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Bakterien sind einzellige Mikroben und gehören zu den einfachsten Lebensformen der Erde. Sie enthalten nur ein einziges DNA-Chromosom und verfügen nicht über einen Zellkern oder andere Organellen, die in den meisten eukaryotischen Zellen vorhanden sind. Zur Replikation durchlaufen Bakterien den Prozess der binären Spaltung, bei dem eine Bakterienzelle an Größe zunimmt, ihre DNA kopiert und sich dann in zwei identische "Tochter" -Zellen aufteilt. Bakterien können ihre DNA auch durch Konjugation austauschen, wodurch sie Eigenschaften teilen können, die Umweltbelastungen wie Antibiotika überwinden.
Anatomie eines Bakteriums
Eine Bakterienzelle ist ein äußerst einfacher Prokaryont, dh sie enthält keinen Kern. Ein Bakterium enthält nur eine Zellwand, eine Zellmembran, ein Zytoplasma, Ribosomen und das Chromosom, obwohl einige Bakterienzellen auch ein Plasmid oder extrazelluläre Strukturen wie eine Kapsel, Fimbrien und Flagellen enthalten. Im Gegensatz zu einer eukaryotischen Zelle, die einen Zellkern besitzt, unterliegt ein Bakterium während der Replikation keiner Mitose, wobei sich der Zellkern aufspaltet und die DNA in zwei identische Gruppen aufgeteilt wird. Stattdessen vermehren sich Bakterien durch binäre Spaltung, einen Replikationsprozess, der die Bakterien-DNA kopiert und eine einzelne Zelle in zwei identische Tochterzellen aufteilt. Die Vereinfachung des Reproduktionsprozesses von Bakterien ermöglicht eine bemerkenswert schnelle Replikation der Bakterien. Unter den richtigen Bedingungen kann sich eine einzelne Bakterienzelle in nur 10 Stunden zu bis zu einer Milliarde Einzelbakterien vermehren.
Hatten Zwillinge!
Die binäre Spaltung ist ein streng kontrollierter Prozess, bei dem ein Bakterium unter Verwendung spezifischer Proteine, die für die Replikation entwickelt wurden, gleichmäßig in zwei vollständige Töchter aufgeteilt wird. Die binäre Spaltung beginnt mit einer Replikation der Bakterien-DNA. Sobald die DNA innerhalb des Chromosoms repliziert ist, ordnet sich das Chromosom in zwei Replikationsgabeln an und teilt sich dann an entgegengesetzten Enden der Zelle auf. An der Trennstelle in der Nähe des Zentrums des länglichen Bakteriums wird die Maschinerie für die Teilung zusammengestellt, insbesondere der Proteinring FtsZ. Sobald die Elemente für die Teilung zusammengefügt sind, synthetisiert das Bakterium eine neue Zellwand an der Teilungsstelle unter Verwendung der Zellmembran und teilt sich in zwei identische Tochterzellen auf. Die Tochterzellen sind Klone, die in jeder Hinsicht mit dem ursprünglichen Bakterium identisch sind.
Dinge aufrütteln
Bakterien haben die Fähigkeit, ihre genetische Struktur durch Übertragung von Plasmiden zu verändern. Dabei handelt es sich um ein kleines zirkuläres DNA-Molekül, das genetische Informationen enthält, die es dem Bakterium ermöglichen, Umweltbelastungen zu überwinden. Plasmide werden entweder von einem Bakterium aus seiner Umgebung aufgenommen oder durch einen als Konjugation bezeichneten Prozess von Bakterien zu Bakterien übertragen. Dies ermöglicht ihnen, sich an lebensfeindliche Umgebungen anzupassen, die vom arktischen Schnee bis zum Meeresboden reichen. Es ermöglicht ihnen auch, Resistenzen gegen künstliche Belastungen wie Antibiotika zu entwickeln. Ein Plasmid wird sich während des Teilungsprozesses nicht immer replizieren. gelegentlich werden sie nur an eine der Tochterzellen weitergegeben. Plasmide replizieren durch einen Abschnitt ihrer eigenen DNA, der die Replikation durch die Elternbakteriumzelle gewährleistet und sogar unabhängig vom Bakterium replizieren kann. Ein einzelnes Bakterium kann Hunderte von replizierten Plasmiden enthalten.
Alternative Replikation
Bakterien sind extrem vielfältig und einige Formen von Bakterien vermehren sich nicht durch binäre Spaltung. Die Cyanobakterien Stanieria vermehren sich innerhalb der Zellwand und produzieren Dutzende oder sogar Hunderte von Nachkommen, die Baeocyten genannt werden. Die Zellwand reißt und alle Baeozyten werden gleichzeitig freigesetzt. In Epulopiscium bilden sich aus der replizierten DNA innerhalb einer größeren Mutterzelle zwei kleine Nachkommenzellen. Wenn die Nachkommen voll entwickelt sind, stirbt die Mutterzelle und setzt zwei vollständige Bakterienzellen frei. Bei einigen Mitgliedern der Planctomyceten wurde auch ein Fortpflanzungsprozess namens Knospung beobachtet, dessen Mechanik jedoch noch unbekannt ist.