باکتری چیست؟ – به زبان ساده

 باکتری چیست؟

• باکتری‌ها از سلول تشکیل شده‌اند.
• آن‌ها اطلاعات ژنتیکی خود را از طریق DNA منتقل می‌کنند.
• برای رشد و تولید مثل نیاز به کسب انرژی از محیط دارند.
• در برخی از گونه‌های باکتری‌ها تولید مثل جنسی دیده شده است.

• تبدیل نیتروژن جوی به فرم‌‌هایی که برای گیا‌هان قابل استفاده است.
• ایجاد همزیستی با موجودات دیگر به معنی ایجاد ارتباط با سایر ارگانیسم‌ها، به طوری که در این تعامل هر دو طرف سود می‌برند.
• باکتری‌ها می‌توانند مواد دفعی جانوران، گیاهان و جانوران مرده را از طریق تجزیه، بازیافت کنند.
• تسهیل در هضم غذا در ارگانیسم‌های مختلف با حضور باکتری‌ها در دستگاه گوارش آن‌ها انجام می‌شود.
• باکتری‌ها در تولید بسیاری از مواد غذایی مانند ماست شرکت دارند.
• در تصفیه فاضلاب‌ها از باکتری‌ها استفاده می‌شود.
• برخی از باکتری‌ها در تولید داروها و درمان‌های نوین پزشکی به کار می‌روند.

در تصویر بالا مراحل مختلفی برای تثبیت نیتروژن معرفی شده‌اند که هر کدام را می‌توان به این شکل توضیح داد. الف) باکتری‌های تثبیت کننده نیتروژن، نیتروژن اتمسفری را به آمونیاک تبدیل می‌کنند. ب) باکتری‌های شوره گذار آمونیاک را تبدیل به نیترات می‌کنند که برای گیاهان قابل جذب است. ج) باکتری‌های شوره بردار با تبدیل مجدد نیترات به نیتروژن آن را تبدیل به نیتروژن اتمسفری می‌کنند.

باکتری‌ها فراوان‌ترین موجودات زنده جهان محسوب می‌شوند. آن‌ها هم در خاک و هم در آب و همچنین به عنوان همزیست در سایر جاندران زندگی می‌کنند. بسیاری از عوامل بیماری‌زا (ارگانیسم‌‌های ایجاد کننده بیماری) باکتری هستند. اکثر باکتری‌ها ساختمان بسیار کوچکی دارند، به طوری که اندازه آن‌ها معمولا در حدود ۰٫۵ تا ۵ میکرومتر است، اگرچه باکتری‌‌های غول پیکر مانند «تیومارگاریتا نامیبین‌سیس» (Thiomargarita Namibiensis) و «اپیولوپیسوم فیشلسونی» (Epulopiscium Fishelsoni) ممکن است تا اندازه 0٫5 میلی‌متر نیز رشد کنند.

باکتری‌ها به طور کلی مانند سلول‌‌های گیاهی و قارچی دارای دیواره سلولی هستند اما ترکیبات دیواره آن‌ها متفاوت از گیاهان و قارچ‌ها است. دیواره‌ باکتری‌ها از پپتیدوگیلیکان ساخته شده است. باکتری‌ها با استفاده از تاژک حرکت می‌کنند که ترکیبات و ساختمان تاژک باکتری‌ها از سایر گروه‌ها متفاوت است.

شکل سلول باکتری ممکن است کروی، میله‌ای یا مارپیچ باشد. اگرچه باکتری‌ها تک سلولی هستند، اما برخی از آن‌ها در کنار یکدیگر رشد و زندگی می‌کنند و ساختارهای خوشه‌ای، رشته‌ای و یا زنجیره‌ای را تشکیل می‌دهند.

طبقه‌بندی باکتری‌ها

اصطلاح باکتری برای همه پروکاریوت‌ها به خصوص دسته‌ای از آن‌ها به نام باکتری‌های هوازی به کار می‌رود. در سیستم طبقه‌بندی موجودات زنده پنج سلسله (Kingdom) وجود دارد، باکتری‌ها در سلسله «مونرا» (Monera) قرار می‌گیرند. در این سیستم، «سه حوزه» (Domain) وجود دارد که باکتری‌ها معمولاً با نام حوزه «یوباکترها» (Eubacteria) یا حوزه «باکتری‌ها» مشخص می‌شوند. اصطلاح یوباکتر گاهی شامل «آرکی‌باکترها» (Archaea) نیز می‌شود.

ساختار سلولی

فیلم آموزش میکروبیولوژی 1 در فرادرس

کلیک کنید

در رنگ آمیزی گرم، یک سری از رنگ‌ها به طور اختصاصی برای دیواره‌‌های سلول استفاده می‌شود. باکتری‌های گرم منفی دارای غشایی حاوی لیپوپلی ساکارید هستند و با رنگ آمیزی گرم، به رنگ صورتی در می‌آید. آن‌ها همچنین دارای یک لایه نازک پپتیدوگلیکان هستند که در قسمت پری‌پلاسم قرار دارد (ناحیه بین غشای خارجی و سیتوپلاسمی).

بسیاری از باکتری‌ها حاوی ساختار‌های خارج سلولی دیگری مانند «تاژک» (Flagella)، «فیمبریا» (Fimbriae) و «پیلی» (Pili) هستند که به ترتیب برای تحرک، اتصال و «هم یوغی» یا «کانجوگشین» (Conjugation) (انتقال DNA بین سلول‌های باکتریایی با ایجاد تماس بین آن‌ها) استفاده می‌شوند. همچنین برخی از باکتری‌ها حاوی کپسول یا لایه‌‌های چسبنده هستند که اتصال باکتری‌ها به سطوح و تشکیل زیست لایه یا «بیوفیلم» (Biofilm) (جمعیتی از میکروارگانیسم‌‌ها که به یک سطح متصل شده و توسط موادی پوشانده می‌‌شوند) را تسهیل می‌کند.

تولید مثل باکتری‌ها

باکتری‌ها از طریق تولید مثل غیرجنسی (تقسیم دوتایی) که منجر به تقسیم سلولی می‌شود، تولید مثل انجام می‌دهند. آن‌ها دو سلول دختر کاملا یکسان تولید می‌کنند. بنابراین گاهی اوقات گفته می‌شود که رشد جمعیت باکتریایی از یک مرحله رشد تقریبی نمایی پیروی می‌کند.

حرکت و جابجایی باکتری‌ها

برخی از باکتری‌ها قادر به حرکت هستند. این باکتری‌ها به چند طریق مختلف جابه‌جا می‌شوند که در ادامه معرفی می‌کنیم.

• استفاده از تاژک
• سوار شدن بر باکتری‌های دیگر
• تغییر در شناور شدن

یک گروه منحصر به فرد از باکتری‌ها، اسپیروچت‌ها هستند،  این باکتری‌ها، ساختار‌هایی شبیه به تاژک دارند که به آن‌ها «رشته‌‌های محوری» (Axial Filaments) می‌گویند، محل قرارگیری این رشته‌ها بین دو غشای موجود در فضای پری‌پلاسمی است. ساختمان سلولی آن‌ها یک مارپیچ متمایز است که به محض حرکت به پیچش در می‌‌آیند.

تاژک‌‌های باکتریایی به روش‌‌های مختلفی در کنار هم قرار می‌گیرند. باکتری‌ها می‌توانند در یک انتهای سلول خود یک تاژک قطبی منفرد داشته باشند یا این که تاژک در سراسر سلول باکتری قرار بگیرد. بسیاری از باکتری‌ها (مانند E.coli) دارای دو حالت حرکت مجزا هستند.

• حرکت رو به جلو (شنا)
• غلت زدن

غلت زدن به باکتری‌ها اجازه می‌دهد تا در طول حرکت خود جهت گیری مجدد انجام دهند و عنصر مهمی‌ در حرکت‌های تصادفی آن‌ها در مسیرهای رو به جلو به شمار می‌آید. باکتری‌های حرکتی توسط برخی محرک‌ها در مسیرهای مختلف جذب یا دفع می‌شوند و رفتار‌های تمایلی به نام تاکسی‌ها را از خود نشان می‌دهند. برخی از این رفتار‌‌ها را در ادامه مثال می‌زنیم.

• کموتاکسی
• فوتوتاکسی
• مکانیکوتاکسی
• مغناطیسوتاکسی

در گروهی‌ از باکتری‌ها به نام «مایکسوباکتری‌ها» (Myxobacteria)، باکتری‌های منفرد به یکدیگر جذب می‌شوند تا گروه‌هایی را به وجود آورند و می‌توانند در شکل‌گیری اجسام خوشه‌ای نقش داشته باشند. میكسوباكترها بر خلاف باکتری E.coli فقط وقتی روی سطوح جامد قرار گیرند، حركت می‌كنند. در حالی که باکتری E.coli در محیط‌های مایع نیز حرکت می‌کند.

طبقه‌بندی و شناسایی باکتری‌ها

از نظر تاریخی، باكتری‌ها، همان طور كه در ابتدا توسط گیاه شناسان مورد مطالعه قرار گرفته بودند، به همان روش گیا‌هان یعنی عمدتاً از نظر شکل طبقه‌بندی می‌شدند. باکتری‌ها از نظر ریخت شناسی انواع مختلفی دارند:

فیلم آموزش میکروبیولوژی 1

کلیک کنید

• باکتری‌ باسیلی (میله مانند)
• باکتری کوکوسی (کروی)
• باکتری اسپریلوم (مارپیچی)
• باکتری ویبریو (میله‌ای خمیده)

به دلیل کوچک بودن ساختار باکتری‌ها طبقه‌بندی آن‌ها از لحاظ ریخت شناسی ناموفق بوده است. اولین طرح طبقه‌بندی رسمی‌ باکتری‌ها پس از توسعه روش رنگ آمیزی گرم توسط ‌«هانس کریستین گرم» (Hans Christian Gram) آغاز شد. در این روش باکتری‌ها براساس خصوصیات ساختاری دیواره سلولی از هم جدا می‌شوند. به طور کلی تقسیم بندی براساس روش رنگ آمیزی گرم شامل موارد زیر است:

• «گراسیلی کوت» (Gracilicutes Bacteria): رنگ آمیزی گرم منفی با غشای دوم سلول
• «فرمی کوت» (Firmicutes Bacteria): رنگ آمیزی گرم مثبت با دیواره ضخیم پپتیدوگلیکان
• «مولی کوت» (Mollicutes Bacteria): رنگ آمیزی گرم منفی و بدون دیواره سلولی یا غشای دوم
• «مندوزی کوت» (Mendosicutes Bacteria): گونه‌های غیرمعمول باکتری‌ها که اکنون به عنوان سیانوکترها در حوزه آرکی باکترها قرار گرفته‌اند.

با توسعه بیشتر سیستم‌های تقسیم‌بندی، روش‌های جدیدی مبتنی بر فعالیت‌های باکتری شامل مقایسه باکتری‌ها بر اساس تفاوت در متابولیسم یا سوخت و ساز سلولی آن‌ها ایجاد شد که توسط طیف گسترده‌ای از آزمون‌های خاص قابل اندازگیری هستند.

باکتری‌ها همچنین بر اساس تفاوت در ترکیبات شیمیایی سلولی مانند اسید‌های چرب، رنگدانه‌ها و کینون‌ها (گروهی از ترکیبات آلی که از ترکیبات آروماتیک مشتق شده‌اند) نیز طبقه‌بندی می‌شوند. در حالی که این طرح‌ها امکان تمایز بین گونه‌‌های باکتریایی را فراهم می‌کنند، اما مشخص نیست که آیا این تفاوت‌ها تنها تنوع بین گونه‌‌های مجزا را نشان می‌دهند یا تفاوت بین گونه‌‌های یکسان را نیز به نمایش می‌گذارند.

نامگذاری باکتری ها

باکتری‌ها براساس شکل و نحوه قرارگیری در کنار یکدیگر نیز نام گذاری می‌شوند. باکتری‌‌هایی که به شکل خوشه در کنار هم قرار می‌گیرند با پیشوند «استافیلو» (Staphylo) توصیف می‌شوند، به عنوان مثال، خوشه‌ای از سلول‌های باکتریایی کروی، «استافیلوکوک» (Staphylococcus) نامیده می‌شوند و خوشه‌ای از سلول‌های باکتریایی میله‌ای شکل، «استافیلوباسیلوس» (Staphylobacillus) نام می‌گیرند. هنگامی‌ که باکتری‌ها با قرارگیری در کنار هم ساختارهای میله مانند را می‌سازند، از پیشوند «استرپتو» (Strepto) برای نام گذاری آن‌ها استفاده می‌شود، به گونه‌ای که یک خوشه از سلول‌‌های باکتریایی میله‌ای شکل، «استرپتوباسیلوس» (Streptobacillus) نامیده می‌شوند.

تاریخچه حیات باکتری ها

دو اندامک سلول‌های یوکاریوتی به نام‌های میتوکندری و کلروپلاست بر طبق نظریه درون همزیستی در طول تکامل از باکتری‌ها منشا گرفته‌اند.

باکتری‌‌های مضر و مفید

باکتری‌ها فراوان‌ترین ارگانیسم‌‌های روی زمین هستند و به طور گسترده در زمین و آب‌های آن توزیع شده‌اند و همچنین توسط جریان‌های هوایی از مکانی به مکان دیگر منتقل می‌شوند. در حالی که باکتری‌ها همه جا فراگیر هستند، آن‌ها در جایی که مواد غذایی، رطوبت و دمای مناسب برای تکثیر و رشد آن‌ها فراوان باشد، تجمع می‌یابند. بدن انسان میزبان میلیاردها میکروارگانیسم است.

باکتری‌ها اغلب به دلیل نقش آن‌ها در ایجاد بیماری و عفونت در انسان شناخته می‌شوند. برخی از باکتری‌ها به عنوان پاتوژن یا بیماری‌زا عمل می‌کنند و باعث ایجاد بیماری‌های بسیاری در انسان می‌شوند. در ادامه تعدادی از بیماری‌هایی که منشا باکتریایی دارند را نام می‌بریم.

• «کزاز» (Tetanus)
• «تب حصبه» (Typhoid fever)
• «ذات الریه» (Pneumonia)
• «سفلیس» (Syphilis)
• «وبا» (Cholera)
• بیماری ناشی از غذا
• «جذام» (Leprosy)
• «سل» (Tuberculosis)

صد‌ها هزار نفر هر ساله در اثر عفونت‌‌های باکتریایی جان خود را از دست می‌دهند. در قرن چهاردهم میلادی، میلیون‌ها انسان (تعدادی بیش از نیمی‌ از جمعیت اروپا) به دلیل «طاعون بوبونیک» (Bubonic Plague) که توسط یک باکتری میله‌ای شکل ایجاد می‌شود (این باکتری توسط گزش کک و موش‌ها و خرگوش‌ها به انسان انتقال می‌یابد)، کشته شده‌اند. طاعون بوبونیک هنوز وجود دارد، اما امروزه با مصرف آنتی‌بیوتیک قابل درمان است.

«سپتیسمی» (Sepsis) یا گند خونی، یک سندرم عفونی سیستمیک است که با ایجاد شوک و از بین بردن اتساع عروق یا عفونت موضعی، توسط باکتری‌‌هایی مانند استرپتوکوک، استافیلوکوک یا بسیاری از باکتری‌‌های گرم منفی ایجاد می‌شود. برخی از عفونت‌های باکتریایی می‌توانند در بدن میزبان گسترش یافته و تمام بخش‌های بدن را درگیر کنند.

نحوه آلودگی توسط باکتری‌ها شامل تماس با محیط آلوده به باکتری، هوا، غذا، آب و حشرات حامل میکروارگانیسم‌‌ها است. میزبان‌های آلوده به پاتوژن‌ها ممکن است با آنتی بیوتیک‌ها درمان شوند. آنتی بیوتیک‌ها، ترکیباتی هستند که  می‌توانند به عنوان «ضد باکتری» (Bacteriocidal) و «باکتریواستاتیک» (Bacteriostatic)  که باعث کاهش سرعت رشد و توقف تولید مثل باکتری‌ها می‌شوند، در دسته‌های مختلف قرار گیرند.

اقدامات «ضدعفونی کنندگی» (Antiseptic) برای جلوگیری از آلودگی توسط باکتری‌ها انجام می‌شود، به عنوان مثال، تمیز کردن پوست با الکل قبل از برش دادن پوست هنگام جراحی یا هنگام سوراخ کردن پوست با سوزن سرنگ از اقدامات ضدعفونی کنندگی محسوب می‌شوند. استریل شدن ابزار‌های جراحی و دندان پزشکی نیز قبل از استفاده برای از بین بردن باکتری‌های بیماری‌زا و آلودگی‌های عفونت‌زای احتمالی سطح آن‌ها انجام می‌گیرد.

باکتری‌ها همچنین عامل برخی از بیماری‌های خطرناک در دام‌ها هستند. «آنتراکس» (Anthrax) نوعی باکتری کشنده است که گاو و گوسفند را آلوده می‌کند. «سالمونلا» (Salmonella) نیز یک عامل عفونت روده در گوساله‌ها به شمار می‌‌‌‌‌‌‌آید. از میان باکتری‌های بیماری‌زای حیوانی، برخی به طور مستقیم به سلول‌های حیوانات حمله می‌کنند و برخی دیگر با تولید سم آن‌ها را از بین می‌برند.

عفونت باکتریایی محدود به حیوانات نیست. در گیا‌هان نیز باکتری‌ها باعث ایجاد لکه‌‌های برگی، سوختگی و پژمرده شدن گیاه می‌شوند. بعضی اوقات باکتری‌ها باعث ایجاد توده‌های نرمی در گیا‌هان می‌شوند که سلول‌های گیاهی را از دورن از بین می‌برند. لکه‌های گیاه نخود و سیب و گلابی نیز از این دست هستند.

با وجود این اثرات مضر، باکتری‌ها فواید بی‌شمار و مهمی برای محیط زیست، گیا‌هان و جانوران از جمله انسان دارند.

عملکرد اصلی باکتری‌ها در اکوسیستم‌ها تجزیه مواد مختلف است. باکتری‌ها به عنوان تجزیه کننده از بافت موجودات مرده تغذیه کرده و با تجزیه، آن‌ها را به مولکول‌‌هایی که حاوی نیتروژن و کربن هستند، تبدیل می‌کنند. مواد حاصل از تجزیه باکتری‌ها، می‌توانند به عنوان مواد غذایی توسط گیاهان مورد استفاده قرار بگیرند. در واقع، می‌توان باکتری‌ها را به عنوان مهره کلیدی در ابتدای و انتهای زنجیره غذایی دانست، زیرا آن‌ها مواد مغذی لازم را برای شروع زنجیره غذایی را فراهم می‌کنند و همچنین باعث تجزیه مواد آلی در انتهای زنجیره غذایی می‌شوند.

توانایی باکتری‌ها برای تخریب انواع ترکیبات آلی قابل توجه است. گروه‌‌های بسیار تخصص یافته از میکروارگانیسم‌ها نقش مهمی‌ در «معدنی سازی» (Mineralization) (فرایندی که طی آن یک موجود زنده ترکیبات معدنی تولید می‌کند) گروه‌های ویژه‌ای از ترکیبات آلی دارند. تجزیه سلولز که یکی از فراوان‌ترین ترکیبات بافت‌‌های گیاهی است، عمدتاً توسط باکتری‌‌های هوازی انجام می‌شود که به جنس «سیتوفاژ» (Cytophaga) تعلق دارند.

علاوه بر ماده آلی، باکتری‌ها همچنین می‌توانند سیانید‌های فلزی ایجاد شده در مراکز صنعتی را تخریب کرده، به پاکسازی زباله‌‌های هسته‌ای، بازیابی فلز از سنگ معدن با خلوص پایین و تخریب برخی از سموم دفع آفات کمک کنند.