Taxonomický systém bakterií• Podle

– Bergey’s manual of systematic bacteriology - systematická příručka

– Bergey’s manual of determinative bacteriology – určovací příručka

• 35 skupin podle fenotypové podobnosti• Nově snaha o zatřídění do 23 kmenů

podle fylogenetické příbuznosti– správnější, ale méně praktické– kmen zahrnuje obvykle více skupin– mnohé skupiny patří do více kmenů

Evoluce bakterií

Společný předek

BacteriaArchea

Eukarya

RostlinyHouby

Živočichové

Evoluce bakterií

Aquifex

Thermotoga

Zelené nesirnébakterie

Radiorezistentnímikrokoky

Spirochety

Zelené sirnébakterie

PlanktomycetyChlamydie

Grampozitivníbakterie

Proteobakterie

FlavobakterieCytophagaBacteroides

Cyanobakterie

Spirochety (1.skupina)• chemoorganotrofní• délka až 500 m• osové vlákno – spirálovitá struktura

zabudovaná do buněčné stěny– kontraktilní – vývrtkovitý pohyb

• některé druhy patogenní• Treponema pallidum – syfilis• Borellia burgdorferi – lymská borelióza

Borrelia burgdorferi

Treponema pallidum

Spirily (2.skupina)• spirální či vibroidní buňky• aerobní, heterotrofní• 1-2 bičíky• Bdellovibrio bacteriovorus = predátor

jiných bakterií• Helicobacter pylori – choroby žaludku

(vředy, gastritida, možná rakovina)

Gramnegativní aerobní nebo mikroaerofilní tyčinky a koky (4.skupina)• Obligátně aerobní nebo mikroaerofilní• Většina heterotrofní, některé autotrofní

(využívání H2)• Nesporulující• Obvykle mají bičíky• Hojně rozšířené

Gramnegativní aerobní nebo mikroaerofilní tyčinky a koky (4.skupina)• Agrobacterium tumefaciens

– napadá rostliny pomocí tzv. Ti-plasmidu– rostlina pak produkuje opiny

(aminokyseliny), kterými se bakterie živí– Ti-plasmid se integruje (začleňuje) do DNA

– využití v genovém inženýrství rostlin• Zoogloea – štěpení aromatických látek

– čištění odpadních vod

Gramnegativní aerobní nebo mikroaerofilní tyčinky a koky (4.skupina)• Methylomonas – schopnost využití

jednouhlíkatých sloučenin (methanol, methan…)

• Acetobacter – oxidace sacharidů a ethanolu na octovou kyselinu

– výroba octa– octovatění vína– striktně aerobní metabolismus– při nedostatku substrátu oxidace až na CO2

a H2O

Gramnegativní aerobní nebo mikroaerofilní tyčinky a koky (4.skupina)• Azotobacter – váže vzdušný N2

• Rhizobium – váže vzdušný N2, symbióza s kořeny rostlin (luskoviny)

– hlízkovité bakterie• Legionella pneumophila – legionářská

nemoc– přenos vodou, včetně trubek

• Neisseria gonorrhoeae – kapavka• Neisseria meningitidis – meningitida

Pseudomonas• = falešná mince• nefermentující tyčinky• aerobní, výjimečně respirace nitrátů• bohatý metabolismus – využívání

nejrůznějších uhlíkatých zdrojů– proteiny– lipidy– uhlovodíky – alifatické, aromatické– deriváty uhlovodíků – fenoly, chlorované

látky...• některé patogenní, kažení potravin

Fakultativně anaerobní gramnegativní tyčinky (5.skupina)• heterotrofní, občas autotrofní využití H2

• přepínání oxidační respirace a fermentace

• 4 podskupiny (čeledě)– Enterobacteriaceae - tyčinky– Vibrionaceae – zakřivené tyčinky– Pasteurellaceae – koky a tyčinky– ostatní – umělý taxon

Enterobacteriaceae• tyčinky, peritrichní• často patogeny či oportunní patogeny

– součást přirozené mikroflóry, který se může stát patogenem

• Enterobacter aerogenes – součást střevní mikroflóry, oportuntní meningitida

• Escherichia coli – součást střevní mikroflóry– indikátor fekálního znečištění– některé kmeny patogenní, produkce toxinů

(průjmy)– modelová, nejprozkoumanější bakterie

Enterobacteriaceae

• Salmonella – salmonelózy (zánět střeva)• Salmonella typhi – tyfus

– někteří lidé odolní, ale nakažliví - bacilonosoči• Shigella dysenteriae – úplavice• Yersinia pestis - mor

Vibrionaceae• delší zahnuté tyčinky• Vibrio cholerae – cholera• Vibrio fischeri – luminiscenční mořská

bakterie, symbióza s mořskými organismy, testy toxicity

Pasteurellaceaea• koky, krátké tyčinky• Haemophillus influenzae – meningitida

dětí

Ostatní• Zymomonas – fermentace sacharidů na

ethanol– vysoká odolnost k ethanolu– dosahuje vyšší konverze ethanolu než

kvasinky (přes 20%)– potenciál využití v lihovarnictví, hlavně při

produkci bioethanolu– způsobuje kažení nápojů, hlavně

alkoholických (pivo, víno)

Desulfobakterie (7. skupina)• obligátně anaerobní• anaerobní respirace síranů a síry na H2S

• zdroj elektronů H2 a jednoduché organické látky (kyseliny, ethanol)

• zdroj uhlíku stejný nebo CO2

• ve vodních sedimentech bez kyslíku –hnilobný zápach organicky znečištěných vod

• Desulfovibrio – v ropných polích (zdroj H2S v ropě)

Riketsie a chlamydie (9. skupina)• obligátní parazité obratlovců a členovců –

rozmnožování v cytoplazmě buněk– mj. obrana před imunitním systémem

• přenos hmyzem (vši, blechy…) na zvířata i člověka, pohlavní přenos

• Rickettsia prowazekii – skvrnivka (epidemický skvrnitý tyfus) – přenos vešmi

– nejpodobnější genom mitochondrii – potenciální předchůdce

Riketsie a chlamydie (9. skupina)• Chlamydie – patogenní, rozmnožování v

cytoplazmě hostitelských buněk– nejčastější pohlavně přenášené

mikroorganismy

Anoxygenní fototrofní bakterie (10. skupina)• fotosyntéza bez produkce kyslíku• speciální bakteriochlorofyly odlišné od

rostlinných– bakteriochlorofyl a, b – purpurové bakterie– bakteriochlorofyl G – heliobakterie– bakteriochlorofyl c, d, e – zelené bakterie

• zdrojem elektronů jsou redukované sirné sloučeniny (sulfidy, síra, thiosírany...) nebo jednodušší organické látky

Anoxygenní fototrofní bakterie (10. skupina)• zdroj uhlíku CO2 (autotrofie) nebo

organické látky (heterotrofie)• zdroj dusíku N2 nebo amonné ionty• při nedostatku světla aerobní respirace• časté ukládání síry uvnitř buněk i vně• 7 skupin podle chlorofylu a zdroje

elektronů

Oxygenní fototrofní bakterie (11. skupina)

• obsahují chlorofyl a (jako rostliny)• při fotosyntéze oxidují vodu na kyslík (zdroj

elektronů)• někdy též anoxygenní fotosyntéza v

přítomnosti sulfidů• při nedostatku světla i respirace a

fermentace – jen udržovací, nerozmnožují se• často tvorba vláken nebo shluků• některé druhy žijí symbioticky s eukaryemi

(houbami, rozsivkami) - vznik chloroplastů?

Oxygenní fototrofní bakterie (11. skupina)

• dvě podskupiny• Prochlorofyta – chlorofyl a i b• Cyanobakterie (sinice)

– více barviv– velmi přizpůsobivé (např. teplota 2-74°C)– autotrofní, schopnost fixovat vzdušný N2

– součást planktonu– „vodní květ“ v nádržích, kde je vysoká

koncentrace fosfátů – eutrofizace vody– produkce cyanotoxinů – zdraví škodlivé

Aerobní chemoautotrofní bakterie (12. skupina)• oxidace různých anorganických a

jednoduchých látek• akceptor elektronů kyslík, výjimečně

dusičnany• zdroj uhlíku CO2

• Thiobacillus, Thiothrix – oxidace redukovaných sirných sloučenin (sulfidy, síra) na sírany resp. H2SO4

– tvoří kyselé prostředí

Aerobní chemoautotrofní bakterie (12. skupina)• Gallionella – oxidace Fe2+ na Fe3+

– ucpávání trubek• Nitrosomonas – oxidace amoniaku na

dusitany– čištění odpadních vod

• Nitrobacter – oxidace dusitanů na dusičnany

– čištění odpadních vod

Kaulobakterie a planktomycety (13. skupina)

• Kaulobakterie –nepravidelné tvary

• Prostéky – úzké výběžky obsahující cytoplasmu

• Aerobní, heterotrofní• Dělení buněk:

– odštěpování prosték (pučení)– příčné dělení

• Caulobacter

Kaulobakterie a planktomycety (13. skupina)

• Planktomycety – bez prosték• Stébla – úzké výběžky bez cytoplasmy

– vázaní buňky na substrát– na konci oxidy železa a manganu

• Aerobní, heterotrofní• Planctomyces

Pochvaté bakterie (14. skupina)

• Tyčinkovité buňky obalené extracelulárním materiálem za tvorby pochvy – pseudomycelium

• Oxidy železa a manganu – žlutá až hnědá barva

• Aerobní, heterotrofní• Leptothrix

Myxobakterie (16. skupina)

• tyčinky• chemoheterotrofní• atrichní• klouzavý pohyb po substrátu pomocí

slizu• složitý životní cyklus za tvorby

buněčných valů a plodniček• rozkládají spektrum proteinů, lipidů a

polysacharidů pomocí extracelulárních enzymů

Myxobakterie (16. skupina)

• Myxococcus

Myxobakterie (16. skupina)

Grampozitivní koky (17. skupina)• chemotrofní• nesporulující• v různých shlucích (páry, tetrády…)• od obligátně aerobních až po obligátně

anaerobní• mnohé patogenní – léčba penicilinovými

antibiotiky• Staphylococcus aureus – hnisavé záněty

s různou vážností– produkce toxinů v potravinách

Grampozitivní koky (17. skupina)• Streptococcus – patogenní druhy,

rozklad krve, meningitida, záněty• Lactococcus – neškodný

– jen fermentační metabolismus za produkce kys. mléčné

– mlékárenství (jogurty, sýry, kysaná smetana…)

• Pediococcus – tvorba kyseliny mléčné– použití v uzenářství (chuť a ochrana proti

hnilobným bakteriím)– některé produkují biacetyl – kontaminace

piva

Grampozitivní koky (17. skupina)• Leuconostoc - heterofermentativní mléčné

kvašení (kys. mléčná, ethanol, CO2)– produkuje hodně slizu – průmyslová produkce

dextranu (náhražka krevní plazmy)– jinde na závadu (rosolovatění vod, shluky droždí…)

• Micrococcus – přísně aerobní– tvoří karotenoidní barviva – odolnost vůči UV záření

• Deinococcus – velmi odolný proti radioaktivnímu záření

– segmenty DNA – snadné opravy

Grampozitivní sporulující tyčinky a koky (18. skupina)• tvorba odolných spor• obvykle s bičíky• obligátně anaerobní až obligátně aerobní• většinou bohatý metabolismus

– velká produkce extracelulárních enzymů– rozklad různých polymerů– produkce antibiotik– neobvyklé kvasné produkty

Clostridium• Striktně anaerobní fermentační

metabolismus• Citlivost na kyslík• Neobvyklé fermentační dráhy, produkce

H2, kyselin, acetonu, butanolu (výroba)• Nebezpečné patogeny, kažení potravin• Clostridium tetani – tetanus, produkce

neurotoxinu tetanospasminu• Clostridium botulinum – produkce tzv.

botulotoxinu (prudký jed) při nedokonalé sterilaci konzerv

Bacillus• fakultativně aerobní• tvorba peptidových antibiotik (bacitracin)• některé patogenní• produkce nejrůznějších sacharolytických

enzymů– průmyslová produkce amylas (pivovarství)– máčení lnu

• Bacillus anthracis – sněť slezinná (anthrax), biologické zbraně, terorismus

Grampozitivní sporulující tyčinky a koky (18. skupina)• Deslufotomaculum – nepatogenní

– anaerobní respirace sirných sloučenin (siřičitany, sírany), produkce H2S

Grampozitivní nesporulující tyčinky pravidelného tvaru (19. skupina)• Heterotrofní• Různý vztah ke kyslíku• Lactobacillus - mikroaerofilní

– mléčné kvašení– mlékárenský průmysl (sýry, kefír, jogurty…)– součást střevní i vaginální mikroflóry savců

• Listeria monocytogenes – listerióza– nákaza hlavně z potravin– rozmnožování i při 4°C (lednice) -

psychrofilní– vysoká úmrtnost (kojenci,důchodci), potraty

Grampozitivní nesporulující tyčinky nepravidelného tvaru (20. skupina)

• Heterotrofní• Různý vztah ke kyslíku• Cellulomonas – schopnost rozkládat

celulózu pomocí extracelulárních enzymů (celuláz)

• Corynebacterium diphteriae – záškrt• Bifidobacterium – součást střevní a ústní

mikroflóry savců– probiotika

Mykobakterie (21.skupina)• Grampozitivní, aerobní, tyčinky• Nepohyblivé, nesporulující• Pomalu rostou• Někdy tvoří vlákna• Mycobacterium tuberculosis -

tuberkulóza

Aktinomycety (22.-29.skupina)

• Grampozitivní, heterotrofní• Větvící se vlákna (hyfy)

– shluk vláken = mycelium– rozpad vláken

• Až na výjimky půdní bakterie• Význam v koloběhu prvků• Plísňový pach• Některé patogenní pro zvířata i rostliny• Producenti antibiotik

Aktinomycety (22.-29.skupina)

• Frankia – půdní, fixace N2, symbióza s rostlinami podobná hlízkovitým bakteriím

• Streptomyces – půdní, vláknité– producenti antibiotik – průmyslová výroba– plísňový zápach půdy– největší genomy mezi bakteriemi

Mykoplasmata (30.skupina)• Bez buněčné stěny• Různý tvar buněk (chybí tvarování

buněčnou stěnou)• Malé buňky (200 nm)• Velmi malé genomy• Vyžadují cholesterol a mastné kyseliny• Různý vztah ke kyslíku• Saprofyté, parazité, patogeny• Mycoplasma pneumonie – katar horních

cest dýchacích, pneumonie