انواع باکتری

انواع باکتری

باکتری‌ها موجودات میکروسکوپی و تک سلولی هستند که در میلیون‌ها نفر، در هر محیطی، چه در داخل و چه در خارج از موجودات دیگر وجود دارند. برخی از باکتری‌ها مضر هستند، اما بیشتر آنها مفید هستند. آنها از بسیاری از انواع زندگی، گیاهی و حیوانی پشتیبانی میکنند و در فرآیندهای صنعتی و دارویی مورد استفاده قرار میگیرند.

تصور میشود که باکتری‌ها اولین ارگانیسم‌هایی هستند که در حدود 4 میلیارد سال پیش روی زمین ظاهر شدند. قدیمی‌ترین فسیلهای شناخته شده از موجودات زنده شبیه باکتری است. باکتری‌ها میتوانند از اکثر ترکیبات آلی و برخی از معدنی به عنوان غذا استفاده کنند و برخی میتوانند در شرایط سخت زنده بمانند.

باکتریها موجودات تک سلولی هستند که نه گیاه هستند و نه حیوان. آنها معمولاً چند میکرومتر طول دارند و در اجتماعات میلیونی با هم وجود دارند. یک گرم خاک معمولاً حاوی حدود 40 میلیون سلول باکتریایی است. یک میلی لیتر آب شیرین معمولاً حدود یک میلیون سلول باکتری را در خود جای میدهد. تخمین زده میشود که زمین حداقل 5 نونیلیون باکتری داشته باشد و تصور میشود که بسیاری از زیست توده زمین از باکتری‌ها تشکیل شده است.

باکتری‌ها در هر زیستگاه روی زمین یافت میشوند: خاک، سنگ، اقیانوسها و حتی برف قطبی. برخی از آنها روی موجودات دیگر از جمله گیاهان و حیوانات از جمله انسان زندگی میکنند. در بدن انسان تقریباً 10 برابر سلولهای انسانی سلولهای باکتریایی وجود دارد. بسیاری از این سلولهای باکتریایی در داخل دستگاه گوارش یافت میشوند. برخی از باکتری‌ها در خاک یا روی مواد گیاهی مرده زندگی میکنند و نقش مهمی در چرخاندن مواد مغذی ایفا میکنند. برخی از انواع آنها باعث فساد مواد غذایی و آسیب به محصول میشوند، اما برخی دیگر در تولید غذاهای تخمیر شده مانند ماست و سس سویا بسیار مفید هستند. تعداد کمی از باکتریها انگل یا بیماریزا هستند که باعث بیماری در حیوانات و گیاهان میشوند.

اگرچه سلولهای باکتریایی بسیار کوچکتر و ساده تر از سلولهای یوکاریوتی هستند، باکتریها گروه بسیار متنوعی از موجودات هستند که از نظر اندازه، شکل، زیستگاه و متابولیسم متفاوت هستند. بسیاری از اطلاعات در مورد باکتری‌ها از مطالعات باکتری‌های عامل بیماری بدست آمده است که به آسانی در کشت خالص جدا شده و به راحتی نسبت به بسیاری از گونه‌های باکتری دیگر که آزاد زندگی میکنند، مورد بررسی قرار میگیرد. لازم به ذکر است که بسیاری از باکتری‌های زنده آزاد با باکتری‌هایی که برای زندگی به عنوان انگل یا سیمبیونت (هر موجود زنده اولیه‌‌ای که کل زندگی خود را به همراه موجود دیگر از جنس دیگری سپری میکند را یک سیمبیونت یا سیمبیوت می‌نامند.) حیوان سازگار شده‌اند کاملاً متفاوت هستند. بنابراین، هیچ قانون مطلق در مورد ترکیب یا ساختار باکتری وجود ندارد، و استثنائات زیادی برای هر گزاره کلی وجود دارد.

باکتریها میکروبهای تک سلولی هستند. ساختار سلولی آنها ساده‌تر از سایر موجودات است زیرا هیچ اندامک متصل به هسته یا غشایی ندارند. در عوض مرکز کنترل آنها حاوی اطلاعات ژنتیکی در یک حلقه DNA وجود دارد. برخی از باکتریها دارای یک حلقه اضافی از مواد ژنتیکی به نام پلاسمید(پلازمید) هستند. پلاسمید اغلب حاوی ژن‌هایی است که مزیت باکتری را نسبت به سایر باکتری‌ها افزایش میدهد. به عنوان مثال ممکن است حاوی ژنی باشد که باکتری را در برابر آنتی بیوتیک خاصی مقاوم میکند.

باکتری‌ها میتوانند یکی از سه شکل اصلی را داشته باشند: کروی (کوکوس)، میله مانند (باسیل) یا خمیده (ویبریو، اسپیریلوم یا اسپیروکت). تنوع قابل ملاحظه‌ای در شکل واقعی باکتری‌ها مشاهده میشود و سلولها را میتوان در یک بعد منقبض یا فشرده کرد. باکتری‌هایی که پس از تقسیم سلولی از یکدیگر جدا نمیشوند، خوشه‌های مشخصی را تشکیل میدهند که در شناسایی آنها مفید است. به عنوان مثال، برخی از کوک‌ها عمدتا به صورت جفت یافت میشوند، از جمله استرپتوکوک پنومونیه، پنوموکوک که باعث ایجاد ذات الریه لوباری باکتریایی میشود و Neisseria gonorrhoeae ، یک گونوکوک که باعث بیماری جنسی سوزاک میشود. بیشتر استرپتوکوکها شبیه یک رشته بلند از مهره‌ها هستند، در حالی که استافیلوکوک‌ها توده‌های تصادفی تشکیل میدهند (نام “استافیلوکوک” از کلمه یونانی staphyle به معنی “خوشه انگور” گرفته شده است).

علاوه بر این، برخی از باکتری‌های به صورت بسته‌های مربع یا مکعبی وجود دارند. باسیل‌های میله‌ای معمولاً به صورت جداگانه ایجاد میشوند، اما برخی از سویه‌ها زنجیره‌های بلندی ایجاد میکنند، مانند میله‌های کورینباکتریا، ساکنان معمولی دهان که اغلب در زوایای تصادفی به یکدیگر متصل میشوند. برخی از باسیل‌ها دارای انتهای نوک تیز هستند، در حالی که برخی دیگر دارای انتهای مربع شکل هستند و برخی از میله ها به خم می شوند. این میله‌های خمیده اغلب ویبریوس نامیده میشوند و شامل Vibrio cholerae است که باعث وبا میشود. اشکال دیگر باکتریها عبارتند از: spirilla ، که خم شده و دوباره احیا میشود و spirochetes ، که یک مارپیچ است، که در آن بدن سلول در اطراف یک فیبر مرکزی به نام رشته محوری پیچیده شده است.

باکتریها کوچکترین موجودات زنده هستند. یک باکتری با اندازه متوسط-مانند اشریشیا کلی میله‌ای، ساکن طبیعی دستگاه گوارش انسان و حیوانات-حدود 2 میکرومتر طول و 0.5 میکرومتر قطر دارد و سلولهای کروی قطر استافیلوکوکوس اورئوس تا 1 میکرومتر است. برخی از انواع باکتریها حتی کوچکتر هستند، مانند Mycoplasma pneumoniae، که یکی از کوچکترین باکتریها است، از عرض 0.1 تا 0.25 میکرون عرض و تقریباً 1 تا 1.5 میکرومتر طول دارد. Bordetella pertussis میله‌ای شکل، که عامل سرفه سیاه است، از 0.2 تا 0.5 میکرومتر قطر و 0.5 تا 1 میکرومتر طول دارد. و Treponema pallidum به شکل پیچ باز، که عامل بیماری سفلیس است، به طور متوسط ​​تنها 0.1 تا 0.2 میکرومتر قطر اما طول آن 6 تا 15 میکرومتر است. میانگین قطر سیانوباکتریوم Synechococcus حدود 0.5 تا 1.6 میکرومتر است. برخی از باکتریها نسبتاً بزرگ هستند، مانند آزوتوباکتر، که قطر آن 2 تا 5 میکرومتر یا بیشتر است و آکروماتیم که بسته به گونه حداقل عرض 5 میکرومتر و حداکثر طول آن 100 میکرومتر است. باکتری‌های غول پیکر را میتوان با چشم غیر مسلح مشاهده کرد، مانند Thiomargarita namibiensis که به طور متوسط ​​750 میکرون قطر دارد و Epulopiscium fishelsoni میله‌ای شکل، که از 30 تا بیش از 600 میکرومتر طول دارد.

باکتری‌ها میکروارگانیسم‌های تک سلولی هستند و بنابراین به طور کلی در بافت‌ها سازماندهی نمیشوند. هر باکتری مستقل از هر باکتری دیگر رشد میکند و تقسیم میشود، اگرچه مجموعه‌ای از باکتری‌ها، که گاهی اوقات حاوی اعضای گونه‌های مختلف هستند، یافت میشوند. بسیاری از باکتری‌ها میتوانند ساختارهای تجمعی به نام بیوفیلم (اجتماعی از سلولهای میکروارگانیسمی است که به یک سطح متصل شده‌اند و توسط مواد پلی‌مری خارج سلولی پوشیده شده‌اند.) تشکیل دهند. ارگانیسم‌های موجود در بیوفیلم‌ها اغلب در حالت فردی یا حالت پلانکتونی خواص بسیار متفاوتی از یک ارگانیسم مشابه نشان میدهند. باکتری‌هایی که در بیوفیلمها جمع شده‌اند میتوانند اطلاعات مربوط به اندازه جمعیت و وضعیت متابولیک را منتقل کنند. این نوع ارتباط سنجش حد نصاب نامیده میشود و با تولید مولکولهای کوچکی به نام فرومون‌ها عمل میکند.

یک سلول باکتریایی شامل موارد زیر است:

کپسول: لایه‌ای که در خارج دیواره سلولی در برخی از باکتری‌ها یافت میشود. بسیاری از سلولهای باکتریایی مقداری مواد خارج سلولی را به شکل کپسول یا لایه لجن ترشح میکنند. یک لایه لجن به طور شل با باکتری در ارتباط است و میتواند به راحتی شسته شود، در حالی که یک کپسول محکم به باکتری متصل شده و دارای مرزهای مشخصی است. کپسول‌ها معمولاً پلیمرهای قندهای ساده (پلی ساکاریدها) هستند، اگرچه کپسول باسیلوس آنتراسیس از پلی گلوتامیک اسید ساخته شده است. اکثر کپسول‌ها آب دوست هستند (“دوستدار آب”) و ممکن است با جلوگیری از هدر رفتن آب به باکتری کمک کند تا از خشک شدن (کم آبی) جلوگیری کند. کپسولها میتوانند از سلول باکتریایی در برابر بلع و تخریب گلبول های سفید خون (فاگوسیتوز) محافظت کنند.برای مثال سویه‌های جهش یافته S. pneumoniae که توانایی تشکیل کپسول را از دست داده‌اند به آسانی توسط گلبولهای سفید خون جذب میشوند و بیماری ایجاد نمیکنند.

دیواره سلولی: لایه‌ای است که از پلیمری به نام پپتیدوگلیکان ساخته شده است. دیواره سلولی به باکتری‌ها شکل میدهد. خارج از غشای پلاسمایی قرار دارد. دیواره سلولی در برخی از باکتری‌ها ضخیم‌تر است که باکتری‌های گرم مثبت نامیده میشوند. پپتیدوگلیکان فقط در باکتری‌ها وجود دارد (به جز مواردی که دیواره سلولی ندارند، مانند مایکوپلاسما). پپتیدوگلیکان یک پلیمر زنجیره‌ای بلند از دو قند تکرار شونده (N-acetylglucosamine و N-acetyl muramic acid) است که در آن زنجیره‌های قندی مجاور با پلهای پپتیدی به یکدیگر متصل میشوند که ثبات سفتی را ایجاد میکنند. ماهیت پل‌های پپتیدی بین گونه‌های باکتری بسیار متفاوت است اما به طور کلی از چهار آمینو اسید تشکیل شده است. سنتز پپتیدوگلیکان هدف بسیاری از عوامل ضد میکروبی مفید، از جمله آنتی بیوتیک‌های β- لاکتام (به عنوان مثال، پنی سیلین) است که اتصال متقابل پل‌های پپتیدی را مسدود میکند. برخی از پروتئین‌هایی که حیوانات به عنوان عوامل دفاعی ضد باکتری طبیعی سنتز میکنند به دیواره سلولی باکتری‌ها حمله میکنند. به عنوان مثال، آنزیمی به نام لیزوزیم زنجیره‌های قندی را که ستون فقرات مولکول‌های پپتیدوگلیکان هستند تقسیم میکند. عمل هریک از این عوامل باعث ضعیف شدن دیواره سلولی و ایجاد اختلال در باکتری میشود.

غشای پلاسمایی: در داخل دیواره سلولی یافت میشود و باعث تولید انرژی و انتقال مواد شیمیایی میشود. غشاء نفوذ پذیر است، به این معنی که مواد میتوانند از آن عبور کنند.

سیتوپلاسم: یک ماده ژلاتینی درون غشای پلاسمایی که حاوی مواد ژنتیکی و ریبوزوم است. سیتوپلاسم باکتری‌ها حاوی غلظت بالایی از آنزیم‌ها، متابولیتها و نمکها است. علاوه بر این، پروتئین‌های سلول روی ریبوزومهایی ساخته میشوند که در سراسر سیتوپلاسم پراکنده شده‌اند. ریبوزومهای باکتریایی با ریبوزومهای سلولهای یوکاریوتی متفاوت هستند زیرا کوچکتر هستند و اجزای کمتری دارند.

DNA: این شامل تمام دستورالعمل‌های ژنتیکی است که در توسعه و عملکرد باکتری استفاده میشود. در داخل سیتوپلاسم قرار دارد. اطلاعات ژنتیکی همه سلولها در توالی بازهای نیتروژنی در مولکولهای بسیار طولانی DNA قرار دارد. بر خلاف DNA موجود در سلولهای یوکاریوتی که در هسته قرار دارد، DNA در سلولهای باکتریایی در اندامک متصل به غشا جدا نمی شود، به صورت یک سیم پیچ بلند توزیع شده از طریق سیتوپلاسم ظاهر میشود. در بسیاری از باکتری‌ها DNA به عنوان یک کروموزوم دایره‌ای وجود دارد، اگرچه برخی از باکتری‌ها ممکن است حاوی دو کروموزوم باشند و در برخی موارد DNA به جای اینکه دایره‌ای باشد، خطی است. تعدادی متغیر از مولکولهای DNA کوچکتر، معمولاً دایره ای (هرچند گاه خطی) که پلاسمید نامیده میشوند، میتوانند اطلاعات کمکی را حمل کنند.

Flagellum: این برای حرکت، برای پیش بردن برخی از انواع باکتری‌ها استفاده میشود. برخی از باکتری‌ها وجود دارند که میتوانند بیش از یک مورد داشته باشند.

پیلی: این زائده‌های مو مانند در خارج سلول به آن اجازه میدهد تا به سطوح بچسبد و مواد ژنتیکی را به سایر سلولها منتقل کند. این میتواند به گسترش بیماری در انسان کمک کند.

باکتریها به روشهای مختلف تغذیه میشوند.

باکتریهای هتروتروف یا هتروتروفها انرژی خود را از طریق مصرف کربن آلی دریافت میکنند. بیشتر مواد آلی مرده مانند تجزیه گوشت را جذب میکنند. برخی از این باکتری‌های انگلی میزبان خود را میکشند، در حالی که برخی دیگر به آنها کمک میکند.

باکتری‌های اتوتروف (یا فقط اتوتروف) غذای خود را از طریق یکی از موارد زیر تهیه میکنند:

فتوسنتز، با استفاده از نور خورشید، آب و دی اکسید کربن، آب و مواد شیمیایی مانند آمونیاک، نیتروژن، گوگرد و غیره.

تولید مثل:

شکافت دوتایی: شکلی غیر جنسی از تولید مثل، که در آن سلول به رشد خود ادامه میدهد تا زمانی که دیواره سلولی جدید در مرکز رشد کرده و دو سلول را تشکیل دهد. اینها از هم جدا میشوند و دو سلول با مواد ژنتیکی یکسان ایجاد میکنند.

انتقال مواد ژنتیکی: سلولها مواد ژنتیکی جدیدی را از طریق فرایندهایی که به عنوان ترکیب، تبدیل یا انتقال شناخته میشوند، بدست می‌آورند. این فرایندها میتوانند باکتری‌ها را قوی‌تر کرده که بتوانند در برابر تهدیدهایی مانند داروهای آنتی بیوتیکی مقاومت کنند.

اسپورها: وقتی برخی از انواع باکتریها منابع کمی دارند، میتوانند اسپور تشکیل دهند. اسپورها مواد DNA ارگانیسم را در خود نگه میدارند و حاوی آنزیمهای مورد نیاز برای جوانه زنی هستند. آنها در برابر تنش‌های محیطی بسیار مقاوم هستند. تا زمانی که شرایط مناسب رخ ندهد، اسپورها میتوانند قرن‌ها غیر فعال بمانند سپس میتوانند دوباره فعال شده و تبدیل به باکتری شوند. اسپورها میتوانند در دوره‌های تنش محیطی، از جمله اشعه ماوراء بنفش (UV) و تابش گاما، خشک شدن، گرسنگی، قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی و افراط دما زنده بمانند.

برخی از باکتری‌ها میتوانند اندوسپور تشکیل دهند. اینها ساختارهای خفته‌ای هستند که در برابر شرایط فیزیکی و شیمیایی خصمانه مانند گرما، اشعه ماوراء بنفش و مواد ضد عفونی کننده بسیار مقاوم هستند. این امر نابودی آنها را بسیار دشوار میکند. بسیاری از باکتری‌های تولید کننده اندوسپورها بیماری زای تند و زننده‌ای هستند، به عنوان مثال Bacillus anthracis ، عامل سیاه زخم.

بقای انسان

بسیاری از باکتری‌های بدن نقش مهمی در بقای انسان دارند. باکتری‌های موجود در دستگاه گوارش مواد مغذی مانند قندهای پیچیده را به شکل‌هایی که بدن میتواند از آنها استفاده کند، تجزیه میکنند. باکتری‌های غیر خطرناک همچنین با اشغال مکان‌هایی که باکتری‌های بیماری زا میخواهند به آنها متصل شوند، از بیماری‌ها جلوگیری میکند. برخی از باکتری‌ها با حمله به عوامل بیماری زا از ما در برابر بیماری محافظت میکنند.

مطالعه صدها مطلب علمی در حوزه بیولوژی

آرشیو جدیدترین خبرهای روز دنیای بیولوژی

مترجم: غزل زارعی