Capsules et couches visqueuses
De nombreuses cellules bactériennes sécrètent du matériel extracellulaire sous la forme d'une capsule ou d'une couche visqueuse. Une couche visqueuse est vaguement associée à la bactérie et peut être facilement lavée, tandis qu'une capsule est attachée étroitement à la bactérie et a des limites définies. Les capsules peuvent être vues au microscope optique en plaçant les cellules dans une suspension d'encre de l'Inde. Les capsules excluent l'encre et apparaissent comme des halos clairs entourant les cellules bactériennes. Les capsules sont généralement des polymères de sucres simples (polysaccharides), bien que la capsule de Bacillus anthracis soit en acide polyglutamique. La plupart des gélules sont hydrophiles (qui aiment l'eau) et peuvent aider la bactérie à éviter la dessiccation (déshydratation) en empêchant la perte d'eau. Les capsules peuvent protéger une cellule bactérienne contre l'ingestion et la destruction par les globules blancs (phagocytose). Bien que le mécanisme exact pour échapper à la phagocytose ne soit pas clair, il peut se produire parce que les capsules rendent les composants de la surface bactérienne plus glissants, aidant la bactérie à échapper à l'engloutissement par les cellules phagocytaires. La présence d'une capsule dans Streptococcus pneumoniae est le facteur le plus important dans sa capacité à provoquer une pneumonie. Les souches mutantes de S. pneumoniae qui ont perdu la capacité de former une capsule sont facilement absorbées par les globules blancs et ne provoquent pas de maladie. L'association de la virulence et de la formation de capsules se retrouve également dans de nombreuses autres espèces de bactéries.
Une couche capsulaire de matière polysaccharidique extracellulaire peut enfermer de nombreuses bactéries dans un biofilm et remplit de nombreuses fonctions. Streptococcus mutans, qui provoque des caries dentaires, divise le saccharose dans les aliments et utilise l'un des sucres pour construire sa capsule, qui adhère étroitement à la dent. Les bactéries piégées dans la capsule utilisent l'autre sucre pour alimenter leur métabolisme et produisent un acide fort (acide lactique) qui attaque l'émail des dents. Lorsque Pseudomonas aeruginosa colonise les poumons des personnes atteintes de fibrose kystique, il produit un polymère capsulaire épais d'acide alginique qui contribue à la difficulté d'éradiquer la bactérie. Les bactéries du genre Zoogloea sécrètent des fibres de cellulose qui engrènent les bactéries dans un floc qui flotte à la surface du liquide et maintient les bactéries exposées à l'air, une exigence pour le métabolisme de ce genre. Quelques bactéries en forme de bâtonnet, telles que Sphaerotilus, sécrètent de longues gaines tubulaires chimiquement complexes qui renferment un nombre important de bactéries. Les gaines de ces bactéries et de nombreuses autres bactéries environnementales peuvent s'incruster d'oxydes de fer ou de manganèse.
Flagelles, fimbriae et pili
De nombreuses bactéries sont mobiles, capables de nager dans un milieu liquide ou de glisser ou de fourmiller sur une surface solide. Les bactéries qui nagent et pullulent possèdent des flagelles, qui sont les appendices extracellulaires nécessaires à la motilité. Les flagelles sont de longs filaments hélicoïdaux constitués d'un seul type de protéine et situés soit à l'extrémité des cellules en forme de bâtonnet, comme dans Vibrio cholerae ou Pseudomonas aeruginosa, ou sur toute la surface cellulaire, comme dans Escherichia coli. Les flagelles peuvent être trouvées sur les bâtonnets à Gram positif et à Gram négatif, mais sont rares sur les cocci et sont piégées dans le filament axial des spirochètes. Le flagelle est attaché à sa base à un corps basal dans la membrane cellulaire. La force protomotive générée au niveau de la membrane est utilisée pour faire tourner le filament flagellaire, à la manière d'une turbine entraînée par le flux d'ions hydrogène à travers le corps basal dans la cellule. Lorsque les flagelles tournent dans le sens antihoraire, la cellule bactérienne nage en ligne droite; une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre entraîne la nage dans la direction opposée ou, s'il y a plus d'un flagelle par cellule, un culbutage aléatoire. La chimiotaxie permet à une bactérie d'ajuster son comportement de nage afin qu'elle puisse détecter et migrer vers des niveaux croissants d'un produit chimique attractif ou loin d'un répulsif.
Non seulement les bactéries sont capables de nager ou de glisser vers des environnements plus favorables, mais elles ont également des appendices qui leur permettent d'adhérer aux surfaces et d'éviter d'être emportées par les fluides qui s'écoulent. Certaines bactéries, comme E. coli et Neisseria gonorrhoeae, produisent des projections droites, rigides et en pointes appelées fimbriae (latin pour «threads» ou «fibres») ou pili (latin pour «poils»), qui s'étendent de la surface de la bactérie et s'attachent à des sucres spécifiques sur d'autres cellules - pour ces souches, les cellules épithéliales des voies intestinales ou urinaires, respectivement. Les Fimbriae ne sont présents que dans les bactéries gram-négatives. Certains pili (appelés pili sexuels) sont utilisés pour permettre à une bactérie de reconnaître et d'adhérer à une autre dans un processus d'accouplement sexuel appelé conjugaison (voir ci-dessous Reproduction bactérienne). De nombreuses bactéries aquatiques produisent une résistance aux mucopolysaccharides acides, ce qui leur permet d'adhérer étroitement aux roches ou à d'autres surfaces.
