Cellen zijn de fundamentele eenheden van het leven, en als zodanig zijn de kleinste afzonderlijke elementen van levende wezens die alle belangrijke eigenschappen behouden die aan levende wezens zijn gekoppeld, inclusief metabolisme, het vermogen om zich voort te planten en een middel om behoud van het chemische evenwicht. Cellen zijn ofwel prokaryotisch, en een term die verwijst naar bacteriën en een beetje eencellige organismen, of eukaryotisch,
die verwijst naar planten, schimmels en dieren.

Bacterieel en andere prokaryotische cellen zijn op vrijwel alle manieren veel eenvoudiger dan hun eukaryotische tegenhangers. Alle cellen omvatten minimaal een plasmamembraan, cytoplasma en genetisch materiaal in de vorm van DNA. Hoewel eukaryote cellen een breed scala aan elementen bevatten die verder gaan dan deze essentiële elementen, zijn deze drie dingen goed voor bijna het geheel van bacteriële cellen. Bacteriële cellen hebben echter een paar kenmerken die eukaryotische cellen niet niet, met name een celwand.
Basics van cellen

Een enkel eukaryotisch organisme kan triljoenen cellen bevatten, hoewel gist eencellig is; bacteriecellen hebben daarentegen slechts één cel. Terwijl eukaryotische cellen een verscheidenheid aan membraangebonden organellen omvatten, zoals de kern, mitochondria (bij dieren), chloroplasten (het antwoord van planten op mitochondria), Golgi-lichamen, het endoplasmatisch reticulum en lysosomen, hebben bacteriecellen geen organellen. Zowel eukaryoten als prokaryoten omvatten ribosomen, de kleine structuren die verantwoordelijk zijn voor de eiwitsynthese, maar deze zijn meestal gemakkelijker zichtbaar in eukaryoten omdat zoveel van hen clusteren langs het lineaire, lintachtige endoplasmatisch reticulum.

Het is gemakkelijk om beschouwen bacteriële cellen en bacteriën zelf als 'primitief', vanwege zowel hun grotere evolutionaire leeftijd (ongeveer 3,5 miljard jaar, versus ongeveer 1,5 miljard voor prokaryoten) en hun eenvoud. Dit is echter om een aantal redenen misleidend. Een daarvan is dat, vanuit het standpunt van de overleving van soorten, complexer niet noodzakelijkerwijs robuuster betekent; naar alle waarschijnlijkheid zullen bacteriën als groep de mens en andere "hogere" organismen overleven als de omstandigheden op aarde voldoende veranderen. Een tweede reden is dat bacteriecellen, hoewel eenvoudig, een aantal krachtige overlevingsmechanismen hebben ontwikkeld die eukaryoten niet hebben.
A Bacterial Cell Primer

Bacteriële cellen zijn er in drie basisvormen: staafachtig (de bacillen), rond (cocci) en spiraalvormig (spirilli). Deze morfologische bacteriecelkenmerken kunnen handig zijn bij het diagnosticeren van infectieziekten veroorzaakt door bekende bacteriën. "Keelontsteking" wordt bijvoorbeeld veroorzaakt door soorten Streptococci
, die, zoals de naam al aangeeft, rond zijn, evenals Staphylococci
. Anthrax wordt veroorzaakt door een grote bacil en de ziekte van Lyme wordt veroorzaakt door een spirochete, die spiraalvormig is. Naast de verschillende vormen van afzonderlijke cellen, worden bacteriecellen meestal in clusters aangetroffen, waarvan de structuur afhankelijk van de soort in kwestie varieert. Sommige staven en cocci groeien in lange ketens, terwijl andere andere cocci in clusters worden gevonden die enigszins doen denken aan de vorm van individuele cellen.

De meeste bacteriecellen kunnen, in tegenstelling tot virussen, onafhankelijk van andere organismen leven en zijn niet afhankelijk op andere levende wezens voor metabolische of reproductieve behoeften. Er bestaan echter uitzonderingen; sommige soorten Rickettsiae
en Chlamydiae
zijn verplicht intracellulair, wat betekent dat ze geen andere keus hebben dan de cellen van levende wezens te bewonen om te overleven.

Het gebrek aan bacteriecellen een kern is de reden dat prokaryotische cellen oorspronkelijk werden onderscheiden van eukaryotische cellen, omdat dit verschil duidelijk is zelfs onder microscopen met een relatief lage vergrotingskracht. Bacterieel DNA, hoewel niet omgeven door een kernmembraan zoals dat van eukaryoten, heeft toch de neiging om nauw te clusteren, en de resulterende ruwe formatie wordt een nucleoïde genoemd. Over het algemeen is er aanzienlijk minder DNA in bacteriële cellen dan in eukaryotische cellen; als het volledig wordt uitgerekt, zou een enkele kopie van het genetische materiaal van de typische eukaryrote, of chromatine, zich uitstrekken tot ongeveer 1 millimeter, terwijl die van een bacterie ongeveer 1 tot 2 micrometer zou overspannen - een verschil van 500 tot 1.000 maal. Het genetische materiaal van eukaryoten omvat zowel DNA zelf als eiwitten, histonen genoemd, terwijl prokaryotisch DNA een paar polyaminen (stikstofverbindingen) en magnesiumionen heeft. The De bacteriële celwand

Misschien wel de meest voor de hand liggende structurele verschil tussen bacteriecellen en andere cellen is het feit dat bacteriën celwanden bezitten. Deze wanden, gemaakt van peptidoglycan en moleculen, liggen net buiten het celmembraan, die alle soorten cellen hebben. Peptidoglycanen bestaan uit een combinatie van polysacharidesuikers en eiwitcomponenten; hun belangrijkste taak is om bescherming en stijfheid aan de bacteriën toe te voegen en een verankeringspunt te bieden voor structuren zoals pili en flagella, die hun oorsprong vinden in het celmembraan en zich uitstrekken door de celwand naar de externe omgeving.

waren een microbioloog die in een voorbije eeuw actief was en een medicijn wilde maken dat gevaarlijk zou zijn voor bacteriële cellen, maar meestal onschadelijk voor menselijke cellen, en kennis had van de respectieve structuren van de cellulaire samenstelling van deze organismen, zou je dit kunnen doen door het ontwerpen van of het vinden van stoffen die giftig zijn voor celwanden terwijl andere celcomponenten worden gespaard. In feite is dit precies hoe veel antibiotica werken: ze richten zich op en vernietigen de celwanden van bacteriën, waardoor de bacteriën worden gedood. Penicillines
, die in de vroege jaren 1940 naar voren kwamen als de eerste klasse antibiotica, remmen de synthese van de peptidoglycanen die de celwanden vormen van sommige, maar niet alle, bacteriën. Ze doen dit door een enzym te inactiveren dat een proces katalyseert dat verknoping in gevoelige bacteriën wordt genoemd. In de loop der jaren heeft antibiotica-toediening gekozen voor bacteriën die toevallig stoffen produceren die bèta-lactamasen worden genoemd en die zich richten op de "binnendringende" penicillines. Er blijft dus een langdurige en nooit eindigende "wapenwedloop" bestaan tussen antibiotica en hun kleine, ziekteverwekkende doelen.
Flagella, Pili en endosporen

Sommige bacteriën hebben externe structuren die de bacteriën in hun navigatie van de fysieke wereld. flagella
(enkelvoud: flagellum) zijn bijvoorbeeld zweepachtige aanhangsels die een middel bieden voor voortbeweging voor bacteriën die ze bezitten, vergelijkbaar met die van kikkervisjes. Soms worden ze gevonden aan het ene uiteinde van een bacteriecel; sommige bacteriën hebben ze aan beide uiteinden. De flagella "sloeg", net zoals een propeller, waardoor bacteriën voedingsstoffen kunnen "achtervolgen", "ontsnappen" aan giftige chemicaliën of naar licht kunnen bewegen (sommige bacteriën, cyanobacteriën genoemd), vertrouwen op fotosynthese voor energie zoals planten dat doen en vereisen daarom regelmatige blootstelling aan licht).

Pili
(enkelvoud: pilus), zijn structureel vergelijkbaar met flagella, omdat het haarachtige uitsteeksels zijn die zich buiten het bacteriële celoppervlak uitstrekken. "Their function, however, is different.", 3, [[In plaats van te helpen bij voortbeweging, helpen pili bacteriën zich te hechten aan andere cellen en oppervlakken van verschillende composities, waaronder rotsen, je darmen en zelfs het glazuur van je tanden. Met andere woorden, ze bieden "plakkerigheid" aan bacteriën op de manier waarop de karakteristieke schelpen van zeepokken deze organismen toestaan zich aan rotsen te hechten. Zonder pili zijn veel pathogene (d.w.z. ziekteverwekkende) bacteriën niet besmettelijk, omdat ze zich niet aan gastheerweefsels kunnen hechten. Een gespecialiseerd type pili wordt gebruikt voor een proces dat conjugatie
wordt genoemd, waarbij twee bacteriën delen van DNA uitwisselen.

Een nogal duivelse constructie van bepaalde bacteriën zijn endosporen. Bacillus
en Clostridium
soorten kunnen deze sporen produceren. Dit zijn zeer hittebestendige, gedehydrateerde en inactieve versies van normale bacteriecellen die in de cellen worden aangemaakt. Ze bevatten hun eigen complete genoom en alle metabole enzymen. Het belangrijkste kenmerk van de endospore is de complexe beschermende sporenlaag. De ziekte botulisme wordt veroorzaakt door een Clostridium botulinum en endospore, die een dodelijke stof afscheidt die een endotoxine wordt genoemd.
Bacteriële reproductie

Bacteriën produceren door een proces dat binaire splijting wordt genoemd, wat eenvoudigweg splitsen betekent in de helft en het creëren van een paar cellen die elk genetisch identiek zijn aan de oudercel. Deze aseksuele reproductievorm staat in schril contrast met de reproductie van eukaryoten, die seksueel is omdat het twee ouderorganismen betreft die een even grote hoeveelheid genetisch materiaal bijdragen om een nageslacht te creëren. Hoewel seksuele reproductie aan de oppervlakte omslachtig lijkt, zou je tenslotte deze energetisch dure stap moeten introduceren als cellen in plaats daarvan gewoon in twee kunnen splitsen? - het is een absolute garantie voor genetische diversiteit, en dit soort diversiteit is essentieel voor de overleving van soorten.

Denk er eens over na: als elke mens genetisch identiek of zelfs nauw zou zijn, vooral op het niveau van enzymen en eiwitten je kunt niet zien maar die vitale metabole functies dienen, dan zou een enkel type biologische tegenstander voldoende zijn om de hele mensheid mogelijk teniet te doen. Je weet al dat mensen verschillen in hun genetische gevoeligheid voor bepaalde dingen, van de grote (sommige mensen kunnen sterven door blootstelling aan kleine blootstelling aan allergenen, waaronder pinda's en bijengif) tot de relatief triviale (sommige mensen kunnen de suikerlactase niet verteren, waardoor ze kunnen geen zuivelproducten consumeren zonder ernstige verstoringen van hun maag-darmstelsel). Een soort die veel genetische diversiteit geniet, wordt grotendeels beschermd tegen uitsterven, omdat deze diversiteit de grondstof biedt waarop gunstige natuurlijke selectiedruk kan werken. Als 10 procent van de populatie van een bepaalde soort toevallig immuun is voor een bepaald virus dat de soort nog moet ervaren, is dit slechts een gril. Als het virus zich daarentegen in deze populatie manifesteert, duurt het misschien niet lang voordat dit voorval 10 procent vertegenwoordigt voor 100 procent van de overlevende organismen in deze soort.

Als gevolg hiervan hebben bacteriën een aantal ontwikkeld van methoden om genetische diversiteit te waarborgen. Deze omvatten transformatie, vervoeging
en transductie
. Niet alle bacteriecellen kunnen gebruik maken van al deze processen, maar daartussen kunnen alle bacteriesoorten in veel grotere mate overleven dan anders.

Transformatie is het proces waarbij DNA wordt opgenomen uit de omgeving, en het is verdeeld in natuurlijke en kunstmatige vormen. In natuurlijke transformatie wordt DNA van dode bacteriën via het celmembraan geïnternaliseerd, in een wegvanger-stijl, en opgenomen in het DNA van de overlevende bacteriën. In kunstmatige transformatie introduceren wetenschappers opzettelijk DNA in een gastheerbacterie, vaak E. coli
(omdat deze soort een klein, eenvoudig genoom heeft dat gemakkelijk kan worden gemanipuleerd) om deze organismen te bestuderen of een gewenst bacterieel product te creëren. Vaak is het geïntroduceerde DNA afkomstig van een plasmide, en een natuurlijk voorkomende ring van bacterieel DNA.

Vervoeging is het proces waarbij een bacterie een pilus of pili gebruikt om DNA in een tweede bacterie via direct contact. Het overgedragen DNA kan, net als bij kunstmatige transformatie, een plasmide zijn of het kan een ander fragment zijn. Het nieuw geïntroduceerde DNA kan een vitaal gen bevatten dat codeert voor eiwitten die antibioticaresistentie mogelijk maken.

Ten slotte is transductie afhankelijk van de aanwezigheid van een binnendringend virus dat een bacteriofaag wordt genoemd. Virussen vertrouwen op levende cellen om te repliceren omdat, hoewel ze genetisch materiaal bezitten, ze niet over de machines beschikken om hiervan kopieën te maken. Deze bacteriofagen plaatsen hun eigen genetisch materiaal in het DNA van de bacteriën die ze binnendringen en geven de bacteriën de opdracht om meer fagen te maken, waarvan de genomen vervolgens een mix van het oorspronkelijke bacteriële DNA en het bacteriofaag-DNA bevatten. Wanneer deze nieuwe bacteriofaag de cel verlaat, kunnen ze andere bacteriën binnendringen en het DNA van de vorige gastheer in de nieuwe bacteriecel overbrengen.