Proteobakterie (Proteobacteria) — definicja, budowa i znaczenie
Proteobakterie — definicja, budowa i znaczenie: przewodnik po bakteriach gram-ujemnych (m.in. E. coli, Salmonella), ich strukturze, roli ekologicznej i medycznym znaczeniu.
Bakterie Proteobacteria są głównym rodzajem bakterii.
Uwaga: terminologia w oryginalnym zdaniu bywa myląca — Proteobacteria to w rzeczywistości rozległe taksonomiczne ugrupowanie (typ, filo), a nie pojedynczy rodzaj. Termin obejmuje bardzo zróżnicowaną grupę bakterii gram-ujemnych opisanych poniżej.
Definicja i klasyfikacja molekularna
To bakterie gram-ujemne. Oznacza to, że nie zachowują barwnika fioletowego w protokole barwienia Grama.
Grupa ta została wydzielona i definiowana głównie na podstawie sekwencji rybosomalnego RNA (16S rRNA). Analizy molekularne wykazały, że Proteobacteria tworzą monofiletyczną linię filogenetyczną obejmującą wiele rzędów i rodzin o dużej różnorodności metabolicznej i morfologicznej.
Budowa komórkowa i cechy barwienia Grama
W teście barwnikowym Grama po fiolecie krystalicznym dodaje się przeciwbakterię (zwykle safraninę), która zabarwia wszystkie bakterie gram-ujemne na kolor różowy.
Sam test jest przydatny w klasyfikowaniu dwóch różnych rodzajów bakterii na podstawie różnic strukturalnych ich ścian komórkowych. Charakterystyczne cechy komórek Proteobacteria to:
- zewnętrzna błona komórkowa zawierająca lipopolisacharyd (LPS) — endotoksynę istotną w patologii zakażeń;
- cienka warstwa peptydoglikanu położona w przestrzeni periplazmatycznej;
- obecność porów (porin) w błonie zewnętrznej oraz mechanizmów transportu przez periplazmę;
Różnorodność metaboliczna
Większość członków jest fakultatywnie lub obowiązkowo beztlenowych, chemoautotroficznych i heterotroficznych, ale istnieje wiele wyjątków.
Proteobacteria wykazują ogromną różnorodność metabolizmu: obejmują organizmy fotosyntetyzujące (np. bakterie purpurowe), nitryfikatory (np. Nitrosomonas), siarkowe (oksydujące lub redukujące), chemiolitotrofy utleniające związki nieorganiczne oraz liczne heterotrofy rozkładające materię organiczną. W tej grupie znajdują się zarówno organizmy wolno żyjące, jak i pasożytnicze lub wewnątrzkomórkowe.
Podgrupy (klasy) i przykłady
W obrębie Proteobacteria wyróżnia się kilka głównych klas, m.in. alfa-, beta-, gamma-, delta- i epsilon-proteobakterie (oraz inne mniej rozpowszechnione klady). Każda z nich ma charakterystyczne rzędy i rodzaje:
- Alfa-proteobacteria — wiele z nich jest związanych ze środowiskami wodnymi i symbiozą z roślinami; przykłady: Rhizobium (wiązanie azotu w symbiozie z roślinami motylkowymi), Agrobacterium (patogen roślin), bardzo liczne planktonowe formy, wśród nich plankton-powiązane bakterie (np. Pelagibacter z kladu SAR11), które mogą stanowić ponad 10% populacji drobnoustrojów z otwartego oceanu.
- Beta-proteobacteria — obejmują m.in. nitryfikatory i organizmy glebowe oraz niektóre patogeny.
- Gamma-proteobacteria — zawierają wiele dobrze znanych patogenów i organizmów modelowych, np. Escherichia coli, Salmonella, Vibrio (w tym patogeny jelitowe jak Vibrio cholerae), a także bakterie fotosyntetyczne i inne.
- Delta-proteobacteria — obejmują m.in. bakterie redukujące siarczany oraz drapieżne bakterie (np. Bdellovibrio).
- Epsilon-proteobacteria — w tej grupie są m.in. mikroaerofilne patogeny żołądkowo-jelitowe, np. Helicobacter (wspomniane poniżej) i Campylobacter, często związane z przewodem pokarmowym zwierząt.
Przykłady patogenów i organizmów korzystnych
Proteobakterie obejmują wiele różnych patogenów, takich jak Escherichia coli, Salmonella, Vibrio, Helicobacter i wiele innych ważnych rodzajów.
Obok patogenów występują też gatunki korzystne lub kluczowe ekologicznie: inne są wolno żyjące i zawierają wiele bakterii odpowiedzialnych za wiązanie azotu. Do ważnych organizmów należą:
- Rhizobium — symbionty korzeni roślin motylkowych wiążące atmosferyczny azot;
- Nitrosomonas i inne nitryfikatory — ważne w cyklu azotu;
- redukujące siarczany delta-proteobakterie — kluczowe w cyklu siarki i procesach degradacji materii w środowiskach beztlenowych;
- Rickettsia — przykład obligatnych pasożytów wewnątrzkomórkowych (niektóre wywołują choroby u ludzi); mitochondrium eukariotyczne najprawdopodobniej wywodzi się ewolucyjnie od proteobakterii alfa-grupy (teoria endosymbiozy).
Znaczenie medyczne i środowiskowe
W medycynie proteobakterie mają wielkie znaczenie — wiele z nich to patogeny człowieka i zwierząt. LPS z zewnętrznej błony może indukować silną odpowiedź zapalną i być przyczyną wstrząsu septycznego. Dodatkowo w obrębie tego filu obserwuje się liczne mechanizmy oporności na antybiotyki, co stanowi poważne wyzwanie kliniczne.
W ekosystemach Proteobacteria uczestniczą w obiegu pierwiastków (azot, siarka, węgiel), w oczyszczaniu ścieków, bioremediacji zanieczyszczeń organicznych i metali ciężkich oraz w produktach biotechnologicznych (enzymy, biosurfaktanty, produkcja biopaliw w badaniach).
Identyfikacja i badania
W praktyce laboratoryjnej rozpoznanie i klasyfikacja Proteobacteria opiera się na kombinacji metod: barwienia Grama, hodowli na podłożach, testów biochemicznych, technologii identyfikacji (MALDI-TOF), a przede wszystkim sekwencjonowania genów markerowych (16S rRNA) i analiz genomowych. Dzięki genomice można rozpoznać patogenność, mechanizmy oporności oraz potencjał metaboliczny izolatu.
Podsumowanie
Proteobacteria to bardzo zróżnicowana i ewolucyjnie ważna grupa bakterii gram-ujemnych, obejmująca zarówno groźne patogeny, jak i pożyteczne formy biorące udział w kluczowych procesach ekologicznych. Ich klasyfikacja opiera się głównie na analizach molekularnych rRNA, a badania nad nimi mają duże znaczenie w medycynie, ekologii i biotechnologii.
Struktura gram-ujemnej ściany komórkowej
Bakterie gram-dodatnie i ujemne różnią się głównie strukturą ścian komórkowych.
Klasyfikacja
- Proteobakterie: Bakterie fioletowe i ich krewni
- podpodział alfa (fioletowe niesiarkowe bakterie, kłącza, Agrobacterium, Riketsjee, Nitrobacter)
- podpodział beta (Rodocyklus, (niektóre) Thiobacillus, Alcaligenes, Spirillum, Nitrosovibrio)
- podział gamma (jelita, fluorescencyjne pseudomonady, purpurowe bakterie siarkowe, Legionella, (niektóre) Beggiatoa)
- podpodział delta (reduktory siarki i siarczanów (Desulfovibrio), Myxobacteria, Bdellovibrio)
Pytania i odpowiedzi
P: Czym są proteobakterie?
O: Proteobakterie są głównym rodzajem bakterii.
P: Czy Proteobakterie są bakteriami gram-ujemnymi czy gram-dodatnimi?
Proteobakterie są bakteriami gram-ujemnymi.
P: Czym jest protokół barwienia metodą Grama?
O: Protokół barwienia metodą Grama jest testem stosowanym do klasyfikacji dwóch różnych rodzajów bakterii na podstawie różnic strukturalnych ich ścian komórkowych.
P: W jaki sposób protokół barwienia metodą Grama rozróżnia bakterie Gram-ujemne i Gram-dodatnie?
O: Bakterie Gram-ujemne nie zatrzymują fioletowego barwnika w protokole barwienia metodą Grama, a po fiolecie krystalicznym dodawana jest kontrbarwa (zwykle safranina), która barwi wszystkie bakterie Gram-ujemne na różowo.
P: Jakie są godne uwagi przykłady patogenów należących do rodzaju Proteobacteria?
O: Niektóre godne uwagi przykłady patogenów należących do gromady Proteobacteria obejmują Escherichia coli, Salmonella, Vibrio i Helicobacter.
P: Czy wszystkie bakterie Proteobacteria są patogenami?
O: Nie, nie wszystkie bakterie z rodzaju Proteobacteria są patogenami. Inne są wolno żyjące i obejmują wiele bakterii odpowiedzialnych za wiązanie azotu.
P: Czym są alfaproteobakterie i gdzie można je znaleźć?
O: Alphaproteobacteria to grupa Proteobacteria, która występuje powszechnie w planktonie morskim i może stanowić ponad 10% społeczności drobnoustrojów w otwartym oceanie.
Przeszukaj encyklopedię