Бактерии представляют собой наиболее изученную группу микроорганизмов. Величина их в среднем колеблется от 0,4 до 10 мкм (табл. 1). Однако известны бактерии, размеры которых достигают большей величины — до 50 мкм.

По форме бактерии подразделяются на несколько групп, основные из которых: кокки — шаровидной формы; палочки (бактерии и бациллы); вибрионы и спириллы — изогнутые и спирально извитые формы; спирохеты — длинные, тонкие, сильно извитые (рис. 1).

Размеры и форма тела бактерий могут значительно изменяться под влиянием различных факторов внешней среды. Под действием кислот, щелочей, температуры, в результате накопления в среде продуктов жизнедеятельности и других факторов могут возникать клетки, нетипичные по форме и даже уродливые.

Строение бактерий

Между строением бактерий и строением высших форм живых организмов имеется существенная разница. Высшие организмы построены сложно — в них различают органы, состоящие из тканей, которые в свою очередь сложены из отдельных клеток. Схематично это выглядит так; организм→органы→ткани→клетки.

Бактерии же представлены лишь одной клеткой, которая и является полностью самостоятельным организмом (рис. 2).

Клетка бактерий окружена плотной оболочкой, состоящей из двух слоев: наружного (клеточной стенки) и внутреннего (цитоплазматической мембраны — цитоклетка).

Оболочка выполняет защитные функции, придает клеткам постоянную, характерную для них форму (кокка, палочки, спириллы и др.).

Она обладает свойством полупроницаемости — через нее питательные вещества проникают в клетку, а продукты жизнедеятельности клетки (продукты обмена) выходят в окружающую среду. Это относится к веществам, находящимся в сильно диспергированном виде в водных растворах (истинные растворы). Крупные же молекулы, с большой молекулярной массой, через оболочку не проходят. Функция регулятора обмена веществ присуща всей оболочке, но в большей мере — цитоплазматической мембране.

Наружный, сравнительно рыхлый слой оболочки у некоторых бактерий может ослизняться, образуя капсулу. Толщина капсулы может во много раз превосходить диаметр клетки. Капсулы не являются обязательной частью клеток — они образуются под влиянием условий внешней среды. Капсулы, по-видимому, служат защитным покровом, участвуют в регуляции водного обмена, защищая клетки от высыхания. По химическому составу капсулы состоят в основном из полисахаридов, гликопротеидов.

Слизеобразующие бактерии, быстро размножаясь на поверхности субстратов, вызывают их порчу. Жидкие среды они могут превращать в сплошную слизистую массу. Это явление иногда наблюдается в молоке, пиве, сахаристых экстрактах из свеклы и др. Слизеобразование активнее происходит при пониженных температурах (от —2 до 10 °С). Важной частью клеток является цитоплазма — прозрачная, полужидкая масса белковой природы; наружная, более плотная часть цитоплазмы — цитоплазматическая мембрана. Во внутренней» жидкой, бесструктурной части цитоплазмы находятся важные клеточные структуры — рибосомы, мезосомы, ядро, запасные питательные вещества и др.

С возрастом в результате старения белковой коллоидной системы меняются свойства цитоплазмы. Она принимает ячеистое строение с образованием вакуолей.

Вакуоли — полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком. По современным представлениям они являются резервуаром, где локализуются вредные для жизни клетки вещества, которые не представляется возможным удалить во внешнюю среду. Рибосомы — зернистые образования, расположенные во всей цитоплазме. По химической природе они являются рибонуклеопротеидами. В них осуществляется синтез клеточных белков из поступающих веществ.

Мезосомы — это сильно складчатые, различной формы тельца, расположенные в пограничном с оболочкой слое цитоплазмы. В них протекают энергетические процессы — освобождение энергии в результате окисления некоторой части органических веществ пищи. Здесь же синтезируются энергоемкие вещества клетки, например аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).

Ядро бактерий в отличие от других одноклеточных организмов некомпактно. Вещества ядра равномерно распределены по всей цитоплазме. О наличии в бактериальной клетке веществ, присущих ядру, судят по обнаруживаемым в ней дизоксирибонуклеиновым кислотам (ДНК). ДНК является носителем информации о наследственных свойствах клетки. Именно ядро ответственно за передачу всех признаков родительских организмов потомству (форма, типичные размеры, физиологические свойства и др.).

При размножении каждая вновь образуемая клетка бактерий получает полный набор нуклеиновых кислот, имеющихся у родительского организма. Свойства организма зашифрованы в структурных особенностях ДНК. В связи с некоторыми отличиями в функциях и строении аппарата наследственной информации бактерий от ядра других организмов, его чаще называют нуклеотид, или генофор. Дифференцированное, т. е. отграниченное от цитоплазмы, ядро характерно лишь для некоторых бактерий — нитчатых, миксобактерий.

Запасные питательные вещества часто наблюдаются в цитоплазме. Они имеют вид гранул или капелек. Однако их наличие не является постоянным признаком для микроорганизмов и зависит от физико-химических особенностей среды обитания. Они накапливаются в благоприятных условиях, при обилии углеводного питания и расходуются на энергетические цели и для построения различных структур тела клеток (пластические цели), когда условия в отношении питания менее благоприятны. Гранулы могут быть представлены крахмалом, гликогеном, белком волютином. Запасный жир образует мелкие шарообразные капли. Кроме этого, в цитоплазме разных бактерий могут наблюдаться гранулы или капельки коллоидной серы, кальция, пигментов и др.

Жгутики представляют собой скрученные нитевидные образования, выступающие из-под цитоплазматической мембраны над поверхностью клетки. Жгутики являются органами движения. Расположение их может быть одиночное (монотрихиальное), пучком на одном или обоих концах клетки (лофотрихиальное) и по всей клетке (перитрихиальное) (рис. 3). Сокращения и изгибания жгутиков позволяют клетке передвигаться на свежие участки субстрата, приводят к «вентилированию» окружения клетки, освежению самого субстрата вокруг нее. Наибольшей подвижностью обладают монотрихи, наименьшей — перитрихи. Жгутики очень тонки и при механических воздействиях, с возрастом легко теряются клетками.

Наличие жгутиков характерно не для всех бактерий, а лишь для некоторых палочковидных и шаровидных.

Бактерии, имеющие извитую форму тела, чаще передвигаются за счет волнообразного изгибания тела. Отдельные виды бактерий способны медленно передвигаться по поверхности за счет сокращений тела, вызывающих периодическое изменение формы клетки.

Некоторые бактерии на поверхности тела имеют многочисленные образования, подобные жгутикам, но тоньше и короче их. Это так называемые «пили», или реснички. Они необходимы для прочного прикрепления клеток к субстрату.