باکتريها (Bacteria)
باکتريها تک سلوليهاي پروکاريوتي هستند که مادهي وراثتي آنها در غشايي محصور نشده است. گاهي مواقع از چسبيدن سلولهاي باکتري بههم ساختارهاي رشته مانندي تشکيل ميشود. کروموزوم باکتري حاوي DNA حلقوي است. بعضي از باکتريها تاژک دارند.
تاژک رشتهي پروتئيني است و وسيلهي حرکتي باکتري محسوب ميشود. همچنين در سطح بعضي از باکتريها رشتههاي کوتاه و ضخيمي ديده ميشود. اين رشتهها پيلي نام دارند. پيليها در چسبيدن باکتري به سطح مختلف و همچنين در توليد مثل باکتريها نقش دارند.
توليد مثل باکتريها
روش معمول توليد مثل باکتريها تقسيم دوتايي است. هنگامي که سلول باکتري به اندازهي کافي بزرگ ميشود، DNA آن همانندسازي ميکند و با ايجاد غشا و ديوارهي سلولي در داخل سلول باکتري، دو باکتري ايجاد ميشود. ژنوم باکتري (DNA حلقوي باکتري) هنگام همانندسازي متصل به غشاي سلول باکتري است. باکتريها معمولا بهسرعت تقسيم ميشوند؛ مثلا باکتري اشريشياکلاي که در رودهي انسان زندگي ميکند هر 20 دقيقه تقسيم ميشود.
ردهبندي باکتريها
باکتريها را به دو گروه اصلي يوباکتريها(Eubacteria) و آرکي باکتريها (Archaebacteria) تقسيم ميکنند. گاهي مواقع يوباکتريها را به اختصار باکتري و آرکي باکتريها را آرکي مينامند.
اصول شناسايي باکتريها
شناسايي باکتريها براساس شکل، نوع ديوارهي سلولي و متابوليسم آنها انجام ميشود.
شکل باکتريها
سلولهاي باکتري به يکي از سه شکل اصلي ميلهاي (باسيلوس(Bacillus)) ، کروي (کوکوس(Coccus)) و مارپيچي(اسپيريليوم(Spirillum)) ديده ميشوند.
گاهي مواقع باکتريها بهصورت اجتماع در کنارهم قرار ميگيرند. اجتماع رشتهاي باکتريها را با پيشوند استرپتو (Strepto) و اجتماع خوشهاي آنها را با پيشوند استافيلو (Staphylo) مشخص ميکنند.
نوع ديوارهي سلولي
راه ديگر تشخيص باکتريها با استفاده از رنگآميزي گرم (Gram) است. در اواخر دههي 1880 گرم باکتريشناس دانمارکي اين روش رنگآميزي را ابداع کرد. براساس رنگآميزي گرم باکتريها به دو دستهي گرم مثبت و گرم منفي تقيسم ميشوند. باکتريهاي گرم مثبت، در زير ميکروسکوپ نوري، ارغواني ديده ميشوند درحالي که باکتريهاي گرم منفي، به رنگ صورتي ديده ميشوند. تفاوت اين دو نوع باکتري مربوط به مولکول پپتيد و گليکان است. بهطوري که در باکتريهاي گرم مثبت لايهي پپتيدوگليکان ضخيم است؛ اما در باکتريهاي گرم منفي اين لايه نازک است.
متابوليسم
باکتريها از منابع متنوعي براي کسب انرژي استفاده ميکنند.
بعضي از باکتريها از يونهاي سولفيد، آهن و يا گاز متان براي کسب انرژي استفاده ميکنند.
بعضي از باکتريهايي که در خاک زندگي ميکنند، آمونياک (NH3) را به نيتريت (-NO2) تبديل ميکنند. نيتروزوموناسنمونهاي از اين باکتريهاست.
همچنين بعضي از باکتريهاي خاک، مانند نيتروباکتر از تبديل يونهاي نيتريت به نيترات (-NO3) انرژي بهدست ميآورند.
بعضي از باکتريها فتوسنتزکنندهاند. سيانوباکتريها نمونهاي از اين باکتريها هستند که از CO2 براي ساخت قند استفاده ميکنند.
بعضي از باکتريها تخميرکننده هستند و انواعي از قندها و اسيدهاي آلي را تخمير ميکنند که نتيجهي آن توليد محصولات شيميايي مهمي مانند اتانول، متانول، استن، لالتيک اسيد، استيک اسيد و پروپيونيک اسيد است.
بهطورکلي باکتريها براساس شيوهي کسب انرژي به سه گروه فتوسنتزکننده، شيميواتوتروف و هتروتروف تقسيم ميشوند.
باکتريهاي فتوسنتزکننده
بخش عظيمي از فتوسنتز را اين موجودات انجام ميدهند. باکتريهاي فتوسنتزکننده براساس نوع رنگيزهي فتوسنتزي به چهار گروه عمده تقسيم ميشوند.
باکتريهاي شيميواتوتروف
اين باکتريها انرژي مورد نياز خود را با برداشت الکترون از مولکولهاي غيرآلي مانند آمونياک (NH3)، هيدروژن سولفيد (H2S) بهدست ميآورند. نيتروزوموناس و نيتروباکتر دو نوع از اين باکتريها هستند که در فرايند تبديل آمونياک به نتيرات (شورهگذاري) نقش دارند و بههمين دليل ازنظر کشاورزي و محيط زيست اهميت فراواني دارند. گياهان از يون نيترات براي ساختن ترکيبات متفاوت مانند پروتئينها استفاده ميکنند.
باکتريهاي هتروتروف
اين باکتريها از غذاي ساخته شده توسط ساير جانداران استفاده ميکنند. اين باکتريها پيکر بيجان موجودات را تجزيه ميکنند و به اين طريق مواد غذايي آن را در دسترس ساير جانداران قرار ميدهند.
ريزوبيومها باکتريهاي هتروتروفي هستند که نيتروژن را تثبيت ميکنند. اين باکتريها بهصورت همزيست با ريشهي گياهاني مانند لوبيا، نخود، سويا و . . . در خاک زندگي ميکنند. ريبوزومها نيتروژن را در اختيار ريشهي گياهان قرار ميدهند و در عوض ترکيبات مورد نياز خود را از گياهان ميگيرند.
باکتريها و بيماريزايي
باکتريها به دو روش بيماريزا هستند. باکتريهاي هتروتروف غذاي مورد نياز خود را از طريق ترشح آنزيمهاي گوارشي و تجزيهي مواد آلي موجود در محيط بهدست ميآورند. به همين دليل اگر اين باکتريها در بدن موجودات زنده زندگي ميکنند با ايجاد اختلال در فعاليتهاي زيستي موجود، سلامت و حيات او را بهخطر مياندازند.
Mycobacterium tuberculosis باکتري عامل سل ريوي است. سل بيماري عفوني است که اگر درمان نشود سبب مرگ بيمار ميشود. باکتريPropionibacterium acnes عامل جوش صورت است. اين باکتريها با استفاده از مواد چربي غدههاي چربي پوست رشد ميکنند و سبب مسدود شدن منافذ پوست ميشوند که درنتيجهي آن چربي به سطح پوست نميرسد و در پوست جمع ميشود و جوش را ايجاد ميکند.
توکسينهاي باکتريايي
روش ديگر بيماريزايي باکتريها، ترشح ترکيبات شيميايي بهنام توکسين است. مثلا کورينه باکتريوم ديفتريا Coryne bacterium diphtheria – عامل بيماري ديفتري – درون گلو رشد ميکند و با ترشح نوعي توکسين بر قلب، اعصاب، کبد و کليهها اثر ميگذارد.
باکتري کلستريديوم بوتولينم Clostridium botulinum با توليد هاگهايي بهنام اندوسپور (Endosphore) ميتواند در غذاهاي کنسرو شده باقي بماند و رشد کند.
اندوسپور نسبت به حرارت مقاومت بالايي دارد؛ بنابراين اگر حرارت بهاندازهي کافي نباشد، اندوسپورها زنده ميمانند و درون کنسرو رشد ميکنند. توکسين حاصل از اين باکتري که در واقع سم مهلکي است بر دستگاه عصبي انسان اثر ميکند و سبب بيماري بوتوليسم (Botulism) ميشود. از علايم اين بيماري ديد دوتايي و فلج است. ناتواني در تنفس عامل مرگ اين بيماران است.
همچنين بعضي از مسموميتهاي غذايي بهدليل آلودگي باکتريايي غذا است. مثلا باکتري استافيولو کوکوس (Staphylococcus aureus) اورئوس عامل شايعترين مسموميت غذايي است.
تهوع و اسهال از علايم اين نوع مسموميت است.
مبارزه با باکتريهاي بيماريزا
بسياري از بيماريها با حرارت و مواد شيميايي از بين ميروند. استفاده از مواد شوينده در پاکسازي ظروف و محيط از باکتريها موثر است. مواد ضدعفونيکننده با از بين بردن باکتريها مانع انتشار آنها ميشوند.
آنتي بيوتيکها موادي هستند که باکتريها را ازبين ميبرند و مانع از فعاليت آنها ميشوند.
الکساندر فلمينگ در سال 1928 متوجه اين پديده شد. او در آزمايشگاه خود توانست پنيسيلين را از قارچي متعلق به سردهي پني سيليوم جدا کند. امروزه از آنتي بيوتيکها در درمان بيماريهاي باکتريايي استفاده ميشود. آنتي بيوتيکها بر فرايندهاي سلول باکتري تاثير ميکنند؛ بنابراين از آنجايي که ويروسها ساختار سلولي و در نتيجه فرايندهاي حياتي سلولي ندارند، آنتي بيوتيکها بر آنها تاثير ندارند. بعضي از آنتي بيوتيکها بهطور شيميايي ساخته ميشوند.
اهميت باکتريها
اگرچه بعضي از باکتريها عامل فساد مواد غذايي و بيماري هستند؛ اما بسياي از باکتريها مفيدند. بشر قرنها از فوايد باکتريها در زندگي خود استفاده کرده است.
باکتريها در تهيه و پردازش فرآوردههاي غذايي و شيميايي و همچنين در شناسايي و استخراج معادن و پاکسازي محيط زيست کاربرد دارند. مواد خوراکي مانند ماست، پنير و سرکه حاصل فعاليت باکتريهاي تخميرکننده است. استون و بوتانول مواد شيميايي هستند که انواعي از باکتريهاي گونهي کلستريديوم آنها را ميسازند.
باکتريهاي شيميواتوتروف براي تخليص عناصر معدني مانند مس و اورانيوم کاربرد دارند. همچنين باکتريها در پاکسازي آبها و خاکهاي آلوده به آلايندههاي نفتي و شيميايي کاربرد وسيعي دارند.
آرکي باکتريها
غشاي سلولي آرکي باکتريها ليپيدهاي غير معمولي دارد که توانايي فعاليت در دماهاي بالا را به آنها ميدهد. گليسرول در اين ليپيدها به زنجيرههاي هيدروکربني شاخهدار متصل است؛ درحالي که ليپيدهاي در يوباکتريها گليسرول به اسيدهاي چرب متصل است. انواع متفاوت ديوارهي سلولي در آرکي باکتريها سبب بقاي آنها در محيطهاي افراطي ميشود. ديوارهي سلولي آرکي باکتريها پپتيدوگليکان ندارد. ديوارهي سلولي بعضي از آرکي باکتريها به مقدار فراواني پلي ساکاريد دارد. ديوارهي سلولي بعضي از آرکي باکتريها پروتئين خالص است و چندتايي نيز ديوارهي سلولي ندارند. بيشتر آرکي باکتريها شيميواتوتروف هستند. هيچکدام از آرکي باکتريها انگل نيستند بههمين دليل بهعنوان عوامل بيماريزا شناخته نشدهاند.
انواع آرکي باکتريها
تقسيمبندي آرکي باکتريها معمولا براساس زيستگاه آنها انجام ميشود. براين اساس سه نوع آرکي باکتري وجود دارد:
متانوژنها (Methanogens): انرژي مورد نياز خود را با توليد گاز متان از مواد آلي بهدست ميآورند. اين نوع آرکي باکتريها در محيطهايي مانند مرداب و رودهي جانوران زندگي ميکنند. حدود 65 درصد متان اتمسفر، حاصل فعاليت آرکي باکتريهاي متانوژن است.
ترمواسيدوفيلها (thermoacidophils): اين آرکيها در محيطهاي بسيار داغ مانند چشمههاي آب گرم و اطراف آتشفشانها زندگي ميکنند. ترموفيلها در دماهاي بيش از 80 درجهي سانتيگراد بهخوبي دوام دارند. حتي بعضي از آنها در دماي 105 درجهي سانتيگراد نيز رشد ميکنند. ترموفيلها از مواد گوگردي انرژي کسب ميکنند.
هالوفيلها (Halophiles):
اين گروه از آرکي باکتريها براي رشد به تراکمهاي 12 تا 15 درصد نمک نياز دارند. هالوفيلها در آبها و خاکهاي بسيار شور يافت ميشوند. آرکيهاي هالوفيل رنگيزهاي بهنام باکتريورودوپسين(Bacteriorhodopsin) دارند که با استفاده از آن و در حضور نور ATP ميسازند.