Monera

O reino Monera, historicamente conhecido como um dos principais reinos biológicos, engloba uma variedade diversificada de organismos unicelulares. Monera, derivado do grego "único" e "solitário", é composto por procariontes, ou seja, por seres cujas células carecem de um núcleo definido. Esta característica distintiva define os seres desse reino e os diferencia de outras formas de vida. Tradicionalmente, o mundo natural era classificado como animal, vegetal ou mineral, como no Systema Naturae. No entanto, após o desenvolvimento do microscópio, surgiram tentativas de encaixar os organismos microscópicos nos reinos animal ou vegetal. Em 1675, Antonie van Leeuwenhoek descobriu as bactérias e as chamou de "animalículos", classificando-as na classe Vermes do Reino Animalia. Devido às limitações das ferramentas da época - as únicas referências para esse grupo eram a forma, o comportamento e o habitat - a descrição de gêneros e sua classificação eram extremamente limitadas, o que foi acentuado pela percepção da falta de importância desse grupo. A proposta do táxon Monera como um filo foi inicialmente apresentada por Ernst Haeckel em 1866. Em um avanço subsequente, Édouard Chatton promoveu o filo à categoria de reino em 1925. Um marco de classificação amplamente aceito que envolveu o táxon Monera foi o sistema dos cinco reinos, concebido por Robert Whittaker em 1969. O táxon Monera demonstra ser parafilético, o que significa que não inclui todos os descendentes do ancestral comum mais recente. Este fenômeno ocorre devido à relação mais próxima entre os domínios Archaea e Eukarya do que com Bacteria. Ainda hoje, o termo "monerano" é informalmente utilizado para fazer referência aos membros desse grupo, juntamente com a expressão "procarionte", para denotar os seres que pertencem a qualquer um dos dois domínios. Dentre as formas de vida classificadas originalmente em Monera, a grande maioria consiste em bactérias. Contudo, é importante mencionar que algumas cianobactérias, frequentemente chamadas de algas azuis-verdes, foram inicialmente agrupadas no reino Plantae devido à sua habilidade de realizar a fotossíntese. Essa complexidade de classificação reflete a intrincada natureza desses microorganismos e a evolução do nosso entendimento sobre eles. Nossa exploração posterior nos permitirá compreender como esse conhecimento evoluiu e como o Reino Monera emergiu como uma categoria significativa na taxonomia, revelando a importância oculta desse grupo aparentemente simples de microorganismos.

O que são as bactérias?

A palavra "bactéria" é o plural do neolatim "bacterium", que é a latinização do grego antigo, significando "bastão, cajado", porque as primeiras a serem descobertas eram em forma de bastão, como as Bacillus subtilis.

Bactérias são organismos ubíquos, na maioria das vezes de vida livre, frequentemente consistindo em uma única célula biológica, procariontes, geralmente com alguns micrômetros de comprimento. As bactérias foram as primeiras formas de vida a surgirem na Terra e estão presentes na maioria dos seus habitats. Bactérias habitam o solo, água, fontes termais ácidas, resíduos radioativos e a biosfera profunda da crosta terrestre. 

Bactérias desempenham um papel vital em muitas etapas do ciclo de nutrientes, reciclando nutrientes e fixando nitrogênio da atmosfera. O ciclo de nutrientes inclui a decomposição de corpos mortos; as bactérias são responsáveis pela fase de putrefação nesse processo. Nas comunidades biológicas ao redor de fontes hidrotermais e fissuras frias, bactérias extremófilas fornecem os nutrientes necessários para sustentar a vida, convertendo compostos dissolvidos, como sulfeto de hidrogênio e metano, em energia. Bactérias também vivem em relacionamentos simbióticos e parasitários com plantas e animais.

A maioria das bactérias não foram descritas e há muitas espécies que não podem ser cultivadas em laboratório. O estudo das bactérias é conhecido como bacteriologia, um ramo da microbiologia.

Ser humano e a maioria dos outros animais carregam uma grande quantidade de bactérias. A maioria delas está no intestino e há muitas na pele. A maioria das bactérias no corpo é inofensiva ou se torna inofensiva pelos efeitos protetores do sistema imunológico, e muitas são benéficas, particularmente as do intestino. No entanto, várias espécies de bactérias são patogênicas infecciosas, incluindo cólera, sífilis, antraz, hanseníase, tuberculose, tétano e peste bubônica. As doenças bacterianas fatais mais comuns são infecções respiratórias. Antibióticos são usados para tratar infecções bacterianas e também são usados na agricultura, tornando a resistência aos antibióticos um problema crescente. Bactérias são importantes no tratamento de esgoto e na decomposição de derramamentos de petróleo, na produção de queijo e iogurte por meio da fermentação, na recuperação de ouro, paládio, cobre e outros metais no setor de mineração, bem como na biotecnologia e na fabricação de antibióticos e outros produtos químicos. 

Antigamente consideradas plantas constituindo a classe Schizomycetes ("fungos de fissão"), as bactérias agora são classificadas como procariontes. Ao contrário das células de animais e outros eucariontes, as células bacterianas não contêm núcleo e raramente têm organelas membranosas. Embora o termo "bactéria" tradicionalmente incluísse todos os procariontes, a classificação científica mudou após a descoberta nos anos 1990 de que os procariontes consistem em dois grupos muito diferentes de organismos que evoluíram a partir de um ancestral comum, as Bactéria e as Archaea, como visto anteriormente.

Evolução das bactérias

Antes, para entender como surgiu a  primeira bactéria ou primeiro ser vivo você pode ler  o texto Origem da vida.


 A evolução das bactérias ocorreu ao longo de bilhões de anos, desde o período Precambriano, com sua primeira grande divergência da linhagem procarionte para a eucariótica cerca de 3,2-3,5 bilhões de anos atrás. Isso foi descoberto por meio do sequenciamento genético de nucleoides bacterianos para reconstruir sua filogenia. Além disso, evidências de microfósseis permineralizados de procariontes primitivos foram encontradas nas rochas do Apex Chert na Austrália, datando de aproximadamente 3,5 bilhões de anos atrás, durante o período conhecido como Precambriano. Sugerindo que um organismo do filo Thermotogota (filo onde estão classificadas as bacterias extremofilas) foi o ancestral comum mais recente das bactérias modernas. 

Análises químicas e isotópicas adicionais de rochas antigas revelam que, no período Sideriano, cerca de 2,45 bilhões de anos atrás, o oxigênio havia aparecido (como explicado no texto sobre a formação da terra). Isso indica que cianobactérias oceânicas fotossintéticas evoluíram durante esse período, pois foram os primeiros micróbios a produzir oxigênio como subproduto de seu processo metabólico. Portanto, esse filo era considerado predominante há aproximadamente 2,3 bilhões de anos. No entanto, alguns cientistas argumentam que eles podem ter existido já há 2,7 bilhões de anos, pois isso foi aproximadamente antes do evento de Grande Oxigenação, o que significa que os níveis de oxigênio tiveram tempo para aumentar na atmosfera antes de alterar o ecossistema durante esse evento. 

O aumento do oxigênio atmosférico levou à evolução do Pseudomonadota. Hoje, esse filo inclui muitas bactérias fixadoras de nitrogênio, patógenos e microorganismos de vida livre. Esse filo evoluiu aproximadamente 1,5 bilhão de anos atrás, durante a era Paleoproterozoica.

No entanto, ainda existem muitas teorias conflitantes sobre as origens das bactérias. Mesmo que microfósseis de bactérias antigas tenham sido descobertos, alguns cientistas argumentam que a falta de morfologia identificável nesses fósseis impede que sejam utilizados para traçar um cronograma evolutivo preciso das bactérias. No entanto, desenvolvimentos tecnológicos mais recentes têm levado à descoberta de mais evidências. 

Onde vivem as bactérias?

As bactérias habitam todo tipo de ambiente possível no planeta, incluindo solo, debaixo d'água, nas profundezas da crosta terrestre e até mesmo em ambientes extremos como fontes termais ácidas e resíduos radioativos. Elas são abundantes em lagos, oceanos, no gelo ártico e em fontes geotermais onde fornecem os nutrientes necessários para sustentar a vida ao converter compostos dissolvidos, como o sulfeto de hidrogênio e o metano, em energia. Elas vivem em plantas e animais, sendo que a maioria não causa doenças, são benéficas para seus ambientes e essenciais para a vida. O solo é uma rica fonte de bactérias, e alguns gramas contêm cerca de um bilhão delas. Todas são essenciais para a ecologia do solo, decompondo resíduos tóxicos e reciclando nutrientes. Elas até mesmo são encontradas na atmosfera, e um metro cúbico de ar contém cerca de cem milhões de células bacterianas. As bactérias que vivem nos oceanose fornecem até 50% do oxigênio que os humanos respiram. Apenas cerca de 2% das espécies bacterianas foram totalmente estudadas.

Bactérias extremófilas são organismos microscópicos pertencentes ao reino das bactérias que têm a capacidade de viver e prosperar em ambientes extremamente hostis e desafiadores que seriam letais para a maioria dos outros seres vivos. Esses ambientes extremos incluem condições de temperatura, pressão, pH, salinidade e radiação muito fora do alcance das condições habituais de vida.

Existem várias categorias de extremófilos, cada uma adaptada a um tipo específico de ambiente extremo. Alguns exemplos de categorias de bactérias extremófilas incluem:

Essas bactérias extremófilas desenvolveram adaptações especiais em suas estruturas celulares e processos metabólicos para resistir e até mesmo prosperar nessas condições adversas. Seu estudo não apenas fornece insights sobre a vida em outros planetas, mas também tem aplicações práticas, como na indústria biotecnológica, onde suas enzimas e processos metabólicos únicos podem ser explorados para diversas finalidades, incluindo a produção de produtos químicos e a degradação de resíduos tóxicos.

Alguns exemplos de bactérias extremófilas são: Cryptoendólitos que vivem na Antártica, em temperaturas de -15 °C; Thermus aquaticus  que são encontradas em geisers, ambientes que chegam a 100 °C; Deinococcus radiodurans que é capaz de suportar 0,005 Rad de radiação (em ambiente natural o ser humano recebe até 0,001 Rad); muitas espécies conseguem viver em ambiente extremamene salinos como o Mar Morto; outras espécies conseguem viver em ambientes extremamente ácido, com pH 3 enquanto a grande maioria dos seres vivos tem dificuldadede vivem em abientes com pH abaixo de 5, ao contrario as betaproteobactérias vivem em abientes com pH altamente alcalino, 12.8; a Bacillus subtilis se manteve viva no espaço por 6 anos sob um satélite da NASA; algumas espécies vivem até  3.2 km abaixo da terra; Moritella, Shewanella e outras esécies de bactérias vivem sob grande quantidade de pressão na Fossa das Marianas, um ambiente que chega a 1200 atm (ao níveu do mar a pressão atmoférica é de 1atm) 

Qual a forma das bactérias?

A bactéria, apesar de sua simplicidade, possui uma estrutura celular bem desenvolvida que é responsável por algumas de suas estruturas biológicas únicas e patogenicidade. Muitas características estruturais são exclusivas das bactérias e não são encontradas entre arqueias ou eucariotos. Devido à simplicidade das bactérias em relação a organismos maiores e à facilidade com que podem ser manipuladas experimentalmente, a estrutura celular das bactérias foi bem estudada, revelando muitos princípios bioquímicos que posteriormente foram aplicados a outros organismos.

As bactérias exibem uma ampla diversidade de formas e tamanhos. As células bacterianas têm cerca de um décimo do tamanho das células eucarióticas e geralmente possuem entre 0,5 e 5,0 micrômetros de comprimento. No entanto, algumas espécies são visíveis a olho nu, por exemplo aThiomargarita namibiensis chega a ter meio milímetro de comprimento, Epulopiscium fishelsoni alcança 0,7 mm, e Thiomargarita magnifica pode atingir até 2 cm de comprimento, o que é 50 vezes maior do que outras bactérias conhecidas. Entre as menores bactérias estão os membros do gênero Mycoplasma, que medem apenas 0,3 micrômetros, tão pequenos quanto os maiores vírus. Algumas bactérias podem ser ainda menores, mas essas ultramicrobactérias não são bem estudadas.

A maioria das espécies bacterianas é ou esférica, chamada de cocos, ou em forma de bastonete, chamada de bacilos. Algumas bactérias, chamadas de vibrio, têm formato de bastonetes levemente curvados ou em forma de vírgula; outras podem ser em forma de espiral, chamadas de espirilos, ou fortemente enroladas, chamadas de espiroquetas. Um pequeno número de outras formas incomuns também foi descrito, como bactérias em forma de estrela. Essa ampla variedade de formas é determinada pela parede celular bacteriana e pelo citoesqueleto, e é importante porque pode influenciar a capacidade das bactérias de adquirir nutrientes, se fixar em superfícies, nadar em líquidos e escapar de predadores, pois a forma do corpo reflete como ela interage com o ambiente.

A maioria das espécies bacterianas existe como células individuais; outras se associam em padrões característicos: Neisseria forma diploides (pares), estreptococos formam cadeias, e estafilococos se agrupam em aglomerados em formato de "cachos de uva". As bactérias também podem se agrupar para formar estruturas multicelulares maiores, como os filamentos alongados das espécies de Actinomycetota, os agregados das espécies de Myxobacteria e as complexas hifas das espécies de Streptomyces. Essas estruturas multicelulares são frequentemente observadas apenas em condições específicas. Por exemplo, quando privadas de aminoácidos, as myxobactérias detectam células vizinhas em um processo conhecido como "quorum sensing", migram umas em direção às outras e se agregam para formar corpos de frutificação de até 500 micrômetros de comprimento, contendo aproximadamente 100.000 células bacterianas. Nestes corpos de frutificação, as bactérias executam tarefas separadas; por exemplo, cerca de uma em cada dez células migra para o topo de um corpo de frutificação e se diferencia em um estado dormente especializado chamado mixosporo, que é mais resistente à dessecação e a outras condições ambientais adversas.

As bactérias frequentemente se aderem a superfícies e formam agregações densas chamadas biofilmes, e formações maiores conhecidas como tapetes microbianos. Esses biofilmes e tapetes podem variar de poucos micrômetros de espessura até meio metro de profundidade, e podem conter várias espécies de bactérias, protistas e arqueias. Bactérias que vivem em biofilmes exibem uma disposição complexa de células e componentes extracelulares, formando estruturas secundárias, como microcolônias, por meio das quais existem redes de canais que permitem melhor difusão de nutrientes. Em ambientes naturais, como solo ou superfícies de plantas, a maioria das bactérias está aderida a superfícies em biofilmes.

Parede celular das bacterias

O envelope celular é composto pela membrana celular e pela parede celular. Assim como em outros organismos, a parede celular bacteriana confere integridade estrutural à célula. Nos procariotos, a função primária da parede celular é proteger a célula da pressão interna do turgor causada pelas concentrações muito maiores de proteínas e outras moléculas dentro da célula em comparação com seu ambiente externo. A parede celular bacteriana difere daquela de todos os outros organismos devido à presença de peptidoglicano, localizado imediatamente fora da membrana celular. O peptidoglicano é composto por uma espinha dorsal de polissacarídeo, consistindo em ácido N-Acetilmurâmico (NAM) e resíduos de N-acetilglicosamina (NAG) alternados em quantidades iguais. O peptidoglicano é responsável pela rigidez da parede celular bacteriana e pela determinação da forma celular. Ele é relativamente poroso e não é considerado uma barreira de permeabilidade para substratos pequenos. Embora todas as paredes celulares bacterianas (com algumas exceções, como parasitas extracelulares como o Mycoplasma) contenham peptidoglicano, nem todas as paredes celulares têm as mesmas estruturas gerais. 

Uma vez que a parede celular é necessária para a sobrevivência bacteriana, mas está ausente em alguns eucariotos, diversos antibióticos (notavelmente as penicilinas e cefalosporinas) interrompem infecções bacterianas interferindo na síntese da parede celular, sem ter efeitos nas células humanas que não possuem parede celular, apenas uma membrana celular. Existem dois principais tipos de paredes celulares bacterianas: as das bactérias gram-positivas e as das bactérias gram-negativas, que são diferenciadas por suas características de coloração de Gram. Para ambos esses tipos de bactérias, partículas de aproximadamente 2 nm podem passar através do peptidoglicano. Se a parede celular bacteriana for completamente removida, é chamada de protoplasto, enquanto se for parcialmente removida, é chamada de esferoplasto. Antibióticos beta-lactâmicos como a penicilina inibem a formação de ligações cruzadas de peptidoglicano na parede celular bacteriana. A enzima lisozima, encontrada nas lágrimas humanas, também digere a parede celular das bactérias e é a principal defesa do corpo contra infecções oculares.

O que são bactérias Gran-positivas e Gran-negativas?

As bactérias Gram-positivas e Gram-negativas são dois grupos distintos de bactérias que são diferenciados com base na técnica de coloração de Gram, um método utilizado para identificar e classificar bactérias com base em suas características estruturais de parede celular.

A classificação em Gram-positivas e Gram-negativas é importante na microbiologia, pois influencia os tipos de tratamentos médicos que podem ser eficazes contra essas bactérias. Também é relevante em estudos sobre resistência a antibióticos e na compreensão das diferentes propriedades patogênicas desses dois grupos bacterianos.

Membrana plasmática das bactérias

A membrana plasmática bacteriana é composta por uma bicamada de fosfolipídios e, portanto, possui todas as funções gerais de uma membrana celular, como atuar como uma barreira de permeabilidade para a maioria das moléculas e servir como local para o transporte de moléculas para dentro da célula. Além dessas funções, as membranas procarióticas também funcionam na conservação de energia como o local onde é gerada uma força motriz próton. Ao contrário dos eucariotos, as membranas bacterianas (com algumas exceções, como Mycoplasma e metanotrófos) geralmente não contêm esteróis. No entanto, muitos micróbios contêm compostos estruturalmente relacionados chamados hopanoides, que provavelmente desempenham a mesma função. Diferentemente dos eucariotos, as bactérias podem ter uma ampla variedade de ácidos graxos em suas membranas. Além de ácidos graxos saturados e insaturados típicos, as bactérias podem conter ácidos graxos com grupos metila, hidroxila ou mesmo cíclicos adicionais. As proporções relativas desses ácidos graxos podem ser ajustadas pela bactéria para manter a fluidez ideal da membrana (por exemplo, após uma mudança de temperatura).

As bactérias gram-negativas e as micobactérias possuem uma membrana bacteriana interna e externa. Como uma bicamada de fosfolipídios, a porção lipídica da membrana externa bacteriana é impermeável a moléculas carregadas. No entanto, canais chamados porinas estão presentes na membrana externa, permitindo o transporte passivo de muitos íons, açúcares e aminoácidos através da membrana externa. Essas moléculas estão, portanto, presentes no periplasma, a região entre as membranas citoplasmática e externa. O periplasma contém a camada de peptidoglicano e muitas proteínas responsáveis pela ligação ou hidrólise de substratos e pela recepção de sinais extracelulares. Acredita-se que o periplasma exista em um estado semelhante a um gel, em vez de um líquido, devido à alta concentração de proteínas e peptidoglicano encontrada nele. Devido à sua localização entre as membranas citoplasmática e externa, os sinais recebidos e os substratos ligados estão disponíveis para serem transportados através da membrana citoplasmática usando proteínas de transporte e sinalização embutidas ali.

Estruturas internas de uma bactéria

Ao contrário dos eucariotos, o DNA bacteriano não está envolto em um núcleo delimitado por membrana, mas reside dentro do citoplasma bacteriano. Isso significa que a transferência de informações celulares por meio dos processos de tradução, transcrição e replicação do DNA ocorre todos no mesmo compartimento e pode interagir com outras estruturas citoplasmáticas, mais notavelmente os ribossomos. O DNA bacteriano pode estar localizado em dois lugares:

O DNA bacteriano não é empacotado com histonas para formar cromatina como em eucariotos, mas existe como uma estrutura altamente compacta e superenrolada, cuja natureza precisa ainda não está clara. A maioria dos cromossomos bacterianos é circular, embora existam alguns exemplos de DNA linear (por exemplo, Borrelia burgdorferi). Geralmente, está presente apenas um cromossomo bacteriano, embora tenham sido descritas algumas espécies com múltiplos cromossomos.

Além do DNA cromossômico, a maioria das bactérias também contém pequenos pedaços independentes de DNA chamados plasmídeos, que frequentemente codificam características vantajosas, mas não essenciais para o hospedeiro bacteriano. Os plasmídeos podem ser facilmente adquiridos ou perdidos por uma bactéria e podem ser transferidos entre bactérias como uma forma de transferência horizontal de genes. Assim, os plasmídeos podem ser descritos como DNA extracromossomal em uma célula bacteriana.

Ribossomos e outros complexos multiproteícos

Na maioria das bactérias, a estrutura intracelular mais numerosa é o ribossomo, o local de síntese de proteínas em todos os organismos vivos. Todos os procariontes possuem ribossomos 70S (onde S = unidades de Svedberg), enquanto os eucariotos contêm ribossomos maiores de 80S em seu citosol. O ribossomo 70S é composto por subunidades 50S e 30S. A subunidade 50S contém o rRNA 23S e 5S, enquanto a subunidade 30S contém o rRNA 16S. Essas moléculas de rRNA diferem em tamanho nos eucariotos e são complexadas com um grande número de proteínas ribossômicas, cujo número e tipo podem variar ligeiramente entre os organismos. Enquanto o ribossomo é o complexo multiproteico intracelular mais comumente observado em bactérias, outros complexos maiores também ocorrem e às vezes podem ser vistos por meio de microscopia.

OBS: As unidades de Svedberg (S) são uma medida utilizada para descrever a taxa de sedimentação de partículas em uma centrífuga. O nome é uma homenagem ao físico sueco Theodor Svedberg, que desenvolveu essa técnica para estudar partículas em suspensão, como moléculas de proteína e organelas celulares, em meados do século XX. A taxa de sedimentação é influenciada pela massa, forma e densidade das partículas. Quando uma amostra é centrifugada, as partículas mais pesadas ou densas sedimentam mais rapidamente, enquanto as partículas leves ou menos densas sedimentam mais lentamente. As unidades de Svedberg são uma maneira de expressar essa taxa de sedimentação relativa. É importante notar que as unidades de Svedberg não são diretamente relacionadas ao tamanho absoluto das partículas, mas sim à sua taxa de sedimentação em uma determinada condição de centrifugação. Portanto, as unidades de Svedberg são especialmente relevantes para estruturas subcelulares, como ribossomos e subunidades de ribossomos, que têm formas específicas e taxas de sedimentação distintas.

Neste contexto os ribossomo bacterianos são menores do que os ribossomos das células eucariontes, e os existem ribossomos bacterianos de diferentes tamanhos.

Membranas intracelulares

Embora não sejam típicas de todas as bactérias, alguns microrganismos contêm membranas intracelulares além de suas membranas citoplasmáticas. Uma ideia inicial era que as bactérias poderiam conter dobras de membrana denominadas mesossomos, mas essas foram posteriormente mostradas como artefatos produzidos pelos produtos químicos utilizados para preparar as células para microscopia eletrônica. Exemplos de bactérias que contêm membranas intracelulares são fototróficas, bactérias nitrificantes e bactérias oxidantes de metano. Membranas intracelulares também são encontradas em bactérias pertencentes ao grupo pouco estudado de Planctomycetota, embora essas membranas se assemelhem mais às membranas de organelas em eucariotos e atualmente tenham função desconhecida. Cromatóforos são membranas intracelulares encontradas em bactérias fototróficas. Usados principalmente para a fotossíntese, eles contêm pigmentos bacterioclorofilas e carotenoides.

Citoesqueleto

O citoesqueleto procariótico é o nome coletivo para todos os filamentos estruturais em procariontes. Já se pensou que as células procarióticas não possuíam citoesqueletos, mas avanços na tecnologia de imagem e determinação da estrutura têm mostrado a presença de filamentos nessas células. Homólogos para todas as principais proteínas do citoesqueleto em eucariotos foram encontrados em procariontes. Elementos do citoesqueleto desempenham papéis essenciais na divisão celular, proteção, determinação de forma e determinação de polaridade em vários procariontes.

Estruturas de armazenamento de nutrientes

A maioria das bactérias não vive em ambientes que contenham grandes quantidades de nutrientes o tempo todo. Para acomodar esses níveis transitórios de nutrientes, as bactérias contêm vários métodos diferentes de armazenamento de nutrientes em momentos de abundância, para uso em momentos de carência. Por exemplo, muitas bactérias armazenam excesso de carbono na forma de polihidroxialcanoatos ou glicogênio. Alguns micróbios armazenam nutrientes solúveis, como nitrato, em vacúolos. O enxofre é frequentemente armazenado como grânulos de enxofre elementar (S0), que podem ser depositados intra ou extracelularmente. Os grânulos de enxofre são especialmente comuns em bactérias que usam sulfeto de hidrogênio como fonte de elétrons. A maioria dos exemplos mencionados acima pode ser visualizada usando um microscópio e está envolta por uma fina membrana não unitária para separá-los do citoplasma.

Inclusões

As inclusões são consideradas componentes não vivos da célula que não possuem atividade metabólica e não são delimitadas por membranas. As inclusões mais comuns são glicogênio, gotículas lipídicas, cristais e pigmentos. Os grânulos de volutina são inclusões citoplasmáticas de polifosfato inorgânico complexado. Esses grânulos são chamados de grânulos metacromáticos devido ao seu efeito metacromático; eles aparecem vermelhos ou azuis quando corados com os corantes azuis azul de metileno ou azul de toluidina.

Vesículas de gás

As vesículas de gás são vesículas em forma de fuso, delimitadas por membranas, encontradas em algumas bactérias planctônicas e cianobactérias, que proporcionam flutuabilidade a essas células, diminuindo a densidade celular total. A flutuabilidade positiva é necessária para manter as células nas camadas superiores da coluna de água, para que possam continuar a realizar a fotossíntese. Elas são compostas por uma casca de proteína que tem uma superfície interna altamente hidrofóbica, tornando-a impermeável à água (e impedindo que o vapor de água condense no interior), mas permeável à maioria dos gases. Como a vesícula de gás é um cilindro oco, ela está propensa a colapsar quando a pressão circundante aumenta. A seleção natural ajustou a estrutura da vesícula de gás para maximizar sua resistência ao encurvamento, incluindo uma proteína de fortalecimento externa, a GvpC, semelhante ao fio verde em uma mangueira trançada.

Existe uma relação simples entre o diâmetro da vesícula de gás e a pressão na qual ela irá colapsar - quanto mais larga a vesícula de gás, mais fraca ela se torna. No entanto, vesículas de gás mais largas são mais eficientes, proporcionando mais flutuabilidade por unidade de proteína do que vesículas de gás estreitas. Espécies diferentes produzem vesículas de gás de diâmetros diferentes, permitindo que elas colonizem diferentes profundidades da coluna de água (espécies de crescimento rápido e altamente competitivas com vesículas de gás largas nas camadas mais superiores; espécies de crescimento lento, adaptadas à escuridão, com vesículas de gás estreitas e resistentes nas camadas mais profundas). O diâmetro da vesícula de gás também ajudará a determinar quais espécies sobrevivem em diferentes corpos de água. Lagos profundos que passam por mistura de inverno expõem as células à pressão hidrostática gerada pela coluna completa de água. Isso selecionará espécies com vesículas de gás mais estreitas e mais fortes.

A célula alcança sua altura na coluna de água sintetizando vesículas de gás. Conforme a célula sobe, ela é capaz de aumentar sua carga de carboidratos por meio de uma maior fotossíntese. Muito alto e a célula sofrerá fotodescoloração e possível morte, no entanto, o carboidrato produzido durante a fotossíntese aumenta a densidade da célula, fazendo com que ela afunde. O ciclo diário de acumulação de carboidratos a partir da fotossíntese e catabolismo de carboidratos durante as horas escuras é suficiente para ajustar a posição da célula na coluna de água, trazendo-a para perto da superfície quando seus níveis de carboidratos estão baixos e precisa realizar a fotossíntese, e permitindo que ela afunde longe da radiação UV prejudicial quando os níveis de carboidratos da célula foram reabastecidos. Um excesso extremo de carboidrato causa uma mudança significativa na pressão interna da célula, o que faz com que as vesículas de gás se dobrem e colapsem e a célula afunde. 

Microcompartimentos

Os microcompartimentos bacterianos são organelas delimitadas por membranas, amplamente distribuídas, feitas de uma casca de proteína que envolve e encapsula várias enzimas. Eles fornecem um nível adicional de organização; são compartimentos dentro de bactérias cercados por cascas de proteína poliédricas, em vez de por membranas lipídicas. Esses "organelos poliédricos" localizam e compartimentam o metabolismo bacteriano, uma função realizada pelas organelas de membrana ligada em eucariotos.

Carboxissomas

Os carboxissomas são microcompartimentos bacterianos encontrados em muitas bactérias autotróficas, como as cianobactérias, Knallgasbacteria, Nitroso- e Nitrobacteria. São estruturas proteicas que se assemelham a cabeças de fagos em sua morfologia e contêm as enzimas de fixação de dióxido de carbono nesses organismos (especialmente ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase/oxigenase, RuBisCO, e anidrase carbônica). Acredita-se que a alta concentração local de enzimas, juntamente com a conversão rápida de bicarbonato em dióxido de carbono pela anidrase carbônica, permita uma fixação mais rápida e eficiente de dióxido de carbono do que possível dentro do citoplasma. Estruturas semelhantes são conhecidas por abrigar a glicerol desidratase contendo coenzima B12, a enzima chave da fermentação de glicerol a 1,3-propanodiol, em algumas Enterobacteriaceae (por exemplo, Salmonella).

Magnetossomos

Os magnetossomos são microcompartimentos bacterianos encontrados em bactérias magnetotáticas que permitem que elas sintam e alinhem-se ao longo de um campo magnético (magnetotaxia). O papel ecológico da magnetotaxia é desconhecido, mas acredita-se que esteja envolvido na determinação das concentrações ideais de oxigênio. Os magnetossomos são compostos pelo mineral magnetita ou greigita e são cercados por uma membrana de bicamada lipídica. A morfologia dos magnetossomos é específica para cada espécie.

Endósporo

Talvez a adaptação bacteriana mais conhecida ao estresse seja a formação de endósporos. Os endósporos são estruturas de sobrevivência bacteriana altamente resistentes a muitos tipos diferentes de estresses químicos e ambientais, permitindo, assim, a sobrevivência de bactérias em ambientes que seriam letais para essas células em sua forma vegetativa normal. Foi proposto que a formação de endósporos permitiu a sobrevivência de algumas bactérias por centenas de milhões de anos (por exemplo, em cristais de sal), embora essas publicações tenham sido questionadas. A formação de endósporos é limitada a vários gêneros de bactérias gram-positivas, como Bacillus e Clostridium. Difere de esporos reprodutivos pelo fato de apenas um esporo ser formado por célula, resultando em nenhum ganho líquido no número de células após a germinação do endósporo. A localização de um endósporo dentro de uma célula é específica para a espécie e pode ser usada para determinar a identidade de uma bactéria. O ácido dipicolínico é um composto químico que compõe de 5% a 15% do peso seco de esporos bacterianos e é implicado em ser responsável pela resistência ao calor de endósporos. Arqueólogos encontraram endósporos viáveis retirados do intestino de múmias egípcias, bem como de sedimentos lacustres no norte da Suécia, estimados em muitos milhares de anos.

Estruturas externas de uma bactéria

Na parte externa da membrana celular encontra-se a parede celular. As paredes celulares bacterianas são compostas de peptidoglicano (também chamado de mureína), que é formado por cadeias de polissacarídeos interligadas por peptídeos contendo aminoácidos. As paredes celulares bacterianas são diferentes das paredes celulares de plantas e fungos, que são compostas de celulose e quitina, respectivamente. A parede celular das bactérias também difere daquela das arquéias, que não contêm peptidoglicano. A parede celular é essencial para a sobrevivência de muitas bactérias, e o antibiótico penicilina (produzido por um fungo chamado Penicillium) é capaz de matar as bactérias inibindo uma etapa na síntese do peptidoglicano.

Bactérias Gram-positivas possuem uma parede celular espessa contendo várias camadas de peptidoglicano e ácidos teicóicos. Em contraste, as bactérias Gram-negativas possuem uma parede celular relativamente fina composta por poucas camadas de peptidoglicano cercadas por uma segunda membrana lipídica contendo lipopolissacarídeos e lipoproteínas. A maioria das bactérias possui a parede celular Gram-negativa, e apenas membros do grupo Bacillota e actinomycetota possuem a disposição alternativa Gram-positiva. Essas diferenças na estrutura podem resultar em diferenças na suscetibilidade a antibióticos; por exemplo, a vancomicina pode matar apenas bactérias Gram-positivas e é ineficaz contra patógenos Gram-negativos, como Haemophilus influenzae ou Pseudomonas aeruginosa. Algumas bactérias possuem estruturas de parede celular que não são classicamente Gram-positivas ou Gram-negativas. Isso inclui bactérias clinicamente importantes, como micobactérias, que possuem uma parede celular de peptidoglicano espessa como uma bactéria Gram-positiva, mas também uma segunda camada externa de lipídios.

A montagem dessas estruturas extracelulares depende de sistemas de secreção bacteriana. Esses sistemas transferem proteínas do citoplasma para o periplasma ou para o ambiente ao redor da célula. Muitos tipos de sistemas de secreção são conhecidos e essas estruturas são frequentemente essenciais para a virulência de patógenos, sendo intensivamente estudadas.

Metabolismo das bactérias

As bactérias apresentam uma ampla variedade de tipos metabólicos. A distribuição de características metabólicas dentro de um grupo de bactérias tem sido tradicionalmente utilizada para definir sua taxonomia, porém essas características frequentemente não correspondem às classificações genéticas modernas. O metabolismo bacteriano é classificado em grupos nutricionais com base em três critérios principais: a fonte de energia, os doadores de elétrons utilizados e a fonte de carbono usada para o crescimento.

Bactérias fototróficas obtêm energia da luz por meio da fotossíntese, enquanto bactérias quimiotróficas quebram compostos químicos por meio da oxidação, impulsionando o metabolismo ao transferir elétrons de um doador de elétrons específico para um aceptor terminal de elétrons em uma reação redox. 

Os quimiotróficos são ainda divididos pelos tipos de compostos que utilizam para transferir elétrons. Bactérias que obtêm elétrons de compostos inorgânicos como hidrogênio, monóxido de carbono ou amônia são chamadas de litotróficas, enquanto aquelas que usam compostos orgânicos são chamadas de organotróficas. Além disso, de forma mais específica, organismos aeróbicos utilizam oxigênio como aceptor terminal de elétrons, enquanto organismos anaeróbicos utilizam outros compostos, como nitrato, sulfato ou dióxido de carbono.

Muitas bactérias, chamadas de heterotróficas, obtêm carbono a partir de outras fontes de carbono orgânico. Outras, como as cianobactérias e algumas bactérias roxas, são autotróficas, o que significa que obtêm carbono celular fixando dióxido de carbono. Em circunstâncias incomuns, o gás metano pode ser usado por bactérias metanotróficas como fonte de elétrons e substrato para o anabolismo do carbono.

De muitas maneiras, o metabolismo bacteriano proporciona características úteis para a estabilidade ecológica e para a sociedade humana. Por exemplo, as diazotróficas têm a capacidade de fixar o gás nitrogênio usando a enzima nitrogenase. Essa característica, presente em bactérias da maioria dos tipos metabólicos listados acima, leva aos processos ecologicamente importantes de desnitrificação, redução de sulfato e acetogênese, respectivamente. Os processos metabólicos bacterianos são impulsionadores importantes nas respostas biológicas à poluição; por exemplo, as bactérias redutoras de sulfato são em grande parte responsáveis pela produção das formas altamente tóxicas de mercúrio (metil e dimetilmercúrio) no ambiente. Anaeróbios não respiratórios usam a fermentação para gerar energia e poder redutor, secretando subprodutos metabólicos (como etanol na produção de bebidas) como resíduos. Anaeróbios facultativos podem alternar entre a fermentação e diferentes aceptores terminais de elétrons, dependendo das condições ambientais em que se encontram.

Exemplos: 

Reprodução e crescimento das bactérias

Ao contrário dos organismos multicelulares, o aumento do tamanho celular (crescimento celular) e a reprodução por divisão celular estão intimamente ligados em organismos unicelulares. As bactérias crescem até um tamanho fixo e então se reproduzem através da fissão binária, uma forma de reprodução assexuada. Em condições ideais, as bactérias podem crescer e se dividir muito rapidamente, e algumas populações bacterianas podem dobrar sua quantidade em poucos minutos. Na divisão celular, duas células filhas clones idênticas são produzidas. Algumas bactérias, mesmo se reproduzindo assexuadamente, formam estruturas reprodutivas mais complexas que ajudam a dispersar as células filhas recém-formadas. Exemplos incluem a formação de corpos frutíferos por mioxobactérias e a formação de hifas aéreas por espécies de Streptomyces, ou brotamento. O brotamento envolve uma célula formando uma protrusão que se desprende e produz uma célula filha.

No laboratório, as bactérias geralmente são cultivadas usando meios sólidos ou líquidos. Meios de crescimento sólido, como placas de ágar, são usados para isolar culturas puras de uma cepa bacteriana. No entanto, meios de crescimento líquido são usados quando é necessário medir o crescimento ou grandes volumes de células. O crescimento em meios líquidos agitados ocorre como uma suspensão celular uniforme, tornando as culturas fáceis de dividir e transferir, embora isolar bactérias únicas de meios líquidos seja difícil. O uso de meios seletivos (meios com nutrientes específicos adicionados ou deficientes, ou com antibióticos adicionados) pode ajudar a identificar organismos específicos.

A maioria das técnicas de laboratório para o cultivo de bactérias utiliza altos níveis de nutrientes para produzir grandes quantidades de células de maneira barata e rápida. No entanto, em ambientes naturais, os nutrientes são limitados, o que significa que as bactérias não podem continuar a se reproduzir indefinidamente. Essa limitação de nutrientes levou à evolução de diferentes estratégias de crescimento (veja a teoria de seleção r/K). Alguns organismos podem crescer extremamente rapidamente quando os nutrientes se tornam disponíveis, como a formação de floradas de algas e cianobactérias que frequentemente ocorrem em lagos durante o verão. Outros organismos têm adaptações a ambientes hostis, como a produção de múltiplos antibióticos por Streptomyces que inibem o crescimento de microrganismos concorrentes. Na natureza, muitos organismos vivem em comunidades (por exemplo, biofilmes) que podem permitir um aumento no fornecimento de nutrientes e proteção contra estresses ambientais. Essas relações podem ser essenciais para o crescimento de um organismo específico ou grupo de organismos (simbiose).

O crescimento bacteriano segue quatro fases. Quando uma população de bactérias entra pela primeira vez em um ambiente de alto teor de nutrientes que permite o crescimento, as células precisam se adaptar ao novo ambiente. A primeira fase de crescimento é a fase de latência, um período de crescimento lento em que as células estão se adaptando ao ambiente de alto teor de nutrientes e se preparando para um rápido crescimento. A fase de latência apresenta altas taxas de biossíntese, uma vez que as proteínas necessárias para o rápido crescimento são produzidas. A segunda fase de crescimento é a fase logarítmica, também conhecida como fase exponencial. A fase logarítmica é marcada por um rápido crescimento exponencial. A taxa na qual as células crescem durante essa fase é conhecida como taxa de crescimento (k), e o tempo que leva para as células dobrarem em número é conhecido como tempo de geração (g). Durante a fase logarítmica, os nutrientes são metabolizados na máxima velocidade até que um dos nutrientes seja esgotado e comece a limitar o crescimento. A terceira fase de crescimento é a fase estacionária e é causada pela falta de nutrientes. As células reduzem sua atividade metabólica e consomem proteínas celulares não essenciais. A fase estacionária é uma transição do crescimento rápido para um estado de resposta ao estresse e há um aumento na expressão de genes envolvidos na reparação do DNA, metabolismo antioxidante e transporte de nutrientes. A fase final é a fase de morte, na qual as bactérias ficam sem nutrientes e morrem.

A genética das bactérias

A maioria das bactérias possui um único cromossomo circular que pode variar em tamanho de apenas 160.000 pares de bases na bactéria endossimbiótica Carsonella ruddii, a 12.200.000 pares de bases (12,2 Mbp) na bactéria que vive no solo, Sorangium cellulosum. Há muitas exceções a isso; por exemplo, algumas espécies de Streptomyces e Borrelia contêm um único cromossomo linear, enquanto algumas espécies de Vibrio contêm mais de um cromossomo. Algumas bactérias contêm plasmídeos, pequenas moléculas de DNA extracromossômico que podem conter genes para várias funções úteis, como resistência a antibióticos, capacidades metabólicas ou diversos fatores de virulência.

Os genomas bacterianos normalmente codificam algumas centenas a alguns milhares de genes. Os genes nos genomas bacterianos geralmente formam uma única sequência contínua de DNA. Embora vários tipos diferentes de íntrons existam em bactérias, eles são muito mais raros do que em eucariotos.

As bactérias, como organismos assexuados, herdam uma cópia idêntica do genoma dos pais e são clonais. No entanto, todas as bactérias podem evoluir por meio de seleção de mudanças em seu material genético de DNA causadas por recombinação genética ou mutações. As mutações surgem a partir de erros ocorridos durante a replicação do DNA ou da exposição a mutágenos. As taxas de mutação variam amplamente entre diferentes espécies de bactérias e até mesmo entre diferentes clones de uma única espécie de bactéria. Mudanças genéticas nos genomas bacterianos surgem de mutações aleatórias durante a replicação ou de "mutações direcionadas pelo estresse", onde genes envolvidos em um processo específico que limita o crescimento têm uma taxa de mutação aumentada.

Algumas bactérias transferem material genético entre células. Isso pode ocorrer de três maneiras principais. 

Em circunstâncias normais, a transdução, a conjugação e a transformação envolvem a transferência de DNA entre bactérias individuais da mesma espécie, mas ocasionalmente a transferência pode ocorrer entre indivíduos de diferentes espécies bacterianas, e isso pode ter consequências significativas, como a transferência de resistência a antibióticos. Em tais casos, a aquisição de genes de outras bactérias ou do ambiente é chamada de transferência horizontal de genes e pode ser comum em condições naturais.

Comportamento das bactérias

Muitas bactérias são capazes de se mover e fazem isso usando uma variedade de mecanismos. Os mais estudados destes são os flagelos, longos filamentos que são girados por um motor na base para gerar movimento semelhante a uma hélice. O flagelo bacteriano é composto por cerca de 20 proteínas, sendo aproximadamente outras 30 proteínas necessárias para sua regulação e montagem. O flagelo é uma estrutura rotativa impulsionada por um motor reversível na base que utiliza o gradiente eletroquímico através da membrana para energia.

As bactérias podem usar flagelos de diferentes maneiras para gerar diferentes tipos de movimento. Muitas bactérias (como a Escherichia coli) têm dois modos distintos de movimento: movimento para a frente (natação) e movimento de reviravolta (tumbling). A reviravolta permite que elas se reorientem e torna o movimento delas um passeio aleatório tridimensional. As espécies bacterianas diferem no número e disposição dos flagelos em sua superfície; algumas têm um único flagelo (monotríquias), um flagelo em cada extremidade (anfitríquias), aglomerados de flagelos nas extremidades da célula (lofotríquias), enquanto outras têm flagelos distribuídos por toda a superfície da célula (peritríquias). Os flagelos de um grupo único de bactérias, os espiroquetas, são encontrados entre duas membranas no espaço periplasmático. Eles possuem um corpo helicoidal distinto que gira enquanto se movem.

Outros dois tipos de movimento bacteriano são chamados de motilidade por twitching, que depende de uma estrutura chamada de pílula do tipo IV,[148] e motilidade por deslizamento, que usa outros mecanismos. Na motilidade por twitching, a pílula em forma de haste se estende a partir da célula, se liga a algum substrato e depois se retrai, puxando a célula para a frente.

As bactérias móveis são atraídas ou repelidas por certos estímulos em comportamentos chamados de táxias: essas incluem quimiotaxia, fototaxia, taxis de energia e magnetotaxia. Em um grupo peculiar, as mioxobactérias, as bactérias individuais se movem juntas para formar ondas de células que depois se diferenciam para formar corpos frutíferos contendo esporos. As mioxobactérias se movem apenas quando em superfícies sólidas, ao contrário da E. coli, que é móvel em meio líquido ou sólido. 

Várias espécies de Listeria e Shigella se movem dentro das células hospedeiras usurpando o citoesqueleto, que normalmente é usado para mover organelas dentro da célula. Ao promover a polimerização do actina em uma das extremidades de suas células, eles podem formar uma espécie de cauda que os empurra pelo citoplasma da célula hospedeira.

As bactérias se comunicam?

Algumas poucas bactérias têm sistemas químicos que geram luz. Essa bioluminescência frequentemente ocorre em bactérias que vivem em associação com peixes, e a luz provavelmente serve para atrair peixes ou outros animais grandes.

As bactérias frequentemente funcionam como agregados multicelulares conhecidos como biofilmes, trocando uma variedade de sinais moleculares para a comunicação intercelular e envolvendo-se em comportamento multicelular coordenado.

Os benefícios coletivos da cooperação multicelular incluem uma divisão celular de trabalho, o acesso a recursos que não podem ser efetivamente utilizados por células únicas, a defesa coletiva contra antagonistas e a otimização da sobrevivência populacional pela diferenciação em tipos celulares distintos. Por exemplo, bactérias em biofilmes podem ter mais de quinhentas vezes mais resistência a agentes antibacterianos do que bactérias individuais "plânctonicas" da mesma espécie.

Um tipo de comunicação intercelular por um sinal molecular é chamado de quorum sensing, que serve para determinar se a densidade populacional local é suficiente para sustentar o investimento em processos que são bem-sucedidos somente se grandes números de organismos semelhantes se comportarem da mesma maneira, como excretar enzimas digestivas ou emitir luz. O quorum sensing permite que as bactérias coordenem a expressão genética e produzam, liberem e detectem autoindutores ou feromônios que se acumulam com o crescimento na população celular.

Interações com outros organismos

Apesar de sua aparente simplicidade, as bactérias podem formar associações complexas com outros organismos. Essas associações simbióticas podem ser divididas em parasitismo, mutualismo e comensalismo.

No solo, os microorganismos que residem na rizosfera (uma zona que inclui a superfície da raiz e o solo que adere à raiz após uma agitação suave) realizam a fixação de nitrogênio, convertendo o gás nitrogênio em compostos nitrogenados. Isso serve para fornecer uma forma facilmente absorvível de nitrogênio para muitas plantas, que não podem fixar nitrogênio por si mesmas. Muitas outras bactérias são encontradas como simbiontes em humanos e outros organismos. Por exemplo, a presença de mais de 1.000 espécies bacterianas na flora normal do intestino humano pode contribuir para a imunidade intestinal, sintetizar vitaminas, como ácido fólico, vitamina K e biotina, converter açúcares em ácido lático, bem como fermentar carboidratos complexos não digeríveis. A presença dessa flora intestinal também inibe o crescimento de bactérias potencialmente patogênicas (geralmente por exclusão competitiva), e essas bactérias benéficas são consequentemente comercializadas como suplementos dietéticos probióticos.

Quase toda a vida animal é dependente de bactérias para sobreviver, pois apenas bactérias e algumas arqueias possuem os genes e as enzimas necessárias para sintetizar a vitamina B12, também conhecida como cobalamina, e fornecê-la através da cadeia alimentar. A vitamina B12 é uma vitamina solúvel em água que está envolvida no metabolismo de cada célula do corpo humano. É um cofator na síntese de DNA e no metabolismo de ácidos graxos e aminoácidos. É particularmente importante no funcionamento normal do sistema nervoso por meio de seu papel na síntese de mielina.

Se as bactérias formarem uma associação parasitária com outros organismos, elas são classificadas como patógenos. As bactérias patogênicas são uma das principais causas de morte e doença humana e causam infecções como o tétano (causado por Clostridium tetani), a febre tifoide, a difteria, a sífilis, o cólera, as doenças transmitidas por alimentos, a hanseníase (causada por Mycobacterium leprae) e a tuberculose (causada por Mycobacterium tuberculosis). A causa patogênica de uma doença médica conhecida pode ser descoberta apenas muitos anos depois, como foi o caso de Helicobacter pylori e da úlcera péptica. As doenças bacterianas também são importantes na agricultura, e as bactérias causam manchas nas folhas, fogo bacteriano e murchas em plantas, além da doença de Johne, mastite, salmonela e antraz em animais de fazenda.

Cada espécie de patógeno tem um espectro característico de interações com seus hospedeiros humanos. Alguns organismos, como Staphylococcus ou Streptococcus, podem causar infecções na pele, pneumonia, meningite e sepse, uma resposta inflamatória sistêmica que produz choque, vasodilatação maciça e morte.No entanto, esses organismos também fazem parte da flora normal humana e geralmente existem na pele ou no nariz sem causar qualquer doença. Outros organismos invariavelmente causam doenças em humanos, como Rickettsia, que são parasitas intracelulares obrigatórios capazes de crescer e se reproduzir apenas nas células de outros organismos. Uma espécie de Rickettsia causa o tifo, enquanto outra causa a febre maculosa das Montanhas Rochosas. A Chlamydia, outro filo de parasitas intracelulares obrigatórios, contém espécies que podem causar pneumonia ou infecção do trato urinário e podem estar envolvidas na doença coronariana. Algumas espécies, como Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cenocepacia e Mycobacterium avium, são patógenos oportunistas e causam doenças principalmente em pessoas imunossuprimidas ou com fibrose cística. Algumas bactérias produzem toxinas que causam doenças. Estas são endotoxinas, que vêm de células bacterianas rompidas, e exotoxinas, que são produzidas por bactérias e liberadas no ambiente. A bactéria Clostridium botulinum, por exemplo, produz uma potente exotoxina que causa paralisia respiratória, e as Salmonellas produzem uma endotoxina que causa gastroenterite. Algumas exotoxinas podem ser convertidas em toxoides, que são usados como vacinas para prevenir a doença.

Infecções bacterianas podem ser tratadas com antibióticos, que são classificados como bactericidas se matarem as bactérias ou bacteriostáticos se apenas impedirem o crescimento bacteriano. Existem muitos tipos de antibióticos, e cada classe inibe um processo diferente no patógeno em comparação com o hospedeiro. Um exemplo de como os antibióticos produzem toxicidade seletiva são a cloranfenicol e a puromicina, que inibem o ribossomo bacteriano, mas não o ribossomo eucariótico, que é estruturalmente diferente. Os antibióticos são usados tanto no tratamento de doenças humanas quanto na agricultura intensiva para promover o crescimento animal, onde podem estar contribuindo para o rápido desenvolvimento de resistência aos antibióticos nas populações bacterianas.As infecções podem ser prevenidas por medidas antissépticas, como a esterilização da pele antes de perfurá-la com a agulha de uma seringa, e pelo cuidado adequado de cateteres intravasculares. Instrumentos cirúrgicos e dentários também são esterilizados para evitar a contaminação por bactérias. Desinfetantes como o alvejante são usados para matar bactérias ou outros patógenos em superfícies, a fim de prevenir a contaminação e reduzir ainda mais o risco de infecção.

Classificação taxonômica das bactérias

As bactérias podem ser classificadas com base na estrutura celular, no metabolismo celular ou em diferenças nos componentes celulares, como DNA, ácidos graxos, pigmentos, antígenos e quinonas. Embora esses esquemas tenham permitido a identificação e classificação de cepas bacterianas, não estava claro se essas diferenças representavam variação entre espécies distintas ou entre cepas da mesma espécie. Essa incerteza se devia à falta de estruturas distintas na maioria das bactérias, bem como à transferência lateral de genes entre espécies não relacionadas. Devido à transferência lateral de genes, bactérias intimamente relacionadas podem apresentar morfologias e metabolismo muito diferentes. Para superar essa incerteza, a classificação bacteriana moderna enfatiza a sistemática molecular, utilizando técnicas genéticas como a determinação da proporção de guanina-citosina, hibridização genoma-genoma, bem como a sequenciação de genes que não sofreram transferência lateral extensiva, como o gene do rRNA. 

A classificação das bactérias é determinada por publicação no International Journal of Systematic Bacteriology, e no Manual de Bergey de Bacteriologia Sistemática. O Comitê Internacional de Bacteriologia Sistemática (ICSB) mantém regras internacionais para a nomenclatura de bactérias e categorias taxonômicas e para a classificação delas no Código Internacional de Nomenclatura de Bactérias.

Historicamente, as bactérias eram consideradas parte do Reino Plantae, o reino das plantas, e eram chamadas de "Schizomycetes" (fungos de fissão). Por esse motivo, bactérias coletivas e outros microrganismos em um hospedeiro são frequentemente chamados de "flora". O termo "bactérias" era tradicionalmente aplicado a todos os procariontes microscópicos de célula única. No entanto, a sistemática molecular mostrou que a vida procariótica consiste em dois domínios separados, originalmente chamados de Eubacteria e Archaebacteria, mas agora chamados de Bacteria e Archaea, que evoluíram independentemente de um ancestral comum antigo. As arqueias e os eucariotos estão mais relacionados entre si do que a qualquer um deles com as bactérias. Esses dois domínios, juntamente com Eukarya, são a base do sistema de três domínios, que é atualmente o sistema de classificação mais amplamente utilizado em microbiologia. No entanto, devido à introdução relativamente recente da sistemática molecular e ao rápido aumento no número de sequências genômicas disponíveis, a classificação bacteriana continua sendo um campo em constante mudança e expansão. Por exemplo, Cavalier-Smith argumentou que as Arqueias e os Eucariotos evoluíram de bactérias Gram-positivas.

A identificação de bactérias no laboratório é particularmente relevante na medicina, onde o tratamento correto é determinado pela espécie bacteriana que causa uma infecção. Consequentemente, a necessidade de identificar patógenos humanos foi um grande estímulo para o desenvolvimento de técnicas de identificação de bactérias.

A coloração de Gram, desenvolvida em 1884 por Hans Christian Gram, caracteriza as bactérias com base nas características estruturais de suas paredes celulares. As camadas espessas de peptidoglicano na parede celular "Gram-positiva" coram-se de roxo, enquanto a fina parede celular "Gram-negativa" aparece rosa. Ao combinar morfologia e coloração de Gram, a maioria das bactérias pode ser classificada como pertencente a um dos quatro grupos (cocos Gram-positivos, bacilos Gram-positivos, cocos Gram-negativos e bacilos Gram-negativos). Alguns organismos são melhor identificados por colorações diferentes da coloração de Gram, principalmente as micobactérias ou Nocardia, que mostram resistência ao ácido em colorações como a de Ziehl–Neelsen. Outros organismos podem precisar ser identificados por seu crescimento em meios especiais ou por outras técnicas, como a sorologia.

As técnicas de cultura são projetadas para promover o crescimento e identificar bactérias específicas, ao mesmo tempo em que restringem o crescimento de outras bactérias na amostra. Frequentemente, essas técnicas são projetadas para amostras específicas; por exemplo, uma amostra de escarro será tratada para identificar organismos que causam pneumonia, enquanto amostras de fezes são cultivadas em meios seletivos para identificar organismos que causam diarreia, ao mesmo tempo em que impedem o crescimento de bactérias não patogênicas. Amostras que normalmente são estéreis, como sangue, urina ou líquido cerebrospinal, são cultivadas em condições projetadas para cultivar todos os possíveis organismos. Depois que um organismo patogênico foi isolado, ele pode ser caracterizado ainda mais por sua morfologia, padrões de crescimento (como crescimento aeróbico ou anaeróbico), padrões de hemólise e coloração.

Assim como na classificação bacteriana, a identificação de bactérias está cada vez mais usando métodos moleculares, e espectroscopia de massa. A maioria das bactérias não foi caracterizada e existem muitas espécies que não podem ser cultivadas em laboratório. Diagnósticos usando ferramentas baseadas em DNA, como a reação em cadeia da polimerase, estão se tornando cada vez mais populares devido à sua especificidade e rapidez em comparação com métodos baseados em cultura. Esses métodos também permitem a detecção e identificação de células "vivas, mas não cultiváveis", que estão metabolicamente ativas, mas não se dividem. No entanto, mesmo usando esses métodos aprimorados, o número total de espécies bacterianas não é conhecido e nem pode ser estimado com certeza. Seguindo a classificação atual, existem um pouco menos de 9.300 espécies conhecidas de procariontes, que incluem bactérias e arqueias; mas tentativas de estimar o verdadeiro número de diversidade bacteriana variaram de 107 a 109 espécies totais - e mesmo essas estimativas diversas podem estar erradas por muitas ordens de magnitude.