اطلاعات عمومی، ویکی ژن
باکتری چیست؟ انواع، ساختار و کاربرد
باکتری‌ها چیستند و چه‌کارهایی می‌کنند؟
باکتری‌ها موجودات تک‌سلولی میکروسکوپی هستند که میلیون‌ها عدد از آنها در هر محیطی، چه در داخل و چه در خارج از بدن موجودات دیگر وجود دارند.
برخی از آنها مضر هستند، اما بیشتر آنها دارای اهداف مفیدی هستند. آنها در بسیاری از اشکال حیات، چه گیاهی و چه حیوانی دیده می‌شوند و در فرایندهای صنعتی و دارویی استفاده می‌شوند.
تصور می‌شود که باکتری‌ها اولین موجوداتی بودند که در حدود ۴ میلیارد سال پیشروی زمین ظاهر شدند. قدیمی‌ترین فسیل‌های شناخته شده، فسیل‌های موجودات باکتری مانند هستند.
باکتری‌ها می‌توانند از اکثر ترکیبات آلی و برخی غیرآلی به‌عنوان غذا استفاده کنند و برخی می‌توانند در شرایط سخت زنده بمانند.
علاقه روزافزون به عملکرد میکروبیوم روده، نقشی را که باکتری‌ها در سلامت انسان ایفا می‌کنند، روشن می‌کند.
باکتری‌ها چیستند؟
- باکتری‌ها موجودات تک‌سلولی هستند که نه گیاه هستند و نه حیوان.
- آنها معمولاً چند میکرومتر طول دارند و با هم در جوامع میلیونی به سر می‌برند.
- یک گرم خاک معمولاً حاوی حدود ۴۰ میلیون سلول باکتری است. یک میلی‌لیتر آب شیرین معمولاً حدود یک میلیون سلول باکتری را در خود جای می‌دهد.
- تخمین زده می‌شود که کره زمین حداقل حاوی ۵ نانیلیون باکتری است و تصور می‌شود بیشتر بیومس زمین از باکتری‌ها تشکیل شده است.
انواع
انواع مختلفی وجود دارد. یکی از راه‌های طبقه‌بندی آنها، بر اساس شکل آنها است. سه شکل اساسی وجود دارد.
- کروی: باکتری‌هایی که به شکل توپ هستند کوکسی نامیده می‌شوند و یک باکتری منفرد کوکوس نام دارد. به‌عنوان‌مثال می‌توان به گروه استرپتوکوکوس که عامل گلودرد استرپتوکوکی است اشاره کرد.
- میله‌ای شکل: به باسیل‌ها (باسیلوس منفرد) معروف هستند. برخی از باکتری‌های میله‌ای شکل منحنی هستند و به‌عنوان ویبریو شناخته می‌شوند. به‌عنوان نمونه می‌توان از باکتری‌های میله‌ای شکل باسیلوس آنتراسیس (B. anthracis) یا سیاه زخم نام برد.
- مارپیچ: این باکتری‌ها با عنوان اسپیریلا (اسپیریلوس منفرد) شناخته می‌شوند. اگر پیچ‌خوردگی آنها خیلی محکم باشد به آنها اسپیروکت می‌گویند. لپتوسپیروز، بیماری لایم و سفلیس توسط باکتری‌هایی با این شکل ایجاد می‌شوند.
گونه‌های زیادی از باکتری‌های مختلف در هر گروه از اشکال نام‌برده‌شده وجود دارند.
ساختار
سلول‌های باکتریایی با سلول‌های گیاهی و حیوانی متفاوت هستند. باکتری‌ها پروکاریوت هستند، یعنی هسته ندارند. یک سلول باکتریایی شامل موارد زیر است:
- کپسول: لایه‌ای است که در قسمت بیرونی دیواره سلولی در برخی باکتری‌ها یافت می‌شود.
- دیواره سلولی: لایه‌ای است که از پلیمری به نام پپتیدوگلیکان ساخته شده است. دیواره سلولی به باکتری شکل می‌دهد و خارج از غشای پلاسمایی قرار دارد. دیواره سلولی در برخی از باکتری‌ها ضخیم‌تر است و باکتری‌های گرم مثبت نامیده می‌شوند.
- غشای پلاسمایی: در داخل دیواره سلولی یافت می‌شود و به تولید انرژی و انتقال مواد شیمیایی می‌پردازد. غشاء نفوذپذیر است، به این معنی که مواد می‌توانند از آن عبور کنند.
- سیتوپلاسم: ماده ژلاتینی در داخل غشای پلاسمایی است که حاوی مواد ژنتیکی و ریبوزوم است.
- DNA: شامل تمام دستورالعمل‌های ژنتیکی مورداستفاده در رشد و عملکرد باکتری است. در داخل سیتوپلاسم قرار دارد.
- ریبوزوم‌ها: محلی است که پروتئین‌ها در آن ساخته یا سنتز می‌شوند. ریبوزوم‌ها ذرات پیچیده‌ای هستند که از ریزدانه‌های غنی از RNA تشکیل شده‌اند.
- تاژک: برای به حرکت درآوردن برخی از انواع باکتری‌ها استفاده می‌شود. برخی از باکتری‌ها می‌توانند بیش از یک تاژک داشته باشند.
- پیلی: زائده‌های مو مانندی در قسمت بیرونی سلول باکتری است که به آن اجازه می‌دهد تا به سطوح بچسبد و مواد ژنتیکی را به سلول‌های دیگر منتقل کند. پیلی می‌تواند به گسترش بیماری در انسان کمک کند.
تغذیه
باکتری‌ها به روش‌های مختلفی تغذیه می‌کنند.
باکتری‌های هتروتروفیک یا هتروتروف‌ها، انرژی خود را از طریق مصرف کربن آلی به دست می‌آورند. بیشتر آنها مواد آلی مرده مانند گوشت در حال تجزیه را جذب می‌کنند. برخی از این باکتری‌های انگلی میزبان خود را می‌کشند، درحالی‌که برخی دیگر به حیات آنها کمک می‌کنند.
باکتری‌های اتوتروفیک (به طور خاص اتوتروف‌ها) غذای خود را به یکی از دو طریق زیر می‌سازند:
- فتوسنتز با استفاده از نور خورشید، آب و دی‌اکسیدکربن
- شیمیوسنتز و با استفاده از دی‌اکسیدکربن، آب و مواد شیمیایی مانند آمونیاک، نیتروژن، گوگرد و غیره
به باکتری‌هایی که از فتوسنتز استفاده می‌کنند، فوتو اتوتروف می‌گویند. برخی از انواع آنها، برای مثال سیانوباکتری‌ها، اکسیژن تولید می‌کنند. احتمالاً اینها نقش حیاتی در ایجاد اکسیژن در جو زمین داشتند. سایرین مانند هلیو باکتری‌ها اکسیژن تولید نمی‌کنند.
آنهایی که از شیمیوسنتز استفاده می‌کنند به‌عنوان شیمیواتوتروف شناخته می‌شوند. این باکتری‌ها معمولاً در اقیانوس‌ها و در ریشه حبوباتی مانند یونجه، شبدر، نخود، لوبیا، عدس و بادام‌زمینی یافت می‌شوند.
باکتری‌ها کجا زندگی می‌کنند؟
آنها را می‌توان در خاک، آب، گیاهان، حیوانات، زباله‌های رادیواکتیو، اعماق پوسته زمین، یخ‌های قطب شمال و یخچال‌های طبیعی و چشمه‌های آب گرم یافت. باکتری‌ها در استراتوسفر، بین ۶ تا ۳۰ مایلی جو، و در اعماق اقیانوس‌ها، تا عمق ۳۲۸۰۰ فوت یا ۱۰۰۰۰ متر وجود دارند.
هوازی‌ها یا باکتری‌های هوازی فقط در جایی رشد می‌کنند که اکسیژن وجود داشته باشد. برخی از انواع آن می‌توانند مشکلاتی را برای محیط‌زیست انسان ایجاد کنند، مانند خوردگی، رسوب، ایجاد مشکل در تمیزی و شفافیت آب و بوی بد.
بی‌هوازی‌ها یا باکتری‌های بی‌هوازی فقط در جایی رشد می‌کنند که اکسیژن وجود نداشته باشد. در انسان، اغلب در دستگاه گوارش وجود دارند. آنها همچنین می‌توانند باعث گاز معده، قانقاریا، کزاز، بوتولیسم و بیشتر عفونت‌های دندانی شوند.
بی‌هوازی اختیاری یا باکتری‌های بی‌هوازی اختیاری قادرند با یا بدون اکسیژن زندگی کنند، اما محیط‌هایی را ترجیح می‌دهند که در آن اکسیژن وجود داشته باشد. آنها بیشتر در خاک، آب، پوشش گیاهی و برخی فلورهای طبیعی انسان و حیوانات یافت می‌شوند. به‌عنوان‌مثال می‌توان به سالمونلا اشاره کرد.
مزوفیل‌ها یا باکتری‌های مزوفیل، باکتری‌های مسئول بیشتر عفونت‌های بدن انسان هستند. آنها در دمای متوسط، حدود ۳۷ درجه سانتیگراد رشد می‌کنند. این دما، دمای نرمال بدن انسان است.
به‌عنوان‌مثال می‌توان به لیستریا مونوسیتوژنز، پسودوموناس مالتوفیلیا، تیوباسیلوس نوولوس، استافیلوکوکوس اورئوس، استرپتوکوک پیروژنز، استرپتوکوک پنومونیه، اشرشیاکلی و کلستریدیوم کلویوری اشاره کرد.
فلور روده انسان یا میکروبیوم روده حاوی باکتری‌های مزوفیل مفیدی مانند لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس است.
اکستروموفیل ها یا باکتری‌های اکستروموفیل می‌توانند در محیط‌های با شرایط افراطی مقاومت کنند.
ترموفیل‌ها می‌توانند در دماهای بالا، تا ۷۵ الی ۸۰ درجه سانتیگراد، و هایپر ترموفیل‌ها تا دمای ۱۱۳ درجه سانتیگراد زنده بمانند.
در اعماق اقیانوس، باکتری‌ها در تاریکی مطلق نزدیک دریچه‌های گرمابی زندگی می‌کنند، جایی که هم دما و هم فشار بالایی وجود دارد. آنها غذای خود را با اکسید کردن گوگردی که از اعماق زمین می‌آید، می‌سازند.
سایر اکسترموفیل ها عبارت‌اند از:
- هالوفیل‌ها که فقط در محیط‌های شور یافت می‌شوند
- اسیدوفیل‌ها، برخی از آنها در محیط‌هایی با اسیدیته pH 0 زندگی می‌کنند
- آلکالوفیل‌ها که در محیط‌های قلیایی تا pH 10.5 زندگی می‌کنند
- سایکروفیل‌ها که در محیط‌های با دمای بسیار پایین یافت می‌شوند، به‌عنوان‌مثال، در یخچال‌های طبیعی
- اکستروموفیل ها می‌توانند در جایی زنده بمانند که هیچ ارگانیسم دیگری نمی‌تواند زنده بماند.
تولیدمثل و تغییر شکل
آنها ممکن است با استفاده از روش‌های زیر تکثیر و تغییر کنند:
- شکافت دوتایی: شکل غیرجنسی تولیدمثل است که در طی آن یک سلول به رشد خود ادامه می‌دهد تا زمانی که دیواره سلولی جدیدی از مرکز رشد کند و دو سلول مجزا را تشکیل دهد. در ادامه این دو سلول از هم جدا می‌شوند و دو سلول با ماده ژنتیکی یکسان می‌سازند.
- انتقال مواد ژنتیکی: سلول‌ها مواد ژنتیکی جدید را از طریق فرایندهایی به نام کونژوگاسیون، تبدیل یا انتقال به دست می‌آورند. این فرایندها می‌توانند باکتری‌ها را قوی‌تر کرده و در برابر تهدیداتی همچون داروهای آنتی‌بیوتیک مقاوم کنند.
- هاگ: هنگامی که برخی از انواع باکتری‌ها منابع کمی در دسترس داشته باشند، می‌توانند هاگ تشکیل دهند. اسپورها مواد DNA ارگانیسم را نگه می‌دارند، حاوی آنزیم‌های موردنیاز برای جوانه‌زنی هستند و در برابر تنش‌های محیطی بسیار مقاوم هستند. هاگ‌ها می‌توانند برای قرن‌ها غیرفعال باقی بمانند، تا زمانی که شرایط مناسب ایجاد شود و دوباره فعال شده و تبدیل به باکتری شوند.
- هاگ‌ها می‌توانند در طول دوره‌های استرس محیطی، از جمله اشعه ماوراء بنفش (UV) و گاما، خشک‌شدن، گرسنگی، قرارگرفتن در معرض مواد شیمیایی و درجه حرارت شدید زنده بمانند.
- برخی از باکتری‌ها آندوسپور یا هاگ داخلی تولید می‌کنند، درحالی‌که برخی دیگر اگزوسپور تولید می‌کنند که به بیرون آزاد می‌شوند. اینها به‌عنوان کیست شناخته می‌شوند.
- کلستریدیوم نمونه‌ای از باکتری‌های تشکیل‌دهنده آندوسپور است. حدود ۱۰۰ گونه از کلستریدیوم وجود دارد، از جمله کلستریدیوم بوتولینیم (C. botulinim) یا بوتولیسم که منجر به نوع بالقوه‌ای از مسمومیت غذایی کشنده است و کلستریدیوم دیفیسیل (C. Difficile) که باعث کولیت و سایر مشکلات روده می‌شود.
کاربرد
اغلب با دید منفی به باکتری نگاه می‌شود، اما بسیاری از آنها مفید هستند. ما بدون آنها نمی‌توانستیم وجود داشته باشیم. اکسیژنی که تنفس می‌کنیم احتمالاً در اثر فعالیت باکتری‌ها ایجاد شده است.
بقای انسان
بسیاری از باکتری‌های بدن، نقش مهمی در بقای انسان دارند. باکتری‌های موجود در دستگاه گوارش، مواد مغذی مانند قندهای پیچیده را به اشکالی که برای بدن قابل‌استفاده باشد، تجزیه می‌کنند.
باکتری‌های غیرخطرناک با اشغال مکان‌هایی که باکتری‌های بیماری‌زا درصدد اتصال به آنها هستند، به پیشگیری از بیماری‌ها کمک می‌کنند. برخی از باکتری‌ها با حمله به عوامل بیماری‌زا از ما در برابر بیماری محافظت می‌کنند.
تثبیت نیتروژن
باکتری‌ها نیتروژن را جذب کرده و پس از مرگ، آن را برای استفاده گیاه آزاد می‌کنند. گیاهان برای زندگی به نیتروژن در خاک نیاز دارند، اما خودشان نمی‌توانند این کار را انجام دهند. برای اطمینان از این امر، بسیاری از دانه‌های گیاهان دارای بخش کوچکی حاوی باکتری هستند که هنگام جوانه زدن گیاه استفاده می‌شود.
فن آوری تغذیه
باکتری‌های اسیدلاکتیک مانند لاکتوباسیلوس و لاکتوکوکوس همراه با مخمر و کپک یا قارچ‌ها برای تهیه غذاهایی مانند پنیر، سس سویا، ناتو (لوبیای تخمیر شده سویا)، سرکه، ماست و ترشی استفاده می‌شوند.
تخمیر نه‌تنها برای نگهداری غذاها مفید است، بلکه باعث افزودن فوایدی برای سلامت انسان در برخی از این غذاها می‌شود.
به‌عنوان‌مثال، برخی از غذاهای تخمیر شده حاوی انواع باکتری‌هایی هستند که مشابه باکتری‌های مرتبط با سلامت دستگاه گوارش هستند. برخی از فرایندهای تخمیر منجر به ترکیبات جدیدی مانند اسیدلاکتیک می‌شود که به نظر می‌رسد اثر ضدالتهابی دارد.
تحقیقات بیشتری برای تأیید مزایای سلامتی غذاهای تخمیر شده موردنیاز است.
باکتری‌ها در صنعت و تحقیقات
باکتری‌ها می‌توانند ترکیبات آلی را تجزیه کنند. این امر برای فعالیت‌هایی مانند بازیافت زباله، تمیزکردن نشتی‌های نفت و زباله‌های سمی مفید است.
صنایع دارویی و شیمیایی از باکتری‌ها در تولید برخی مواد شیمیایی استفاده می‌کنند.
باکتری‌ها در زیست‌شناسی مولکولی، بیوشیمی و تحقیقات ژنتیکی مورداستفاده قرار می‌گیرند، زیرا می‌توانند به‌سرعت رشد کنند و دست‌کاری آنها نسبتاً آسان است. دانشمندان از باکتری‌ها برای مطالعه نحوه عملکرد ژن‌ها و آنزیم‌ها استفاده می‌کنند.
برای ساخت آنتی‌بیوتیک‌ها به باکتری‌ها نیاز است.
باسیلوس تورنجینسیس (Bt)، باکتری است که می‌توان از آن به‌جای آفت‌کش‌ها در کشاورزی استفاده کرد. استفاده از این باکتری، عواقب نامطلوب زیست‌محیطی مرتبط با استفاده از آفت‌کش‌ها را ندارد.
خطرات
برخی از انواع باکتری‌ها می‌توانند باعث بیماری در انسان شوند، مانند وبا، دیفتری، اسهال خونی، طاعون بوبونیک، ذات‌الریه، سل (TB)، تیفوس و بسیاری موارد دیگر.
اگر بدن انسان در معرض باکتری‌هایی قرار گیرد که بدن آنها را مفید تشخیص ندهد، سیستم ایمنی به آن باکتری‌ها حمله خواهد کرد. این واکنش می‌تواند منجر به علائم تورم و التهاب شود که مانند آن را در یک زخم عفونی می‌توانیم مشاهده کنیم.
مقاومت
در سال ۱۹۰۰، ذات‌الریه، سل، و اسهال سه عامل مرگ بزرگ در ایالات متحده بودند. تکنیک‌های گندزدایی (سترون‌سازی) و داروهای آنتی‌بیوتیک منجر به کاهش قابل‌توجه مرگ‌ومیر ناشی از بیماری‌های باکتریایی شده است.
بااین‌حال، استفاده بیش از حد از آنتی‌بیوتیک‌ها، درمان عفونت‌های باکتریایی را سخت‌تر می‌کند. با جهش باکتری‌ها، آنها نسبت به آنتی‌بیوتیک‌های موجود مقاوم‌تر می‌شوند و درمان عفونت‌ها سخت‌تر می‌شود. باکتری‌ها به طور طبیعی نیز تغییر شکل می‌دهند، اما استفاده بیش از حد از آنتی‌بیوتیک‌ها این روند را تسریع می‌کند.
به همین دلیل، دانشمندان و مقامات بهداشتی از پزشکان می‌خواهند مگر در موارد ضروری، از تجویز آنتی‌بیوتیک خودداری کنند. از مردم نیز خواسته می‌شود از راه‌های دیگری به پیشگیری از بیماری‌ها اقدام کنند. از جمله رعایت بهداشت مواد غذایی، شستن دست‌ها، واکسیناسیون و استفاده از کاندوم.
میکروبیوم روده
تحقیقات اخیر منجر به شناخت نوین و روبه‌رشدی در مورد نحوه تعامل بدن انسان با باکتری‌ها و به‌ویژه جوامع باکتریایی ساکن در دستگاه روده شده است که به‌عنوان میکروبیوم روده یا فلور روده شناخته می‌شود.
در سال ۲۰۰۹، محققان یافته‌هایی را منتشر کردند که نشان می‌داد زنان چاق بیشتر احتمال دارد که نوع خاصی از باکتری به نام سلنوموناس نوکسیا (S. noxia) را در دهان خود داشته باشند.
در سال ۲۰۱۵، دانشمندان دانشگاه کارولینای شمالی دریافتند که روده افراد مبتلا به بی‌اشتهایی حاوی باکتری‌های بسیار متفاوتی از باکتری‌های روده افراد سالم است. دانشمندان بر این باورند که این امر ممکن است جنبه روانی داشته باشد.
تاریخچه
بیش از ۲۰۰۰ سال پیش، یک نویسنده رومی به نام مارکوس ترنتیوس وارو Marcus Terentius Varro، اظهار کرد که بیماری‌ها ممکن است توسط حیوانات کوچکی که در هوا شناور هستند ایجاد شود. وی به مردم توصیه کرد از مکان‌های باتلاقی دوری کنند زیرا احتمالاً حشراتی در آنها وجود دارند که به‌قدری کوچک هستند که با چشم قابل دیدن نیستند و از راه دهان و سوراخ‌های بینی وارد بدن شده و باعث بیماری می‌شوند.
در قرن هفدهم، دانشمند هلندی، آنتونی ون لیوونهوک Antonie van Leeuwenhoek، یک میکروسکوپ تک عدسی درست کرد و به‌وسیله آن چیزی را دید که ریز جاندار animalcule نامیده شد. ریز جاندار بعدها به‌عنوان باکتری شناخته شد. این دانشمند هلندی را اولین میکروبیولوژیست می‌دانند.
در قرن نوزدهم، شیمی‌دانان لوئی پاستور Louis Pasteur و رابرت کخ Robert Koch گفتند که بیماری‌ها توسط میکروب‌ها ایجاد می‌شوند. این به‌عنوان نظریه میکروبی شناخته شد.
در سال ۱۹۱۰، دانشمندی به نام پل ارلیش Paul Ehrlich، ساخت اولین آنتی‌بیوتیک به نام سالوارسان Salvarsan را اعلام کرد و از آن برای درمان سفلیس استفاده کرد. او همچنین اولین دانشمندی بود که موفق شد باکتری‌ها را با استفاده رنگ‌آمیزی تشخیص دهد.
در سال ۲۰۰۱، جاشوا لدربورگ Joshua Lederburg اصطلاح «میکروبیوم روده» را ابداع کرد و دانشمندان در سراسر جهان در حال حاضر به دنبال توصیف و درک دقیق‌تر ساختارها، انواع و کاربردهای «فلور روده» یا باکتری‌ها در بدن انسان هستند.
باگذشت زمان، انتظار می‌رود این کار دید وسیع‌تری از شرایط سلامت انسان را برای ما روشن کند.
همچنین از صفحات زیر دیدن فرمایید:
مترجم: مریم محجوب
استفاده از تتراسایکلین باکتری مفید رو هم از بین می برد؟
بله تترا جزء انتی بیوتیک های طیف وسیع هستش