Klasyfikacja i różnorodność prokariontów

To filogeneza (drzewo ewolucyjne) obrazuje relacje ewolucyjne między trzema domenami życia: Eukarya, Archaea i Bacteria. Wśród dwóch domen prokariotycznych (Archaea i Bacteria) każda zawiera kilka małych ugrupowań taksonomicznych. Wśród Archaea wyróżniamy euryarcheota, krenarcheota, nanoarcheota i korarcheota. Wśród Bacteria wyróżniamy proteobakterie, chlamydie, krętki, cyjanobakterie i bakterie gram-dodatnie.

Characteristics of the five phyla of bacteria are described. The first phylum described is proteobacteria, which includes five classes, alpha, beta, gamma, delta and epsilon. Most species of Alpha Proteobacteria are photoautotrophic but some are symbionts of plants and animals, and others are pathogens. Eukaryotic mitochondria are thought be derived from bacteria in this group. Representative species include Rhizobium, a nitrogen-fixing endosymbiont associated with the roots of legumes, and Rickettsia, obligate intracellular parasite that causes typhus and Rocky Mountain Spotted Fever (but not rickets, which is caused by Vitamin D deficiency). A micrograph shows rod-shaped Rickettsia rickettsii inside a much larger eukaryotic cell.

Beta Proteobacteria is a diverse group of bacteria. Some species play an important role in the nitrogen cycle. Representative species include Nitrosomonas, which oxidize ammonia into nitrate, and Spirillum minus, which causes rat bite fever. A micrograph of spiral-shaped Spirillum minus is shown.

Gamma Proteobacteria include many are beneficial symbionts that populate the human gut, as well as familiar human pathogens. Some species from this subgroup oxidize sulfur compounds. Representative species include Escherichia coli, normally beneficial microbe of the human gut, but some strains cause disease; Salmonella, certain strains of which cause food poisoning, and typhoid fever; Yersinia pestis–the causative agent of Bubonic plague; Psuedomonas aeruganosa– causes lung infections; Vibrio cholera, the causative agent of cholera, and Chromatium–sulfur producing bacteria bacteria that oxidize sulfur, producing H2S. Micrograph shows rod-shaped Vibrio cholera, which are about 1 micron long.

Some species of delta Proteobacteria generate a spore-forming fruiting body in adverse conditions. Others reduce sulfate and sulfur. Representative species include Myxobacteria, which generate spore-forming fruiting bodies in adverse conditions and Desulfovibrio vulgaris, an anaerobic, sulfur-reducing bacterium. Micrograph shows a bent rod-shaped Desulfovibrio vulgaris bacterium with a long flagellum.

Epsilon Proteobacteria includes many species that inhabit the digestive tract of animals as symbionts or pathogens. Bacteria from this group have been found in deep-sea hydrothermal vents and cold seep habitats.

The next phylum described is chlamydias. All members of this group are obligate intracellular parasites of animal cells. Cells walls lack peptidoglycan. Micrograph shows a pap smear of cells infected with Chlamydia trachomatis. Chlamydia infection is the most common sexually transmitted disease and can lead to blindness.

All members of the phylum Spirochetes have spiral-shaped cells. Most are free-living anaerobes, but some are pathogenic. Flagella run lengthwise in the periplasmic space between the inner and outer membrane. Representative species include Treponema pallidum, the causative agent of syphilis and Borrelia burgdorferi, the causative agent of Lyme disease Micrograph shows corkscrew-shaped Trepanema pallidum, about 1 micron across.

Bacteria in the phylum Cyanobacteria, also known as blue-green algae, obtain their energy through photosynthesis. They are ubiquitous, found in terrestrial, marine, and freshwater environments. Eukaryotic chloroplasts are thought be derived from bacteria in this group. The cyanobacterium Prochlorococcus is believed to be the most abundant photosynthetic organism on earth, responsible for generating half the world’s oxygen. Micrograph shows a long, thin rod-shaped species called Phormidium.

Gram-positive Bacteria have a thick cell wall and lack an outer membrane. Soil-dwelling members of this subgroup decompose organic matter. Some species cause disease. Representative species include Bacillus anthracis, which causes anthrax; Clostridium botulinum, which causes botulism; Clostridium difficile, which causes diarrhea during antibiotic therapy; Streptomyces, from which many antibiotics, including streptomyocin, are derived; and Mycoplasmas, the smallest known bacteria, which lack a cell wall. Some are free-living, and some are pathogenic. Micrograph shows Clostridium difficile, which are rod-shaped and about 3 microns long.

Chlamydia (chlamydie), Spirochetes (krętki), Cyanobacteria (cjanobakterie), i bakterie Gram-dodatnie opisano w poniższej tabeli.

Chlamydie: wszyscy członkowie tej grupy są obligatoryjnymi wewnątrzkomórkowymi pasożytami komórek zwierzęcych. Ściany komórkowe nie zawierają peptydoglikanu. Organizm reprezentatywny: Chlamydia trachomatis, wywołuje częstą chorobę przenoszoną drogą płciową, która może prowadzić do ślepoty. Reprezentatywna mikrofotografia: wymaz z szyjki macicy, Chlamydia trachomatis widoczne są jako różowe inkluzje wewnątrz komórek.

Krętki: Większość członków tego gatunku, posiada komórki o kształcie spiralnym, są beztlenowcami wolno żyjącymi, niektóre są patogenne. Wić biegnie wzdłuż przestrzeni peryplazmatycznej między błoną wewnętrzną i zewnętrzną. Organizmy reprezentatywne: Treponema pallidum, wywołuje kiłę i Borrelia burgdorferi, powodująca chorobę z Lyme. Reprezentatywna mikrofotografia: Treponema pallidum, bakteria w kształcie korkociągu.

Cyjanobakterie: znane również jako niebieskozielone glony, uzyskują energię poprzez fotosyntezę. Są one powszechne, obecne są w środowiskach lądowych, morskich i słodkowodnych. Uważa się, że chloroplasty eukariotyczne pochodzą od bakterii z tej grupy. Organizm reprezentatywny: Prochlorococcus, uważany za najbardziej rozpowszechniony organizm fotosyntetyzujący na Ziemi; Odpowiedzialny za generowanie połowy tlenu na świecie. Reprezentatywna mikrofotografia: Phormidium, długa, cienka, bakteria o kształcie pręta.

Bakterie Gram-dodatnie: członkowie tej podgrupy rozkładają materię organiczną. Niektóre gatunki wywołują choroby. Mają grubą ścianę komórkową i brak zewnętrznej błony. Organizmy reprezentatywne: Bacillus anthracis, wywołuje wąglik; Clostridium botulinum, powoduje botulizm (zatrucie jadem kiełbasianym); Clostridium difficile, powoduje biegunkę podczas leczenia antybiotykami; Streptomyces, wiele antybiotyków, pochodzi z tych bakterii, w tym streptomycyna; i Mycoplasma, najmniejsze poznane bakterie, pozbawione ściany komórkowej. Niektóre są wolne żyjące, a niektóre patogenne. Reprezentatywna mikrofotografia: Clostridium dificile, bakteria w kształcie pręta.

Przedstawiono charakterystykę pięciu typów bakterii. Euryarcheota obejmują metanogeny, które wytwarzają metan jako uboczny produkt metabolizmu i halobakterie, które żyją w skrajnie zasolonym środowisku. Metanogeny powodują wzdęcia u ludzi i innych zwierząt. Halobakterie mogą tworzyć duże zakwity, które wydają się czerwone, ze względu na obecność bakteriorodopsyny w błonie. Bakteriorodopsyna jest powiązana z barwnikiem siatkówki rodopsyną. Mikrofotografia pokazuje Halobakterium o kształcie pręta. Członkowie wszechobecnego typu Crenarcheota odgrywają ważną rolę w asymilacji węgla. Wielu członków tej grupy jest zależnymi od siarki ekstremofilami. Niektóre z nich są termofilne lub hipertermofilne. Mikrofotografia pokazuje Sulfolobus o kształcie ziarenek, rodzaj, który wzrasta w źródłach wulkanicznych w temperaturze pomiędzy 75°C i 80°C oraz przy pH między 2 a 3. Obecnie typ Nanoarchaeota zawiera tylko jeden gatunek Nanoarchaeum equitans, który został wyizolowany z dna Oceanu Atlantyckiego oraz komina hydrotermalnego w Parku Narodowym Yellowstone. Jest obligatoryjnym symbiontem wraz z Ignococcus, kolejnym rodzajem archeabakterii. Mikrofotografia pokazuje dwie małe, okrągłe komórki N. equitans przytwierdzone do większej komórki Ignococcus. Korarcheota są uważane za jedne z najbardziej prymitywnych form życia i jak na razie zostały znalezione jedynie w Obsidian Pool, gorącym źródle w Parku Narodowym Yellowstone. Mikrofotografia pokazuje zróżnicowanie kształtów gatunków z tej grupy.

Pokazano dwie płytki bakteryjne z czerwonym agarem. Obie płytki pokryte są koloniami bakteryjnymi. Na prawej płytce, która zawiera bakterie hemolityczne, czerwony agar w miejscach, gdzie wzrastają bakterie stał się jasny. Na lewej płytce, która zawiera bakterie niehemolityczne, agar nie zmienił barwy.