แบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตที่ พบได้ทั่วไป ส่วนใหญ่เป็นสิ่งมีชีวิตอิสระ มักประกอบด้วยเซลล์ชีวภาพ เพียงเซลล์เดียว พวกมันเป็นกลุ่มจุลินทรีย์โปรคาริโอต ขนาดใหญ่ โดยทั่วไปมีความยาวเพียงไม่กี่ไมโครเมตรแบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกๆ ที่ปรากฏบนโลก และมีอยู่ในแหล่งที่อยู่อาศัย ส่วนใหญ่ของโลก แบคทีเรียอาศัยอยู่ในอากาศดินน้ำน้ำพุร้อนที่เป็นกรด กากกัมมันตรังสีและชีวภาคส่วนลึกของเปลือกโลกแบคทีเรียมีบทบาทสำคัญในหลายขั้นตอนของวัฏจักรสารอาหารโดยการรีไซเคิลสารอาหารและการตรึงไนโตรเจนจากชั้นบรรยากาศ วัฏจักรสารอาหารรวมถึงการย่อย สลาย ซากศพแบคทีเรียมีหน้าที่รับผิดชอบใน ขั้นตอน การเน่าเปื่อยในกระบวนการนี้ ในชุมชนชีวภาพรอบๆปล่องไฮโดรเทอร์ มอ ลและแหล่งน้ำเย็น แบคทีเรียที่ทนต่อ สภาวะสุดขั้วจะให้สารอาหารที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตโดยการเปลี่ยนสารประกอบที่ละลายอยู่ เช่นไฮโดรเจนซัลไฟด์และมีเทนให้เป็นพลังงาน แบคทีเรียยังอาศัยอยู่ ร่วมกับพืชและสัตว์ในรูปแบบความสัมพันธ์ แบบพึ่งพาอาศัยกัน แบบไม่เป็นอันตรายและ แบบ ปรสิต แบคทีเรียส่วนใหญ่ยังไม่ได้รับการจำแนกลักษณะ และมีหลายชนิดที่ไม่สามารถเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการได้ การศึกษาเกี่ยวกับแบคทีเรียเรียกว่าแบคทีริโอโลยีซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของจุลชีววิทยา

เช่นเดียวกับสัตว์ทุกชนิด มนุษย์มีแบคทีเรีย จำนวนมาก (ประมาณ 10 ¹³ถึง 10 ^{14 ตัว ) [ 8 ]}ส่วนใหญ่จะอยู่ในลำไส้แม้ว่าจะมีแบคทีเรียจำนวนมากอยู่บนผิวหนัง ก็ตาม แบคทีเรียส่วนใหญ่ในและบนร่างกายนั้นไม่เป็นอันตรายหรือถูกทำให้ไม่เป็นอันตรายโดยผลการป้องกันของระบบภูมิคุ้มกันและหลายชนิดก็มีประโยชน์[ ^{9 ] โดย}เฉพาะอย่างยิ่งแบคทีเรียในลำไส้ อย่างไรก็ตาม แบคทีเรียหลายชนิดเป็นเชื้อก่อโรคและทำให้เกิดโรคติดเชื้อได้แก่อหิวาตกโรคซิฟิลิสแอนแทรกซ์โรคเรื้อนวัณโรคบาดทะยักและกาฬโรคโรคติดเชื้อแบคทีเรียที่ร้ายแรงที่สุดที่พบบ่อยที่สุดคือการติดเชื้อทางเดินหายใจยาปฏิชีวนะใช้ในการรักษาการติดเชื้อแบคทีเรียและยังใช้ในการเกษตร ทำให้ ปัญหา การดื้อยาปฏิชีวนะเพิ่มมากขึ้น แบคทีเรียมีความสำคัญในการบำบัดน้ำเสียและการย่อยสลายคราบน้ำมันการผลิตชีสและโยเกิร์ตผ่านกระบวนการหมัก การกู้คืนทองคำแพลเลเดียมทองแดงและโลหะอื่นๆ ในภาคเหมืองแร่ ( การทำเหมืองชีวภาพการสกัดด้วยชีวภาพ ) ตลอดจนในด้านเทคโนโลยีชีวภาพและการผลิตยาปฏิชีวนะและสารเคมีอื่นๆ

แบคทีเรีย ซึ่งเดิมเคยถูกจัดเป็นพืชในกลุ่มชิโซไมซีส (Schizomycetes หรือ "ราแบ่งตัว") ปัจจุบันถูกจัดอยู่ในกลุ่มโปรคาริโอตต่างจากเซลล์ของสัตว์และยูคาริโอต อื่นๆ เซลล์แบคทีเรียมีโครโมโซมเป็นวงกลม ไม่มีนิวเคลียสและแทบไม่มีออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อ หุ้ม แม้ว่าคำว่าแบคทีเรียจะหมายรวมถึงโปรคาริโอตทั้งหมด แต่ การจัดจำแนกทางวิทยาศาสตร์ได้เปลี่ยนแปลงไปหลังจากการค้นพบในทศวรรษ 1990 ว่าโปรคาริโอตประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตสองกลุ่มที่แตกต่างกันมาก ซึ่งวิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษร่วมกันในสมัยโบราณโดเมนวิวัฒนาการเหล่านี้เรียกว่า แบคทีเรีย (Bacteria) และอาร์เคีย (Archaea ) ^{[ 10 ]}ต่างจากอาร์เคียแบคทีเรียมีลิปิดที่เชื่อมต่อด้วยเอสเทอร์ในเยื่อหุ้มเซลล์^{[ 11 ]}มีปัจจัยการยืดตัวที่ทนต่อ ADP-ribosylation โดยสารพิษจากเชื้อคอตีบ^{[ 12 ]}ใช้ฟอร์มิลเมไทโอนีนในการเริ่มต้นการสังเคราะห์โปรตีน^{[ 13 ]}และมีความแตกต่างทางพันธุกรรมมากมาย รวมถึง16S rRNAที่ แตกต่างกัน ^{[ 14 ]}

คำว่าแบคทีเรีย ( / b æ k ˈ t ɪər i ə /)^ⓘ ;เอกพจน์:bacterium) เป็นคำพหูพจน์ของคำภาษาละตินใหม่ bacteriumซึ่งเป็นการถอดเสียงภาษากรีกโบราณβακτήριον( baktḗrion ) ^{เป็นอักษรโรมัน [ 15 ]}ซึ่งเป็นคำย่อของβακτηρία( baktēría ) หมายถึง 'ไม้เท้า' หรือ 'ไม้ค้ำ' ^{[ 16 ]}เนื่องจากแบคทีเรียชนิดแรกที่ถูกค้นพบมีรูปร่างเป็นแท่ง[ ^{17 ] [ 18 ] คำ}นี้ถูกใช้ครั้งแรกเพื่ออ้างถึงแบคทีเรียในปี พ.ศ. 2461 ^{[ 19 ]}

แม้ว่าจะมีการตั้งชื่อแบคทีเรียประมาณ 43,000 ชนิด แต่ส่วนใหญ่ไม่เคยได้รับการศึกษา^{[ 20 ]}ในความเป็นจริง แบคทีเรียเพียง 10 ชนิดคิดเป็นครึ่งหนึ่งของสิ่งพิมพ์ทั้งหมด ในขณะที่แบคทีเรียเกือบ 75% ที่ได้รับการตั้งชื่อทั้งหมดไม่มีการวิจัยทางวิชาการใด ๆ ที่อุทิศให้กับพวกมัน^{[ 20 ]} แบคทีเรีย ที่ได้รับการศึกษามากที่สุดคือEscherichia coliซึ่งมีงานวิจัยตีพิมพ์มากกว่า 300,000 ชิ้น^{[ 20 ]}แต่เอกสารเหล่านี้จำนวนมากน่าจะใช้มันเป็นเพียง พาหะใน การโคลนเพื่อศึกษาแบคทีเรียชนิดอื่น โดยไม่ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับชีววิทยาของมันเอง 90% ของการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับแบคทีเรียมุ่งเน้นไปที่แบคทีเรียน้อยกว่า 1% ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแบคทีเรียก่อโรคที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพของมนุษย์^{[ 20 ] [ 21 ]}

แม้ว่าE. coliอาจเป็นแบคทีเรียที่ได้รับการศึกษามากที่สุด แต่ยีนจำนวนหนึ่งในสี่จากทั้งหมด 4,000 ยีนนั้นยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างเพียงพอหรือยังไม่ได้รับการระบุลักษณะ แบคทีเรียบางชนิดที่มีจีโนมน้อย (< 600 ยีน เช่นMycoplasma ) มักจะมีสัดส่วนของยีนจำนวนมากที่ได้รับการระบุลักษณะการทำงานแล้ว เนื่องจากยีนส่วนใหญ่มีความสำคัญและได้รับการอนุรักษ์ไว้ในหลายสายพันธุ์^{[ 22 ]}

บรรพบุรุษของแบคทีเรียเป็นจุลินทรีย์เซลล์เดียวซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตรูปแบบแรกที่ปรากฏบนโลกเมื่อประมาณ 4  พันล้านปีก่อน^{[ 24 ]}เป็นเวลาประมาณ 3  พันล้านปีที่สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีขนาดเล็กมาก และแบคทีเรียและอาร์เคียเป็นสิ่งมีชีวิตที่เด่น^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}แม้ว่า จะมี ฟอสซิล ของแบคทีเรีย อยู่ เช่นสโตรมาโตไลต์แต่การขาดลักษณะทางสัณฐานวิทยา ที่โดดเด่น ทำให้ไม่สามารถนำมาใช้ตรวจสอบประวัติวิวัฒนาการของแบคทีเรีย หรือกำหนดช่วงเวลากำเนิดของแบคทีเรียสายพันธุ์ใดสายพันธุ์หนึ่งได้ อย่างไรก็ตาม ลำดับยีนสามารถนำมาใช้สร้างแผนภูมิวิวัฒนาการ ของแบคทีเรีย ได้ และการศึกษาเหล่านี้บ่งชี้ว่าแบคทีเรียแยกตัวออกมาจากสายพันธุ์อาร์เคีย/ยูคาริโอตก่อน^{[ 28 ]}บรรพบุรุษร่วมที่ใกล้ที่สุด (MRCA) ของแบคทีเรียและอาร์เคียอาจเป็นไฮเปอร์เทอร์โมไฟล์ที่อาศัยอยู่เมื่อประมาณ 2.5 พัน ล้านถึง 3.2  พันล้านปีก่อน^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]}สิ่งมีชีวิตแรกสุดบนบกอาจเป็นแบคทีเรียเมื่อประมาณ 3.22  พันล้านปีก่อน^{[ 32 ]}

แบคทีเรียยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับการวิวัฒนาการแยกสายครั้งที่สองที่สำคัญ นั่นคือการแยกสายของอาร์เคียและยูคาริโอต^{[ 33 ] [ 34 ]}ในที่นี้ ยูคาริโอตเกิดขึ้นจากการที่แบคทีเรียโบราณเข้าไปอยู่ใน ความสัมพันธ์ แบบเอนโดซิมไบโอติกกับบรรพบุรุษของเซลล์ยูคาริโอต ซึ่งอาจมีความเกี่ยวข้องกับอาร์เคีย^{[ 35 ] [ 36 ]}กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการที่เซลล์โปรโตยูคาริโอตกลืนกินอัลฟาโปรที โอแบคทีเรียที่เป็น ซิม ไบโอต เพื่อสร้างไมโทคอนเดรียหรือไฮโดรจีโนโซมซึ่งยังคงพบได้ในยูคาริโอตที่รู้จักทั้งหมด (บางครั้งอยู่ในรูปแบบที่ลดลงอย่างมาก เช่น ในสายพันธุ์ของโปรโตซัวที่ไม่มีไมโทคอนเดรีย) ^{[ 37 ] [ 38 ]}ต่อมา ยูคาริโอตบางชนิดที่มีไมโทคอนเดรียอยู่แล้วก็กลืนกิน สิ่งมีชีวิตคล้าย ไซยาโนแบคทีเรียทำให้เกิดคลอโรพลาสต์ในสาหร่ายและพืช สิ่งนี้เรียกว่า เอนโดซิมไบโอซิ สขั้นต้น^{[ 39 ]}

แบคทีเรียมีอยู่ทั่วไป อาศัยอยู่ในทุกแหล่งที่อยู่อาศัยที่เป็นไปได้บนโลก รวมถึงดิน ใต้น้ำ ลึกลงไปในเปลือกโลก และแม้แต่สภาพแวดล้อมสุดขั้ว เช่น น้ำพุร้อนที่เป็นกรดและกากกัมมันตรังสี^{[ 40 ] [ 41 ]}เชื่อกันว่ามีแบคทีเรียประมาณ 2×10 ^{30 ตัว}บนโลก^{[ 42 ]} ซึ่ง ก่อตัวเป็นชีวมวลที่มากเป็นรองเพียงพืชเท่านั้น^{[ 43 ]}พวกมันมีอยู่มากมายในทะเลสาบและมหาสมุทร ในน้ำแข็งอาร์กติก และน้ำพุร้อน^{[ 44 ]}ซึ่งพวกมันให้สารอาหารที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตโดยการเปลี่ยนสารประกอบที่ละลายอยู่ เช่นไฮโดรเจนซัลไฟด์และมีเทนให้เป็นพลังงาน^{[ 45 ]}พวกมันอาศัยอยู่บนและในพืชและสัตว์ ส่วนใหญ่ไม่ก่อให้เกิดโรค เป็นประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม และจำเป็นต่อการดำรงชีวิต^{[ 9 ] [ 46 ]}ดินเป็นแหล่งที่อุดมสมบูรณ์ของแบคทีเรีย และดินเพียงไม่กี่กรัมก็มีแบคทีเรียอยู่ประมาณหนึ่งพันล้านตัว แบคทีเรียเหล่านี้ล้วนมีความสำคัญต่อระบบนิเวศของดิน ทำหน้าที่ย่อยสลายของเสียที่เป็นพิษและนำสารอาหารกลับมาใช้ใหม่ นอกจากนี้ยังพบแบคทีเรียในชั้นบรรยากาศ โดยอากาศหนึ่งลูกบาศก์เมตรมีเซลล์แบคทีเรียอยู่ประมาณหนึ่งร้อยล้านเซลล์ มหาสมุทรและทะเลมีแบคทีเรียอยู่ประมาณ 3 × 10²⁶ ^{เซลล์}ซึ่งผลิตออกซิเจนได้มากถึง 50% ของออกซิเจนที่มนุษย์หายใจเข้าไป^{[ 47 ]}มีเพียงแบคทีเรียประมาณ 2% เท่านั้นที่ได้รับการศึกษาอย่างครบถ้วน^{[ 48 ]}

แบคทีเรียมี เมตาบอลิซึมหลากหลายประเภทมาก^{[ 119 ]}การกระจายตัวของลักษณะเมตาบอลิซึมภายในกลุ่มแบคทีเรียถูกนำมาใช้ในการกำหนดอนุกรมวิธาน มาโดยตลอด แต่ลักษณะเหล่านี้มักไม่สอดคล้องกับการจำแนกทางพันธุกรรมสมัยใหม่^{[ 120 ]}เมตาบอลิซึมของแบคทีเรียถูกจำแนกออกเป็นกลุ่มโภชนาการโดยอาศัยเกณฑ์หลักสามประการ ได้แก่ แหล่งพลังงานผู้ให้อิเล็กตรอนที่ใช้ และแหล่งคาร์บอนที่ใช้ในการเจริญเติบโต^{[ 121 ]}

แบคทีเรีย โฟโตโทรฟิกได้รับพลังงานจากแสงโดยใช้^การสังเคราะห์แสงในขณะที่ แบคทีเรียเคโม โทรฟิกสลายสารประกอบทางเคมีผ่านการออกซิเดชัน [ ^{122 ]}ขับเคลื่อนกระบวนการเมตาบอลิซึมโดยการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากผู้ให้อิเล็กตรอน ที่กำหนด ไปยังผู้รับอิเล็กตรอนปลายทางในปฏิกิริยารีดอกซ์ เคโมโทรฟยังแบ่งย่อยตามประเภทของสารประกอบที่พวกมันใช้ในการถ่ายโอนอิเล็กตรอน แบคทีเรียที่ได้รับอิเล็กตรอนจากสารประกอบอนินทรีย์ เช่น ไฮโดรเจนคาร์บอนมอนอกไซด์หรือแอมโมเนียเรียกว่าลิโทโทรฟในขณะที่แบคทีเรียที่ใช้สารประกอบอินทรีย์เรียกว่าออร์กาโนโทรฟ [ ^{122 ] ยิ่ง}ไปกว่านั้นสิ่งมีชีวิตแอโรบิกใช้ออกซิเจนเป็นผู้รับอิเล็กตรอนปลายทาง ในขณะที่สิ่งมีชีวิตแอนแอโรบิกใช้สารประกอบอื่นๆ เช่นไนเตรตซัลเฟตหรือคาร์บอนไดออกไซด์^{[ 122 ]}

แบคทีเรียหลายชนิดที่เรียกว่าเฮเทอโรโทรฟจะได้รับคาร์บอนจากคาร์บอนอินทรีย์ อื่นๆ ส่วน แบคทีเรีย ชนิดอื่นๆ เช่นไซยาโนแบคทีเรียและแบคทีเรียสีม่วง บางชนิด เป็นออโตโทรฟซึ่งหมายความว่าพวกมันได้รับคาร์บอนในเซลล์โดยการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์^{[ 123 ]}ในบางกรณี แบคทีเรีย เมทาโนโทรฟสามารถใช้ ก๊าซ มีเทนเป็นทั้งแหล่งอิเล็กตรอนและสารตั้งต้นสำหรับการสร้าง คาร์บอน ได้^{[ 124 ]}

ในหลาย ๆ ด้าน การเผาผลาญของแบคทีเรียให้คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ต่อเสถียรภาพทางนิเวศวิทยาและสังคมมนุษย์ ตัวอย่างเช่นแบคทีเรียตรึงไนโตรเจนมีความสามารถในการตรึงก๊าซไนโตรเจนโดยใช้เอนไซม์ไนโตรเจเนส [ ^{125 ] คุณสมบัติ}นี้ ซึ่งพบได้ในแบคทีเรียประเภทการเผาผลาญส่วนใหญ่ที่ระบุไว้ข้างต้น^{[ 126 ]}นำไปสู่กระบวนการสำคัญทางนิเวศวิทยา ได้แก่ การลด ไนเตรตการลดซัลเฟตและการสร้างอะซิโตเจนซิสตามลำดับ^{[ 127 ]}กระบวนการเผาผลาญของแบคทีเรียเป็นตัวขับเคลื่อนที่สำคัญในการตอบสนองทางชีวภาพต่อมลพิษตัวอย่างเช่น แบคทีเรียลดซัลเฟตมีส่วนรับผิดชอบอย่างมากในการผลิตปรอท ในรูปแบบที่เป็นพิษสูง ( เมทิลเมอร์คิวรีและไดเมทิลเมอร์คิวรี ) ในสิ่งแวดล้อม^{[ 128 ]} แบคทีเรีย ไม่ใช้ออกซิเจนที่ไม่หายใจใช้การหมักเพื่อสร้างพลังงานและพลังงานรีดิวซ์ โดยขับของเสียจากการเผาผลาญ (เช่นเอทานอลในการผลิตเบียร์) ออกมาแอนแอโรบแบบไม่บังคับสามารถสลับระหว่างการหมักและตัวรับอิเล็กตรอนปลายทาง ที่แตกต่างกันได้ ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมที่พวกมันพบเจอ^{[ 129 ]}

ต่างจากสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ การเพิ่มขนาดของเซลล์ ( การเจริญเติบโตของเซลล์ ) และการสืบพันธุ์โดยการแบ่งเซลล์นั้นเชื่อมโยงกันอย่างแน่นหนาในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว แบคทีเรียจะเจริญเติบโตจนถึงขนาดคงที่แล้วจึงสืบพันธุ์โดย การแบ่งตัวแบบ ไบนารีฟิชชันซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ^{[ 130 ]}ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม แบคทีเรียสามารถเจริญเติบโตและแบ่งตัวได้อย่างรวดเร็วมาก และประชากรแบคทีเรียบางชนิดสามารถเพิ่มจำนวนเป็นสองเท่าได้เร็วที่สุดทุกๆ 17  นาที^{[ 131 ]}ในการแบ่งเซลล์ จะได้เซลล์ลูกสาวที่ เป็นโคลน ที่เหมือนกันสอง เซลล์ แบคทีเรียบางชนิดแม้จะยังคงสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ แต่ก็สร้างโครงสร้างการสืบพันธุ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นเพื่อช่วยกระจายเซลล์ลูกสาวที่เกิดขึ้นใหม่ ตัวอย่างเช่น การสร้างผลของร่างกายโดยไมโซแบคทีเรียและ การสร้าง เส้นใย อากาศ โดย สายพันธุ์ Streptomycesหรือการแตกหน่อ การแตกหน่อเกี่ยวข้องกับการที่เซลล์สร้างส่วนที่ยื่นออกมาซึ่งแตกออกและสร้างเซลล์ลูกสาว^{[ 132 ]}

ในห้องปฏิบัติการ แบคทีเรียมักจะถูกเพาะเลี้ยงโดยใช้สื่อเพาะเลี้ยงแบบแข็งหรือแบบเหลว^{[ 133 ]}สื่อเพาะเลี้ยงแบบแข็งเช่นจานวุ้นใช้ในการแยกเชื้อบริสุทธิ์ของสายพันธุ์แบคทีเรีย อย่างไรก็ตาม สื่อเพาะเลี้ยงแบบเหลวจะใช้เมื่อต้องการวัดการเจริญเติบโตหรือต้องการเซลล์ในปริมาณมาก การเจริญเติบโตในสื่อเพาะเลี้ยงแบบเหลวที่กวนจะเกิดขึ้นเป็นสารแขวนลอยของเซลล์อย่างสม่ำเสมอ ทำให้การแบ่งและถ่ายโอนเชื้อทำได้ง่าย แม้ว่าการแยกแบคทีเรียเดี่ยวจากสื่อเพาะเลี้ยงแบบเหลวจะทำได้ยากก็ตาม การใช้สื่อเพาะเลี้ยงแบบคัดเลือก (สื่อเพาะเลี้ยงที่มีสารอาหารเฉพาะที่เติมหรือขาด หรือมียาปฏิชีวนะที่เติมเข้าไป) สามารถช่วยระบุสิ่งมีชีวิตเฉพาะได้^{[ 134 ]}

เทคนิคในห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่สำหรับการเพาะเลี้ยงแบคทีเรียใช้สารอาหารในระดับสูงเพื่อผลิตเซลล์จำนวนมากได้อย่างรวดเร็วและราคาถูก^{[ 133 ]}อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ สารอาหารมีจำกัด ซึ่งหมายความว่าแบคทีเรียไม่สามารถขยายพันธุ์ได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุด ข้อจำกัดของสารอาหารนี้ทำให้เกิดวิวัฒนาการของกลยุทธ์การเจริญเติบโตที่แตกต่างกัน (ดูทฤษฎีการคัดเลือก r/K ) สิ่งมีชีวิตบางชนิดสามารถเจริญเติบโตได้อย่างรวดเร็วมากเมื่อมีสารอาหาร เช่น การก่อตัวของสาหร่ายและไซยาโนแบคทีเรียที่มักเกิดขึ้นในทะเลสาบในช่วงฤดูร้อน^{[ 135 ]}สิ่งมีชีวิตอื่นๆ มีการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น การผลิตยาปฏิชีวนะ หลายชนิด โดยStreptomycesที่ยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์คู่แข่ง^{[ 136 ]}ในธรรมชาติ สิ่งมีชีวิตหลายชนิดอาศัยอยู่ในชุมชน (เช่นไบโอฟิล์ม ) ซึ่งอาจช่วยให้มีการจัดหาสารอาหารเพิ่มขึ้นและป้องกันจากความเครียดของสิ่งแวดล้อม^{[ 70 ]}ความสัมพันธ์เหล่านี้อาจมีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตบางชนิด ( ซินโทรฟี ) ^{[ 137 ]}

การเจริญเติบโตของแบคทีเรียมีสี่ระยะ เมื่อประชากรแบคทีเรียเข้าสู่สภาพแวดล้อมที่มีสารอาหารสูงซึ่งเอื้อต่อการเจริญเติบโต เซลล์จำเป็นต้องปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมใหม่ ระยะแรกของการเจริญเติบโตคือระยะพักตัว (lag phase ) ซึ่งเป็นช่วงที่เซลล์เจริญเติบโตช้าในขณะที่กำลังปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีสารอาหารสูงและเตรียมพร้อมสำหรับการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว ระยะพักตัวมีอัตราการสังเคราะห์ทางชีวภาพสูง เนื่องจากมีการผลิตโปรตีนที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว^{[ 138 ] [ 139 ]}ระยะที่สองของการเจริญเติบโตคือระยะลอการิทึม (logarithmic phase ) หรือที่เรียกว่าระยะเอกซ์โพเนนเชียล (exponential phase) ระยะลอการิทึมมีลักษณะเด่น คือ การเจริญเติบโตแบบเอกซ์โพเนนเชียลอย่างรวดเร็ว อัตราการเจริญเติบโตของเซลล์ในช่วงนี้เรียกว่าอัตราการเจริญเติบโต ( k ) และเวลาที่เซลล์เพิ่มจำนวนเป็นสองเท่าเรียกว่าเวลารุ่น ( g ) ในระหว่างระยะลอการิทึม สารอาหารจะถูกเผาผลาญด้วยความเร็วสูงสุดจนกว่าสารอาหารชนิดใดชนิดหนึ่งจะหมดไปและเริ่มจำกัดการเจริญเติบโต ระยะที่สามของการเจริญเติบโตคือระยะคงที่ (stationary phase)ซึ่งเกิดจากสารอาหารหมดไป เซลล์จะลดกิจกรรมการเผาผลาญและบริโภคโปรตีนในเซลล์ที่ไม่จำเป็น ระยะคงที่คือการเปลี่ยนจากการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วไปสู่สภาวะตอบสนองต่อความเครียด และมีการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการซ่อมแซม DNAการเผาผลาญสารต้านอนุมูลอิสระและการขนส่งสารอาหาร เพิ่มขึ้น ^{[ 140 ]}ระยะสุดท้ายคือระยะแห่งความตายซึ่งแบคทีเรียจะหมดสารอาหารและตายไป^{[ 141 ]}

แบคทีเรียส่วนใหญ่มี โครโมโซมวงกลมเดี่ยวที่มีขนาดตั้งแต่ 160,000 คู่เบสในแบคทีเรีย เอนโดซิ ^มไบโอติกCarsonella ruddii [ ^{143 ]}ไปจนถึง 12,200,000 คู่เบส (12.2 Mbp) ในแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในดินSorangium cellulosum ^{[ 144 ]}และ16.0 Mbp ในแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในดินอีกชนิดหนึ่งคือMinicystis rosea [ ^{145 ] มี}ข้อยกเว้นมากมาย ตัวอย่างเช่นStreptomycesและBorrelia บาง ชนิดมีโครโมโซมเชิงเส้นเดี่ยว^{[ 146 ] [ 147 ]}ในขณะที่แบคทีเรียบางชนิดรวมถึงVibrioมีโครโมโซมมากกว่าหนึ่งโครโมโซม^{[ 148 ] [ 149 ]}แบคทีเรียบางชนิดมีพลาสมิด ซึ่ง ^เป็นโมเลกุล DNA ขนาดเล็กนอกโครโมโซมที่อาจมียีนสำหรับการทำงานที่มีประโยชน์ต่างๆ เช่นความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะความสามารถในการเผาผลาญ หรือปัจจัยก่อโรค ต่างๆ [ ^{150 ]}

ไม่ว่าจะมีโครโมโซมเดี่ยวหรือมากกว่าหนึ่ง แบคทีเรียเกือบทั้งหมดมีจีโนมแบบแฮพลอยด์ ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีสำเนาของแต่ละยีนที่เข้ารหัสโปรตีนเพียงชุดเดียว ซึ่งแตกต่างจากยูคาริโอตที่เป็นดิพลอยด์หรือโพลีพลอยด์ หมายความว่าพวกมันมีสำเนาของแต่ละยีนสองชุดขึ้นไป นั่นหมายความว่า ต่างจากมนุษย์ที่อาจยังคงสามารถสร้างโปรตีน ได้ แม้ว่ายีนจะกลายพันธุ์ (เนื่องจากจีโนมของมนุษย์มีสำเนาพิเศษในแต่ละเซลล์) แบคทีเรียจะไม่สามารถสร้างโปรตีนได้เลยหากยีนของมันเกิด การกลายพันธุ์ ที่ทำให้ไม่ทำงาน^{[ 151 ]}

จีโนมของแบคทีเรียมักจะเข้ารหัสยีนจำนวนไม่กี่ร้อยถึงไม่กี่พันยีน ยีนในจีโนมของแบคทีเรียมักจะเป็นสาย DNA ที่ต่อเนื่องกันเพียงเส้นเดียว แม้ว่า จะมี อินทรอน หลายประเภทที่แตกต่างกัน ในแบคทีเรีย แต่ก็พบได้น้อยกว่าในยูคาริโอตมาก^{[ 152 ]}

แบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตที่สืพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ จึงได้รับสำเนาจีโนมที่เหมือนกันจากพ่อแม่และมี การ สืบพันธุ์แบบโคลนอย่างไรก็ตาม แบคทีเรียทุกชนิดสามารถวิวัฒนาการได้โดยการคัดเลือกจากการเปลี่ยนแปลงของสารพันธุกรรมDNAที่เกิดจากการรวมตัวทางพันธุกรรมหรือการกลายพันธุ์การกลายพันธุ์เกิดขึ้นจากข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นระหว่างการจำลอง DNA หรือจากการสัมผัสกับสารก่อกลายพันธุ์อัตราการกลายพันธุ์แตกต่างกันอย่างมากในแบคทีเรียชนิดต่างๆ และแม้แต่ในโคลนที่แตกต่างกันของแบคทีเรียชนิดเดียวกัน^{[ 153 ]}การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในจีโนมของแบคทีเรียเกิดขึ้นจากการกลายพันธุ์แบบสุ่มระหว่างการจำลองหรือ "การกลายพันธุ์ที่ควบคุมโดยความเครียด" ซึ่งยีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการจำกัดการเจริญเติบโตเฉพาะจะมีอัตราการกลายพันธุ์เพิ่มขึ้น^{[ 154 ]}

แบคทีเรียบางชนิดสามารถถ่ายโอนสารพันธุกรรมระหว่างเซลล์ได้ ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้สามวิธีหลัก วิธีแรก แบคทีเรียสามารถรับ DNA จากภายนอกสิ่งแวดล้อมได้ในกระบวนการที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลง (transformation ) ^{[ 155 ]}แบคทีเรียหลายชนิดสามารถ รับ DNA จากสิ่งแวดล้อม ได้ตามธรรมชาติในขณะที่บางชนิดต้องได้รับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเพื่อกระตุ้นให้รับ DNA ^{[ 156 ]}การพัฒนาความสามารถในการรับ DNA ในธรรมชาติมักเกี่ยวข้องกับสภาวะแวดล้อมที่ตึงเครียด และดูเหมือนจะเป็นการปรับตัวเพื่ออำนวยความสะดวกในการซ่อมแซมความเสียหายของ DNA ในเซลล์ผู้รับ^{[ 157 ]}วิธีที่สองแบคทีริโอเฟจสามารถแทรกเข้าไปในโครโมโซมของแบคทีเรีย โดยนำ DNA จากภายนอกเข้ามาในกระบวนการที่เรียกว่าการถ่ายทอด (transduction ) แบคทีริโอเฟจมีหลายชนิด บางชนิดติดเชื้อและทำลาย แบคทีเรีย ที่เป็นโฮสต์ในขณะที่บางชนิดแทรกเข้าไปในโครโมโซมของแบคทีเรีย^{[ 158 ]}แบคทีเรียต้านทานการติดเชื้อฟาจผ่านระบบการดัดแปลงจำกัดที่ย่อยสลายดีเอ็นเอจากภายนอก^{[ 159 ]}และระบบที่ใช้ ลำดับ CRISPRเพื่อเก็บรักษาชิ้นส่วนของจีโนมของฟาจที่แบคทีเรียเคยสัมผัสในอดีต ซึ่งทำให้พวกมันสามารถบล็อกการจำลองแบบของไวรัสผ่านรูปแบบหนึ่งของ การ แทรกแซงRNA ^{[ 160 ] [ 161 ]}ประการที่สาม แบคทีเรียสามารถถ่ายโอนสารพันธุกรรมผ่านการสัมผัสเซลล์โดยตรงผ่านการถ่ายทอดยีน^{[ 162 ]}

โดยปกติแล้ว การถ่ายทอดยีน การผสมพันธุ์ และการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอน DNA ระหว่างแบคทีเรียแต่ละตัวในสายพันธุ์เดียวกัน แต่บางครั้งการถ่ายโอนอาจเกิดขึ้นระหว่างแบคทีเรียต่างสายพันธุ์ และอาจมีผลกระทบที่สำคัญ เช่น การถ่ายโอนความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ^{[ 163 ] [ 164 ]}ในกรณีเช่นนี้ การได้รับยีนจากแบคทีเรียอื่นหรือสิ่งแวดล้อมเรียกว่าการถ่ายโอนยีนแนวนอนและอาจพบได้ทั่วไปในสภาวะธรรมชาติ^{[ 165 ]}

การจำแนกประเภทมุ่งที่จะอธิบายความหลากหลายของสายพันธุ์แบคทีเรียโดยการตั้งชื่อและจัดกลุ่มสิ่งมีชีวิตตามความคล้ายคลึงกัน แบคทีเรียสามารถจำแนกได้ตามโครงสร้างของเซลล์การเผาผลาญของเซลล์หรือความแตกต่างในส่วนประกอบของเซลล์ เช่นDNAกรดไขมันเม็ดสีแอนติเจนและควิโนน [ ^{134 ] แม้ว่า}แผนการเหล่านี้จะช่วยให้สามารถระบุและจำแนกสายพันธุ์แบคทีเรียได้ แต่ก็ยังไม่ชัดเจนว่าความแตกต่างเหล่านี้แสดงถึงความแปรผันระหว่างสายพันธุ์ที่แตกต่างกันหรือระหว่างสายพันธุ์ของสายพันธุ์เดียวกัน ความไม่แน่นอนนี้เกิดจากการขาดโครงสร้างที่โดดเด่นในแบคทีเรียส่วนใหญ่ รวมถึงการถ่ายโอนยีนแบบข้ามสายพันธุ์ระหว่างสายพันธุ์ที่ไม่เกี่ยวข้องกัน^{[ 186 ]}เนื่องจากการถ่ายโอนยีนแบบข้ามสายพันธุ์ แบคทีเรียบางชนิดที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกันอาจมีรูปร่างและกระบวนการเผาผลาญที่แตกต่างกันมาก เพื่อเอาชนะความไม่แน่นอนนี้ การจำแนกประเภทแบคทีเรียสมัยใหม่จึงเน้นระบบอนุกรมวิธานระดับโมเลกุลโดยใช้เทคนิคทางพันธุกรรม เช่น การกำหนด อัตราส่วน กั วนีนไซโตซีน การผสมจีโนม-จีโนม รวมถึงการจัดลำดับยีนที่ไม่ได้ผ่านการถ่ายโอนยีนแบบข้ามสายพันธุ์อย่างกว้างขวาง เช่นยีน rRNA ^{[ 187 ]}การจำแนกประเภทของแบคทีเรียถูกกำหนดโดยการตีพิมพ์ในวารสาร International Journal of Systematic Bacteriology และ Bergey's Manual of Systematic Bacteriology ^{[ 188 ]}คณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยแบคทีเรียวิทยาเชิงระบบ⁽ ICSB) รักษาหลักเกณฑ์ระหว่างประเทศสำหรับการตั้งชื่อแบคทีเรียและหมวดหมู่ทางอนุกรมวิธาน และสำหรับการจัดอันดับในประมวลกฎการตั้งชื่อแบคทีเรียระหว่างประเทศ [ ^{189 ]}

ในอดีต แบคทีเรียถูกจัดอยู่ในกลุ่มPlantaeซึ่งเป็นอาณาจักรพืช และถูกเรียกว่า "Schizomycetes" (เชื้อราที่แบ่งตัว) ^{[ 190 ]}ด้วยเหตุนี้ กลุ่มแบคทีเรียและจุลินทรีย์อื่นๆ ในโฮสต์จึงมักถูกเรียกว่า "flora" ^{[ 191 ]} คำว่า "แบคทีเรีย" เดิมทีใช้กับโปรคาริโอตเซลล์เดียวขนาดเล็กทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ระบบอนุกรมวิธานระดับโมเลกุลแสดงให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตประกอบด้วยสองโดเมน ที่แยกจาก กัน เดิมเรียกว่า Eubacteria และ Archaebacteria แต่ปัจจุบันเรียกว่า Bacteria และ Archaea ซึ่งวิวัฒนาการอย่างอิสระจากบรรพบุรุษร่วมกันในอดีต^{[ 10 ]} Archaea และ Eukaryotes มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกันมากกว่าที่แต่ละฝ่ายจะมีความสัมพันธ์กับแบคทีเรีย โดเมนทั้งสองนี้ ร่วมกับ Eukarya เป็นพื้นฐานของระบบสามโดเมนซึ่งปัจจุบันเป็นระบบการจำแนกประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในจุลชีววิทยา^{[ 192 ]}อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการนำระบบอนุกรมวิธานระดับโมเลกุลมาใช้เมื่อไม่นานมานี้ และจำนวนลำดับจีโนมที่มีอยู่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การจำแนกแบคทีเรียจึงยังคงเป็นสาขาที่มีการเปลี่ยนแปลงและขยายตัวอย่างต่อเนื่อง^{[ 193 ] [ 194 ]}ตัวอย่างเช่นCavalier-Smithได้โต้แย้งว่า Archaea และ Eukaryotes วิวัฒนาการมาจากแบคทีเรียแกรมบวก^{[ 195 ]}

การระบุแบคทีเรียในห้องปฏิบัติการมีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งในทางการแพทย์เนื่องจากการรักษาที่ถูกต้องนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดการติดเชื้อ ดังนั้น ความจำเป็นในการระบุเชื้อก่อโรคในมนุษย์จึงเป็นแรงผลักดันสำคัญในการพัฒนาเทคนิคในการระบุแบคทีเรีย^{[ 196 ]}เมื่อแยกเชื้อก่อโรคได้แล้ว ก็สามารถจำแนกลักษณะเพิ่มเติมได้จากรูปร่าง รูปแบบการเจริญเติบโต (เช่น การเจริญเติบโต แบบใช้ออกซิเจนหรือ แบบ ไม่ใช้ออกซิเจน ) รูปแบบการสลายเม็ดเลือดแดงและการย้อมสี^{[ 197 ]}

แม้จะดูเรียบง่าย แต่แบคทีเรียสามารถสร้างความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนกับสิ่งมีชีวิตอื่นได้ ความสัมพันธ์ แบบพึ่งพาอาศัย กันเหล่านี้ สามารถแบ่งออกเป็นปรสิต ภาวะพึ่งพาซึ่งกันและกันและภาวะอยู่ร่วมกัน โดย ไม่ เป็นอันตราย ^{[ 215 ]}

ผู้สนับสนุนซึ่งกันและกัน

แบคทีเรียบางชนิดสร้างความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ใกล้ชิดซึ่งจำเป็นต่อการอยู่รอดของพวกมัน ความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันอย่างหนึ่งที่เรียกว่าการถ่ายโอนไฮโดรเจนระหว่างสายพันธุ์ เกิดขึ้นระหว่างกลุ่มของแบคทีเรีย แบบ ไม่ใช้ออกซิเจนที่บริโภคกรดอินทรีย์เช่นกรดบิวทิริกหรือกรดโพรพิโอนิกและผลิตไฮโดรเจนกับ อาร์ เคียที่สร้างมีเทนซึ่งบริโภคไฮโดรเจน^{[ 227 ]}หากไม่มีอาร์เคีย แบคทีเรียในความสัมพันธ์นี้จะไม่สามารถบริโภคกรดอินทรีย์ได้อย่างต่อเนื่อง เนื่องจากปฏิกิริยานี้ผลิตไฮโดรเจนซึ่งจะสะสมอยู่ในสิ่งแวดล้อม มีเพียงความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับอาร์เคียที่บริโภคไฮโดรเจนเท่านั้นที่ช่วยรักษาระดับความเข้มข้นของไฮโดรเจนให้ต่ำพอที่จะทำให้แบคทีเรียเจริญเติบโตได้^{[ 228 ]}

ในดิน จุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในไรโซสเฟียร์ (บริเวณที่รวมถึง ผิว รากและดินที่เกาะติดกับรากหลังจากเขย่าเบาๆ) จะทำการตรึงไนโตรเจนโดยเปลี่ยนก๊าซไนโตรเจนให้เป็นสารประกอบไนโตรเจน^{[ 229 ]}ซึ่งจะช่วยให้พืชหลายชนิดสามารถดูดซึมไนโตรเจนได้ง่าย เนื่องจากพืชเหล่านั้นไม่สามารถตรึงไนโตรเจนได้เอง แบคทีเรียอื่นๆ อีกมากมายพบว่าเป็นสิ่งมีชีวิตร่วมอาศัยในมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ตัวอย่างเช่น การมีแบคทีเรียมากกว่า 1,000 ชนิดในจุลินทรีย์ปกติ ใน ลำไส้ของ มนุษย์ สามารถช่วยเสริมสร้างภูมิคุ้มกันในลำไส้ สังเคราะห์วิตามินเช่นกรดโฟลิกวิตามินเคและไบโอตินเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นกรดแลคติก (ดูLactobacillus ) รวมทั้งหมักคาร์โบไฮเดรต เชิงซ้อนที่ไม่สามารถ ย่อย ได้ ^{[ 230 ] [ 231 ] [ 232 ]}การมีอยู่ของจุลินทรีย์ในลำไส้นี้ยังช่วยยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่อาจก่อให้เกิดโรค (โดยปกติผ่านการกีดกันแบบแข่งขัน ) และแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์เหล่านี้จึงถูกจำหน่ายเป็นผลิตภัณฑ์เสริมอาหารโปรไบโอ ติก^{[ 233 ]}

สิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดต้องพึ่งพาแบคทีเรียในการดำรงชีวิต เนื่องจากมีเพียงแบคทีเรียและอาร์เคีย บางชนิดเท่านั้น ที่มียีนและเอนไซม์ที่จำเป็นในการสังเคราะห์วิตามินบีหรือที่รู้จักกันในชื่อโคบาลามินและส่งต่อผ่านห่วงโซ่อาหาร วิตามินบีวิตามินที่ละลายน้ำได้ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญของทุกเซลล์ในร่างกายมนุษย์ เป็นโคแฟคเตอร์ในการสังเคราะห์ DNAและใน การเผา ผลาญกรดไขมันและกรดอะมิโนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานปกติของระบบประสาทผ่านบทบาทในการสังเคราะห์ไมอีลิน^{[ 234 ]}

เชื้อโรค

ร่างกายสัมผัสกับแบคทีเรียหลายชนิดอย่างต่อเนื่อง รวมถึงแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์ซึ่งเจริญเติบโตบนผิวหนังและเยื่อเมือกและแบคทีเรียที่เจริญเติบโตในดินและใน ซากพืช ซากสัตว์ เลือดและของเหลวในเนื้อเยื่อมีสารอาหารเพียงพอที่จะหล่อเลี้ยงการเจริญเติบโตของแบคทีเรียหลายชนิด ร่างกายมีกลไกการป้องกันที่ช่วยให้สามารถต้านทานการบุกรุกของจุลินทรีย์ในเนื้อเยื่อและให้ภูมิคุ้มกัน ตามธรรมชาติ หรือความต้านทานโดยกำเนิด ต่อ จุลินทรีย์หลายชนิด[ ^{235 ] ต่าง}จากไวรัส บางชนิด แบคทีเรียวิวัฒนาการค่อนข้างช้า ดังนั้นโรคที่เกิดจากแบคทีเรียหลายชนิดจึงเกิดขึ้นในสัตว์ชนิดอื่นด้วย^{[ 236 ]}

หากแบคทีเรียสร้างความสัมพันธ์แบบปรสิตกับสิ่งมีชีวิตอื่น แบคทีเรียเหล่านั้นจะถูกจัดเป็นเชื้อก่อโรค^{[ 237 ]}แบคทีเรียก่อโรคเป็นสาเหตุสำคัญของการเสียชีวิตและโรคภัยไข้เจ็บในมนุษย์ และก่อให้เกิดการติดเชื้อ เช่นโรคบาดทะยัก (เกิดจากClostridium tetani ), ไข้ไทฟอยด์ , คอตีบ , ซิฟิลิส , อหิวาตกโรค , โรคอาหารเป็นพิษ , โรคเรื้อน (เกิดจากMycobacterium leprae ) และวัณโรค (เกิดจากMycobacterium tuberculosis ) ^{[ 238 ]}สาเหตุของโรคที่ทราบกันดีอยู่แล้วอาจถูกค้นพบในอีกหลายปีต่อมา เช่นเดียวกับกรณีของHelicobacter pyloriและโรคแผลในกระเพาะอาหาร [ ^{239 ]}โรคที่เกิดจากแบคทีเรียยังมีความสำคัญในด้านการเกษตรและแบคทีเรียทำให้เกิดโรค^จุดใบโรคไฟไหม้และโรคเหี่ยวในพืช รวมถึงโรคจอห์น โรคเต้านมอักเสบ โรคซัลโม เนลลาและโรคแอนแทรกซ์ในสัตว์เลี้ยงในฟาร์ม^{[ 240 ]}

เชื้อก่อโรคแต่ละชนิดมีปฏิสัมพันธ์กับโฮสต์ที่ เป็นมนุษย์ในลักษณะเฉพาะ จุลินทรีย์บางชนิด เช่นStaphylococcusหรือStreptococcusสามารถทำให้เกิดการติดเชื้อที่ผิวหนังปอดอักเสบเยื่อหุ้มสมอง อักเสบ และ ภาวะ ติดเชื้อในกระแสเลือด ซึ่งเป็นการ ตอบสนองการอักเสบในระบบที่ทำให้เกิดภาวะช็อกการขยายตัวของหลอดเลือดอย่างมากและเสียชีวิตได้^{[ 241 ]}อย่างไรก็ตาม จุลินทรีย์เหล่านี้ก็เป็นส่วนหนึ่งของจุลินทรีย์ปกติในร่างกายมนุษย์ และมักพบอยู่บนผิวหนังหรือในจมูกโดยไม่ก่อให้เกิดโรคใดๆ เลย ในขณะที่จุลินทรีย์อื่นๆ มักก่อให้เกิดโรคในมนุษย์ เช่นRickettsiaซึ่งเป็นปรสิตภายในเซลล์ที่ต้องอาศัยการเจริญเติบโตและสืบพันธุ์ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตอื่นเท่านั้นRickettsia ชนิดหนึ่ง ทำให้เกิดโรคไทฟัสในขณะที่อีก ชนิดหนึ่งทำให้เกิด ไข้จุดด่างดำร็อกกี้เมาน์เทน Chlamydia ซึ่งเป็นไฟลัมของปรสิตภายในเซลล์ที่ต้องอาศัยการเจริญเติบโตและสืบพันธุ์อีกชนิดหนึ่ง มีสายพันธุ์ที่สามารถทำให้เกิดปอดอักเสบหรือการติดเชื้อทางเดินปัสสาวะและอาจเกี่ยวข้องกับโรคหลอดเลือดหัวใจ^{[ 242 ]} แบคทีเรีย บางชนิด เช่นPseudomonas aeruginosa , Burkholderia cenocepaciaและMycobacterium aviumเป็นเชื้อก่อโรคฉวยโอกาสและทำให้เกิดโรคส่วนใหญ่ในผู้ที่มีภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่องหรือเป็น โรค ซิสติกไฟโบรซิส [ ^{243 ] [ 244 ] [ 245 ] แบคทีเรีย}บางชนิดผลิตสารพิษซึ่งก่อให้เกิดโรค^{[ 246 ]}สารพิษเหล่านี้ได้แก่ เอนโดท็อกซิน ซึ่งมาจากเซลล์แบคทีเรียที่แตก และเอ็กโซท็อกซินซึ่งผลิตโดยแบคทีเรียและปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม^{[ 247 ]}ตัวอย่างเช่นแบคทีเรียClostridium botulinum ผลิตเอ็กโซท็อกซินที่มีฤทธิ์รุนแรงซึ่งทำให้เกิดอัมพาตระบบทางเดินหายใจ และ Salmonellaผลิตเอนโดท็อกซินที่ทำให้เกิดโรคกระเพาะและลำไส้อักเสบ^{[ 247 ]}เอ็กโซท็อกซินบางชนิดสามารถเปลี่ยนเป็นท็อกซอยด์ซึ่งใช้เป็นวัคซีนเพื่อป้องกันโรคได้^{[ 248 ]}

การติดเชื้อแบคทีเรียอาจได้รับการรักษาด้วยยาปฏิชีวนะซึ่งแบ่งออกเป็นยาปฏิชีวนะฆ่าเชื้อแบคทีเรีย (bacteriocidal)หากยาเหล่านั้นฆ่าแบคทีเรีย หรือยาปฏิชีวนะยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย (bacteriostatic) หากยาเหล่านั้นเพียงแค่ป้องกันการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ยาปฏิชีวนะมีหลายประเภท และแต่ละประเภทจะยับยั้งกระบวนการที่แตกต่างกันในเชื้อโรคเมื่อเทียบกับที่พบในโฮสต์ ตัวอย่างของยาปฏิชีวนะที่ก่อให้เกิดความเป็นพิษแบบเลือกเฉพาะ ได้แก่คลอแรมเฟนิคอลและพูโรไมซินซึ่งยับยั้งไรโบโซม ของแบคทีเรีย แต่ไม่ยับยั้งไรโบโซมของยูคาริโอตที่มีโครงสร้างแตกต่างกัน^{[ 249 ]}ยาปฏิชีวนะถูกนำมาใช้ทั้งในการรักษาโรคในมนุษย์และในการทำฟาร์มแบบเข้มข้นเพื่อส่งเสริมการเจริญเติบโตของสัตว์ ซึ่งอาจมีส่วนทำให้เกิดการดื้อยาปฏิชีวนะ อย่างรวดเร็ว ในประชากรแบคทีเรีย^{[ 250 ]}การติดเชื้อสามารถป้องกันได้ด้วย มาตรการ ฆ่าเชื้อเช่น การฆ่าเชื้อผิวหนังก่อนเจาะด้วยเข็มฉีดยา และการดูแลสายสวนปัสสาวะอย่างเหมาะสม เครื่องมือผ่าตัดและทันตกรรมก็ต้องผ่านการฆ่าเชื้อเพื่อป้องกันการปนเปื้อนจากแบคทีเรีย เช่นกัน สารฆ่าเชื้อเช่นน้ำยาฟอกขาวใช้เพื่อฆ่าแบคทีเรียหรือเชื้อโรคอื่นๆ บนพื้นผิวเพื่อป้องกันการปนเปื้อนและลดความเสี่ยงของการติดเชื้อ^{[ 251 ]}

แบคทีเรีย ซึ่งมักเป็นแบคทีเรียกรดแลคติกเช่น สายพันธุ์ Lactobacillusและ สายพันธุ์ Lactococcusร่วมกับยีสต์และรา ถูกนำมาใช้ในการเตรียมอาหาร หมักดองมานานหลายพันปีเช่นชีสผักดองซอสถั่วเหลือง กะหล่ำปลีดองน้ำส้มสายชูไวน์และโยเกิร์ต^{[ 252 ] [ 253 ]}

ความสามารถของแบคทีเรียในการย่อยสลายสารประกอบอินทรีย์หลากหลายชนิดนั้นน่าทึ่งมาก และถูกนำมาใช้ในการบำบัดของเสียและการฟื้นฟูทางชีวภาพแบคทีเรียที่สามารถย่อยสลายไฮโดรคาร์บอนในปิโตรเลียมมักถูกนำมาใช้ในการทำความสะอาดคราบน้ำมัน^{[ 254 ]}มีการเติมปุ๋ยลงบนชายหาดบางแห่งในPrince William Soundเพื่อพยายามส่งเสริมการเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเหล่านี้หลังจากเหตุการณ์น้ำมันรั่วไหลของ Exxon Valdez ในปี 1989 ความพยายามเหล่านี้ได้ผลบนชายหาดที่ไม่ได้ถูกปกคลุมด้วยน้ำมันหนาเกินไป แบคทีเรียยังถูกนำมาใช้ในการฟื้นฟูทางชีวภาพของของเสียที่เป็นพิษ จากอุตสาหกรรมอีกด้วย ^{[ 255 ]}ในอุตสาหกรรมเคมีแบคทีเรียมีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลิต สารเคมีบริสุทธิ์ แบบเอนันติโอเมอร์เพื่อใช้เป็นยาหรือ สารเคมี ทางการเกษตร^{[ 256 ]}

แบคทีเรียยังสามารถใช้แทนยาฆ่าแมลงในการควบคุมศัตรูพืชทางชีวภาพได้ โดยทั่วไปจะใช้Bacillus thuringiensis (เรียกอีกอย่างว่า BT) ซึ่งเป็นแบคทีเรียแกรมบวกที่อาศัยอยู่ในดิน สายพันธุ์ย่อยของแบคทีเรียนี้ใช้เป็นยาฆ่าแมลงเฉพาะสำหรับผีเสื้อกลางคืนภายใต้ชื่อทางการค้า เช่น Dipel และ Thuricide ^{[ 257 ]}เนื่องจากความจำเพาะของยาฆ่าแมลงเหล่านี้ จึงถือว่าเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยมีผลกระทบต่อมนุษย์สัตว์ป่าแมลงผสมเกสรและแมลงที่เป็นประโยชน์ อื่นๆ น้อยมากหรือไม่มี เลย^{[ 258 ] [ 259 ]}

เนื่องจากความสามารถในการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วและความง่ายในการจัดการ แบคทีเรียจึงเป็นเครื่องมือสำคัญในสาขาชีววิทยาระดับโมเลกุลพันธุศาสตร์และชีวเคมีโดยการสร้างการกลายพันธุ์ในดีเอ็นเอของแบคทีเรียและตรวจสอบฟีโนไทป์ที่เกิดขึ้น นักวิทยาศาสตร์สามารถกำหนดหน้าที่ของยีนเอนไซม์และวิถีเมตาบอลิซึมในแบคทีเรีย จากนั้นจึงนำความรู้นี้ไปประยุกต์ใช้กับสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนกว่า^{[ 260 ]}เป้าหมายของการทำความเข้าใจชีวเคมีของเซลล์นี้แสดงออกอย่างซับซ้อนที่สุดในการสังเคราะห์ข้อมูลจลนศาสตร์ของเอนไซม์และการแสดงออกของยีน จำนวนมหาศาลลงใน แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ซึ่งสามารถทำได้ในแบคทีเรียบางชนิดที่ได้รับการศึกษามาเป็นอย่างดีโดยขณะนี้มีการสร้างและทดสอบแบบจำลองของกระบวนการเมตา บอลิซึม ของEscherichia coli แล้ว ^{[ 261 ] [ 262 ]} ความเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการเมตาบอลิซึมและพันธุศาสตร์ ของแบคทีเรียนี้ทำให้สามารถใช้เทคโนโลยีชีวภาพในการดัดแปลงพันธุกรรมแบคทีเรียเพื่อผลิตโปรตีนบำบัด เช่นอินซูลินปัจจัยการเจริญเติบโตหรือแอนติบอดี^{[ 263 ] [ 264 ]}

เนื่องจากมีความสำคัญต่อการวิจัยโดยทั่วไป ตัวอย่างสายพันธุ์แบคทีเรียจึงถูกแยกและเก็บรักษาไว้ในศูนย์ทรัพยากรชีวภาพซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่านักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกสามารถเข้าถึงสายพันธุ์ดังกล่าวได้^{[ 265 ]}

แบคทีเรียถูกสังเกตครั้งแรกโดยนักจุลทรรศน์ชาวดัตช์Antonie van Leeuwenhoek ในปี 1676 โดยใช้ กล้องจุลทรรศน์เลนส์เดี่ยวที่เขาออกแบบเอง Leeuwenhoek ไม่ได้จำแนกแบคทีเรียเป็นจุลินทรีย์ประเภทหนึ่งโดยเฉพาะ แต่เรียกจุลินทรีย์ทั้งหมดที่เขาพบ รวมถึงแบคทีเรียโปรติสต์และสัตว์ขนาดเล็ก ว่าanimalculesเขาได้ตีพิมพ์ผลการสังเกตของเขาในจดหมายหลายฉบับถึงราชสมาคมแห่งลอนดอน^[ 266 ^{] แบคทีเรียเป็นการค้นพบทางจุลทรรศน์ที่น่าทึ่งที่สุดของ Leeuwenhoek ขนาดของแบคทีเรียอยู่ในขอบเขตที่เลนส์ธรรมดาของเขาสามารถมองเห็นได้ และในช่วงเวลา ที่}วิทยาศาสตร์หยุดชะงักอย่างน่าทึ่งที่สุดช่วงหนึ่ง ไม่มีใครได้เห็นแบคทีเรียอีกเลยเป็นเวลากว่าหนึ่งศตวรรษ^{[ 267 ]}การสังเกตของเขายังรวมถึงโปรโตซัวด้วย และผลการค้นพบของเขาได้รับการพิจารณาอีกครั้งในแง่ของทฤษฎีเซลล์ที่ เพิ่งค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ ^{[ 268 ]}

Christian Gottfried Ehrenbergได้นำคำว่า "แบคทีเรีย" มาใช้ในปี พ.ศ. 2461 ^{[ 19 ]}อันที่จริงBacterium ของเขา เป็นสกุลที่ประกอบด้วยแบคทีเรียรูปแท่งที่ไม่สร้างสปอร์^{[ 269 ]}ซึ่งตรงข้ามกับBacillusซึ่งเป็นสกุลของแบคทีเรียรูปแท่งที่สร้างสปอร์ซึ่ง Ehrenberg กำหนดไว้ในปี พ.ศ. 2478 ^{[ 270 ]}

ในปี 1859 หลุยส์ ปาสเตอร์ได้แสดงให้เห็นว่าการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ทำให้เกิด กระบวนการ หมักและการเจริญเติบโตนี้ไม่ได้เกิดจากการเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ( ยีสต์และราซึ่งมักเกี่ยวข้องกับการหมัก ไม่ใช่แบคทีเรีย แต่เป็นเชื้อรา ) ปาสเตอร์และโรเบิร์ต โคช ผู้ร่วมสมัยของเขา เป็นผู้สนับสนุนทฤษฎีเชื้อโรคใน ยุคแรก ๆ^{[ 271 ]}ก่อนหน้านั้นอิกนาซ เซมเมลไวส์และโจเซฟ ลิสเตอร์ได้ตระหนักถึงความสำคัญของการล้างมือให้สะอาดในการทำงานทางการแพทย์ เซมเมลไวส์ ผู้ซึ่งกำหนดกฎเกณฑ์การล้างมือในโรงพยาบาลในช่วงทศวรรษ 1840 ก่อนการเกิดขึ้นของทฤษฎีเชื้อโรค ได้กล่าวว่าโรคเกิดจาก "สารอินทรีย์ของสัตว์ที่เน่าเปื่อย" แนวคิดของเขาถูกปฏิเสธและหนังสือของเขาเกี่ยวกับเรื่องนี้ถูกประณามโดยชุมชนทางการแพทย์ อย่างไรก็ตาม หลังจากลิสเตอร์ แพทย์เริ่มล้างมือให้สะอาดในช่วงทศวรรษ 1870 ^{[ 272 ]}

โรเบิร์ต คอช ผู้บุกเบิกด้านจุลชีววิทยาทางการแพทย์ ทำงานเกี่ยวกับอหิวาตกโรคแอนแทรกซ์และวัณโรคในการวิจัยเกี่ยวกับวัณโรค คอชได้พิสูจน์ทฤษฎีเชื้อโรคได้สำเร็จ ซึ่งทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลในปี 1905 ^{[ 273 ]}ในสมมติฐานของคอชเขาได้กำหนดเกณฑ์ในการทดสอบว่าสิ่งมีชีวิตเป็นสาเหตุของโรค หรือ ไม่ และสมมติฐานเหล่านี้ยังคงใช้กันอยู่ในปัจจุบัน^{[ 274 ]}

กล่าวกันว่า เฟอร์ดินานด์ โคห์นเป็นผู้ก่อตั้งแบคทีริโอโลยีโดยศึกษาแบคทีเรียตั้งแต่ปี พ.ศ. 2413 โคห์นเป็นคนแรกที่จำแนกแบคทีเรียตามสัณฐานวิทยา^{[ 275 ] [ 276 ]}

แม้ว่าในศตวรรษที่ 19 จะเป็นที่ทราบกันดีว่าแบคทีเรียเป็นสาเหตุของโรคหลายชนิด แต่ก็ยังไม่มีการรักษาด้วยยาต้านแบคทีเรีย ที่มีประสิทธิภาพ ^{[ 277 ]}ในปี พ.ศ. 2453 พอล เออร์ลิชได้พัฒนายาปฏิชีวนะตัวแรก โดยเปลี่ยนสีย้อมที่ย้อมTreponema pallidumซึ่งเป็นสไปโรคีตที่ก่อให้เกิดโรคซิฟิลิสให้กลายเป็นสารประกอบที่ฆ่าเชื้อก่อโรคได้อย่างเฉพาะเจาะจง^{[ 278 ]}เออร์ลิช ผู้ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลในปี พ.ศ. 2451 จากผลงานด้านภูมิคุ้มกันวิทยาได้บุกเบิกการใช้สีย้อมเพื่อตรวจจับและระบุแบคทีเรีย โดยผลงานของเขาเป็นพื้นฐานของการย้อมแกรมและการย้อมซีล-นีลเซน^{[ 279 ]}

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการศึกษาแบคทีเรียเกิดขึ้นในปี 1977 เมื่อCarl Woeseตระหนักว่าอาร์เคียมีสายวิวัฒนาการที่แยกจากแบคทีเรีย^{[ 280 ]}อนุกรมวิธานเชิงวิวัฒนาการ ใหม่นี้ขึ้นอยู่กับการจัดลำดับของRNA ไรโบโซม 16Sและแบ่งโปรคาริโอตออกเป็นสองโดเมนวิวัฒนาการ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบสามโดเมน^{[ 10 ]}

• แบคทีริโอโฮเพนโพลีออล
• แบคทีเรียดัดแปลงพันธุกรรม
• จุลินทรีย์โปรคาริโอตในทะเล

• Clark D (2010). เชื้อโรค ยีน และอารยธรรม: โรคระบาดหล่อหลอมตัวตนของเราในปัจจุบันอย่างไร . Upper Saddle River, NJ: FT Press. ISBN 978-0-13-701996-0. OCLC 473120711 . 
• ครอว์ฟอร์ด ดี (2007). สหายมรณะ: จุลินทรีย์กำหนดประวัติศาสตร์ของเราอย่างไร . อ็อกซ์ฟอร์ด นิวยอร์ก: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด. ISBN 978-0-19-956144-5. OCLC 183198723 . 
• Hall B (2008). วิวัฒนาการของ Strickberger: การบูรณาการของยีน สิ่งมีชีวิต และประชากรซัดเบอรี แมสซาชูเซตส์: Jones and Bartlett. ISBN 978-0-7637-0066-9. OCLC 85814089 . 
• Krasner R (2014). ความท้าทายด้านจุลินทรีย์: มุมมองด้านสาธารณสุข . เบอร์ลิงตัน, แมสซาชูเซตส์: Jones & Bartlett Learning. ISBN 978-1-4496-7375-8. OCLC 794228026 . 
• Pommerville JC (2014). พื้นฐานจุลชีววิทยา (  ฉบับที่ 10). บอสตัน: Jones and Bartlett. ISBN 978-1-284-03968-9.
• Wheelis M (2008). หลักการของจุลชีววิทยาสมัยใหม่ . ซัดเบอรี, แมสซาชูเซตส์: สำนักพิมพ์โจนส์ แอนด์ บาร์ตเลตต์. ISBN 978-0-7637-1075-0. OCLC 67392796 . 

• ตำราเรียนออนไลน์เกี่ยวกับแบคทีริโอวิทยา (2015) เก็บถาวรเมื่อวันที่ 13 กันยายน 2008 ที่Wayback Machine