細菌細胞結構的分子解析是現代微生物學的基礎，結構生物學與超解析顯微鏡已清楚呈現這些奈米機器。
肽聚糖生合成與調控
PG 前驅物合成在細胞質（MurA→MurF pathway → UDP-NAM-pentapeptide）→ 轉移到膜上的 lipid II (bactoprenol carrier) → 翻轉到膜外 (flippase, MurJ) → transglycosylase 延長醣鏈 + transpeptidase (PBP) 交聯胜肽。Autolysin 調控 PG 水解以允許生長與分裂。β-lactam 抑制 transpeptidase（PBP），這是 penicillin 的殺菌機制。
Divisome (分裂體)
細菌分裂由高度協調的蛋白質機器執行：FtsZ (tubulin homolog) 在分裂平面形成 Z-ring → FtsA, ZipA 錨定到膜 → 招募 FtsI (PBP3), FtsK, FtsQ, FtsW 等 > 30 個蛋白組成分裂體。MinCDE 系統確保 Z-ring 置中：MinC 抑制 FtsZ 聚合，MinD 將 MinC 帶到膜上，MinE 形成振盪波排除極點的 MinCD。Nucleoid occlusion (SlmA, Noc) 防止分裂體壓碎染色體。
細菌細胞骨架
FtsZ (tubulin-like)：分裂環。MreB (actin-like)：桿菌形狀維持，PG 合成定位。Crescentin (IF-like)：Caulobacter crescentus 的弧形維持。ParM：質體分配 (R1 plasmid)。
分泌系統 (Secretion Systems)
G- 細菌有多種分泌系統：Type I (ABC transporter, 如 hemolysin)、Type II (Sec/Tat → outer membrane complex)、Type III (injectisome, 如 Yersinia Yop, Salmonella SPI-1——直接注射毒力蛋白到宿主細胞)、Type IV (接合 + 毒力，如 Agrobacterium T-DNA)、Type V (autotransporter)、Type VI (contractile phage-tail-like, 細菌間的競爭武器)。
生物膜 (Biofilm)
細菌附著表面 → 分泌 EPS (extracellular polymeric substances: 多醣、蛋白、DNA) → 形成有組織的群落。Biofilm 內細菌抗生素抗性提高 100-1000×。Quorum sensing (autoinducer, AI-2) 調控 biofilm 形成。
細菌微區室 (Bacterial Microcompartment, BMC)
蛋白質殼包覆的代謝小室，如 carboxysome (含 Rubisco + carbonic anhydrase) 濃縮 CO₂。非膜狀但功能類似真核胞器。
CRISPR-Cas 系統
細菌的適應性免疫：Cas1-Cas2 擷取外源 DNA 插入 CRISPR array → 轉錄為 crRNA → Cas9/crRNA complex 偵測並切斷再次入侵的相同序列。類型 I, II (Cas9), III, V (Cas12), VI (Cas13)。已改造成革命性基因編輯工具。