ise genelde tek iplikli RNA'ya sahiptirler Bakteriyofajlarda genelde çift iplikli DNA olur Ayrıca, virüs nükleik asitleri arasında doğrusal da halkasal da olanlar vardır
Genom büyüklüğü viral türler arasında büyük çeşitlilik gösterir En küçük genom yalnızca dört protein kodlar ve yaklaşık 106 dalton ağırlığındadır, en büyüğü ise yüzden fazla protein kodlar ve 108 dalton ağırlığındadır Bazı virüs türlerinin genomunda sitozin yerine hidroksimetilsitozin gibi anormal nükleotitler bulunur
Tek iplikli RNA virüslerindeki zincirler ya pozitif anlamlı (artı iplikli de denir), ya da negatif anlamlı (eksi iplikli denir) olarak adlandırılabilir, viral mRNA'yı tümleyici olup olmadıklarına bağlı olarak Pozitif anlamlı viral RNA, viral mRNA'nın aynısıdır ve derhal konak hücre tarafından çevirisi yapılabilir Negatif anlamlı viral RNA, mRNA'yı tümleyici olduğu için bir RNA polimeraz tarafından önce pozitif anlamlı RNA'ya dönüştürülmesi gerekir, çevrilebilmek için
Çift iplikli RNA genomlarının hepsi ve bazı tek iplikli RNA genomları parçalıdırlar, yani ayrı parçalardan oluşurlar Her parça bir protein kodlayabilir ve bu parçalar genelde bir kapsidin içinde yer alırlar Enfeksiyöz olmak için bu genom parçalarının hepsinin aynı virion içinde yer alması gerekmez, brom mozaik virüs'de görüldüğü gibi

Çoğalma

Viral topluluklar hücre bölünmesiyle büyümezler çünkü hücresel değillerdir; konak hücrenin metabolizması ve mekanizmasını kullanarak kendilerini kopyalarlar Litik veya lisojenik döngüleri olabilir, bazı virüslerde bunların ikisi de olabilir Bir virüs hücreyi öldürmeden ona zarar verici etkiler gösterebilir, bunlara sitopatik etkiler denir
Litik döngüde (örneğin T4 fajında), virüsün etkisiyle konak hücreler virüsün çoğalması için gerekli olan proteinleri imal etmeye başlarlar Proteinlerin yanı sıra virüs genomunun da çoğaltılmasını sağlar Bunun için kullanılan yöntem virüsün genom tipine bağlıdır Oluşan yeni virionlar kendiliklerinden bir araya gelebildikleri gibi moleküler şaperonların yardımıyla da oluşabilirler Genom kopyalandıktan ve kapsit oluştuktan sonra virüs, yeni virionların salınabilmesi için hücrenin parçalanmısını sağlar Bazı virüsler ise hücreyi parçalamak yerine, eksositoz adı verilen yolla, hücre zarından geçerek dışarı salınırlar, bu arada hücre zarının bir kısmını da viral örtü olarak alırlar
Buna tezat olarak, lisojenik döngüde hücre parçalanmaz, viral genom konak DNA ile bütünleşir ve onunla beraber çoğalır Virüs hücrenin yavrularına aktarılır konak hücrenin bir parçası haline gelen virüs uzun bir süre öyle kalabilir, ama uygun şartlarda tekrar aktif hale gelip litik döngüye geri girebilir

bakteriyofajların renklendirilmiş elektron mikrografı

Bakteriofajlar kendilerine has bakterileri enfekte ederler, bunun için bakterinin yüzeyünde bulunan reseptör proteinlere bağlanıp hücrenin içine girerler Kısa bir süre içinde, bazen birkaç dakikada, bakterinin polimerazları viral mRNA'nın proteine çevirisine başlarlar Bu proteinler ya yeni virionları oluştururlar, ya yeni virionların oluşmasına yardımcı olurlar veya hücre parçalanmısını sağlarlar Viral enzimler hücre zarını parçalarlar ve T4 fajı durumunda, enfeksiyondan yirmi dakika sonra üç yüzden fazla faj salınır
Hayvan DNA virüsleri, (herpes virüsleri gibi) konak hücrenin içine endositoz yoluyla girerler Genelde, virüs uygun bir hücre zarı reseptörü ile tesadüfi bir çarpışma sonucunda ona bağlanır, sonra da hücre içine alınır Viral genom kapsitten dışarı salınır ve konak polimerazlar viral mRNA'yı okumaya başlarlar Yeni virionlar ya hücre paçalanması ya da hücre zarında tomurcuklanarak hücreden dışarı salınırlar
Hayvan RNA virüsleri çoğalma mekanizmalarına bağlı olarak üç farklı gruba ayrılabilirler RNA'nın tek veya çift iplikli olması, ve tek iplikli olması durumunda onun polaritesi, virüsün çoğalma mekanizmasını belirler Tek iplikli RNA'lar pozitif veya negatif anlamlı olabilirler, ayrıca çift iplikli RNA virüsleri vardır Bazı RNA virüslerinin içinde DNA vardır ama çoğalmak için önce RNA'ya kopyalanırlar RNA virüsleri çoğalmak için virüs tarafından kodlanan bir RNA replikaz enzimine muhtaçtırlar
Retrovirüsler ters transkripsiyon yoluyla çoğalırlar, yani bir RNA şablonundan DNA oluşurtururlar RNA genomlu virüsler bir DNA ara ürün aracılığıyla çoğalırlar, DNA genomlu olanlar ise bir RNA molekülü oluşturarak çoğalırlar Her iki tip ters trasnkripsiyon virüsü de nükleik asit dönüşümü için ters transkriptaz enzimi kullanırlar

Canlılık tartışması

rotavirüs virionları

Virüsler ve canlı hücreler, DNA veya RNA, ve proteinler gibi ortak bileşiklere sahiptirler Lakin biyokimyacı Wendel Stanley'nin tanımına göre virüsler biyolojik moleküllerden "basit" oluşumlardır Organik moleküllerin kendi kendilerine yapısallaşma özeliklerinin bir sonucudurlar ve dolayısıyla canlı sayılmazlar François Jacob da virüsler hakkında "bir kültür ortamına yerleştirildiklerinde virüslerin bir metabolik faaliyeti yoktur, enerjiyi ne üretebilirler ne de kullanabilirler, ne büyür ne çoğalabilirler, canlıların bu ortak özelliklerinden hiçbiri yoktur onlarda" der[1] Virüsler ancak canlı bir hücrenin enzimlerini kullanarak çoğalabilirler Ayrıca, virüsler DNA veya RNA'dan birine sahip olsalar da, canlı hücrelerde olduğu gibi bunların ikisi birden yoktur
Öte yandan son yıllarda yapılan yeni keşifler virüslerin canlılığı hakkındaki tartışmayı yeniden gündeme getirmiştir Amipleri enfekte eden Mimivirüsün 1200 geni vardır, ki bu rakam bazı bakterilerin gen sayısından daha fazladır Bu virüslerin genleri arasında normalde virüslerde bulunmayan, canlı hücrelerde bulunan 30 kadar gen vardır, örneğin protein sentezi ve DNA tamirinden sorumlu enzimleri kodlayan[2]
Virüslerin canlı olup olmadığı tartışması sürmektedir Sorunun cevaplandırılması için "hayat nedir?" sorusunun cevabı gerekmektedir Zooloji ve botaniğe dayalı kıstaslara göre virüsler canlı değildir Ancak, bu çıkarım canlı olduğu kabul görmüş varlıkların özelliklerinden genelleme yaparak elde edilmiştir ve yıllar boyunca keşfedilmiş, gittikçe daha küçük canlı türlerini göz önüne alarak sürekli değiştirilmiş tanımlara dayalıdır Eğer hayat temel ilkelere göre tanımlanırsa, canlılığın en temel kıstası çoğalma yeteneğidir Virüsler çoğalabildiklerine göre canlı oldukları, veya konak hücreler olmadan çoğalamadıkları için canlı olmadığı iddia edilebilir Öte yandan pek çok canlı da diğer canlıların ürettiği gıdalar olmadan ne büyüyebilir ne çoğalabilir Virüslerin canlı olup olmadığı kullanılan hayat tanımına bağlıdır

Virüsler ve hastalık
Virüs hastalıklarının diğer örnekleri için Enfeksiyöz hastalıklar listesine bakınız
Ebola virüsü


Marburg virüsü

Virüslerin neden olduğu yaygın hastalıklara örnek olarak soğuk algınlığı, grip, su çiçeği ve uçuk gösterilebilir Virüslerin neden olduğu daha ciddi hastalıklar arasında Ebola, AIDS, çiçek gibileri örnek verilebilir Ebola virüsü kanamalı ateşe neden olur Virüslerin hastalık yapma yeteneğine virülans denir
Virüslerin hastalığı meydana getirmesini sağlayan çeşitli mekanizmalar vardır Hücresel seviyede bunların başlıcası hücrenin parçalanması (lizis) sonucu ölümüdür Çok hücreli canlılarda yeterince çok sayıda hücre ölürse canlının kendisi de bundan etkilenmeye başlar Çoğu virüsler homeostaz bozulmasına neden olur, ama bazıları nispeten zararsız bir şekilde canlının içinde varlıklarını sürdürebilirler Bunun bir örneği uçuk yapan herpes simpleks virüsünün insan vücudunda inaktif olarak bulunmasıdır Bazı virüsler girdikleri hücre uygun değilse çoğalamazlar ama gene de hücrenin genomuna kendilerini dahil ederek varlıklarını sürdürebilirler Onkojenik virüsler bu yolla hücrede bir değişim meydana getirirler, hücrenin kontrolsüz bir şekilde çoğalmasını sağlayıp ölüme yol açarlar

Tespit, saflaştırma ve tanı

Viral plak testi

Laboratuvarda virüsleri çoğaltma ve tespit etmek için çeşitli yöntemler vardır Kültürlenmiş hücreler bir virüsle enfekte edildikten sonra ortama salınan virüslerin saflaştırılması için santrifüjleme yöntemleri, amonyum sülfat veya etilen glikol ile çökeltme, veya hücre bileşenlerinin organik çözücülerle arıtılması gibi teknikler kullanılır
Virüslerin tespiti ve miktarlarının belirlenmesi için kullanılan yöntemler arasında:

• Hemaglütinasyon testi Bir alyuvar süspansiyonuna virüsler eklenir, alyuvarların kümeleşmesine (aglütinasyonuna) bakılarak virüs sayısı belirlenir Kümeleşmenin nedeni, virüslerin alyuvarların yüzeyine bağlanarak hücreleri birbirine bağlamalarıdır
• Elektron mikroskobu ile doğrudan sayım Derişik bir virüs süspansiyonu, konsantrasyonu bilinen bir mikroskopik bilye süspansiyonu ile karıştırılır ve bu karışım özel bir yüzeyin üzerine damlatılır Yüksek büyültme altında virüs tanecikleri ve suni bilyeler sayılarak virüslerin konsantrasyonu hesaplanır
• Plak sayımı Kültür kaplarında konak hücreler ince bir tabaka halinde büyütülür Bir virüs süspansiyonu ayrı tüplerde farklı oranlarda seyreltilip bu kaplara eklenir Her bir virüs tanesi çoğalarak birbirine bitişik çok sayıda hücreyi öldürür, hücre tabakasında bir delik ('plak') oluşmasına neden olur Plakların sayısından o kaba kaç tane virüs eklenmiş olduğu anlaşılır, buna dayanarak virüs konsantrasyonu hesaplanabilir

Hastalardan yeni bir hastalığın virüsünün tespiti (yakın geçmişten ebola veya HIV örnekleri verilebilir) ve o virüsün saflaştırılması özelleşmiş laboratuvarlar, ayrıca moleküler biyolog ve virolog gibi uzmanlar gerektirir Bu genelde devlet laboratuvarlarının gayretleriyle gerçekleştirilir ve zor durumlarda Dünya Sağlık Örgütü gibi kuruluşların yardımını gerektirebilir

Korunma ve tedavi
Virüsler konaklarının hücresel mekanizmalarını kullanarak çoğaldıkları için konağı öldürmeden onları yok etmek mümkün değildir En etkili tıbbî müdahele enfeksiyona karşı korunmayı sağlayan aşılanmadır Enfeksiyon sonucu oluşan semptomları tedavi etmek için çeşitli ilaçlar mevcuttur Antibiyotikler (tanımları gereği) bakteriler içindir, virüsler üzerinde etkisizdir Ancak acil durumlarda hastanın belirtilerinin nedeni olan enfeksiyonun viral mi bakteriyel mi olduğu anlaşılana kadar antibiyotik tedavisine başlamak tedbirlidir
Hücre ortamı dışında virüsler dezenfektan malzemelerle (çamaşır suyu, etanol, gluteraldehit, formaldehit) etkisiz hale getirilebilirler

Uygulama alanları


Polio virüsü

Biyoloji
Virüsler moleküler ve hücresel biyolojide hücrelerin işlevlerini anlamak için kullanılırlar Örneğin genetikte, ayrıca DNA çoğalması, transkripsiyon, RNA işlenmesi, translasyon, protein taşıması ve immünoloji gibi temel hücresel mekanizmaların anlaşılmasında virüslerin büyük katkısı olmuştur
Genetikçiler hücrelerin içine genleri sokmak için virüsleri taşıyıcı araç (vektör) olarak kullanır Hücrenin yabancı bir birleşiği üretmesini sağlamak, veya bir genin genomda yer almasının etkisinin anlaşılmasında kullanılan yararlı bir yöntemdir bu Bu yöntem kanser tedavisi ve gen terapisinde de kullanılır

Silah

Yeniden yaratılmış 1918 influenza virüsü

Virüs salgınlarının insan toplumları üzerindeki etkileri onların biyolojik savaş için silah olarak kullanılabileceği endişesini gündeme getirmiştir 1918 influenza salgını virüsünün laboratuvarda yeniden yaratılması bu yöndeki endişeleri daha da artırmıştır[3] Çiçek virüsü yok edilmeden evvel tarih boyunca pek çok toplumu harap etmiştir Günümüzde çiçek virüsü güvenlik altında tutulan birkaç laboratuvarda hâlâ mevcuttur ve virüsün silah haline getirilebilmesi olasılık dahilindedir Modern dünya toplumlarında çiçek hastalığına karşı oluşmuş bir bağışıklık olmadığından dolayı, bu virüsün salgını kontrol altına alınana kadar muazzam hayat kaybı meydana gelebilir

Bakteri

Vikipedi, özgür ansiklopedi

? Bakteriler



Koleranın etkeni olan Vibrio cholerae bakterilerinin taramalı elektron mikroskopisi ile elde edilmiş bir görüntüsü Bilimsel sınıflandırma Üst âlem: Bacteria - Bakteriler
Âlem ve şubeler -

Âlem: Bacteria - Bakteriler
- Şube: Acidobacteria
- Şube: Actinobacteria
- Şube: Aquificae
- Şube: Bacteroidetes
- Şube: Chlamydiae
- Şube: Chlorobi
- Şube: Chloroflexi
- Şube: Chrysiogenetes
- Şube: Cyanobacteria
- Şube: Deferribacteres
- Şube: Deinococcus-Thermus
- Şube: Dictyoglomi
- Şube: Fibrobacteres
- Şube: Firmicutes
- Şube: Fusobacteria
- Şube: Gemmatimonadetes
- Şube: Nitrospirae
- Şube: Planctomycetes
- Şube: Proteobacteria
- Şube: Spirochaetes
- Şube: Thermodesulfobacteria
- Şube: Thermotogae
- Şube: Verrucomicrobia
- Yeri belli olmayan cinsler
Bakteriler tek hücreli mikroorganizma grubudur Tipik olarak birkaç mikrometre uzunluğunda olan bakterilerin çeşitli şekilleri vardır, kimi küresel, kimi spiral şekilli, kimi çubuksu olabilir Yeryüzündeki her ortamda bakteriler mevcuttur Toprakta, deniz suyunda, okyanusun derinliklerinde, yer kabuğunda, deride, hayvanların bağırsaklarında, asitli sıcak su kaynaklarında, radyoaktif atıklarda[1] büyüyebilen tipleri vardır Tipik olarak bir gram toprakta bulunan bakteri hücrelerinin sayısı 40 milyon, bir mililitre tatlı suda ise bir milyondur; toplu olarak dünyada beş nonilyon (5×1030) bakteri bulunmaktadır,[2] bunlar dünyadan biyokütlenin çoğunu oluşturur[3] Bakteriler gıdaların geri dönüşümü için hayati bir öneme sahiptirler ve gıda döngülerindeki çoğu önemli adım, atmosferden azot fiksasyonu gibi, bakterilere bağlıdır Ancak bu bakterilerin çoğu henüz tanımlanmamıştır ve bakteri şubelerinin sadece yaklaşık yarısı laboratuvarda kültürlenebilen türlere sahiptir[4] Bakterilerin araştırıldığı bilim bakteriyolojidir, bu, mikrobiyolojinin bir dalıdır
İnsan vücudunda bulunan bakteri sayısı, insan hücresi sayısının on katı kadardır, özellikle deride ve sindirim yolu içinde çok sayıda bakteri bulunur[5] Bunların çok büyük bir çoğunluğu bağışıklık sisteminin koruyucu etkisisiyle zararsız kılınmış durumda olsalar, ayrıca bir kısmı da yararlı (probiyotik) olsalar da, bazıları patojen bakterilerdir ve enfeksiyöz hastlıklara neden olurlar; kolera, frengi, şarbon, cüzzam ve veba bu cins hastalıklara dahildir En yaygın ölümcül bakteriyel hastalıklar solunum yolu enfeksiyonlarıdır, bunlardan verem tek başına yılda iki milyon kişi öldürür, bunların çoğu Sahra altı Afrika'da bulunur[6] Kalkınmış ülkelerde bakteriyel enfeksiyonların tedavisinde ve çeşitli hayvancılık faaliyetlerinde antibiyotikler kullanılır, bundan dolayı antibiyotik direnci yaygınlaşmaktadır Endüstride bakteriler, atık su arıtması, peynir ve yoğurt üretimi, biyoteknoloji, antibiyotik ve diğer kimyasalların imalatında önemli rol oynarlar[7]
Bir zamanlar bitkilerin Schizomycetes sınıfına ait sayılan bakteriler artık prokaryot olarak sınıflandırılırlar ökaryotlardan farklı olarak bakteri hücreleri hücre çekirdeği içermez, membran kaplı organeller de ender olarak görülür Gelenekesel olarak bakteri terimi tüm prokaryotları içermiş ancak, 1990'lı yıllarda yapılan keşiflerle prokaryotların iki farklı gruptan oluştuğu, bunların ortak bir atadan ayrı ayrı evrimleşmiş oldukları bulununca bilimsel sınıflandırma değişmiştir Bu üst alemler Bacteria ve Archaea olarak adlandırılmıştır[8]

Bakteriyolojinin tarihçesi



Antonie van Leeuwenhoek, ilk mikrobiyolog, ve mikroskop kullanarak bakterileri ilk gören kişi

Bakteriler ilk defa 1676'da Antonie van Leeuwenhoek tarafından, kendi tasarımı olan tek mercekli bir mikroskopla gözlemlenmiştir[9] Onlara "animalcules" (hayvancık) adını takmış, gözlemlerini Kraliyet Derneği'ne (Royal Society'ye) yazılmış bir dizi mektupla yayımlamıştır[10][11][12] Bacterium adı çok daha sonra, 1838'de Christian Gottfried Ehrenberg tarafından kullanıma sokulmuş, eski Yunanca "küçük asa" anlamına gelen βακτήριον -α (bacterion -a)'dan türetilmiştir[13] Latince kullanımıyla Bacteria, bakteri sözcüğünün çoğulu, bacterium ise tekilidir
Louis Pasteur 1859'da fermantasyonun mikroorganizmaların büyümesi sonucu meydana geldiğini ve bu büyümenin yoktan varoluş yoluyla olmadığını gösterdi (Genelde fermantasyon kavramıyla ilişkilendirilen maya ve küfler, bakteri değil, mantardır) Kendisiyle ayni dönemde yaşamış olan Robert Koch ile birlikte Pasteur, hastalık-mikrop teorisi'nin erken bir savunucusu olmuştur[14] Robert Koch tıbbi mikrobiyolojide bir öncü olmuş, kolera, şarbon ve verem üzerinde çalışmıştır Verem üzerindeki araştırmalarında Koch mikrop (germ) teorisini kanıtlamış, bundan dolayı da kendisine Nobel Ödülü verilmiştir[15] Koch postülatları'nda bir canlının bir hastalığın nedeni olduğunu belirlemek için gereken testleri ortaya koymuştur; bu postülatlar günümüzde hâlâ kullanılmaktadır[16]
On dokuzuncu yüzyılda bakterilerin çoğu hastalığın nedeni olduğu bilinmesine rağmen, antibakteriyel bir tedavi mevcut değildi[17] 1910'da Paul Ehrlich Treponema palidum 'u (frengiye neden olan spiroket) seçici olarak boyamaya yarayan boyaları değiştirerek bu patojeni seçici olarak öldüren bileşikler elde etti, böylece ilk antibiyotiği geliştirmiş oldu[18] Ehrlich, bağışıklık üzerine yaptığı çalışmasından dolayı 1908 Nobel ödülünü kazanmış, ayrıca bakterilerin kimliğini tespit etmek için boyaların kullanılmasına öncülük etmiştir; çalışmaları Gram boyası ve Ziehl-Neelsen boyasının temelini oluşturmuştur[19]
Bakterilerin araştırılmasında büyük bir aşama, Arkelerin bakterilerden farklı bir evrimsel soya ait olduklarının 1977'de Carl Woese tarafından anlaşılmasıdır[20] Bu yeni filogenetik taksonomi, 16S ribozomal RNA'nın dizilenmesine dayandırılmış ve üç alanlı sistem'in parçası olarak prokaryot alemini iki evrimsel alana (üst âleme) bölmüştür[21]

Köken ve erken evrim

Bu konuda daha detaylı bilgi için, Evrimin tarihçesi maddesine bakınız
Modern bakterilerin ataları, yaklaşık 4 milyar yıl önce, dünyada gelişen ilk yaşam biçimi olan tek hücreli mikroorganizmalardı Yaklaşık 3 milyar yıl boyunca tüm canlılar mikroskopiktiler, bakteri ve arkeler yaşamın başlıca biçimleriydi[22][23] Bakteri fosilleri, örneğin stromolitler, mevcut olmakla beraber, bunların kendine has morfolojilerinin olmaması, bunlar kullanılarak bakteri evriminin anlaşılmasına veya belli bakteri türlerinini kökeninin belirlenmesini engellemektedir Ancak gen dizileri bakteri filogenetiğinin inşası için kullanılabilir, bu çalışmalar bakterilerin arke/ökaryot soyundan ayrılmış evrimsel bir dal olduğunu göstermiştir[24] Bakteri ve arkelerin en yakın zamanlı ortak atası muhtemelen yaklaşık 2,5-3,2 milyar yıl önce yaşamış bir hipertemofil'di[25][26]
Bakteriler, evrimdeki ikinci büyük ayrışmada, ökaryotların arkelerden oluşmasında da yer almışlardır Bunda, eski bakteriler, ökaryotların ataları ile endosimbiyotik bir ilişki kurmuşlardır[27][28] Bu süreçte, proto-ökaryotik hücreler, alfa-proteobakteriyel hücreleri içlerine alıp mitokondri veya hidojenozomları oluşturdular Bu organeller günümüz ökaryotlarının tümünde hala bulunmaktadır ("mitokondrisiz" protozoalarda dahi aslında son derece küçülmüş olarak mevcutturlar) Daha sonraki bir dönemde, farklı bir olay sonucu, bazı mitokondrili ökaryotların, siyanobakteri-benzeri canlıları içlerine alması sonucunda, bitki ve yosunlardaki kloroplastlar oluştu Hatta bazı yosun gruplarında bu olayı izleyen başka içe almalar meydana gelmiş, bazı heterotrofik ökaryotik konak hücrelerin, ökaryotik bir alg hücresini içine alması sonucunda "ikinci kuşak" bir plastid oluşmuştur[29][30]

Morfoloji



Bakterilerde hücre morfolojisi ve düzeni büyük bir çeşitlilik gösterir

Bakteriler, morfoloji olarak adlandırılan, şekil ve boyutları bakımından büyük bir çeşitlilik gösterir Bakteriyel hücreler ökaryotik bir hücrenin yaklaşık onda biri boyundadır, tipik olarak 0,5-5,0 mikrometre uzunluktadırlar Ancak, bir kaç tür, örneğin Thiomargarita namibiensis ve Epulopiscium fishelsoni yarı milimetre boyunda olabilir ve çıplak gözle görülebilir[31] En küçük bakteriler arasında Mikoplazma cinsinin üyeleri bulunur, 0,3 mikrometre olan bu bakteriler en büyük virüsler kadar küçüktür[32] Bazı bakteriler daha da küçük olabilirler ama bu ultramikrobakteriler henüz iyi tanımlanmamıştır[33]
Çoğu bakteri türleri ya küresel ya da çubuksu şekilli olur Küresel olanlar kokkus (veya coccus; Eski Yunanca tohum anlamında kókkos 'tan), çubuksu olanlar basil (Latince çubuk anlamlı baculus 'tan) olarak adlandırılır Vibrio olarak adlandırılan bazı çubuksu bakteriler biraz eğri veya virgül şekillidir; diğerleri spiral şekillidir, spirillum olarak adlandırılır, veya sıkıca sarılı olur, spiroket olarak adlandırılırlar Az sayıda bazı türler tetrahedron veya küp benzeri şekilde olabilirler[34] Yakın zamanda keşfedilen bazı bakteriler uzun çubuk şeklinde büyür ve yıldız şekilli bir kesite sahiptir Bu morfolojinin sağladığı yüksek yözölçümü-hacim oranı bu bakterilere az besinli ortamlarda bir avantaj sağladığı öne sürülmüştür[35] Hücre şekillerindeki bu büyük çeşitlilik bakterinin hücre duvarı ve hücre iskeleti tarafından belirlenir Hücre şekli, bakterinin gıda edinmesine, yüzeylere bağlanmasına, sıvı içinde yüzmesine ve doğal avcılarından kaçmasına etki eder[36][37]
Çoğu bakteriyel tür tek hücre halinde varlığını sürdürür, diğerleri ise kendilerine özgü biçimlerle birbirlerine bağlanır: Neisseria diploitler (ikililer) oluşturur, Streptokok zincir, Stafilokok üzüm salkımı gibi kümeler oluşturur Bazı bakteriler iplik (filament) oluşturacak şekilde uzayabilir Actinobacteria'da olduğu gibi İpliksi bakterilerde çoğu zaman içinde pek çok hücre bulunan bir kın vardır Bazı tipleri, örneğin Nocardia cinsine ait bazı türler, hatta karmaşık, dallı iplikçikler oluşturur, bunlar küflerdeki miselyuma benzer[38]



Prokaryotlarda görülen büyüklükler, diğer canlılar ve bazı biyomoleküllere kıyasla

Bakteriler yüzeylere bağlanıp biyofilm denen yoğun kümeler oluştururlar Bu filmler birkaç mikrometre kalınlıktan yarım metre derinliğe kadar değişebilir, ve birden çok bakteri, protista ve arke türü içerebilir Biyofilmlererde yaşayan bakteriler, hücre ve hücre dışı bileşenler ile karmaşık bir düzen oluştururlar Meydana gelen ikincil yapılar arasında mikrokoloniler de sayılabilir, bunların içinde bulunan kanal şebekleri gıdaların daha kolay difüzyonunu sağlar[39][40] Doğal ortamlarda, örneğin toprak ve bitkilerin yüzeyinde, bakterilerin çoğunluğu biyofilim aracılığıyla yüzeye bağlanır[41] Biyofimler tıpta da önemlidir, çünkü bu yapılar kronik bakteriyel enfeksiyonlarda ve vücut içine yerleştirilmiş tıbbi cihazlarda bulunurlar Biyofilmler içinde kendini koruyan bakterilerin imhası, tek başına ve izole durumda olan bakterilerinkinden çok daha zordur[42]
Daha karmaşık morfolojik değişiklikler de bazen mümkündür Örenğin amino asitlerden yoksun kalınca Myxobacteria'lar civarlarındaki diğer hücreleri algılamak için yeter çoğunluk algılaması (İng quorum sensing) denen bir süreç kullanırlar Bu süreçte bakteriler birbirlerine doğru hareket eder ve yaklaşık 100000 bakteri içeren 500 mikrometre büyüklüğünde tohum yapıları (İng fruiting bodies) oluştururlar[43] Tohum yapılarında bulunan bakteriler farklı görevler yerine getirir; böylesi bir kooperasyon, çok hücreli organizasyonun basit bir tipini meydana getirir Örneğin, her on hücreden biri bu tohum yapılarının tepesine göç eder ve miksospor adında özelleşmiş uyuşuk (dormant) bir yapı oluştururlar Miksosporlar normal hücrelere kıyasla kurumaya ve diğer olumsuz çevresel şartlara daha dayanıklıdır[44]

Hücresel yapı

Daha fazla bilgi: Bakteri hücre yapısı



Tipik bir bakteri hücresinin yapısı ve içindekiler

Hücre içi yapılar

Bakteri hücresi hücre zarı olarak adlandırılan bir lipit zarla çevrilidir Bu zar, hücrenin içindekiler içine alıp, besinler, protein ve sitoplazmanın diğer gerekli bileşenlerini hücrenin içinde tutar Bakteriler prokaryot olduklarından dolayı sitoplazmalarında ender olarak zar kaplı organeller bulundururlar, içlerinde büyük boylu yapılardan az sayıda olur Bakterilerde hücre çekirdeği, mitokondrisi, kloroplast ve ökaryotlarda bulunan, Golgi aygıtı ve endoplazmik retikulum gibi diğer organellerden yoktur[45] Bir zamanlar bakterilerin sadece sitoplazmadan içeren basit torbalar olduğu düşünülürdü ama artık karmaşık bir yapıları olduğu bilinmektedir, örneğin prokaryotik hücre iskeleti,[46][47] ve bazı proteinlerin bakteriyel sitoplazmanın belli konumlarında stabil olarak konuşlanması[48] gibi Hücre içi organizasyonun bir diğer seviyesi mikrokompartımanlaşma ile sağlanır[49] Bunun bir örneği olan karboksizom, lipit membran yerine, polihedral bir protein kabukla çevrili olan bir bölmedir[50] Bu polihedral organeller, ökaryotlardaki zar kaplı organellere benzer bir şekilde, bakteri metabolizmasının bölümlerinin hücre içinde konuşlanmasını ve birbirlerinden ayrı tutulmasını sağlar[51]
Çoğu önemli biyokimyasal tepkime, örneğin enerji üretimi, membran aşırı bir konsantrasyon gradyanı ile, bir bataryadakine benzer şekilde, potansiyel fark oluşması sonucu meydana gelir Bakterilerde genelde dahilî zarlı yapıların olmaması nedeniyle, elektron taşıma zinciri gibi bu tür tepkimeler, hücre zarının iki yanı arasında, yani sitoplazma ile periplazmik aralık veya hücre dışı arasında oluşur[52] Ancak, çoğu fotosentetik bakteride plazma zarı çok kıvrımlıdır, hücrenin çoğunu ışık enerjisi toplayan membran tabakaları ile doldurur[53] Yeşil kükürt bakterilerinde bu ışık toplayıcı komplekslerin kimisi klorozom adlı lipit örtülü yapılar oluşturur[54] Başka proteinler hücre zarından içeri besin ithal eder, veya atık maddeleri sitoplazmadan dışarı atar



Karboksizomlar protein kaplı bakteriyle organellerdir Üstte solda Halothiobacillus neapolitanus 'da bir karboksizomun elektron mikroskop resmi, altta ise saflaştırılmış bir karboksizomun resmi Sağda bunların yapısının bir modeli bulunmaktadır Ölçek çubukları 100nbsp;nm uzunluğundadır[55]

Bakterilerin genetik malzemeleri tipik olarak tek bir dairesel kromozomdan oluşur Bakterilerde zar kaplı bir çekirdek yoktur ve kromozom tipik olarak sitoplazmada yer alan, nükleoit olarak adlandırılan düzensiz şekilli bir cismin içinde yer alır[56] Nükleoitte DNA, onunla ilişkili proteinler ve RNA bulunur Planctomycetes ordosu, bakterilerde dahilî zarlı yapıların bulunmadığı kuralının bir istisnasını oluşturur, bunlarda bulunan nükloit zar çevrilidir, ayrıca bu bakteriler başka zar çevrili hücresel yapılara da sahiptirler[57] Tüm canlılar gibi bakterilerde de protein üretimi için ribozomlar bulunur, ancak bakteriyel ribozomların yapısı arke ve ökaryot ribozomlarınınkinden farklıdır[58]
Bazı bakteriler, hücre içinde glikojen[59], polifosfat,[60] kükürt[61] veya polihidroksialkanoat[62] gibi besinler için depo granülleri oluştururlar Bu granüller bakterinin daha sonradan kullanması için bu bileşikleri depolamasını sağlar Bazı bakteri türleri, fotosentetik siyanobakteriler gibi, dahilî gaz vezikülleri oluştururlar, bunlar aracılığıyla hafifliklerini ayarlarlar, farklı miktarda ışık ve besin bulunan su seviyeleri arasında alçalıp yükselebilirler [63]

Hücre dışı yapılar

Bu konuda daha detaylı bilgi için, Hücre örtüsü maddesine bakınız
Hücre zarının dışında bakteriyel hücre duvarı bulunur Bakteriyel hücre duvarları peptidoglikan (eski metinlerde mürein olarak adlandırılırdı)'dan oluşur Peptidoglikan, peptit zincirlerle birbirine çapraz bağlanmış polisakkarit zincirlerden oluşur, bu peptitler, hücredeki diğer protein ve peptitlerden farklı olarak, D-amino asitler içerir[64] Bakteri hücre duvarları bitki ve mantar hücre duvarlarından farklıdırlar; bitki hücre duvarları selülozdan, mantarlarınkiler ise kitinden oluşur[65] Bakteri hücre duvarları arkelerinkinden de farklıdır, bunlarda peptidoglikan bulunmaz Hücre duvarı çoğu bakterinin varlığını sürdürmesi için gereklidir, bu yüzden bir antibiyotik olan penisilin tarafından peptidoglikan sentezinin engellemesi bakterilerin ölümüne neden olur[65]
Bakterilerde başlıca iki tip hücre duvarı olduğu söylenebilir, bunlar Gram-negatif ve Gram-pozitif olarak adlandırılır Bu adlar, hücrelerin Gram boyasıyla tepkimesinden kaynaklanır Bu, bakterilerin sınıflandırılmasında çok eskiden beri kullanılan bir testtir[66]
Gram-pozitif hücreler, pek çok peptidoglikan ve teikoik asit tabakasından oluşan kalın bir hücre duvarına sahiptir Buna karşın, Gram-negatif bakteriler birkaç peptidoglikan tabakası bulunur, bunun etrafını ikinci bir hücre zarı sarar, bu zarda lipopolisakkaritler ve lipoproteinler bulunur Çoğu bakteri Gram-negatif bir hücre duvarına sahiptir, sadece Firmicutes ve Actinobacteria'lar (bunlar daha evvel düşük G+C ve yüksek G+C Gram pozitif bakteriler diye bilinirdi) Gram-pozitif, düzene sahiptirler[67] Bu yapısal farklılık, antibiyotiklere duyarlılıkta farklılık yaratabilir; örneğin vankomisin Gram-pozitif bakterileri öldürmesine karşın, Haemophilus influenzae veya Pseudomonas aeruginosa gibi Gram-negatif patojenlere karşı etkisizdir[68]
Çoğu bakteride hücrenin dışını proteinlerden oluşmuş sert bir bir S-tabakası kaplar[69] Bu tabaka, hücre yüzeyine kimyasal ve fiziksel bir koruma sağlar ve makromoleküllerin difüzyonuna karşı bir engel oluşturur S-tabakalarının çeşitli ama az anlaşılmış işlevleri vardır Kampilobakter'lerde virülans faktörü olarak etki ettikleri ve Bacillus stearothermophilus 'ta yüzey enzimleri içerdikleri bilinmektedir[70]



Helicobacter pylori elektron micrografı, hücre yüzeyinde çoklu kamçılar görülmektedir

Kamçılar (flagellum, çoğul hali flagella), sert protein yapılardır, çapları yaklaşık 20 nanometre olup uzunlukları 20 mikrometreyi bulabilir, hareket etmeye yararlar Kamçının hareketi için gereken enerji, hücre zarının iki yanı arasındaki bir elektrokimyasal gradyan boyunca iyonların taşınması sonucu elde edilir[71]
Fimbrialar ince protein iplikçiklerdir, sadece 2-10 nanometre çaplı olup uzunlukları birkaç mikrometreyi bulabilir Hücrenin yüzeyine dağılıdırlar, elektron mikroskobunda ince saçlara benzerler Fimbriaların, sert yüzeylere veya başka hücrelere bağlanmakla ilişkili oldukları sanılmaktadır, ve bazı bakterilerin virülansı için gereklidirler[72] Piluslar fimbrialardan biraz daha büyük hücresel uzantılardır, konjügasyon denen bir süreç ile bakteri hücreleri arasında genetik malzeme aktarılmasını sağlarlar (aşağıda bakteri genetiği ile ilgili bölüme bakınız)[73]
Çoğu bakteri kapsül veya sümük tabakaları üreterek kendilerini bunlarla çevreler Bu yapılar farklı derecede karmaşıklık gösterir: hücre dışı bir polimer olan sümük tabakası tamamen düzensizdir, kapsül veya glikokaliks ise çok düzenlidir Bu yapılar, bakterileri makrofaj gibi ökaryotik hücreler tarafından yutulmaya karşı korur[74] Bunlar ayrıca antijen olarak etki edip hücre tanınmasında rol oynayabilir, ayrıca yüzeylere bağlanmak ve biyofilm oluşmasına yardımcı olabilir[75]
Bu hücre dışı yapıların biraraya gelmesi salgı sistemlerine dayalıdır Bunlar proteinleri sitoplazmadan periplazmaya veya hücre dışı ortama aktarırlar Çeşitli salgı sistemleri bilinmektedir ve bu yapılar virülans için gerekli olduğu için yoğun bir sekilde araştırılmaktdadır[76]

Endosporlar

Bu konuda daha detaylı bilgi için, Endospor maddesine bakınız



Serebrospinal sıvıda büyümekte olan Bacillus anthracis (mor boyalı)

Bazı Gram-pozitif bakteri cinsleri, örneğin Bacillus, Clostridium, Sporohalobacter, Anaerobacter and Heliobacterium, endospor adlı çok dayanıklı, uyuşuk ('dormant') yapılar oluşturabilir[77] Hemen her örnekte üremeyle ilişkili olmayan bir süreç sonucunda bir hücreden bir endospor oluşur; ancak Anaerobacter durumunda bir hücrenin içinde oluşabilecek endospor sayısı yediyi bulabilir[78] Endosporların merkezinde, içinde DNA ve ribozomlar olan bir sitoplazma, bunun etrafında ise korteks tabakası, en dışta ise su geçirmez ve sert bir örtü bulunur
Endosporlar bir metabolizma belirtisi göstermezler, aşırı kimyasal ve fiziksel baskılara dayanıklıdırlar, örneğin, morötesi ışın, gama ışınları, deterjanlar, dezenfektanlar, ısı, basınç ve kurutulma[79] Bu uyuşuk halde bu organizmalar milyonlarca yıl boyunca tekrar yaşama geri dönebilirler[80][81] Endosporlar bakterilerin uzaydaki boşluk ve radyasyona dayanmalarını sağlar[82] Endospor oluşturan bakterilerin bazıları hastalık da yapar: örneğin şarbon hastalığı Bacillus anthracis endosporlarının teneffüsüyle kapılabilir, derin saplanma yaralarının Clostridium tetani endosporları ile kontamine olması da tetanoza yol açar[83]

Metabolizma

Daha fazla bilgi: Mikrobiyal metabolizma Üst organizmalardan farklı olarak bakterilerde görülen metabolik tipler büyük bir çeşitlilik sergiler[84] Metabolik özelliklerin bir bakteri grubu içinde dağılımı geleneksel olarak onların taksonomisini tanımlamak için kullanılmıştır ama bu özellikler çoğu zaman modern genetik sınıflandırmaya karşılık gelmez[85] Bakteriyel metabolizmayı besinsel gruplara göre ayırırken üç ana kıstas kullanılar: büyüme için kullanılan enerji türü, karbon türü ve elektron vericisi Solunum yapan mikroorganizmalar için kullanılan bir diğer kıstas, aerobik veya anaerobik solunum için kullanılan elektron alıcılarıdır[86]

Bakteri metabolizmasında beslenme tipleri Beslenme tipi Enterji kaynağı Karbon kaynağı Örnekler Fototroflar Güneş ışığı Organik bileşikler (fotoheterotrofler) veya karbon fiksasyonu (fotoautotroflar) Siyanobakteriler, Yeşil kükürt bakterileri, Chloroflexi, veya Mor bakteriler Litotroflar İnorganik bileşikler Organik bileşikler (litoheterotroflar) veya karbon fiksasyonu (litoautotroflar) Thermodesulfobacteria, Hydrogenophilaceae, veya Nitrospirae Organotroflar Organik bileşikler Organik bileşikler (kemoheterotroflar) veya karbon fiksasyonu (kemoototroflar) Bacillus, Clostridium veya Enterobacteriaceae Bakterilerde karbon metabolizması ya heterotrofiktir, organik bileşikler karbon kaynağı olarak kullanılır veya ototrofiktir, yani hücresel karbon, karbon dioksitin karbon fiksasyonu elde edilir Tipik ototrofik bakteriler arasında fototrofik siyanobakteriler, yeşil kükürt bakterileri ve bazı mor bakteriler sayılabilir, ama pekçok kemolitrofik türler de, örneğin azotlayıcı ve kükürt yükseltgeyici bakteriler de bu grupta yer alır[87] Bakterilerin enerji metabolizması ya fototrofiye, yani ışığın fotosentez yoluyla kullanımına, ya da kemotrofiye, yani enerji için kimyasal bileşiklerin kullanımıdır ki bu bileşiklerin çoğu oksijen veya ona alternatif başka elektron alıcıları yoluyla yükseltgenir (aerobik veya anaerobik solunum)

Nihayet, bakteriler ya inorganik ya da organik bileşikler elektron vericileri kullanmalarına göre, sırasıyla, litotrof veya organotrof olarak siniflanirlar Kemotrofik organizmalar, hem enerji korunumu (solunum veya fermantasyon ile) hem de biosentetik tepkimeler için bu elektron vericilerini kullanır, buna karşın fototrofik organzmalar onları sadece biyosentetik amaçla kullanırlar
Solunum yapan organizmalar enerji kayanğı olarak kimyasal bileşikler kullanırlar, bunun için elektronlar bir yükseltgenme-indirgenme (redoks) tepkimesi ile indirgenmiş bir substrattan bir son elektron alıcısına taşınır Bu tepkimenin açığa çıkardığı enerji ile ATP sentezlenir ve metabolizma yürütülür Aerobik organizmalarda oksijen elektron alıcısı olarak kullanılır Anaerobik organizmalarda nitrat, sülfat veya karbon dioksit gibi başka inorganik bileşikler elektron alıcısı olarak kullanılır Bunlar sonucunda ekolojide büyük önem taşıyan denitrifikasyon, sülfat indirgenmesi ve asetogenez süreçleri meydana gelir
Kemotroflarda, bir elektron alıcısının yokluğu halinde, bir diğer olası yaşam yolu fermantasyondur, bunda indirgeniş substratlardan elde edilen elektronlar yükseltgenmiş ara ürünlere aktarılarak fermantasyon ürünleri meydana getirir, örneğin laktik asit, etanol, hidrojen, butirik asit gibi Substratların enerji seviyesi ürünlerinkinden daha yüksek olması sayesinde fermantasyon mümkün olur, böylece organizmalar ATP sentezler ve metabolizmalarını çalıştırırlar[88][89]
Bu süreçler, çevre kirlenmesine olan biyolojik tepkilerde de önemlidirler: örneğin sülfat indirgeyici bakteriler, cıvanın çok toksik şekillerinin (metil- ve dimetil-cıva) üretiminden büyük ölçüde sorumludur[90] Solunum yapmayan anaeroblar fermantasyon yoluyla enerji üretip indirgeyici güç elde ederler, bu sırada metabolik yan ürünleri (biracılıkta etanol gibi) atık olarak salgılarlar Seçmeli anaeroblar (fakültatif anaeroblar), içinde bulundukları çevresel şartlara göre fermantasyon ile farklı elektron alıcıları arasında seçim yaparlar
Litotrofik bakteriler enerji kaynağı olarak inorganik bileşikler kullanırlar Yaygın kullanılan elektron vericileri hidrojen, karbon monoksit, amonyak (nitrifikasyona yol açar), feröz demir ve diğer indirgenmiş metal iyonları, ve bazı indirgenmiş kükürt bileşikleridir Metan gazı metanotrofik bakteriler tarafından hem bir elektron kaynağı hem de karbon anabolizmasında bir substrat olarak kullanılması bakımından dikkat çekicidir[91] Hem aerobik fototrofi hem de kemolitotrofide, oksijen nihai elektron alıcısı olarak kullanılır, anaerobik şarlarda ise inorganik bileşikler kullanılır Çoğu litotrofik organizma otortorfiktir, buna karşın organotrofik organzmalar heterotrofiktir
Karbon dioksitin fotosentezle fiksasyonuna ek olarak bazı bakteriler, nitrojenaz enzimini kullanarak azot gazını sabitlerler (azot fiksasyonu) Çevresel olarak önemli olan bu özellik, yukarıda sayılmış metabolik tiplerin herbirindeki bazı bakterilerde görülür ama evrensel değildir[92]

Büyüme ve üreme

Daha fazla bilgi: Bakteriyel büyüme Çok hücreli organizmalardan farklı olarak, tek hücreli organizmalarda büyüme (hücre büyümesi) ve [hücre bölünmesi]] yoluyla üreme sıkı bir sekilde birbirine bağlıdır Bakteriler belli bir boya kadar büyür ve sonra eşeysiz üreme şekli olan ikili bölünme ile ürerler[93] En iyi şartlarda bakteriler büyük bir hızla büyür ve ürerler; bakteri topluluklarının sayısı her 9,8 dakikada ikiye katlanabilir[94] Hücre bölünmesinde birbirinin aynı iki yavru hücre meydana gelir Bazı bakteriler, eşeysiz üremelerine rağmen, daha karmaşık yapılar oluştur, bunlar yavru hücrelerin yayılmasını kolaylaştırır Buna örnek myxobacteria'larda tohum yapıları ve Streptomyces'te hif oluşumudur Bazı bakterilerde ise tomurcuklanma olur, hücre yüzeyindeki meydana gelen bir uzantı kopunca bir yavru hücre meydana gelir



Büyüyen bir Escherichia coli kolonisi[95]

Laboratuvarda bakteriler çoğu zaman katı veya sıvı ortamda büyütülürler Katı büyüme ortamı olarak agar kapları kullanılır, bunlar aracılığıyla bir bakteri suşunun saf bir kültürü elde edilir Ancak, büyümenin hızının ölçülmesi veya büyük miktarda hücrenin eldesi gerektiğinde sıvı büyüme ortamları kullanılır Karıştırılan bir ortam içinde büyüyen bakteriler homojen bir hücre süspansiyonu olştururlar, böylece kültürün eşit olarak bölünmesi ve başka kaplara aktarımı kolay olur Ancak sıvı ortamda tek bakteri hücrelerinini izole edilmesi zordur Seçici ortam (belli besin maddeleri eklenmiş veya eksik bırakılmış, veya antibiyotik eklenmiş ortam) belli organizmaların kimliğinin tespitine yardımcı olur[96]
Bakteri büyütmek için kullanılan çoğu laboratuvar tekniğinde, çok miktarda hücrenin hızlı ve ucuz olarak üretilmesi için bol miktarda besinler kullanılır Ancak, doğal ortamlarda besinler sınırlı miktradadır, bu yüzden bakteriler ilelebet üremeye devam edemez Besin sınırlaması farklı büyüme stratejilerinin evrimleşmesine yol açar (bakınız r/K seçilim teorisi Bazı organizmalar besinler mevcut olunca son derece hızlı çoğalır, örneğin yaz aylarında bazı göllerde yosun ve siyanobakteriyel büyümelerinde olduğu gibi[97] Başka bazı organizmalar sert çevresel şatlara adaptasyonları vardır, örneğin Streptomyces'in rakip organizmaları engellemek için çoklu antibiyotik salgılaması gibi[98] Doğada çoğu organizma besin teminini kolaylaştıran ve çevresel streslere karşı koruyucu topluluklar halinde (biyofilm gibi) yaşar[99] Bu ilişkiler belli canlı veya canlı gruplarının büyümesi için şart olabilir (sintrofi)
Bakteriyel büyüme üç evre izler Bir bakteri topluluğu yüksek besin bulunduran bir ortama ilk girdiğinde hücrelerin yeni ortamlarına adapte olmaları gerekir Büyümenin ilk evresi bekleme aşamasıdır (latent dönem veya lag fazı), bu yavaş büyüme döneminde hücreler yüksek besili ortama adapte olup hızlı büyümeye hazırlanırlar Hızlı büyüme için gerekli olan proteinler üretilmekte olduğu için bekleme döneminde biyosentez hızı yüksektir[100] Büyümenin ikinci evresi logaritmik faz (log fazı) veya üssel faz olarak adlandırılır Bu evrede üssel büyüme olur Bu evrede hücrelerin büyüme hızı (k), hücre sayısının iki katına çıkma süresi de jenerasyon zamanı (g) olarak adlandırılır Besinlerden biri tükenip sınırlayıcı olana kadar süren log fazı sırasında besinler en yüksek hızla metabolize olur Büyümenin son evresi durağan faz
olarak adlandırılır, ve besinlerin tükenmiş olmasından kaynaklanır Hücreler metabolik etkinliklerini azaltır ve gerekli olmayan hücresel proteinlerini harcarlar Durağan faz, hızlı büyümeden bir strese tepki haline geçiş dönemidir, DNA tamiri, antioksidan metabolizması, ve besin taşıması ile ilişkili genlerin ifadesinde bir artış olur[101]
Genetik

Daha fazla bilgi: Plazmid, Genom Çoğu bakteride tek bir dairesel kromozom bulunur, bunun büyüklüğü endosimbiyotik bir bakteri olan Candidatus Carsonella ruddii de 160000 baz çiftinden,[102] bir toprak bakterisi olan Sorangium cellulosumda 12,200,000 baz çiftine kadar uzanır[103] Borrelia cinsine ait spiroketler bu genel özelliğin bir istisnasıdır, Borrelia burgdorferi (Lyme hastalığı etmeni) gibi türlerde tek bir doğrusal kromozom bulunur[104] Bakteriyel kromozomlardaki genler genelde tek bir sürekli DNA parçasından oluşur, bazı bakterilerde intronlar bulunmuşsa da bunlar ökaryotlarda olduğundan çok daha enderdir[105]
Bakteriler aynı zamanda plazmidler de bulunabilir, bunlar kromozomdan ayrı DNA parçalarıdır, antibiyotik direnç genleri veya virülans faktörleri içerebilirler Bir diğer tip bakteriyel DNA, kromozoma entegre olmuş virüslere (bakteriyofajlara) aittir Çeşitli bakteriyofaj türleri vardır, bazıları sadece konak bakterilerini enfekte edip onu parçalar, diğerleri ise hücre içine girdikten sonra DNA'larını bakteriyel kromozoma dahil ederler Bir bakteriyofaj konak hücresinini fenotipine katkıda bulunan genler taşıyabilir: örneğin Escherichia coli O157:H7'nin evrimi sırasında entegre olmuş bir fajın toksin genleri, zararsız bir atasal bakteriyi ölümcül bir patojene dönüştürmüştür[106]
Bakteriler, eşeysiz organizmalar olarak, ana hücrelerinin genlerinin kopyalarını devralırlar Ancak tüm bakteriler, DNA'larındaki değişikliklerin (mutasyon ve genetik rekombinasyonun) seçilimi ile evrimleşir Mutasyonlar DNA ikileşmesi sırasında meydana gelen hatalar veya mutajenlerden kaynaklanır Mutasyon hızları farklı bakteri türleri ve hatta aynı bakterinin farklı suşları arasında büyük farklılıklar gösterir[107]
Bazı bakteriler ayrıca genetik malzemelerini hücreler arasında aktarabilirler Bu üç yolla meydana gelebilir Birincisi, bakteriler ortamlarıdaki yabancı DNA'yı içlerine alabilirler, buna transformasyon denir Genler ayrıca transdüksiyon yoluyla, bir bakteriyofajın yabancı bir DNA parçasını kromozomun içine yerleştirmesiyle aktarılabilir Gen aktarımını üçüncü yolu bakteriyel konjügasyondur, bunda DNA doğrudan hücresel temas yoluyla aktarılır Başka bakteri veya ortamdan gen edinimine yatay gen transferi denir ve doğal şartlarda bu yaygın olabilir[108] Gen transferi özellikle antibiyotik direncinin oluşmasında önemlidir, çünkü bu, farklı patojenler arasında direnç genlerinin transferini sağlar[109]

Hareket

Daha fazla bilgi: Kemotaksis, Flagella, Pilus Hareketli (motil) bakteriler Kamçı (Biyoloji), bakteriyel kayma, seğirmeli hareket ve batmazlık (buoyuans) değişmesi yoluyla hareket ederler[110] Seğirmeli hareketlilikte bakteriler tip IV piluslarını bir kanca olarak kullanır, tekrar tekrar onu uzatır, bir yere saplar ve büyük bir kuvvetle (>80 pN) geri çeker[111]



Gram-negatif bakterin kamçıları Taban, kanca iplikçiği döndürür

Bakteriyel türler kamçılarının sayı ve düzenine göre farklılık gösterirler; bazılarının tek bir kamçısı vardır (tek kamçılı veya monotrik), bazılarının iki uçta birer kamçısı (iki kamçılı veya amfitrik), bazılarının uçlarında kamçı kümeleri (iki demet kamçılı veya lofotrik), diğerlerinin ise tüm yüzeylerine yayılmış kamçıları vardır (çok kamçılı veya peritrik) Bakteri kamçısı yapısı en iyi anlaşılmış hareketlilik yapısıdır, 20 proteinden oluşur, ayrıca onun düzenlenmesi ve inşası için yaklaşık 30 diğer protein gereklidir[110] Kamçının tabanında bulunan motor, membranın iki yanı arasındaki elektrokimyasal gradyanı güç için kullanır Bu motor, bir pervane gibi çalışan iplikçiği döndürür
Çoğu bakterinin (E coli gibi) iki farklı hareket biçimi vardır: ileri hareket (yüzme) ve yuvarlanma (tumbling) Yuvarlanma sayesinde bakteri yönünü değiştirir ve izlediği yol üç boyutlu bir rassal yürüyüş şeklini alır[112] (Aşağıda verilen dış bağlantılarda ilgili videoya bakınız) Spiroketlerin kamçısı periplamik boşlukta iki zar arasında bulunur Bu bakterilerin kendilerine has sarmal bir gövdeleri vardır ve hareket ederken kıvrılırlar
Hareketli bakteriler belli uyaranlar tarafından çekim veya itime uğrarlar, bunun neden olduğu davranışlara taksis denir: bunların arasında kemotaksis, fototaksis ve manyetotaksis bulunur[113][114] Myxobacterialerde, bireysel bakteriler beraber hareket ederek hücre dalgaları oluşturur, bunlar farklılaşıp içinde sporlar bulunduran tohum yapıları oluşturur[115] myxobacteria'lar yalnızca katı ortam üzerindeyken hareket ederler, buna karşın E coli hem sıvı hem katı ortamda hareketlidir
Birkaç Listeria ve Şigella türü, konak hücreler içinde hareket ederken, normalde organellerin hücre içinde taşınmasını sağlayan hücre iskeletini kullanırlar Kendi hücrelerinin bir kutbunda aktin polimerizasyonunu sağlayarak bir cins kuyruk oluştururlar, bu onları konak hücre sitoplazması içinde iter[116]

Sınıflandırma ve kimlik tespiti



Streptococcus mutans, Gram boyası ile boyanmış

Daha fazla bilgi: Bilimsel sınıflandırma, Systematik and Klinik patoloji Sınıflandırma, bakterileri benzerliklerine göre gruplandırıp adlandırarak onlardaki çeşitliliği betimlemeye yarar Bakteriler hücre yapısı, hücresel metabolizma veya hücresel bileşenlerindeki (DNA, yağ asitleri, pigment, antijen ve kinonlar gibi) farklılıklara göre sınıflandırılabilirler[96] Bu yöntemler bakteri suşlarının kimliklerinin tespitini ve sınıflandırılmasına olanka sağlasa da, bu farklılıkların farklı türler arasındaki varyasyonları mı yoksa aynı tğr içindeki varyasyonları mı yansıttığı belli değildi Bu belirsizliğin nedeni, çoğu bakteride ayırdedici yapıların olmaması, ayrıca birbiriyle ilişkisiz türler arasında yatay gen transferi olmasıydı[117] Yatay gen trasnferi yüzünden birbirine akraba sayılabilecek bazı bakteri türleri çok farklı morfoloji ve metabolizmaya sahip olabilirler Bu belirsizliğin üstesinden gelebilmek için modern bakteri sınıflandırması moleküler sistematiğe ağırlık verir, guanin sitozin oranının ölçümü, genom-genom hibridizasyonu, ayrıca yatay gen transferine uğramamış genlerin (ribozomal RNA gibi) dizilenmesi gibi genetik teknikler kullanır[118] Bakteri sınıflandırması International Journal of Systematic Bacteriology[119] (Uluslarası Sistematik Biyoloji) dergisi ve Bergey's Manual of Systematic Bacteriology[120] kitapçığında yayımlanarak resmîleşir
"Bakteri" terimi bir zamanlar tüm mikroskopik, tek hücreli prokaryotlar için kullanılırdı Ancak moleküler sistematik sayesinde prokaryotik yaşamın iki ayrı sahadan oluştuğu gösterildi Önceleri Eubacteria ve Archaebacteria diye adlandırılan, ama artık Bacteria and Archaea olarak adlandırılan bu iki canlı grubu, ortak bir atadan ayrı ayrı evrimleşmişlerdir[121] Arkeler ve ökaryotlar arasındaki yakınlık, her birinin bakterilerle olan yakınlığından daha çoktur Bu iki saha (üst alem), Eukarya ile birlikte, günümüzde mikrobiyolojide en yaygın kullanılan sınıflandırma sistemi olan üç saha sisteminin temelini oluşturur[122] Ancak, moleküler sistematiğin yakın zamanda kullanıma girmesi ve genom dizileri elde edilmiş canlıların sayısındaki hızlı artış nedeniyle bakteri sınıflandırması halen hızle değişen ve gelişen bir bilim dalıdır[4][123] Örneğin, bazı biyologlar arke ve ökaryotların Gram-pozitif bakterilerden evrimleştiğini iddia etmektedirler[124]
Laboratuvarda bakteri kimlik tespiti özellikle tıpta çok önemlidir, çünkü doğru tedavi, enfeksiyona yol açan bakteri türüne bağlıdır Dolayısıyla insan patojenlerinin kimliğinin tespiti, bakterilerin tanımlanma tekniklerinin gelişmesinin başlıca dürtüsü olmuştur



Bakterilerdeki çeşitliliği, diğer canlılara kıyasla gösteren filogenetik ağaç[125] Ökaryotlar kırmızı, arkeler yeşil, bakteriler mavi renklidir

1884'te Hans Christian Gram tarafından geliştirilmiş Gram boyası, bakterileri hücre duvarlarının yapısal özelliklerine göre tanımlamakta kullanılır Bazı organizmalar Gram boyasından başka boyalarla en iyi tanınabilirler Özellikle mikobakteriler ve Nocardia Ziehl–Neelsen ve benzeri boyalarla asit eşliğinde boyanır[126] Başka organizmalar özel ortamlarda büyümeleriyle tanınırlar veya seroloji gib başka teknikleri gerektirirler
kültür teknikleri, bakterilerin büyümesini sağlamak ve belli bakterilerin kimliğini tespit etmek, aynı zamanda da nümenede bulunan başka bakterilerin büyümesini sınırlamak için tasarlanmıştır Çoğu zaman bu teknikler belli nümune türleri göz önüne alınarak geliştirilmiştir; örneğin bir tükürük örneği pnömoniye yol açan organizmaları ortaya çıkaracak şekilde işleden geçirilir, bir dışkı örneği ise ishale yol açan organizalar tanımak için seçici ortamda kültürlenir, bu ortamda patojen olmayan bakteriler büyümez Normal olarak steril olan örnekler, örneğin kan, idrar veya omurilik sıvısı, tüm organizmaların büyümesini sağlayan şartlarda kültürlenir[127][96] Patojen bir organizma izole edildikten sonra, morfolojisi, büyüme özellikleri (aerobik veya anaerobik büyüme, hemoliz şekilleri gibi) ve boyama ile daha ayrıntılı olarak karakterize edilebilir
Bakteri sınıflandırmasında olduğu gibi, bakteri kimlik tespiti de gittikçe daha sık olarak moleküler yöntemlerle yapılmaktadır DNA'ya dayalı yöntemler, örneğin polimeraz zincir reaksiyonu, özgüllükleri ve çabuklukları nedeniyle, kültür yapmaya dayalı tekniklere kıyasla artarak popülerleşmektedir[128] Bu yöntemler sayesinde "yaşayan ama kültürlenemeyen", yani metabolik olarak aktif olan ama bölünmeyen hücrelerin kimliklerini tespit etmek mümkün olmaktadır[129] Ancak bu gelişmiş yöntemlerle dahi, bakteri türlerinin toplam sayısı bilinmemektedir ve bu sayı belli güven sınırları içinde tamin dahi edilememektedir Mevcut sınıflandırmaya göre bilinen bakteri türlerinin (siyanobakteriler dahil) sayısı 9000'inin altındadır[130], ama bakteriyel çeşitliliğin büyüklüğü hakkındaki tahminlerde toplam tür sayısı 107'den 109'a kadar uzanır ve hatta bu tahminlerinlerin dahi birkaç büyüklük mertebesi kadar hatalı olabileceği düşünülmektedir[131][132]

Diğer organizmalarla etkileşimler

Görünür basitliklerine rağmen, bakteriler diğer canlılarla karmaşık etkileşimler içindedir Bu simbiyotik ilişkiler parazitizm, mutualizm ve komensalizm olarak üçe ayrılırlar Komensal bakteriler her yerde bulunur, hayvan ve bitkiler üzerinde büyümeleri başka yüzeyler üzerinde büyümeleri ile aynıdır (ancak sıcaklık ve ter bunların büyümesini hızlandırabilir); insanlarda bu organizmalardan çok sayıda olması vücut kokusunun nedenidir

Mutualistler

Bazı bakteriler varlıklarının devamı için gerekli olan, mekânsal olarak yakın ilişkilere girerler Bu tür mutualist ilişkilerden biri olan türler arası hidrojen transferi olarak adlandırılır, butirik asit veya propiyonik asit tüketip hidrojen tüketen anaerobik bakteriler ile, hidrojen tüketen metanojenik arkeler arasındadır[133] Bu ilişkide yer alan bakteriler kendi başlarına bu organik asitleri kullanamazlar çünkü bu reaksiyon sonucu aşığa çıkan hidrojen çevrelerinde birikir Hidrojen tüketici arkelerle yakın ilişkileri sayesinde hidrojen konsantrasyonu yeterince düşük kalır ve bakteriler büyüyebilir
Toprakta, rizosferde (kökün yüzeyi ve kökü bağlı olan topraktan oluşan bölgede) mikroorganizmalar azot fiksasyonu yaparlar, yani azot gazını azotlu bileşiklere dönüştürürler[134] Bu süreç sonucunda bitkilerin (ki onlar azot fiksasyonu yapamazlar) kolayca absorbe edebildiği bir azot kaynağı meydana gelir Pekçok başka bakteri, insan ve başka canlılarda simbiont olarak bulunurlar Örneğin normal insan bağırsağındaki bağırsak florasındaki 1000'den fazla bakteri, bağırsak bağışıklığına, bazı vitaminlerin (folik asit, K vitamini ve biyotin) sentezine, süt proteinlerinin laktik asite dönüştürülmesine (bkz Laktobasiller) katkıda bulunur, ayrıca sindirilmemiş kompleks karbonhidratların fermantasyonunu sağlar[135][136][137] Bu bağırsak floarası ayrıca potansiyle patojen bakterilerin büyümesini engellediği için (genelde yarışmalı dışlama ile) bu faydalı bakterilerin probiyotik besin katkısı olarak alınmasının olumlu etkileri bulunmuştur[138]

Patojenler



Salmonella typhimurium 'un (kırmızı) kültürlenmiş insan hücrelerini istila edişini gösteren renklendirilmiş elektron mikroskop resmi

Eğer bakteriler başka organizmalarla parazitik ilişkiler kurarlarsa patojen olarak sınıflandırılırlar Patojen bakteriler insan larda ölüm ve hastalığın başlıca nedenidir; neden oldukları enfeksiyonlar arasında tetanoz, tifo, tifüs, difteri, frengi, kolera, besin kaynaklı hastalıklar, cüzzam ve verem sayılabilir Bilinen bir hastalığın patojenik kaynağının keşfi yıllar sürebilir, örneğin mide ülseri hastalığı ve Helicobacter pylori durumunda olduğu gibi Bakteryel hastalıklar tarımda da önemlidir, bakteriler bitkilerde yaprak beneği, ateş yanıklığı ve solmaya, çiftlik hayvanlarında da paratüberküloz, mastit, salmonella ve şarbona neden olur
Her patojen türün insan konağı ile etkileşimlerinin karakteristik bir spektrum oluşturur Bazı organizmalar, örneğin Stafilokok veya Streptokok, deri enfeksiyonu, pnömoni, menenjit ve hatta sistemik sepsis (şok, masif vazodilasyon ve ölümle sonuşlanan sistemik bir enflamasyon tepkisi) neden olur[139] Lakin bu oganizmalar aynı zamanda normal insan florasına aittir, genelde insan derisi ve burununda bulur ve hiç bir hastalığa yol açmazlar Buna karşın bazı başka organizmalar her durumda insanda hastalık yaparlar Örneği Rickettsia, ancak başka canlıların hücrelerinin içinde büyüyüp çoğlabilen, zorunlu bir hücreiçi parazittir Rickettsia'nin bir türü tifüse, bir diğeri ise Kayalık Dağlar benekli hummasına neden olur Klamidya, zorunlu hücre içi paraziti bir diğer takımı içinde bulunan bazı türler pnömoni, veya idrar yolu enfeksiyonuna neden olabilir, ayrıca koroner kalp hastalığı ile de ilişkili olabilirler[140] Nihayet, bazı bakteri türleri, Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cenocepacia, ve Mycobacterium avium gibi, fırsatçı patojendirler ve sadece immün yetmezlik çeken veya kistik fibrozlu kişilerde hastalık yaparlar[141][142]
Bakteriyel enfeksiyonlar antibiyotikle tedavi edilebilirler, bu antibiyotikler bakterileri öldürürse bakteriosidal, sadece onların çoğalmasını engelliyorsa bakteriostatik olarak sınıflandırılır Pekçok antibiyotik vardır ve bunların her sınıfı patojende olup konağında olmayan bir süreci engeller Antibiyotiklerin nasıl seçici toksiklik gösterdiğine bir örneği kloramfenikol ve puromisindir, bunlar bakteri ribozomlarını engellerler, ama yapısal olarak farklı olan ökaryotik ribozomlara etki etmezler[143] İnsan hastalıklarını tedavide kullanılan antibiyotiklerin hayvancılıkta da hayvanlarının büyümesini hızlandırmak için kullanılması, bakterilerde antibiyotik direnci gelişmesine neden olabilir[144]
Enfeksiyonları engellemek için antiseptik önlemler alınır, örneğin deri bir iğne ile delinmeden evvel sterilize edilir Cerrahi ve dişçilik araçları da kontaminasyon ve bakteriyel enfeksiyonu önlemek için sterilize edilir Çamaşır suyu gibi dezenfektanlar, eşya yüzeylerinde bulunan bakteri ve diğer patojenleri öldürüp kontaminasyonu önlemek ve enfeksiyon riskini daha da azaltmak amacıyla kullanılır

Teknoloji ve endüstride önemi

Daha fazla bilgi: Bakterilerin ekonomik önemi Bakteriler, çoğu zaman laktobasil türleri, maya ve küflerle beraber, fermante edilmiş gıdaların (peynir, turşu, soya sosu, sauerkraut, sirke, şarap ve yoğurt gibi) hazırlanmasında binlerce yıldır kullanılmaktadır[145][146]
Bakterilerin çeşitli organik bileşikleri parçalayabilme yetenekleri dikkate değerdir ve atıkların işlenmesi ve değerlendirilmesinde (bioremediation) kullanılmıştır Petroldeki hidrokarbonları sindirebilen bakteriler çoğu zaman petrol saçılmalarının temizlenmesinde kullanılır[147] 1989'da meydana gelen Exxon Valdez tanker kazasının ardından Prince William Sound kıyılarına gübre dökülerek bu doğal bakterilerin büyümesi teşvik edilmişti Bu yöntem, çok fazla petrol kaplanmamış kıyılarda etkili olmuştu Bakteriler ayrıca endüstriyel toksik atıkların değerlendirilmesinde de kullanılırlar[148] Kimya endüstrisinde, enantiyomerik olarak saf kimyasalların üretilmesinde (bunlar ilaç ve tarımsal kimyasalların hammadesidir) bakteriler önemli rol oynarlar[149]
Bakteriler ayrıca biyolojik haşare kontrolünde haşare ilaçlarının yerine kullanılabilirler Bunun en yaygın örneği, Gram pozitif bir toprak bakterisi olan Bacillus thuringiensisdir (BT olarak da adlandırılır) Bu bakterinin alt-türleri kelebeklere (Lepidoptera türlerine) özgül bir böcek öldürücü olarak kullanılır[150] Spesifik olmalarından dolayı bu böcek öldürücüler çevre dostu olarak kabul edilir; insanlara, yabani hayvanlara, polinasyon yapan ve diğer faydalı böceklere etkileri çok az veya hiçtir[151][152]
Hızlı büyüme ve kolaylıkla manipüle edilebilmelerinden dolayı bakteriler moleküler biyoloji, genetik ve biyokimyada birer araç olarak kullanılırlar Bakteri DNA'sında mutasyon yapıp bunun fenotipini inceleyerek bilimciler genlerin, enzimlerin ve metabolik patikaların işlevlerini belirleyebilmekte, sonra edindikleri bilgileri daha karmaşık canlılara uygulayabilmektedirler[153] Muazzam miktarda enzim kinetiği ve gen ifadesi verileri, canlıların matematiksel modellerinde kullanılarak hücrenin biyokimyasının anlanması amaçlanmaktadır Çok çalışılmış bazı bakterilerde bu mümkündür, Escherichia coli metabolizmasının modelleri üretilmekte ve denenmektedir[154][155] Bakteri metabolizması ve genetiğinin bu seviyede anlaşılır olması sayesinde bakterilerin biyoteknoloji kullanılarak yeniden tasarımı mümkün olmakta, böylece onların tedavi amaçlı proteinleri (insülin, büyüme faktörleri veya antikorlar gibi) daha verimli sekilde üretmesi sağlanabilmektedir