Bacteriën zijn eencellige microben en vormen een van de eenvoudigste vormen van leven op aarde. Ze bevatten slechts een enkel DNA-chromosoom en missen een kern of andere organellen die in de meeste eukaryote cellen worden aangetroffen. Om te repliceren ondergaan bacteriën het proces van binaire splitsing, waarbij een bacteriecel groter wordt, zijn DNA kopieert en zich vervolgens splitst in twee identieke "dochtercellen". Bacteriën kunnen ook DNA uitwisselen door middel van conjugatie, waardoor ze eigenschappen kunnen delen die omgevingsstress zoals antibiotica overwinnen.
Anatomie van een bacterie
Een bacteriecel is een buitengewoon eenvoudige prokaryoot, wat betekent dat het geen kern bevat. Een bacterie bevat alleen een celwand, celmembraan, cytoplasma, ribosomen en het chromosoom, hoewel sommige bacteriecellen bevatten ook een plasmide of extracellulaire structuren zoals een capsule, fimbriae en flagellen. In tegenstelling tot een eukaryote cel, die wel een kern heeft, ondergaat een bacterie geen mitose tijdens replicatie, waarbij de kern splitst en DNA wordt verdeeld in twee identieke sets. In plaats daarvan reproduceren bacteriën zich door binaire splitsing, een replicatieproces dat het DNA van de bacterie kopieert en een enkele cel splitst in twee identieke dochtercellen. Door de vereenvoudiging van het voortplantingsproces van bacteriën kunnen bacteriën zich in een opmerkelijk snel tempo vermenigvuldigen. Onder de juiste omstandigheden kan een enkele bacteriecel zich in slechts 10 uur vermenigvuldigen tot wel een miljard individuele bacteriën.
We krijgen een tweeling!
Binaire splitsing is een strak gecontroleerd proces dat een bacterie gelijkmatig in twee complete dochters splitst door specifieke eiwitten te gebruiken die zijn ontworpen voor replicatie. Binaire splitsing begint met een replicatie van het DNA van de bacterie. Zodra het DNA binnen het chromosoom is gerepliceerd, schikt het chromosoom zichzelf in twee replicatievorken en splitst het zich vervolgens naar tegenoverliggende uiteinden van de cel. Op de plaats van deling, nabij het centrum van de langwerpige bacterie, wordt de machine voor deling geassembleerd, met name de eiwitring FtsZ. Zodra de elementen voor deling zijn geassembleerd, synthetiseert de bacterie een nieuwe celwand op de plaats van deling met behulp van het celmembraan en splitst zich in twee identieke dochtercellen. De dochtercellen zijn klonen, in alle opzichten identiek aan de oorspronkelijke bacterie.
Dingen opschudden
Bacteriën hebben het vermogen om hun genetische structuur te wijzigen met behulp van de overdracht van plasmiden, een kleine circulair DNA-molecuul dat genetische informatie bevat waarmee de bacterie de omgeving kan overwinnen benadrukt. Plasmiden worden ofwel opgepikt door een bacterie uit zijn omgeving, of doorgegeven van bacteriën op bacteriën via een proces dat conjugatie wordt genoemd. Hierdoor kunnen ze zich aanpassen aan het leven in vijandige omgevingen, variërend van arctische sneeuw tot de oceaanbodem. Het stelt hen ook in staat weerstand te ontwikkelen tegen kunstmatige stress zoals antibiotica. Een plasmide zal niet altijd repliceren tijdens het delingsproces; af en toe worden ze doorgegeven aan slechts een van de dochtercellen. Plasmiden repliceren via een stuk van hun eigen DNA dat zorgt voor replicatie door de oorspronkelijke bacteriecel, en kunnen zelfs onafhankelijk van de bacterie repliceren. Een enkele bacterie kan honderden gerepliceerde plasmiden bevatten.
Alternatieve replicatie
Bacteriën zijn zeer divers en sommige vormen van bacteriën repliceren niet door binaire splitsing. De cyanobacteriën Stanieria repliceert zich in de celwand en produceert tientallen of zelfs honderden nakomelingen die baeocyten worden genoemd. De celwand scheurt en alle baeocyten komen tegelijk vrij. In Epulopiscium worden twee kleine nakomelingencellen gevormd uit het gerepliceerde DNA in een grotere moedercel. Wanneer de nakomelingen volledig zijn ontwikkeld, sterft de moedercel, waarbij twee complete bacteriecellen vrijkomen. Bij sommige leden van de Planctomyceten is ook een voortplantingsproces waargenomen dat ontluiken wordt genoemd, maar de mechanica van dit proces is nog onbekend.