Oblik bakterijske stanice može biti sferičan (koki), štapićast (bacilli) ili spiralan (spirili). Neke vrste bakterija poput aktinomiceta nalikuju micelijima gljiva, a nitastog su oblika. Oblik, boja i veličina bakterijske kolonije važna su svojstva (fenotip) vidljiva na krutoj hranjivoj podlozi (agarskoj ploči). Kolonija na agarskoj ploči predstavlja mnoštvo genetski identičnih stanica, koje nazivamo klon, a nastale su iz jedne stanice binarnim diobama (slika 12.3.).
Slika 12.3. Usporedba binarne diobe prokariota s mitozom i mejozom eukariota (izvor: “domdomegg” – vlastiti rad, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.orgwindex.phpcurid=46512209).
U nekih vrsta bakterija stanice su obavijene polisaharidnom kapsulom što kolonije na površini čini glatkima (S-smooth) za razliku od hrapavih (R-rough) kolonija koje stvaraju bakterije bez polisaharidne kapsule. Vidljivo fenotipsko svojstvo je i prisutnost ili odsutnost bičeva na površini stanice. Ako stanice imaju bičeve tj. pokretne su, njihove kolonije na agarskoj ploči nemaju definirani rub; ako su stanice nepokretne, njihove kolonije su točkaste, dobro ograničenih rubova.
Najčešća svojstva koja istražuju bakterijski genetičari uključuju mutacije gena čiji produkti, enzimi, kontroliraju biosintetske putove (biokemijske mutacije) pri čemu dolazi do promjena biokemijskih svojstava (fenotipa) poput otpornosti na antibiotike, bakterijske viruse (bakteriofage ili fage), faktore iz okoliša i dr.
Bakterije su s obzirom na prehrambene potrebe prototrofi ili auksotrofi. Prototrof ili divlji tip bakterija može rasti na minimalnoj podlozi koja osim vode sadrži šećer kao izvor ugljika (glukoza ili saharoza) te mješavinu anorganskih soli. Od tih sastojaka bakterija sintetizira sve što joj je potrebno za rast i razmnožavanje.
Genske mutacije uzrokuju zastoj u biokemijskim putovima pa tako nastaju mutante koje ne mogu sintetizirati određene supstance kao aminokiseline, nukleotide ili vitamine i stoga se te supstance moraju dodavati u hranjivu podlogu kako bi bakterije mogle rasti. Mutante koje zahtijevaju različite dodatke minimalnoj podlozi nazivamo auksotrofnim mutantama (npr. auksotrofna mutanta za metionin zahtijeva metionin u podlozi: genotip Met–). Auksotrofne mutante mogu rasti na kompletnoj podlozi koja sadrži sve supstance potrebne za rast. Auksotrofi mogu rasti i na selektivnim podlogama: to su minimalne podloge (MP) kojima se dodaju točno određene supstance koje bakterija ne može sintetizirati (poznat je genotip bakterije).
Tehnikom otiska (engl. replica-plating; Joshua Lederberg) (slika 12.4.) se može brzo utvrditi da li je određeni soj bakterije auksotrofan za određeni metabolit. Bakterijske kolonije koju su narasle na kompletnoj hranjivoj podlozi mogu se otisnuti na selektivne podloge različitog sastava što omogućava saznanje o njihovom genotipu, jer one mogu biti prototrofi i auksotrofi.
Slika 12.4. Tehnika otiska (crtež Renata Horvat).
Geni bakterije organizirani su u jednu grupu vezanih gena (bakterije su haploidni organizmi). Bakterijski nukleoid ili bakterijski kromosom čini prstenasta, dvolančana molekula DNA (duga od 0,6 do 10 Mb, mega = 106 pb) pakirana uz pomoć proteina nalik histonima. Kromosom bakterije E. coli u linearnom i izduženom obliku ima širinu 2,4 nm, a dužinu od 1,2 mm što je 1000 puta duže od stanice. Veličina genoma je 4,6 milijuna parova baza.
Genom bakterije E. coli soja K12 sekvenciran je 1997. g.; kompletna sekvencija ima 4288 gena. Oko 90 % DNA E. coli kodira za različite proteine (za usporedbu u ljudskom genomu to je samo oko 1,5 %). Do danas je sekvencirano više od 1900 bakterijskih genoma. Svaka kb (1000 pb) bakterijskog kromosoma sadrži jedan gen. U genomu čovjeka se svakih 30 kb nalazi jedan gen.
Uz bakterijski kromosom u stanici se mogu nalaziti plazmidi, male kružne molekule DNA različite od nukleoida. Plazmid je nezavisna samoreplicirajuća čestica (Lederberg). Plazmidi se repliciraju neovisno o bakterijskom kromosomu, a svaki plazmid ima mali broj gena koji bakteriji nisu esencijalni, ali mogu biti vrlo korisni (npr. gen za rezistentnost na antibiotik). Plazmidi se danas široko koriste u genetičkom inženjerstvu. Najmanji plazmid ima 1000 pb (1 kb), a najveći nekoliko Mb. Više je tipova plazmida, procijenjeno je da bakterija E. coli ima više od 270 različitih tipova plazmida.
VAŽNO JE ZNATI
Većina bakterija dijeli se binarnom diobom nakon replikacije DNA. U povoljnim uvjetima bakterije se vrlo brzo razmnožavaju, primjerice bakterija E. coli se u optimalnim uvjetima dijeli svakih 20 minuta; tijekom kultiviranja preko noći (12 sati) iz jedne stanice nastane kolonija od 107 do 108 stanica. U prirodnom staništu bakterije (debelo crijevo sisavaca) to se događa još brže.
Zbog nespolnog razmnožavanja sve bakterije u jednoj koloniji nastale iz jedne stanice su genetski identične (klon). Ipak neke se stanice razlikuju zbog mutacija; npr. za određeni gen bakterije E. coli vjerojatnost mutacije je oko 1×10-7 po staničnoj diobi; budući da se u crijevu svakodnevno stvara 2×1010 novih stanica E. coli broj mutanata bit će 2000 (2×1010/1×10-7).
Mutacije su jedini izvor genetske varijabilnosti u bakterija na razini jedinke.
Uz mutacije i rekombinacija također pridonosi varijabilnosti, ali na razini populacije.