Bacteriën zijn eencellige microben en behoren tot de eenvoudigste vormen van leven op aarde. Met slechts een enkel chromosoom van DNA missen ze een kern of andere organellen die in de meeste eukaryote cellen worden gevonden. Om te repliceren ondergaan bacteriën het proces van binaire splitsing, waarbij een bacteriecel in grootte groeit, het DNA ervan kopieert en zich vervolgens splitst in twee identieke "dochtercellen". Bacteriën kunnen ook DNA uitwisselen door middel van conjugatie, waardoor ze eigenschappen kunnen delen die omgevingsstress zoals antibiotica overwinnen.

Anatomie van een bacterie

Een bacteriecel is een buitengewoon eenvoudige prokaryote, wat betekent dat het niet t bevat een kern. Een bacterie bevat alleen een celwand, celmembraan, cytoplasma, ribosomen en het chromosoom, hoewel sommige bacteriecellen ook een plasmide of extracellulaire structuren zoals een capsule, fimbriae en flagellen bevatten. In tegenstelling tot een eukaryotische cel, die wel een kern heeft, ondergaat een bacterie geen mitose tijdens replicatie, waarbij de kern splitst en DNA wordt verdeeld in twee identieke sets. In plaats daarvan reproduceren bacteriën door binaire splitsing, een replicatieproces dat het DNA van de bacterie kopieert en een enkele cel in twee identieke dochtercellen splitst. Door de vereenvoudiging van het reproductieve proces van bacteriën kunnen bacteriën zich in een opmerkelijk snel tempo vermenigvuldigen. Onder de juiste omstandigheden kan een enkele bacteriecel binnen slechts 10 uur repliceren in maar liefst één miljard afzonderlijke bacteriën.

We hebben tweelingen!

Binaire splitsing is een strak gecontroleerd proces dat splitst een bacterie gelijkmatig in twee volledige dochter door specifieke eiwitten te gebruiken die zijn ontworpen voor replicatie. Binaire splitsing begint met een replicatie van het DNA van de bacterie. Zodra het DNA binnen het chromosoom is gerepliceerd, rangschikt het chromosoom zichzelf in twee replicatievorken en splitst zich vervolgens op tegenovergestelde uiteinden van de cel. Op de afdelingslocatie, nabij het midden van de langwerpige bacterie, wordt de machinerie voor deling geassembleerd, met name de eiwitring FtsZ. Zodra de elementen voor deling zijn samengesteld, synthetiseert de bacterie een nieuwe celwand op de delinglocatie met behulp van het celmembraan en splitst zich in twee identieke dochtercellen. De dochtercellen zijn klonen, identiek op elke manier naar de originele bacterie.

Dingen opschudden

Bacteriën hebben het vermogen om hun genetische structuur aan te passen met behulp van de overdracht van plasmiden, een kleine cirkelvormige DNA-molecule met genetische informatie die de bacterie in staat stelt om omgevingsstress te overwinnen. Plasmiden worden ofwel door een bacterie uit de omgeving opgepikt of van bacteriën naar bacteriën overgebracht via een proces dat conjugatie wordt genoemd. Hierdoor kunnen ze zich aanpassen aan het leven in vijandige omgevingen, variërend van arctische sneeuw tot de oceaanbodem. Het stelt hen ook in staat weerstand te ontwikkelen tegen kunstmatige spanningen zoals antibiotica. Een plasmide zal niet altijd repliceren tijdens het delingproces; af en toe worden ze doorgegeven aan slechts een van de dochtercellen. Plasmiden repliceren door een stuk van hun eigen DNA dat replicatie door de moederbacteriecel garandeert, en kan zelfs onafhankelijk van de bacterie repliceren. Een enkele bacterie kan honderden gerepliceerde plasmiden bevatten.

Alternatieve replicatie

Bacteriën zijn uiterst divers en sommige vormen van bacteriën repliceren niet door binaire splitsing. De cyanobacteriën Stanieria repliceren binnen de celwand en produceren tientallen of zelfs honderden nakomelingen, baeocyten genoemd. De celwand scheurt open en alle baeocytes worden tegelijkertijd vrijgegeven. In Epulopiscium vormen zich twee kleine nakomelingencellen uit het gerepliceerde DNA in een grotere moedercel. Wanneer het nageslacht volledig is ontwikkeld, sterft de moedercel, waardoor twee complete bacteriecellen vrijkomen. Een reproductieproces genaamd ontluikende is ook waargenomen bij sommige leden van de Planctomycetes, maar de mechanica van dit proces is nog onbekend.