باکتری ها

باکتریها

شاخه شیزوفیتا ( 2000 گونه ) . تعداد باکتریها احتمالا ً از همه جانداران دیگر بیشتر است . در هر جای زمین که زندگی به صورتی امکان پذیر باشد ، باکتریها وجود دارند ؛ و در بسیاری از نقاط زمین ، که جانداران دیگر نمی توانند زندگی کنند ، باکتریها به زندگی ادامه می دهند .باکتریها که طولشان به طور متوسط 1 تا 3 میکرومو است ، کوچکترین سلولهای شناخته شده به شمار می آیند – در حالی که سلول بیشتر جانداران در حدود 10 میکرومو است . سلول باکتریها معمولا ً دارای دیواره سلولی است که از مواد پلی ساکارید ، پروتئین و غالبا ً لیپیدی ، ساخته شده است . اغلب این دیواره را کپسولی ژلاتینی ، که جنس آن مخلوطی از هیدرات کربن و اسید آمینه است ، دربرمی گیرد . در بیشتر موارد وجود یا فقدان کپسول است که بیماری زا بودن یا نبودن باکتری را معین می کند .

                                                                                           ساختمان یک باکتری.

باکتریها در اصل تک سلولی اند ، اما بسیاری از آنها کلنی تشکیل می دهند و به صورت زنجیر، قرص یا توده های متراکمی مجتمع می شوند . بسیاری از باکتریها تاژکهای ظریف سطحی نیز دارند که آنها را تا حدی قادر به تحرک می سازند . این تاژکها ساختمان منحصر به فردی دارند.هر کام فقط از یک تارچه ( Fibril ) تشکیل شده است که از نظر شیمیایی با تارچه های سازنده تاژکهای سایر انواع سلولها ، فرق دارد .

 

 

                                                        تاژکهای سلول باکتری پروتئوس ولگاریس. در زیر میکروسکوپ الکترونی.

                                                        به زیاد بودن تاژکهای سطحی  توجه  کنید.  فقط  انواع نسبتا ً کمی از باکتریها

                                                        دارای این قبیل اندامکهای حرکتی هستند.

 

 

 به طور کلی ، باکتریها برای همه جانداران روی زمین اهمیتی حیاتی دارند . سه گروه عمده آنها ، که مخصوصا ً از نظر اکولوژی مهمند عبارتند از : ساپروتروفها ، یعنی اقسامی که باعث فساد مواد در آب و خاک می شوند ، شیمیوسنتزکننده ها یا باکتریهای مصرف کننده نیتروژن ( شوره ساز ، شوره زدا و تثبیت کننده های نیتروژن ) که از عوامل دور نیتروژن در طبیعت هستند و باکتریهای بیماریزای انگل ، که منشا بیماریها می شوند . نام گروههای اصلی باکتریها و بعضی از خصوصیات هر گروه در جدول زیر آمده است ( هر نامی معادل یک راسته است ) .

 

گروههای اصلی باکتریها و بعضی از مشخصات آنها

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

گروه                                                                              مشخصات عمده

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

پسودومونادال           ابتدایی ترین گروهها؛ عموما ً تازکدارند، به روش شیمیوسنتز، فتوسنتز و هتروتروفی تغذیه می کنند

پسودوموناد

یوباکتریالها             بزرگترین گروهها هستند؛ بعضیها تاژک دارند، به همه حالتهای هتروتروفیسم وهمزیستی، زندگی می کنند؛

باکتریهای حقیقی        بسیاری از آنها بیماری زا هستند؛ مثل اشریشیاکولی که در روده آدمی به حالت همسفرگی به سر می برد.

اکتینومیستالها           به صورت کلنیهای رشته ای منشعبند، آنتی بیوتیک ( استرپتومایسین، اورومایسین و مانند آن ) تولید می کنند.

باکتریهای منشعب

اسپیروکتالها            سلولهای درشت مارپیچی دارند؛ با چرخیدن و تاب خوردن به جلو می روند مثل ترپونماپالیدوم، عامل

باکتریهای مارپیچی     مولد سیفیلیس.

میکسو باکتریالها       سلول آنها مخاطی ترشح می کند و بر روی آن می خزد و می لغزد؛ به صورت توده هایی جمع می شوند و

باکتریهای مخاطی لغزنده  « اجسام بارور » که ظاهرا ً به اجسام بارور کفکهای مخاطی شباهت دارند، تولید می کنند.

بگیاتوآلها               به صورت کلنیهای رشته ای اند؛ با جهش به سوی جلو می روند؛ دارای جنبش نوسانی اند، شباهت زیادی به

باکتریهای لغزنده        جلبکهای آبی – سبز دارند؛ جز اینکه فتوسنتز نمی کنند.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

باکتریها را بر اساس شکل شان در سه گروه متمایز قرار می دهند : کوکوسها یا باکتریهای کروی، باسیلها، یا باکتریهای میله ای و اسپریلها یا باکتریهای مارپیچی .

                    الف                                            ب                                             ج

                                                      

                                         

 

                                                                    د

 

                                        سلولها و کلنیهای باکتریها.

                                        ( الف ) کوکوسهای زنجیری، ( ب ) باسیلها، ( ج ) اسپریلها.

                                        ( د ) بعضی از انواع کلنیهایی که کوکوسها تشکیل می دهند،

                                        بسته به اینکه تقسیم سلول باکتری در یک، دو یا چند سطح

                                        صورت گیرد، خصوصیت کلنی فرق می کند.

 

 

 بعضی از باکتریها، بخوصوص بسیاری از باسیلها به هنگام نامساعد بودن شرایط محیط ، نوعی « سلول خفته » تخصص یافته ای بنام هاگ درونی یا آندوسپور ( Endospore ) تشکیل می دهند . در چنین موقی پوشش بیرونی آندوسپور در داخل سلول باکتری ساخته می شود و سپس DNA، با مقدار کمی از سیتوپلاسم باکتری را احاطه می کند. پوشش بیرونی آندوسپور بسیار مقاوم است و محتویات زنده آندوسپور را تا بازگشت شرایط مساعد، محافظت می کند، در شرایط مساعد آندوسپور می روید و یک سلول باکتری جدید بوجود می آورد . بعضی از انواع آندوسپور می توانند یک یا چند ساعت در دمای آب جوش، دهها سال در سرمای انجماد و شاید قرنها در شرایط بسیار خشک زنده بمانند. خوشبختانه فقط معدودی از باکتریهای بیماری زا می توانند آندوسپور تولید کنند. از جمله این گروه کوچک، یکی کلاستریدیوم تتانی ( Clostridium Tetani ) و دیگری کلاستریدیوم بوتولینوم ( Clostridium Botulinum )؛ نامیده می شود که اولی مولد کزاز و دومی مولد بوتولینوم است.

                                                                     تشکیل آندوسپورهای واجد دیواره ضخیم، در باسیلها.

 

همه روشهای تغذیه – به جز روش طعمه خواری – در میان باکتریها مشاهده می شود . بعضی از باکتریها شیمیوسنتزکننده و بعضی فتوسنتزکننده اند و از این راه غذای خود را تولید می کنند. باکتریهای فتوسنتزکننده کلروفیلهای بخصوصی دارند که همه آنها را به طور کلی، کلروفیل باکتریها ( Bacteriochlorophyll ) می نامند و محل شان در کروماتوفورهاست. فتوسنتز باکتریها، از نظر واکنشهای شیمیایی نیز منحصر به فرد است، زیرا گاز اکسیژن، که فراورده فتوسنتز است، در آن تولید نمی شود.

بیشتر باکتریها هتروتروفند، یعنی از نظر تغذیه وابسته به جانداران دیگراند. بعضی از باکتریهای هتروتروف ساپروفیتهای آزاد هستند و در محیطهای خشکی یا آب به سر می برند و بقیه آنها انگل، همسفره یا زندگی همزیستی با انتفاع دو جانبه دارند. بعضی از باکتریها برای تنفس باید اکسیژن آزاد در اختیار داشته باشند، حال آنکه بعضی دیگر به اکسیژن نیاز ندارند؛ و بالاخره گروهی از آنها هم در حضور اکسیژن می توانند زندگی کنند و هم بدون آن. در بیشتر باکتریهای این گروه، مواد غذایی به صورت پلی ساکاریدی از نوع گلیکوژن اندوخته می شود.

توان تولید مثلی باکتریها خارق العاده است. در بعضی از باکتریها فاصله بین دو تقسیم ممکن است فقط 20 دقیقه باشد. به این حساب، اگر غذا و فضای کافی فراهم باشد، یک باکتری می تواند در ظرف مدتی کمتر از 2 روز جرمی معادل جرم کره زمین تولید کند. اما به ندرت اتفاق می افتد که شرایط محیطی کاملا ً مساعد باشد و باکتریها هیچ زمانی نمی توانند با چنین سرعتی زیاد شوند.

بیشتر باکتریها با روش تقسیم دو تایی ( Binary Fission )، که نوعی تقسیم غیر میتوزی است و طی آن سلول والد دو نیم می شود، تولید مثل می کنند. پیش از آنکه سلول والد تقسیم شود، DNA آن همانند سازی می کند، سپس مولکولهای DNA حاصل از هم جدا شده به نقاط مختلفی از غشاء پلاسمایی آن سلول متصل می شوند. در نتیجه تقسیم سلول والد، دو سلول باکتری به وجود می آید که هر یک محتوی یکی از دو مولکول DNA جدید است.

تقسیم دوتایی منشا سلولهایی می شود که ماده ژنتیکی آنها کپیه^ء ماده ژنتیکی سلول والد است. اما، سه نوع نوترکیبی ژنتیکی منشا ژنوتیپهای نو در میان جمعیت باکتریها می شوند که عبارتند از: الحاق ( Conjugation )، ترانسفرماسیون ( Transformation ) و ترانسدوکسیون ( Transduction ) . در جریان الحاق، پلی سیتوپلاسمی میان دو قسم سلول آمیزش کننده تشکیل می شود و قطعه ای از مولکول DNA یکی از دو سلول از درون پل گذشته وارد سلول دیگر می شود. اغلب، DNA وارد شده به DNA سلول دریافت کننده پیوند می شود و در نتیجه ترکیب ژنی نو در آن سلول بوجود می آید. ترانسفرماسیون باکتریها بدین ترتیب است که DNA سویه ای از باکتریها را استخراج کرده به محیط کشت باکتریهای سویه ای دیگر می افزایند. به دنبال آن بعضی از باکتریهای محیط کشت مقداری از DNA بیگانه را جذب می کنند و آن را جزء مولکول DNA خود می سازند و بدین ترتیب بعضی از صفات ژنتیکی باکتری دهنده DNA را کسب می کنند. ترانسدوکسیون باکتریها در اصل مشابه ترانسفرماسیون است با این تفاوت که در آن ویروسها – نه شخص آزمایشگر – وسیله انتقال دادن DNA باکتریها از یک سویه به سویه ای دیگر می شوند. بدین ترتیب که وقتی ویروسی یک سلول باکتری را آلوده می سازد و در درون آن به تولید مثل می پردازد، تکه هایی از DNA باکتری ممکن است بر حسب تصادف، در درون ویروسهای جدید جای گیرد. اگر یکی از این گونه ویروسها باکتری میزبان دیگری را آلوده سازد، در آن صورت بعضی از ژن های باکتری قبلی به ژن های باکتری میزبان افزوده می شود. وقتی که یک سلول باکتری هاپلوئید معمولی از طریق یکی از این فرایندها DNA اضافی دریافت کند، به طور نسبی دیپلوئید می شود. اما این وضعیت دیری نمی پاید، زیرا، تقریبا ً بیدرنگ، نوعی فرایند « کاهش دادن ژن »، که هم ارز میوز است، به دنبال آن رخ می دهد.

 

                                                                                                       الف

 

                                                                                                        ب

 

                                                                                                        ج

الحاق، ترانسفرماسیون و ترانسدوکسیون درباکتریها.(الف )الحاق.قسمتی

از یکی از دو رشته DNA  از سلول دهنده به سلول پذیرنده  به وسیله پلی

سیتوپلاسمی منتقل می شود.معمولا ً پیش ازآنکه همه  رشته  DNA  انتقال

یابد، عمل الحاق قطع می شود.  رشته DNA   دهنده وقتی که  وارد سلول

پذیرنده می شود به همانند سازی می پردازد و سپس قطعه ای  دو  رشته ای

از DNA دهنده معمولا ًجانشین مقداری ازDNA  سلول  پذیرنده  می شود.

بخشی از رشتهDNA  که درسلول دهنده می ماند، پس از  پایان  یافتن عمل

الحاق، همانند سازی می کند.( ب ) ترانسفرماسیون.گاه تکه هایی از DNA

که از باکتری متلاشی شده آزاد می شوند،به باکتری پذیرنده راه می یابند.این

تکه ها می توانند جانشین بخشی از DNA سلول پذیرنده شوند و بدین ترتیب

خصوصیات ژنتیکی آن را تغییردهند( ج )ترانسدوکسیون.ویروس باکتریوفاژ

نو ساخته بخشی  از DNA  باکتری میزبان را در پیکرخود وارد می سازد.

وقتی که چنین ویروسی یک  باکتری میزبان جدید  را آلوده کند، این باکتری

صاحب ژن هایی از باکتری قبلی می شود.

 

الحاق، ترانسفرماسیون و ترانسدوکسیون، همه، گوناگونی ژنتیکی را باعث می شوند، اما وقوعشان به اندازه ای نادر است که نمی توان آنها را عامل سازگاری سریع باکتریها با محیطهای متغیر دانست. اما تولید مثل رویشی سریع نیز تکامل سریع را، بخصوص از راه جهش، امکان پذیر می سازد.از آنجا که آغازیان پست هاپلوئیدند، هر ژنی که جهش حاصل کند، بیدرنگ باعث تغییر صفات می شود. بنابر این، حتی اگر میلیونها یا میلیاردها سلول از باکتریهای یک محیط از پای درآیند، کافی است یکی از آنها، که دارای جهشهای مناسب است، باقی بماند تا در ظرف چند ساعت میلیونها یا میلیاردها سلول باکتری که سازگاری مجدد یافته اند، تولید کند. پیداست که آغازیان پست به وسیله کثرت تعدادشان ایمن می مانند و فقدان جنسیت به طور کلی، مسئله ای برایشان به وجود نیاورده است.

آدمی به راههای گوناگون از باکتریها استفاده مستقیم می برد. بعضی از انواع باکتریها در روده آدمی به گوارش پاره ای از غذاها سرعت می بخشند و انواعی از ویتامینها را که جذب بدن می شوند سنتز می کنند. گونه های دیگری از باکتریها ساپروتروف، نقش مهمی در تجزیه مواد آلی دستگاههای تصفیه فاضلاب ایفا می کنند. اضافه بر آن، فراورده های فرعی متابولیسم باکتریها برای تولید سرکه، استون، بوتانول، اسیدلاکتیک، انواع لاستیک، الیاف پنبه، وسایل چرمی، فراورده های توتون و کتان مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین، باکتریها در تولید انواع زیادی از خوراکها مثل کره، پنیر، قهوه، کاکائو و ماست نیز شرکت دارند. در حال حاضر دانشمندان سرگرم آزمایش با گونه ای از باکتریها هستند که می تواند سلولز را به سوکروز تبدیل کند. دست کم یکی از مراکز تحقیق امیدوار است که بتواند این گونه باکتری را در تولید علوفه دام از کاغذ باطله مورد استفاده قرار دهد. جالب آن است که امروزه دانشمندان از فراورده های فرعی بعضی از باکتریهای سودمند در تولید چندین نوع آنتی بیوتیک برای مقابله با انواع زیادی از باکتریهای بیماری زا استفاده می کنند. از جمله این آنتی بیوتیکها می توان استرپتومایسین، نئومایسین، اورومایسین و ترامایسین را، نام برد.

تعداد باکتریهای بیماری زا برای آدمی، در مقایسه با عده باکتریهای سودمند، بسیار کم است. با وجود این، اثرات این چند نوع باکتری بر شخص، اقتصاد و جامعه، می تواند ویران کننده باشد. مثلا ً طاعون خیارکی 25 میلیون نفر از اروپائیان را در طی قرن چهاردهم میلادی از پای درآورد. از دیگر بیماریهای باکتریایی می توان وبا، دیفتری، مننژیت، ذات الریه میکروبی، تب باد سرخ، سل، تب حصبه و جذام را نام برد.

بدن آدمی چندین « خط دفاعی » در مقابل تهاجم میکرواورگانیسمها و تکثیرشان دارد. نخستین خط دفاعی را پوست تشکیل می دهد؛ که از نفوذ بسیاری از میکرواورگانیسمها به بدن جلوگیری می کند. بیشتر ویروسها وباکتریها، یا از طریق زخمهایی که در پوست بدن پدید می آیند و یا از راه منافذ طبیعی بدن، مثل دهان، بینی، گوش و مجاری دفعی و تناسلی وارد بدن می شوند. پس از آنکه میکرواورگانیسمها به درون بدن راه یافتند، به وسیله فعالیت فاگوسیتوز گلبولهای سفید خون ویا به علت پاسخ ایمنی لنفوسیتها متلاشی می شوند. اما وقتی فردی برای نخستین بار در معرض آنتی ژن های یک میکرواورگانیسم قرار می گیرد، فرایند تولید آنتی کورها در بدن او نسبتا ً به کندی پیش می رود. و چند روز یا چندین هفته به طول می انجامد. بسیاری از انواع باکتریهای بیماری زا در این فاصله تکثیر بسیار حاصل می کنند و اثرات حفاظتی گلبولهای سفید را منتفی می سازند.

نشانه های بیماری که در این مواقع در شخص ظاهر می شوند، غالبا ً ناشی از انهدام بافتهای او به وسیله جمعیت در حال رشد باکتریهاست. مثلا ً بعضی از باکتریها زهرهایی به نام توکسین تولید می کنند. انواعی از توکسینها، که اکزوتوکسین نام دارند به وسیله سلول زنده باکتریها در بافتهای میزبان ترشح می شوند. بعضی دیگر از توکسینها ( اندوتوکسین ) درون سلول باکتری می مانند و فقط هنگامی که آن سلول می میرد و تجزیه می شود، از آن به بیرون می ریزند. انواع دیگری از باکتریهای بیماری زا توکسین تولید نمی کنند، اما با چنان سرعتی زیاد می شوند که فقط انبوه جمعیت آنها کافی است تا کنشهای طبیعی بافتهای میزبان را مختل سازد. اگر کنشهای این گونه بافتها به شدت مختل شود، ممکن است به مرگ شخص بیمار بیانجامد.

در بیشتر موارد، سرانجام آنتی کور کافی برای از میان بردن میکرواورگانیسمهای بیماری زا تولید می شود. در آن صورت شخص ممکن است در برابر حمله بعدی میکروب ایمنی حاصل کند – و این بستگی به نوع پاسخ ایمنی دارد. در بعضی بیماریها، مثل سیاه سرفه، ایمنی حاصل طولانی است. حال آنکه در مورد بیماریهای دیگر، مثل آلودگی مجاری تنفسی، ایمنی فقط چند هفته یا چند ماه دوام پیدا می کند. بالاخره، در پاره ای موارد هم هیچ گونه ایمنی در برابر آلودگی بعدی ایجاد نمی شود.

با استفاده از ایمن سازی می توان از آلودگیهای شدید حاصل از بعضی میکرواورگانیسمهای بیماری زا جلوگیری کرد. برای ایمن سازی، اشخاصی را که به بیماری عفونی مورد نظر دچار نشده اند، به وسیله واکسن یا آنتی سرم مناسب تلقیح می کنند. واکسنها، مواد محتوی آنتی ژن میکروبهای بیماری زای معینی هستند. این آنتی ژن ها ممکن است میکرواورگانیسمهای مرده، یا زنده ای باشند که به صورتی تغییر داده شده اند تا قدرت تکثیر سریع را در بافتهای میزبان از دست بدهند؛ نیز ممکن است واکسن مقادیر کمی از توکسین فعال باکتریها، یا از توکسین تغییر داده شده غیر فعالی باشد، که توکسوئید، نامیده می شود مثلا ً « واکسن » کزاز محتوی توکسوئید استخراج شده از باکتری مولد کزاز است. آنتی ژن های واکسن، از هر منبعی که باشند، از راه تحریک تولید آنتی کور در آدمی، موجب پیدایش ایمنی فعال می شوند.

آنتی سرمها، محتوی آنتی کورهای ضد آنتی ژن میکرواورگانیسمهای بیماری زای ویژه ای هستند. این آنتی کورها را از راه تزریق واکسن به جانوران – معمولا ً اسب – تولید می کنند. سپس سرم خون محتوی آنتی کور ضد آن آنتی ژن را از جانور می گیرند و آن را برای تهیه آنی سرم، مورد استفاده قرار می دهند. از آنجا که آنتی سرم شامل آنتی کورهای آماده است، تزریق آن، تقریبا ً بلافاصله تولید ایمنی غیر فعال می کند؛ اما دوام این ایمنی نسبتا ً کوتاه است.