Kapseln und Schleimschichten
Viele Bakterienzellen scheiden extrazelluläres Material in Form einer Kapsel oder einer Schleimschicht aus. Eine Schleimschicht ist lose mit dem Bakterium verbunden und kann leicht abgewaschen werden, während eine Kapsel fest mit dem Bakterium verbunden ist und bestimmte Grenzen aufweist. Kapseln können unter einem Lichtmikroskop gesehen werden, indem die Zellen in eine Suspension von Tusche gegeben werden. Die Kapseln schließen die Tinte aus und erscheinen als klare Lichthöfe, die die Bakterienzellen umgeben. Kapseln sind normalerweise Polymere aus einfachen Zuckern (Polysacchariden), obwohl die Kapsel von Bacillus anthracis aus Polyglutaminsäure besteht. Die meisten Kapseln sind hydrophil („wasserliebend“) und können dem Bakterium helfen, Austrocknung (Dehydration) zu vermeiden, indem Wasserverlust verhindert wird. Kapseln können eine Bakterienzelle vor Aufnahme und Zerstörung durch weiße Blutkörperchen (Phagozytose) schützen. Obwohl der genaue Mechanismus für das Entweichen aus der Phagozytose unklar ist, kann er auftreten, weil Kapseln die Oberflächenkomponenten der Bakterien rutschiger machen und dem Bakterium helfen, der Verschlingung durch Phagozytosezellen zu entgehen. Das Vorhandensein einer Kapsel bei Streptococcus pneumoniae ist der wichtigste Faktor für die Fähigkeit, eine Lungenentzündung zu verursachen. Mutante Stämme von S. pneumoniae, die die Fähigkeit zur Bildung einer Kapsel verloren haben, werden leicht von weißen Blutkörperchen aufgenommen und verursachen keine Krankheit. Die Assoziation von Virulenz und Kapselbildung findet sich auch bei vielen anderen Bakterienarten.
Eine Kapselschicht aus extrazellulärem Polysaccharidmaterial kann viele Bakterien in einen Biofilm einschließen und erfüllt viele Funktionen. Streptococcus mutans, der Zahnkaries verursacht, spaltet die Saccharose in Lebensmitteln auf und verwendet einen der Zucker, um seine Kapsel aufzubauen, die fest am Zahn haftet. Die in der Kapsel eingeschlossenen Bakterien verwenden den anderen Zucker, um ihren Stoffwechsel anzutreiben und eine starke Säure (Milchsäure) zu produzieren, die den Zahnschmelz angreift. Wenn Pseudomonas aeruginosa die Lunge von Personen mit Mukoviszidose besiedelt, entsteht ein dickes Kapselpolymer aus Alginsäure, das zur Schwierigkeit der Ausrottung des Bakteriums beiträgt. Bakterien der Gattung Zoogloea scheiden Cellulosefasern aus, die die Bakterien in eine Flocke verstricken, die auf der Oberfläche der Flüssigkeit schwimmt und die Bakterien der Luft aussetzt, eine Voraussetzung für den Stoffwechsel dieser Gattung. Einige stäbchenförmige Bakterien wie Sphaerotilus scheiden lange chemisch komplexe röhrenförmige Hüllen aus, die eine beträchtliche Anzahl der Bakterien einschließen. Die Hüllen dieser und vieler anderer Umweltbakterien können mit Eisen- oder Manganoxiden verkrustet werden.
Flagellen, Fimbrien und Pili
Viele Bakterien sind beweglich, können durch ein flüssiges Medium schwimmen oder über eine feste Oberfläche gleiten oder schwärmen. Schwimmende und schwärmende Bakterien besitzen Flagellen, die die für die Motilität erforderlichen extrazellulären Anhänge sind. Flagellen sind lange, helikale Filamente, die aus einer einzigen Art von Protein bestehen und sich entweder an den Enden stabförmiger Zellen wie bei Vibrio cholerae oder Pseudomonas aeruginosa oder auf der gesamten Zelloberfläche wie bei Escherichia coli befinden. Flagellen können sowohl an grampositiven als auch an gramnegativen Stäbchen gefunden werden, sind jedoch bei Kokken selten und in den Spirochäten im axialen Filament eingeschlossen. Das Flagellum ist an seiner Basis an einem Basalkörper in der Zellmembran befestigt. Die an der Membran erzeugte Protomotorik wird verwendet, um das Flagellenfilament nach Art einer Turbine zu drehen, die durch den Fluss von Wasserstoffionen durch den Basalkörper in die Zelle angetrieben wird. Wenn sich die Flagellen gegen den Uhrzeigersinn drehen, schwimmt die Bakterienzelle in einer geraden Linie; Eine Drehung im Uhrzeigersinn führt dazu, dass in die entgegengesetzte Richtung geschwommen wird oder, wenn mehr als ein Flagellum pro Zelle vorhanden ist, zufällig gestürzt wird. Die Chemotaxis ermöglicht es einem Bakterium, sein Schwimmverhalten so anzupassen, dass es zunehmende Mengen einer Lockstoffchemikalie wahrnimmt und zu diesen wandert oder sich von einer abstoßenden entfernt.
Bakterien können nicht nur schwimmen oder in günstigere Umgebungen gleiten, sondern haben auch Anhänge, die es ihnen ermöglichen, an Oberflächen zu haften und nicht von fließenden Flüssigkeiten weggespült zu werden. Einige Bakterien wie E. coli und Neisseria gonorrhoeae produzieren gerade, starre, ährchenartige Vorsprünge, die als Fimbrien (lateinisch für „Fäden“ oder „Fasern“) oder Pili (lateinisch für „Haare“) bezeichnet werden und sich von der Oberfläche des Bakteriums erstrecken und an bestimmte Zucker anderer Zellen binden - für diese Stämme Darm- bzw. Harnwegsepithelzellen. Fimbrien kommen nur in gramnegativen Bakterien vor. Bestimmte Pili (Sex-Pili genannt) werden verwendet, um es einem Bakterium zu ermöglichen, ein anderes Bakterium in einem als Konjugation bezeichneten Prozess der sexuellen Paarung zu erkennen und daran zu haften (siehe unten Bakterielle Reproduktion). Viele aquatische Bakterien produzieren ein saures Mucopolysaccharid, das es ihnen ermöglicht, fest an Gesteinen oder anderen Oberflächen zu haften.
