Bakteerit (kreikan sanasta βακτήριον, baktērion, ’sauva’) eli eubakteerit tai aitobakteerit on yksi kuudesta eliökunnan kunnasta. Bakteerit ovat yksisoluisia mikroskooppisen pieniä eliöitä eli mikrobeja. Bakteerit ovat esitumallisia eli niiden perintöaineksen ympärillä ei ole tumakoteloa. Ribosomeja lukuun ottamatta bakteereilla ei ole soluelimiä.
Bakteerit ovat evolutiivisesti hyvin vanhoja eliöitä. Niitä elää kaikkialla, missä on elämää: vedessä, maassa ja muissa eliöissä. Monet bakteerit elävät loisina muissa eliöissä ja voivat olla haitallisia. Osa bakteereista tuottaa endo- tai eksotoksiineiksi kutsuttuja haitta-aineita. Jotkin bakteereista ovat hyödyllisiä tai jopa välttämättömiä kantajalleen.
Bakteerit muodostavat suuren osan ihmisen mikrobistosta. Nykyisen käsityksen mukaan keskikokoisessa ihmisessä on keskimäärin 200 grammaa bakteereita, lukumäärällisesti mitattuna yhtä paljon kuin ihmissoluja.
Historia Maapallon ensimmäiset solulliset eliöt muistuttivat bakteereita.Vuento 2019, s. 14. Australialaisen New South Walesin yliopiston tutkijat kertoivat vuonna 2019 osoittaneensa, että Australian Pilbaran alueen 3,48 miljardia vuotta vanhojen kivinäytteiden stromatoliitit ovat syntyneet bakteerien vaikutuksesta. Näitä kiviä pidetään toistaiseksi vanhimpina tunnettuina elämän merkkeinä. Syanobakteerit olivat todennäköisesti Maan pääasiallisia elämänmuotoja ensimmäiset kaksi miljardia vuotta.
Esiintyminen Bakteereita esiintyy maapallolla kaikkialla: luonnossa, ihmisen luomassa ympäristössä sekä eliöiden pinnalla ja sisällä. Tipassa merivettä bakteereita on vähintään miljoona kappaletta ja grammassa multaa kymmeniä miljoonia. Bakteerien yhteinen massa koko maapallolla on paljon suurempi kuin kaikkien eläinten yhteensä.Vuento 2019, s. 13.
Bakteereita elää maanpinnan ohella myös maan alla ja ilmakehässä. Bakteereita on havaittu useiden kilometrien syvyisistä porausrei’istä kallion sisältä. Bakteereita elää myös esimerkiksi kuumissa lähteissä maan pinnalla.Vuento 2019, s. 268–273.
Bakteereita nousee ilmakehän korkeuksiin esimerkiksi tuulen, pölyn, lintujen, hyönteisten ja lentokoneiden mukana. Kasvatettavia bakteereita on löydetty jopa 70 kilometrin korkeudesta. Kymmenen kilometrin korkeudesta on havaittu kuutiometriä kohti noin viisi tuhatta bakteerisolua, joista suurin osa eläviä. Ilmakehän bakteerit voivat toimia sadepisaroiden tiivistymiskeskuksina ja siten vaikuttaa pilvien ja sateen syntyyn.Vuento 2019, s. 318–319.
Avaruuden olosuhteet ovat bakteereillekin vaikeita. Kestävätkin bakteerit tuhoutuvat avaruudessa hyvin nopeasti. Avaruusolosuhteissa bakteereista on eräissä kokeissa yli kaksi viikkoa selviytynyt syanobakteeri Synechococcus. Bakteerien itiöt selviytyvät avaruudessa paremmin kuin solut.Vuento 2019, s. 321–322.
Luokittelu thumb|400px|Bakteereja voidaan luokitella niiden muodon mukaan. Bakteereja voidaan luokitella usealla eri tavalla.
Morfologian mukaan Perinteisesti bakteereja on luokiteltu morfologian eli ulkomuodon avulla: kokit ovat tasaisen pyöreitä sauvabakteerit eli basillit ovat sauvamaisia kokkobasillit ovat hyvin lyhyitä, lähes pallomaisia sauvabakteereita spirillit ovat lyhyitä kierteisiä vibriot ovat käyriä spirokeetat ovat pitkiä korkkiruuvimaisia
Morfologinen luokittelu ei kerro mitään eri bakteerilajien keskinäisistä sukulaisuussuhteista tai kehityshistoriasta.
Gramvärjäysmenetelmän avulla Bakteereita voidaan jaotella gramvärjäysmenetelmällä: grampositiiviset bakteerit värjääntyvät tummanvioleteiksi ja gramnegatiiviset bakteerit vaaleanpunaisiksi. Grampositiivisten bakteerien soluseinä kestää monivaiheisen käsittelyn paremmin niiden säilyttäessä ensimmäisen, violetin värin.
Kasvutavan tai aineenvaihdunnan mukaan Bakteereja voidaan luokitella myös niiden kasvutavan tai aineenvaihdunnan avulla. Aerobiset bakteerit kasvavat hapellisissa olosuhteissa ja anaerobit hapettomissa olosuhteissa.
Taksonomisesti Nykyään bakteereja luokitellaan molekyylisystemaattisin menetelmin, jotka perustuvat perimän emäsjärjestyksen selvittämiseen.
Bakteerien pääjaksot (LPSN 2019):Vuento 2019, s. 382–383.
Acidobacteria Actinobacteria (aktinobakteerit) Aquifiace Armatimonadetes Bacteroidetes (bakteroidit) Balneolaeota Caldiserica Calditrichaeota Chlamydiae Chlorobi Chloroflexi Chrysiogenetes
Coprothermobacterota Cyanobacteria (syanobakteerit) Deferribacteres Deinococcus-Thermus Dictyoglomi Elusimicrobia Fibrobacteres Firmicutes (firmikuutit) Fusobacteria Gemmatimonadetes Kiritimatiellaeota Lentisphaerae
Nitrospirae Planctomycetes Proteobacteria (proteobakteerit) Rhodothermaeota Spirochaetes Synergistetes Tenericutes Thermodesulfobacteria Thermotogae Verrucomicrobia
Arviot bakteerilajien määrästä vaihtelevat useista miljoonista jopa miljardiin. Bakteerien lajinmääritys on vaikeaa, ja arviot perustuvat erilaisiin matemaattisiin malleihin ja DNA-tutkimuksiin.Vuento 2019, s. 13–14.
Koko ja rakenne Pienimmät tunnetut bakteerit ovat pituudeltaan noin kolmasosa mikrometristä eli millimetrin tuhannesosasta.Vuento 2019, s. 16–17. Suurin tunnettu bakteeri Thiomargarita namibiensis on 0,75 millimetriä eli 750 mikrometriä pitkä ja erottuu jo paljaalla silmällä.
Koska bakteerit ovat prokaryootteja, niiden solussa ei ole tumaa, mitokondrioita, viherhiukkasia, solulimakalvostoa tai Golgin laitetta kuten aitotumaisilla.
Ulkoiset rakenteet pienoiskuva|Bakteerin rakenne. 1. Kapseli 2. Ulompi solukalvo 3. Peptidoglykaaniseinämä 4. Sisempi solukalvo 5. Solulima 6. Ribosomi 7. Vararavinto 8. Kromosomi 9. Mesosomi. Vasemmalla näkyy siima. Bakteerisolun ulkoisia rakenteita ovat solukalvo, soluseinä, kapseli, limakerros ja glykokalyksi sekä osat liikkumista ja kiinnittymistä varten.
Bakteerin soluseinä tukee solua ja suojaa sitä osmoottiselta paineelta. Soluseinä muodostaa bakteerin solunjakautumisessa väliseinän tytärsolujen välille. Soluseinän rakenteellisiin eroihin perustuu bakteerien jako Gram-positiivisiin ja Gram-negatiivisiin bakteereihin. Joillain bakteereilla on kapseli, joka ympäröi soluseinää ja on siihen tiukasti kiinnittynyt. Kapseli koostuu polysakkarideista. Se auttaa bakteerisolua kiinnittymään isäntäsolun pintaan sekä suojaa sitä isännän immuunijärjestelmän puolustusreaktioilta.
Joillain bakteereilla on solun pintaan kiinnittynyttä limaa. Se koostuu pääasiassa monimuotoisista polysakkarideista, jotka voivat vaikuttaa bakteerin virulenssiin. Glykokalyksi on solun ulkoista materiaalia, joka sisältää polysakkarideja. Se voi muodostua kapselista tai limakerroksesta.
Liikkumista varten bakteerilla on siimat eli flagellat sekä tarttumista varten fimbriat ja pilukset. Siimat ovat pitkiä karvoja. Fimbriat ovat niitä ohuempia karvoja, joiden päässä olevan proteiinin avulla bakteerin on helpompi tarttua ympäristöön. Pilukset ovat ulokkeita, joiden avulla bakteeri kiinnittyy toiseen bakteeriin tai muihin soluihin ja epiteeleihin. Niiden kautta bakteeri voi myös vaihtaa plasmideja toisten bakteerien kanssa.
Sisäiset rakenteet Bakteerisolun sisäisiä rakenteita ovat ribosomit, nukleoidi, inkluusiot, endosporit ja kaasurakkulat.
Ribosomit sijaitsevat solulimassa ja koostuvat proteiinista ja ribonukleiinihaposta eli RNA:sta. Bakteerien kromosomi on tyypillisesti kovalenttisesti sulkeutunut sirkulaarinen DNA-molekyyli. Se on järjestynyt suureksi kaksijuosteiseksi molekyyliksi, joka on pakkautunut solussa nukleoidiksi. Tyypillisen bakteerin genomissa on 4 600 kiloemästä ja 4 300 geeniä. Monilla bakteereilla on lisäksi plasmideja eli kromosomin ulkopuolisia DNA-molekyylejä.
Inkluusiot ovat solunsisäisiä jyväsiä tai rakkuloita, jotka toimivat energia- ja ravintovarastoina. Ne sisältävät yleensä hiili-, typpi-, rikki- tai fosforiyhdisteitä. Joillakin bakteeriryhmillä on erityisen resistenttejä itiötyyppejä eli endosporeja. Ne ovat aineenvaihdunnallisesti inaktiivisia bakteerimuotoja, jotka kestävät kuivuutta, lämpöä ja säteilyä. Itiöt voivat säilyä vuosikymmeniä ja itää sopivissa olosuhteissa. Järvissä ja merissä kelluvina elävillä bakteereilla on kaasurakkuloita. Ne mahdollistavat solun nopean liikkumisen ylös- ja alaspäin.
Metabolia Bakteerit ovat yleensä äärimmäisen vaatimattomia ravintonsa suhteen. Heterotrofiset bakteerit käyttävät hiilenlähteenä orgaanisia yhdisteitä, kuten erilaisia sokereita, orgaanisia happoja tai glyserolia. Jotkin bakteerit saavat hiilensä kokonaan selluloosasta, mikä antaa märehtijöille kyvyn käyttää ravintonaan kasvien selluloosakuituja niiden pötsissä olevien bakteerien avulla. Jotkin bakteerit kykenevät hajottamaan hiilivetyjä tai monimutkaisia synteettisiä kemikaaleja. Autotrofit pystyvät käyttämään epäorgaanista energianlähdettä kuten auringonvaloa, ja kemoautotrofit pystyvät hapettamaan vetyä, rikkivetyä, ammoniakkia, rikkiä tai ferroioneja. Tämän energianlähteen voimalla ne rakentavat vedestä ja hiilidioksidista orgaanisia yhdisteitä kasvuunsa.Vaara, Martti & Skurnik, Mikael & Sarvas, Matti (Mikrobiologia 2010), s. 33–35.
Hapentarpeensa mukaan bakteerit voidaan jakaa viiteen ryhmään. Obligatorisesti aerobiset bakteerit vaativat happea elääkseen. Obligatorisesti anaerobiset bakteerit eivät siedä happea lainkaan. Fakultatiivisesti anaerobit bakteerit pystyvät elämään sekä hapekkaissa että hapettomissa olosuhteissa, ja useilla niistä on sekä happea käyttävä hengitysjärjestelmä että fermentaatiojärjestelmä. Mikroaerofiiliset bakteerit kykenevät kasvamaan vain pienissä happipitoisuuksissa. Kapnofiiliset bakteerit kasvavat parhaiten ilmassa, johon on lisätty 10 prosenttia hiilidioksidia.Vaara, Martti & Skurnik, Mikael & Sarvas, Matti (Mikrobiologia 2010), s. 35–36.
Monet bakteerit erittävät solunsa ulkopuolelle tiettyjä proteiineja eli eksoproteiineja. Niistä monet ovat entsyymejä tai tehokkaita toksiineja. Eksoentsyymeillään luonnon bakteerit liuottavat ravintolähteitä käyttöönsä. Tauteja aiheuttavien bakteerien eksoentsyymit voivat hajottaa isännän elimistöä ja auttaa bakteerin tunkeutumisessa kudoksiin ja sen leviämisessä. Näiden lisäksi erilaiset bakteerit tuottavat monia muitakin aineenvaihduntatuotteita, kuten indolia, asetoiinia, orgaanisia happoja, vitamiineja ja pigmenttejä. Joillakin yhdisteillään bakteerit kommunikoivat keskenään.Vaara, Martti & Skurnik, Mikael & Sarvas, Matti (Mikrobiologia 2010), s. 37–39.
Lisääntyminen Jakautuminen Bakteerit lisääntyvät suvuttomasti jakautumalla, jolloin alkuperäisestä solusta muodostuu kaksi tytärsolua, jotka ovat alkuperäisen solun klooneja. Bakteerin DNA:n replikaatio eli kahdentuminen vaatii yhteensä pariakymmentä erilaista proteiinia. Kahdentumisen jälkeen syntyneet tytärkromosomit siirtyvät bakteerin päitä kohti ja joutuvat solun jakautuessa eri tytärsoluihin.Vaara, Martti & Skurnik, Mikael & Sarvas, Matti (Mikrobiologia 2010), s. 18. Bakteerit voivat jakautua jopa kahdenkymmenen minuutin välein.
Mutaatiot ja rekombinaatio Bakteerien uudet ominaisuudet voivat syntyä mutaatioiden kautta. Useimmiten lajien uudet ominaisuudet syntyvät geenien siirtyessä lajilta toiselle. Tämä johtuu geneettisestä rekombinaatiosta, joka tapahtuu kolmella tavalla: transformaation, konjugaation tai transduktion kautta. Transformaatiossa bakteerisolu ottaa DNA:ta ympäristöstään. Kun bakteeri kuolee, sen soluseinä ja solukalvo hajoavat. Perintöaines eli kokonaiset plasmidit ja paloiksi hajonnut kromosomaalinen DNA vapautuvat ympäristöön. Lähistöllä oleva elävä bakteeri voi ottaa tätä perintöainesta sisäänsä. Kromosomipala hakeutuu solulimassa vastaanottajabakteerin DNA:n vastinkohtaan ja korvaa sen. Konjugaatiossa kaksi bakteeria muodostavat toisiinsa suoran yhteyden ja vaihtavat geneettistä materiaalia keskenään. Luovuttajabakteerissa on uloke (pilus), jolla se tarttuu kiinni vastaanottajabakteeriin. Luovuttajan perintöaines (plasmidi tai kromosomi) kahdentuu ja kopio siirtyy uloketta pitkin vastaanottajaan.