Бактерии (от греч. bakterion — палочка) — одноклеточные организмы растительной природы, лишенные хлорофилла и обладающие рядом физиологических особенностей. Жизнедеятельность бактерий обусловливает процессы брожения, гниения, минерализации органических веществ и другие превращения, составляющие основные звенья круговорота веществ в природе. Бактерии, населяющие пищеварительный и дыхательный тракт человека и животных и составляющие естественные биоценозы (см.), играют большую роль в обеспечении нормальной жизнедеятельности макроорганизма.
Бактерии, приносящие вред человеку и животным, получили наименование патогенных, в отличие от прочих бактерий, называемых сапрофитами. В некоторых условиях сапрофиты приобретают болезнетворные свойства, что послужило основанием для причисления их к условно патогенным бактериям.
Морфология. Размеры бактерий варьируют от 0,5 до 5,0 мк; отдельные сапрофиты имеют значительно больший размер, что позволяет видеть их невооруженным глазом. По форме бактерии делят на шаровидные (кокки), палочковидные, нитевидные и извитые (спиралевидные) (рис. 1—4).
Шаровидные бактерии — кокки — подразделяют на диплококки, тетракокки, сарцины, стрептококки, стафилококки; шаровидную форму имеют пневмококки, возбудители гонореи, менингита и других заболеваний. Палочковидные бактерии подразделяют на бациллы (спорогенные) и бактерии (лишенные спор), а в зависимости от способа деления — на палочки, диплобациллы, стрептобациллы. Палочковидными является большинство возбудителей инфекционных заболеваний. Спиралевидные бактерии подразделяют на две группы: вибрионы— бактерии, извитость которых не превышает 1/4 оборота спирали, и спириллы — бактерии с извитостью в один или несколько оборотов спирали. К первым относится возбудитель азиатской холеры, ко вторым — возбудитель болезни содоку.
Структура. Бактерии обладают клеточной стенкой (200—600 А) и цитоплазматической мембраной (50—300 А) (рис. 5). Внутренний (ригидный) слой клеточной стенки, состоящий из мукопротеидов, обусловливает сохранение бактерией ее формы. Средний слой построен из липополисахаридов, наружный — из липопротеидов. При обработке бактерии, находящихся в гипертонической среде, лизоцимом клеточная стенка разрушается, палочковидные бактерии превращаются в шаровидные формы — протопласты (рис. 6). Клеточная стенка бактерии окружена слизистым слоем, который в случае интенсивного развития и наличия определенной формы образует капсулу (см. Капсульные бактерии). Под клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной находится цитоплазма, в которой заключены мелкие (100—300 А) «зерна» — рибосомы, играющие роль центров синтеза белка и состоящие в основном из РНК и протеинов. В цитоплазме сосредоточены также различные включения: полярные тельца — участки более уплотненной цитоплазмы (рис. 7), «запасы» различных веществ в виде липопротеиновых (рис. 8), крахмальных, волютиновых, или метахроматиновых, гранул (рис. 9).
В последнее время получены данные о наличии у бактерии ядерного вещества, состоящего из нуклеопротеидов. В зависимости от физиологического состояния бактерии ядерное вещество может находиться в различных морфологических формах — хроматиновая субстанция, диффузно распределенная в цитоплазме, хроматиновые тельца (рис. 10 и 11).
В составе хроматиновых телец выявлено два образования — дискообразный стержень, предположительно характеризуемый как рибонуклеопротеид, и расположенный на нем тяж, представляющий, по-видимому, спираль ДНК. Хромосомы в составе хроматиновых телец не обнаружены, хотя данные генетических исследований свидетельствуют о наличии у бактерий линейно расположенных генетических единиц, которые в совокупности составляют структуру, условно называемую бактериальной хромосомой (см. Генетика бактерий).
Химический состав. Бактерии содержат 75— 85% воды, находящейся в связанном и свободном состоянии; в последнем случае она служит средой, в которой растворены высокомолекулярные соединения (коллоидные растворы). 40—80% сухого веса бактерии составляют белки (бактериопротеины), образующие комплексы с нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды), полисахаридами (глюкопротеиды), жирами (липопротеиды), мукоитинсерной кислотой (мукопротеиды), металлами (хромопротеиды) и т. д. 5—20% сухого веса бактерии составляют нуклеиновые кислоты (2—5% — ДНК, остальное — РНК), 12—18% — полисахариды, до 40% — липиды. Из минеральных веществ в бактериях обнаружены Р, S, Na, К, Fe, Si, Mg, Cu, Cl и др.
Питание и дыхание. В основе питания бактерий лежат явления синтеза и распада, обусловливающие поглощение и выделение энергии. Необходимые для бактерий питательные вещества подразделяют на соединения, служащие источником энергии, и соединения, используемые для построения клетки. В зависимости от характера веществ, необходимых для питания, бактерии подразделяют на аутотрофы, потребности которых ограничиваются неорганическими соединениями, и гетеротрофы, растущие только в присутствии органических субстратов и в качестве источника энергии использующие различные углеводы, спирты и другие углеродсодержащие соединения. Некоторые виды аутотрофов способны усваивать молекулярный азот воздуха (азотфиксирующие бактерии). Помимо строгих аутотрофов и гетеротрофов, существуют виды бактерий, питание которых носит переходный характер. Ряд бактерий нуждается в специальных факторах роста (см. Бактериальные факторы роста).
Процесс дыхания бактерий происходит путем сложных окислительно-восстановительных реакций, в результате которых высвобождается энергия, используемая для поддержания жизнедеятельности бактерий. По способу дыхания бактерии делят на строгие аэробы, растущие только в присутствии свободного кислорода, микроаэрофилы, развивающиеся при пониженном парциальном давлении кислорода, факультативные анаэробы, использующие свободный кислород, но растущие и в бескислородной среде, и облигатные анаэробы, погибающие в присутствии кислорода. У аэробов окисление происходит за счет кислорода воздуха. Анаэробы для этого используют различные органические вещества.
Движение. Бактерии передвигаются при помощи жгутиков — специальных нитевидных образований, имеющих протеиновую природу. Бактерии с одним жгутиком, расположенным на одном из полюсов клетки, названы монотрихами, имеющие по одному жгутику на каждом из полюсов — амфотрихами, пучок жгутиков на одном полюсе — лофотрихами (рис. 12); бактерии, окруженные жгутиками — перитрихами (рис. 13). Обнаруживают жгутики специальными методами окраски (см. Окраска микроорганизмов).
Спорообразование. Образование спор, характерное для многих видов бактерий, обеспечивает сохранение бактерий в неблагоприятных условиях. Споры имеют различную форму и характерное для каждого вида бактерий расположение. Малая концентрация воды и наличие липидов обусловливают их устойчивость к внешним воздействиям. Споры могут сохранять жизнеспособность в течение многих лет; в благоприятных условиях они прорастают в вегетативное состояние. Губительна для спор t° 120° при 20-минутной экспозиции.
Патогенность, вирулентность и иммуногенность. Патогенность — видовое свойство бактерий, возникшее в ходе эволюции и явившееся результатом адаптации бактерий к определенным видам живых существ. Мерой патогенности бактерий служит их вирулентность (см.). Антигенная активность бактерий и их серологическая специфичность определяются в основном полисахаридными и белковыми компонентами бактериальной клетки. Иммуногенные свойства бактерий позволяют использовать их для получения препаратов, обеспечивающих защиту от соответствующих инфекционных заболеваний (см. Бактерийные препараты, Вакцины). Использование бактерий с практической целью не ограничивается применением их в качестве защитных средств. Многие бактерии используются в производственных условиях для получения кислот, спиртов, ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков, препаратов, удобряющих почву, и т. д.
См. также Бактериологическое исследование, Идентификация микробов, Изменчивость микроорганизмов, Микробная флора человека и статьи об отдельных семействах и видах бактерий.