فهرست مطالب
باکتریها موجودات تک سلولی کوچکی هستند ،که در اکثر نقاط کره زمین پیدا می‌شوند. این موجودات دارای ویژگی‌های منحصر به فردی هستند که توانایی زندگی و رشد در شرایط سخت و حتی نشدنی برای دیگر موجوادت را به آنها داده است. علاوه بر آن، بدن انسان نیز مملو از باکتری است و در واقع تخمین زده می‌شود که سلول‌های باکتریایی بیشتری نسبت به سلول‌های انسان داشته باشد. واژه‌ی باکتری از واژه‌ی یونانی به معنای میله‌ی کوچک گرفته شده است. باکتریها متنوع ترین میکروارگانیسم‌ها هستند. تعداد کمی از آنها برای انسان‌ها، حیوانات و گیاهان بیماری‌زا می‌باشند.
اشکال و ساختار (مورفولوژی)
باکتریها از نظر شکل به سه گروه پایدار تقسیم می‌شوند:
- کوکوس (Coccus)، جمع آن کوکسی (Cocci) (بنابراین میگوییم کوکوسها یا کوکسی نه کوکسی ها)
- باسیل ها (Bacilli)
- مارپیچی ها (Spiral)
کوکوسها یا کوکسی:
کوکوس در زبان یونانی به معنی دانه بوده و این گروه دانه‌ای شکل، با قطری در حدود 0.8 تا 1 میکرون هستند که خود براساس محل تقسیم به انواع زیر دسته‌بندی می‌شوند:
- میکروکوکوس: در آنها بعد از تقسیم باکتریها به صورت منفرد و تک تک قرار می گیرند.
- دیپلوکوکوس: کوکوس هایی که به طور دوتایی قرار میگیرند یا به اصطلاح هرگاه تقسیم باکتری در یک سطح قرار گیرد و باکتری ها دو به دو به یک دیگر متصل باشند به آن دیپلوکوک یا دیپلوکوکوس می گویند.
- استرپتوکوکوس:هرگاه باکتری ها در یک سطح تقسیم شوند، به صورت زنجیرهای به دنبال هم قرار گیرند به آن استرپتوکوک یا استرپتوکوکوس می گویند.
- استافیلوکوکوس: چنانچه تقسیم باکتریها به طور نامنظم در سطوح مختلف باشد شبیه خوشه انگور خواهد بود و استافیلوکوکوس نامیده می‌شوند.
- تتراد: اگر تقسیم در دو سطح عمود برهم صورت گیرد شکلهای چهارتایی از باکتریها به وجود می‌آید که به آن تتراد می‌گویند.
- سارسینا: هرگاه تقسیم در سه سطح عمود برهم صورت گیرد توده‌های 8 تایی (پاکت‌های هشت تایی) به نام سارسینا حاصل می شود.
باسیل‌ها یا میله‌ای شکل‌ها:
مفرد آن باسیلوس است. معمولاً به صورت منفرد هستند و گاهی به صورت میله‌ای خیلی کوتاه به نام کوکوباسیل تا میله‌ای بلند یا رشته‌ای به نام فیلامنتوس که طول آنها بین 1 تا 5 میکرون و قطر آنها بین 0.2 تا 5 میکرون است.
مارپیچی‌ها یا اسپیرال فرم:
اشکال اسپیرال مربوط به خمیدگی یا پیچدگی سلول‌ها است. اگر باکتری یک خم داشته باشد، اشکال کامایی یا ویرگولی شکل تقریباً به شکل بادام هندی حاصل می‌شود که ویبریو نامیده می‌شود.
ساختمان عمومی باکتری ها
پروتوپلاسم توسط غشای سیتوپلاسمی که دارای ضمائم داخلی گوناگون و مزوزوم‌ها می‌باشد احاطه شده است. غشای سیتوپلاسمی را دیوارهی سلولی در بر گرفته است. خارج دیوارهی سلولی را کپسول یا ماده‌ی لزج چسبنده (گلیکوکالیکس) احاطه کرده است. پروتوپلاسم علاوه بر هزاران ریبوزوم دارای نوکلئوپلاسم و اجسام کروماتیناست. باکتری‌های مختلف گرانول‌هایی با ترکیبات متفاوت نظیر آهن، گوگرد یا پلی‌ساکارید دارند باکتری‌های متحرک یک یا چندین تاژک دارند.
باکتری را بر حسب دیوارهی سلولی به ۴ گروه تقسیم می‌کنند:
- مایکوپلاسما
- گرم مثبت
- گرم منفی
- اسید فست
- مایکوپلاسماها: گروهی از باکتریها هستند که فاقد دیوارهی سلولی می‌باشند. در حقیقت مایکوپالاسما از کوچک‌ترین باکتری‌های شناخته شده هستند.
- باکتری‌های گرم مثبت: در این دسته از باکتریها تعداد زیادی لایه پپتیدوگلیکان وجود دارد که به صورت یک لایه ضخیم مشاهده می‌شود.
- باکتری‌های گرم منفی: دیوارهی سلولی باکتری‌های گرم منفی از داخل به خارج به ترتیب شامل سیتوپلاسم و سپس غشای داخلی بوده که این غشای داخلی حاوی فسفولیپید و پروتئین می‌باشد. روی غشای داخلی 1 تا 5 لایه پپتیدوگلیکان وجود دارد و بعد از آن غشای خارجی، از جنس فسفولیپید و لایه‌ی بالایی آن از لیپوپلی‌ساکارید تشکیل شده است به همین دلیل حالت متقارنی که درغشای داخلی دیده می‌شود.
- اسید فست: گروهی از باکتریها دارای یک لایه پپتیدوگلیکان هستند که به وسیله پوشش لیپیدی مومی شکل متشکل از اسید مایکولیک و سولفولیپیدها پوشیده شده است. دیوارهی این باکتریها به رنگ‌بری توسط اسید و الکل مقاوم می‌باشد، این پوشش عامل بیماری‌زایی باکتری نیز محسوب می‌شود.
ضمائم حرکتی
باکتری‌های متحرک ضمائم رشته مانند به نام تاژک (فلاژل) دارند که به صورت رشته‌ای از جنس پروتئینی به نام فلاژلین می‌باشد که هم در گرم مثبت‌ها و هم در گرم منفی‌ها دیده می‌شود. تاژک، نازک، موج‌دار و با قابلیت انعطاف است و باعث حرکت باکتری می‌شود ضخامت آن در حدود 10 تا 30 نانومتر و طول آن چندین برابر طول باکتری می‌باشد. فلاژلوم نیز از غشا منشا می‌گیرد.
فیزیولوژی رشد و متابولیسم میکروبی
جمعیت میکروارگانیسم‌ها به علت تعادل رویدادهای رشد و مرگ آنها، نسبتاً ثابت بوده و یک میکروارگانیسم در طول دوره زندگی خود می‌بایست برای کسب مواد غذایی و فضای مناسب، با دیگر میکروارگانیسم‌ها رقابت کند. حداقل اجتماعات میکروبی ایجاد شده بر روی منابع غذایی، کلنی‌ها هستند که از تقسیمات متوالی یک سلول میکروبی ایجاد شده‌اند و در محیط‌های طبیعی اغلب به صورت به هم چسبیده یافت می‌شوند. اساس اطلاعات ما در مورد فیزیولوژی رشد، بقا و مرگ میکروارگانیسم‌ها از بررسی سویه‌های جدا شده و خالص شده‌ای به دست آمده است که بدون هیچ گونه شرایط استرسی در آزمایشگاه و با فراهم بودن منابع کربن و انرژی رشد می‌کنند که این شرایط با آن‌چه در حیات طبیعی این میکروارگانیسم‌ها در محیط به وقوع می‌پیوندد، بسیار متفاوت است.
تنفس و انواع آن در باکتری
تنفس سلولی یک فرآیند تولید انرژی است که در غشای پلاسمایی باکتریها اتفاق می‌‌افتد و در آن از اکسیژن، نیترات یا سولفات برای تجزیه مواد مغذی و تولید انرژی سلول استفاده می‌شود. اگر از اکسیژن استفاده شود، به آن تنفس سلولی هوازی می‌گویند. اگر از اکسیژن استفاده نشود به آن تنفس سلولی بی‌هوازی می‌گویند. در فرآیند تجزیه، مواد مغذی مانند گلوکز، دی اکسید کربن و آب تولید می‌شوند. دی اکسید کربن و آب از مواد زائد تنفس سلولی هوازی هستند.
باکتری ها مواد غذایی موجود در سیتوپلاسم را برای به‌دست آوردن انرژی اکسید می‌کنند. اکثر باکتریها از اکسیژن آزاد جو یا اکسیژن محلول در محیط مایع استفاده می‌کنند، كه به آنها باکتری‌های هوازی می‌گویند. اکسیژن آزاد از طریق دیواره سلولی باکتری به داخل نفوذ کرده و مواد غذایی موجود در سیتوپلاسم را اکسید می‌کند. واکنش در دو مرحله انجام می‌شود: مرحله اول شامل اکسیداسیون مواد غذایی با حذف جفت اتم هیدروژن است و مرحله دوم شامل اکسیداسیون اتم‌های هیدروژن توسط اکسیژن با آزادسازی انرژی است.
اشکال باکتریایی تنفسی هوازی؛ برای زندگی به اکسیژن نیاز دارند. آنها از اکسیژن به عنوان سوخت برای کمک به سوزاندن انرژی و تامین انرژی مورد نیاز برای زندگی استفاده می‌کنند. محصول جانبی اصلی تنفس هوازی از باکتریها دی اکسید کربن است. اما اشکال باکتریایی تنفسی بی هوازی ، می‌توانند فرآیند تنفس را بدون حضور اکسیژن طی کنند. این نوع باکتریها به جای استفاده از اکسیژن برای سوزاندن انرژی غذایشان، از سایر مواد شیمیایی طبیعی برای ایجاد واکنش‌های شیمیایی و آزادسازی انرژی مورد نیازشان استفاده می‌کنند. تنفس بی‌هوازی در باکتریها عموما محصولات جانبی زیادی ایجاد می‌کند كه بسیاری از این محصولات، می‌توانند برای انسان سمی یا خطرناک باشند و شامل اتانول و هیدروژن هستند.
تغذیه و رشد
سلول‌ها برای بقای خود به مواد غذایی نیاز دارند و همچنین میکروارگانیسم‌های مختلف به ترکیبات متفاوتی از مواد غذایی نیز نیاز دارند. برخی مواد در مقادیر زیاد (ماکرونوترینت‌ها) مورد استفاده هستند؛ در حالیکه برخی در مقادیر اندک و ناچیز مورد نیاز هستند. ماکرونوترینت‌ها عبارتند از کربن، نیتروژن یا ازت، فسفر و گوگرد.
- کربن: حدود ۵۰ درصد از وزن خشک سلول را تشکیل میدهد و عنصری مهم در اکثر ماکرومولکول های آلی می باشد مثل پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها و اسیدهای چرب.
- نیتروژن یا ازت: بعد از کربن فراوانترین عنصر در سلول ازت است که حدود ۲ درصد وزن خشک باکتری را تشکیل می دهد. ازت به فرم مولکولی قابل استفاده برای موجودات نیست، بنابراین پس از تثبیت ازت به فرم قابل استفاده برای موجودات تبدیل می شود.
- فسفر: در سنتز اسیدهای نوکلئیک و فسفولیپیدها به کار می رود.
- گوگرد: در سنتز اسیدآمینه هایی مانند متیونین و سیستئین و ویتامین هایی مثل تیامین و بیوتین نقش دارد.
اما میکرونوترینت‌ها عناصر کمیابی مانند Mg، Ca، Cu،Zn و … هستند که این عناصر نقش‌های کوآنزیمی دارند و همچنین در پایداری ساختارهای سلولی نظیر دیواره سلولی و اسپور و همچنین پایداری غشای سلولی و همانندسازی اسیدنوکلئیک و ریبوزوم نقش دارند.
فاکتور رشد
ترکیبات آلی که باکتری توانایی سنتز آن را ندارد ولی به خود آن ماده برای ساختار سلولی احتیاج دارد و ممکن است به عنوان یک سوبسترا که وارد مسیر متابولیسمی باکتری می‌شود، استفاده شود و مواد مورد نیاز و ضروری باکتری را بسازد. به عنوان مثال، بازهای آلی نیتروژن‌دار پورین و پیریمیدین، اسیدهای آمینه و ویتامین‌ها از جمله این مواد هستند که به ترتیب در تولید اسیدهای نوکلئیک، پروتئین‌ها و فعالیت آنزیم‌ها ایفای نقش می‌کنند.
تقسیم بندی باکتری ها بر اساس منابع کربن و انرژی
باکتری ها بر اساس منبع کربن به دو گروه تقسیم می شوند:
- اتوتروف: منبع کربن آنها کربن غیر آلی وکربن دی اکسید است. یعنی گاز کربن دی‌اکسید را به صورت مستقیم به ترکیبات آلی تبدیل می‌کنند و از لحاظ تغذیه‌ای وابسته به موجود زنده نیستند.
- هتروتروف: منبع کربن آنها ترکیبات آلی می‌باشد و از لحاط تغذیه‌ای وابسته به موجودات زنده هستند. منابع کربن مورد استفاده آنها می تواند کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک و لیپیدها باشد.
بر اساس منبع انرژی نیز به دو گروه تقسیم می‌شوند:
- فتوتروف : منبع انرژی نور است و قادر به عمل فتوسنتز هستند. این باکتری ها بیشتر باکتری های سبز ارغوانی هستند.
- کموتروف یا شیمیو: باکتری هایی که منابع انرژی در آنها غیر از نور است و میتواند ترکیبات آلی یا ترکیبات غیر آلی باشد و با اکسیداسیون این ترکیبات انرژی آزاد می کنند و این انرژی را مورد استفاده قرار می دهند.
براساس منبع الکترون نیز به دو گروه تقسیم می‌شوند:
- لیتوتروف : منبع الکترون ترکیبات غیر آلی احیا شده اند.
- ارگانوتروف: منبع الکترون ترکیبات آلی می باشد
روش های تکثیر
در اشکال سلولی پروکاریوت و یوکاریوت سازنده میکروارگانیسم‌ها اغلب تکثیر غیرجنسی انجام می‌شود که به یکی از حالات زیر می‌باشد:
- تقسیم دوتایی: تقسیم دوتایی، شایع ترین مدل تکثیر در پروکاریوت‌ها بوده که لازمه آن همانندسازی کروموزوم و بزرگ شدن سلول مادر می‌باشد.
- جوانه زدن: جوانه زنی مکانیسم دیگر تولیدمثلی در میکروارگانیسم‌هاست که طی آن سلول مادر از بین نرفته، بلکه روی سطح آن یک بر آمدگی سیتوپالسمی شروع به پیشرفت کرده که پس از دریافت نسخه‌ای از ژنوم مضاعف شده، به صورت یک سلول کامل ارتباطات خود را به سلول مادر به حداقل رسانده و سپس در قالب یک سلول کامل از سلول مادر جدا می‌شود. جوانه زدن شکل اصلی تخمیر در مخمرهاست و گاهی در باکتری‌های بدون دیواره سلولی مانند مایکوپلاسماها و در معدودی از آرکی‌ها نیز دیده می‌شود.
- قطعه قطعه شدن: روش دیگر تولیدمثل در میکروارگانیسم‌ها قطعه قطعه شدن است که اگرچه فراوانی کمتری نسبت به تقسیم دوتایی دارد، اما بیشتر از جوانه زدن در پروکاریوت‌ها قابل مشاهده است. عموماً در باکتری‌های گرم مثبت با ساختار رشته‌ای مانند اکتینومیست‌ها مشاهده می‌شود.
- شیزوگونی: شیزوگونی نوعی تولیدمثل غیر جنسی است که در آن هسته به دفعات تقسیم شده و سپس پیرامون هر یک از آنها را لایه نازکی از سیتوپلاسم احاطه می‌کند و هریک به صورت سلول مجزایی خارج می‌شود.
کشت و تکثیر باکتری ها
روش‌های مختلفی برای تاکثیر میکروارگانیسم‌ها در محیط کشت مصنوعی وجود دارد که به آن اشاره می‌کنیم:
- کشت بسته: در این روش محیط مغذی مناسب برای رشد مهیا شده و در طی فرآیند تکثیر باکتری مواد غذایی تازه به محیط اضافه نمی‌شود و مواد زائد نیز از محیط خارج نمی‌شود.
- کشت مداوم: در این روش در طول فرآیند تکثیر باکتری به طور پیوسته مواد غذایی تازه به محیط کشت اضافه شده و مواد زائد خارج می‌شود، از سیستم‌های کشت مختلفی به این منظور استفاده می‌شود مانند سیستم کشت کموستات و سیستم کشت توربیدوستات.
نویسندگان:
پریسا خدابخشی
هدیه حجاب
منابع:
یک نظر