باکتری

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
Bacteria
محدوده زمانی: آرکئن or earlier – Recent
Scanning electron micrograph of اشریشیا کلی bacilli
طبقه‌بندی علمی
دامنه: Bacteria
Phyla[۱]

اکتینوباکتر (high-G+C)
فیرمیکوت‌ها (low-G+C)
Tenericutes (no wall)

Aquificae
Deinococcus-Thermus
FibrobacteresChlorobi/باکتروئیدها (FCB group)
Fusobacteria
Gemmatimonadetes
Nitrospirae
PlanctomycetesVerrucomicrobia/کلامیدیه (PVC group)
پروتئوباکتریا
Spirochaetes
Synergistetes

  • Unknown / ungrouped

Acidobacteria
Chloroflexi
Chrysiogenetes
سیانوباکتر
Deferribacteres
Dictyoglomi
Thermodesulfobacteria
Thermotogae

ساختار سلول پروکاریوتی باکتری.
دسته بندی انواع باکتری‌ها
یاخته‌های باکتری اشریشیا کلی با بزرگنمایی ۲۵٬۰۰۰

باکتری‌ها گروهی از موجودات تک‌سلولی ذره‌بینی هستند که پوشش بیرونی نسبتاً ضخیمی، آن‌ها را احاطه کرده‌است. این موجودات ساختار ساده‌ای دارند و به گروه پروکاریوت (جانداران ساده) تعلق دارند.

باکتری‌ها متنوع‌ترین و مهم‌ترین میکروارگانیسمها هستند. تعداد کمی از آن‌ها در انسان و حیوانات و گیاهان بیماری‌زا است. بطور کلی بدون فعالیت آن‌ها، حیات بر روی زمین مختل می‌گردد. بطور یقین یوکاریوت‌ها از موجودات زنده باکتری مانند بوجود آمده‌اند. نظر به اینکه باکتری‌ها ساختمان ساده‌ای داشته و می‌توان به آسانی، بسیاری از آن‌ها را در شرایط آزمایشگاه کشت داد و تحت کنترل درآورد. میکروب شناسان مطالعه وسیعی درباره فرایندهای حیاتی آن‌ها انجام داده‌اند.

پراکندگی در طبیعت[ویرایش]

به شکل معمول در هر گرم خاک، ۴۰ میلیون و در هر میلی‌لیتر از آب‌های سطحی و زیرزمینی، یک میلیون سلول باکتریایی، و روی‌هم‌رفته تقریباً پنج نانیلیون باکتری بر روی زمین وجود دارد[۲] که تودهٔ زنده‌ای بیش از مجموع وزن گیاهان و جانوران را شامل می‌شود[۳]. باکتری‌ها نقش حیاتی در چرخش مواد غذایی دارند و بسیاری از مراحل چرخه‌های مواد غذایی هم‌چون تثبیت نیتروژن از جو زمین و تجزیه پروتئین‌ها به روش زیستی، به آن‌ها وابسته است. باکتری‌های موجود در در جمعیت‌های زندهٔ اطراف چشمه‌های آب‌گرم و Cold seeps مواد غذایی لازم برای حفظ حیات را با تبدیل مواد محلولی هم‌چون سولفید هیدروژن و متان، فراهم می‌کنند. بسیاری از باکتری‌ها هنوز توصیف نشده‌اند و تنها نیمی از اعضای شاخه باکتری‌ها دارای گونه‌های قابل [culture|کشت] در آزمایشگاه هستند.[۴] مطالعه باکتری‌ها را باکتری‌شناسی نامند که شاخه‌ای از میکروب‌شناسی است. در بدن هر انسان تقریباً ده برابر تعداد سلول‌های بدن، سلول‌های [flora|فلور انسانی] وجود دارند که بسیاری از آن‌ها باکتری‌های روی پوست یا فلور روده هستند.[۵] تعداد بسیار زیادی از باکتری‌های موجود در بدن به دلیل اثرات حفاظتی دستگاه ایمنی، بی‌زیان بوده و تعداد کمی نیز سودمند هستند. به هر روی گونه‌های کمی از باکتری‌ها هم [bacteria|بیماری‌زا] بوده و [disease|بیماری‌های عفونی] شامل وبا، سیفیلیس، سیاه‌زخم، جذام و طاعون را سبب می‌گردند. بیماری‌های کشنده باکتریایی شناخته‌شده‌تر [infection|عفونت‌های دستگاه تنفسی] هم‌چون سل هستند که به تنهایی سالانه به ویژه در آفریقای سیاه (زیر صحرا) سبب ۲ میلیون مرگ می‌گردد.[۶] در کشورهای توسعه‌یافته از آنتی بیوتیک‌ها درمان عفونت‌های باکتریایی و هم‌چنین در کشاورزی استفاده می‌شود، بنابراین [resistance|مقاومتِ آنتی بیوتیکی] شایع است. باکتری‌ها در صنایعی مانند [treatment|تصفیه فاضلاب]، [spills|آلودگی‌های نفتی]، تولید پنیر و ماست از راه تخمیر، بازیافت طلا، پالادیوم، مس و سایر فلزات از معادن[۷] و هم‌چنین در زیست‌فناوری، تولید آنتی‌بیوتیک‌ها و سایر مواد شیمیایی اهمیت دارند[۸]

طبقه‌بندی[ویرایش]

باکتری‌ها زمانی به عنوان گیاهان متعلق به رده شیزومایست‌ها طبقه‌بندی می‌شدند ولیکن امروزه پروکاریوت‌ها را تشکیل می‌دهند. سلول‌های باکتریایی برخلاف سلول‌های گیاهی و جانوری و سایر یوکاریوت‌ها، دارای هسته نیستند و به ندرت دارای اندامک‌های پیوند یافته به پوسته یاخته هستند. گرچه اصطلاح باکتری‌ها به شکل سنتی شامل تمامی پروکاریوت‌ها بود، در دهه ۱۹۹۰ پس از کشف این موضوع که پروکاریوت‌ها دارای دو گروه موجود زنده هستند که به شکل کاملاً جدا از هم از یک نیای مشترک تکامل یافته‌اند، طبقه‌بندی علمی جانداران نیز تغییر کرد. این بالافرمانرو یا حوزه تکاملی را باکتری‌ها و باستانیان یا آرکیا یا باکتری‌های باستانی می‌نامند.[۹]

تاریخچه تکاملی[ویرایش]

اینکه پروکاریوت‌ها و یا یوکاریوت‌ها کدام یک زودتر بر روی کره زمین ظاهر شده‌اند، کاملاً مشخص نیست. اما مطالعات تفاوت‌های ژنتیکی بین یوباکتری‌ها، باستانیان (آرکیا/آرکی‌باکتری‌ها) و یوکاریوت‌ها نشان می‌دهد که هر سه گروه از دنیای مشترکی مشتق شده‌اند. شکل باکتری‌ها بر اساس شکل به ۶ گروه تقسیم می‌شود. پنج گروه اول را باکتریهای پست و گروه ششم را باکتری‌های عالی گویند.

اندازهٔ باکتری‌ها[ویرایش]

باکتری‌ها جانداران بسیار ریزی هستند و یکای اندازه‌گیری آن‌ها میکرون است. اندازهٔ طبیعی و معمول باکتری‌هایی که دارای دگرگشت مستقلی هستند، ۱-۵ میکرون است؛ ولی بازهٔ اندازهٔ آن‌ها را می‌شود ۱-۱۵ میکرون دانست.

ساختمان باکتری[ویرایش]

کروموزوم‌های باکتری از مولکول‌های حلقوی DNA تشکیل شده است و در هسته (یا به عبارتی ناحیهٔ نوکلئوئیدی) کروموزمهای غیر مشابه و جداگانه در آن‌ها وجود ندارد. در باکتری‌ها، واکوئل دیده نمی‌شود. بیشتر آن‌ها بدون کلروفیل هستند و دگرگشت خود را از راه شیمیوسنتز انجام می‌دهند. باکتری‌ها به دلیل اینکه هسته سازمان یافته و مشخصی ندارند میوز و میتوز و تولید مثل جنسی نمی‌کنند. تنها نوع تقسیم سلولی در آن‌ها تقسیم دوتایی است که آن نیز پس از همانندسازی و مضاعف شدن کروموزوم‌ها صورت می‌گیرد.

The range of sizes shown by پروکاریوتs, relative to those of other organisms and biomolecules

انواع باکتری‌ها[ویرایش]

باکتریها براساس رنگ آمیزی (گرم منفی یا مثبت بودن)، شکل (کوکسی، باسیل، کوکوباسیل، ویبریو، اسپریل و اسپیروکت)، متابولیسم (بی‌هوازی، هوازی، بی‌هوازی اختیاری و...) تقسیم بندی می‌شوند.

  • باکتریهای گرم منفی شامل سه شاخه اصلی پروتئوباکتریا،تراباکتریاها (Terrabacteria) و گروه چهارم باکتریها BV4 (مانند باکتروئیدها، اسپیروکتها، اسیدوباکتریا، فوزوباکتریا و کلامیدیا) می‌باشد. (هرچند برخی فیرمیکوتها نیز گرم منفیند)
  • باکتریهای گرم مثبت به دو شاخه فیرمیکوت‌ها و اکتینوباکترها تقسیم می‌شوند. فیرمیکوت‌ها به چهار رده تقسیم می‌شوند: باسیل‌ها، کلوستریدیا (کلوستریدیوم‌سانان) (Clostridia)، رده Erysipelotrichia و رده Negativicutes و شاید رده‌های Thermolithobacteria و Mollicutes؛ اکتینوباکترها را نیز به پنج راسته (Order) تقسیم بندی می‌کنیم.

باکتریهای پست[ویرایش]

این باکتریها تک یاخته‌ای بوده و اگر کروی یا بیضوی باشند، کوکوس و اگر میله‌ای شکل یا دراز باشند، باسیل و اگر خمیده باشند ویبریون و چنانچه مارپیچی شکل و غیرقابل انعطاف باشند، اسپریل و اگر فنری و قابل انعطاف باشند، اسپیروکت نامیده می‌شوند.

باکتریهای عالی یا رشته‌ای[ویرایش]

این باکتری‌ها رشته مانند و اغلب غلاف‌دار هستند و اغلب اوقات شاخه‌های حقیقی ایجاد کرده، میسلیوم تشکیل می‌دهند و چون تشکیلات منشعب ایجاد می‌کنند، بنابراین پرتوقارچ (اکتینومیست) نامیده می‌شود. البته شماری پرتوقارچ‌ها را در ردهٔ قارچ‌ها دسته‌بندی می‌کنند.

پهن‌باستانیان ریزباستانیان چشمه‌باستانیان پروتوزوآ جلبک گیاه کپک مخاطی جانوران قارچ باکتری گرم-مثبت کلامیدیه Chloroflexi اکتینوباکتر Planctomycetes اسپیروکت Fusobacteria سیانوباکتر گرمادوست Acidobacteria پروتئوباکتریا
درخت فیلوژنتیک showing the diversity of bacteria, compared to other organisms.[۱۰] یوکاریوتs are colored red, باستانیان green and bacteria blue.


جاگیری باکتری‌ها در کنار هم[ویرایش]

اگر شکل باکتری کروی باشد آن را کوکوس و اگر میله‌ای باشد آن را باسیل می‌نامند. اشکال دیگری نیز مانند ویبریو وجود دارند. اما نحوهٔ جاگیری باکتری‌ها در کنار هم از اهمیت بسیاری برخوردار است.

دیپلوکوکوس: به دو کوکسی که کنار هم دوبه‌دو جا گرفته‌اند گفته می‌شود. همانند پنوموکوک و گونوکوک.

استرپتوکوک: تقسیمات یاخته‌ای در یک سطح انجام می‌شود و دو باکتری به دنبال هم به شکل رشته‌ای جای می‌گیرند.

تتراد: اگر تقسیم در دو سطح عمود برهم باشد اشکال چهارتایی بوجود می‌آید.

سارسین: تقسیم یاخته در سه سطح عمود برهم انجام می‌شود و توده‌های هشت تایی شبیه پاکت پستی بوجود می‌آید.

استافیلوکوک: تقسیمات یاخته بطور نامنظم در سطوح مختلف انجام می‌گیرد و اشکالی شبیه به خوشه انگور بوجود می‌آید.

کوکوباسیل: حد فاصل کوکسی‌ها و باسیل‌ها را گویند.

دانستن این نکته ضروری است که شکل باکتری‌ها متناسب با محیط کشت، واکنش‌هایشان، حرارت، مواد خوراکی و سن باکتری است.

ساختار باکتری‌ها[ویرایش]

سلول‌های باکتریایی همانند دیگر سلول‌ها، از هسته، سیتوپلاسم و غشا تشکیل شده است.

هسته[ویرایش]

باکتری‌ها هسته سازمان‌یافته ندارند و DNA و پروتئین‌های همراه آن درون ناحیهٔ هسته مانندی با نام ناحیه نوکلئوئیدی قرار گرفته‌اند و اجزای سلولی آن‌ها در سیتوپلاسم پراکنده‌اند. بر سر وجود یا وجود نداشتن هسته در باکتری بحث‌ها و اختلاف‌نظرهای فراوانی وجود داشته و دارد. اما در سال ۱۹۶۰، روبینو پژوهشگر انگلیسی توانست با روش رنگ‌آمیزی «فولگن» (Feulgen)، هستهٔ برخی از باکتری‌ها مانند باسیل‌های ای‌کلای و پروتئوس را رنگ و مشاهده کند و از آن‌ها عکس بردارد.

سیتوپلاسم[ویرایش]

سیتوپلاسم باکتری‌ها را با «رنگ‌آمیزی حیاتی» (Vital Stain) و میکروسکوپ الکترونی بررسی کرده‌اند و دریافته‌اند که سیتوپلاسم آن‌ها از یک سیستم اسفنجی کلوئیدی تشکیل شده که با رنگ‌های اسیدی رنگ می‌گیرد.

سیتوپلاسم باکتری دربردارندهٔ آب، نمک (املاح)، مواد محلول و نامحلول تشکیل شده است. واکنش‌های زیستی باکتری که بسیاری‌شان در سیتوپلاسم انجام می‌شود، پی‌در‌پی در حال دگرگونی هستند.

دیوارهٔ سلولی[ویرایش]

از آنجا که غلظت برخی از مواد محلول در سلول باکتری (مانند کربوهیدرات‌ها و اسیدهای آمینه) گاه تا ۵۰ برابر محیط بیرونی‌ست، پوسته یاخته به تنهایی نمی‌تواند این اختلاف غلظت را تحمل کند. بنابراین پردهٔ دیگری در محیط خارج آن وجود دارد که خود از چندین لایه تشکیل شده که «دیوارهٔ سلولی» نام دارد. کلفتی این دیواره در باکتری‌های گوناگون متفاوت است و بازهٔ کلفتی آن ۱۰۰-۲۰۰ میلی‌میکرون (نانومتر) است. این دیواره ۱۰-۴۰ درصد وزن خشک باکتری را تشکیل می‌دهد.

دیوارهٔ سلولی شکل و اسکلت باکتری را حفظ می‌کند و سبب استقام باکتری در برابر شرایط بد محیطی می‌شود. در صورت نبود دیوارهٔ سلولی، شکل اصلی باکتری از دست می‌رود و به دانه‌های گردی به نام اسفروپلاست تبدیل می‌شود. برخی از آنتی‌بیوتیک‌ها بر دیوارهٔ سلولی اثر می‌کنند.

دیوارهٔ سلولی جای برخی از پادگن‌ها است. گیرندهٔ باکتریوفاژ بر روی دیوارهٔ سلولی باکتری‌هاست. دیوارهٔ سلولی در برخی باکتری‌ها فعالیت درون‌زهرابه‌ای (آندوتوکسینی) دارد.

در برخی از زنجیرهای زنجیره‌های تتراپپتیدی بسیاری از باکتری‌های گرم-منفی و برخی از باکتری‌های گرم-مثبت، دی‌آمینوپیملیک اسید (پیش‌ساز لیزین) وجود دارد.

دیوارهٔ سلولی همهٔ باکتری‌های گرم-مثبت «تیکوئیک‌اسید» دارد که به پوسته یاخته باکتری متصل می‌شود.

ساختار دیوارهٔ باکتری‌های گرم مثبت[ویرایش]

دیوارهٔ سلولی باکتری‌های گرم مثبت لایهٔ پپتیدوگلیکانی (مورینی) کلفتی (۲۰-۸۰ نانومتر) دارد که از زنجیرهایی با زیرواحدهای ان-استیل‌گلوکزآمین و ان-استیل‌مورامیک اسید تشکیل شده است. به دلیل اتصال متقاطع زنجیرهای تتراپپتیدی، این لایه از استحکام بالایی برخوردار است. این زنجیرهای تتراپپتیدی با پل‌های اولیگوپپتیدی به زیرواحد ان-استیل‌مورامیک اسید متصل می‌شود.

زنجیرهای تتراپپتیدی و پل‌های اولیگوپپتیدی با یکدیگر پادگن‌های ویژهٔ دیوارهٔ سلولی را تشکیل می‌دهند.

غشای سیتوپلاسمی : به صورت پرده نازکی در داخل دیواره باکتری قرار دارد و متشکل از مولکول‌های چربی و پروتئینی است.

پوشینه یا کپسول : در بعضی از باکتری‌ها، غلاف ژلاتینی چسبناکی دیواره اسکلتی را احاطه کرده است که توسط باکتری‌ها ساخته شده و به خارج ترشح می‌گردد و جنس پوشینه بیشتر از پلی ساکاریدها همراه با مواد دیگر است.

تاژک : از واحدهای پروتئینی به نام فلاژین تشکیل شده و قابل ترمیم بوده و وسیله حرکت باکتری هستند. معمولاً طول آن چند برابر طول باکتری است. آرایش تاژک در باکتری‌های تاژکدار بصورت تک تاژکی، دو تاژکی، چند تاژکی سطحی است.

تار یا پیلی : به دو صورت جنسی و چسبنده وجود دارد و در عمل تحرک بی تأثیر است. پیلی در حقیقت به باکتری‌های دیگر می‌چسبد این ارگانل باکتری باعث انتقال میکروب وِ دانای می‌باشد.

سیتوپلا

نیام‌تن (مزوزوم)ها : از فرورفتگی غشای سیتوپلاسمی به درون سیتوپلاسم حاصل می‌شود و اغلب در محل تقسیم دیواره وجود دارند و در عمل تقسیم DNA، تقسیم یاخته‌ای و تبدیل باکتری به هاگ دخالت می‌کنند. و میزوزوم آنها از دو قسمت ساخته شده است که یکی میزوزوم جداری (Septal Mesosome) و دیگری میزوزوم جانبی (Lateral Mesosome) است.

اجزای سیتوپلاسم : رناتن (ریبوزوم)ها مواد ذخیره‌ای ماده زمینه کروماتومور ماده ژنتیکی که DNA آن‌ها غالباً به صورت یک فام‌تن (کروموزوم) تاخورده و بهم فشرده است.

یادآوری شود که با گذشت زمان تکثیر و انباشته شدن مواد زاید و کاهش مواد غذایی سرعت تولیدمثل برابر با سرعت مرگ می‌شود.

فواید باکتری‌ها[ویرایش]

اگرچه بعضی از باکتری‌ها عامل فساد مواد غذایی و بیماری هستند، اما بسیای از باکتری‌ها مفیدند. بشر قرن‌ها از فواید باکتری‌ها در زندگی خود استفاده کرده است. باکتری‌ها در تهیه و پردازش فراورده‌های غذایی و شیمیایی و هم‌چنین در شناسایی و استخراج معادن و پاکسازی محیط زیست کاربرد دارند. مواد خوراکی مانند ماست، پنیر و سرکه و نوشیدنیهای الکی و آبجو حاصل فعالیت باکتری‌های تخمیرکننده است. استون و بوتانول مواد شیمیایی هستند که انواعی از باکتری‌های گونهٔ کلوستریدیوم آن‌ها را می‌سازند.

باکتری‌های داخل روده برای ما خیلی از ویتامین‌ها (مانند ویتامین کا) را می‌سازند که خود بدن قادر به ساختن آن‌ها نیستند.

همچنین بسیاری از باکتری‌ها نیز به عنوان عوامل افزایش دهنده رشد گیاهان هستند و رشد گیاهان را بهبود می‌بخشند. به علاوه طیف وسیعی از باکتری‌ها نیز به عنوان بیمارگرهای گیاهی هستند و باعث ایجاد علایم مختلفی در گیاهان مانند پژمردگی لکه برگی سوختگی سرشاخه و... می‌گردند.

باکتری‌های شیمیواتوتروف برای تخلیص عناصر معدنی مانند مس و اورانیوم کاربرد دارند. هم‌چنین باکتری‌ها در پاکسازی آب‌ها و خاک‌های آلوده به آلاینده‌های نفتی و شیمیایی کاربرد وسیعی دارند.

از دیگر فواید باکتری ها استفاده از آن‌ها در مهندسی ژنتیک است در این فرایند ژن مورد نظر را جدا می کنند و با وارد کردن آن به باکتری با هزینه ای کم آن را به میزان فراوان تولید می کنند،با این روش میتوان دارو ها و واکسن های مفید و مطمئن تولید کرد.

تولیدمثل باکتری[ویرایش]

باکتری‌ها به روشهای تقسیم مستقیم، آمیختگی، قطعه قطعه شدن یا به‌وسیله کنیدی و همچنین جوانه زدن تکثیر می‌یابند.

  • در شرایط دشوار محیط زیست برخی باکتری‌ها توانایی ایجاد اسپور داخلی را دارند. اسپور داخلی سبب مقاومت باکتری در برابر عوامل نامساعد محیط می‌شود. هر باکتری فقط یک اسپور می‌سازد و از هر اسپور یک باکتری بوجود می‌آید. استفاده اصطلاح هاگ برای باکتری کاملاً اشتباه است زیرا که هاگ یک ساختار تولید مثلی برای گیاهان است و یک گیاه قادر است هزاران هاگ تولید کند در صورتی که باکتری با اسپورزایی فقط قادر به تولید یک باکتری می‌باشد.

طبق یافته های اخیر محققان باکتری در تاریکی هوا تولید مثلشان دوبرابر میشود.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. "Bacteria (eubacteria)". Taxonomy Browser. Archived from the original on 28 January 2013. Retrieved 2008-09-10. 
  2. ^ Whitman WB, Coleman DC, Wiebe WJ (1998). "Prokaryotes: the unseen majority". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 95 (12): 6578–83. Bibcode 1998PNAS...95.6578W. doi:10.1073/pnas.95.12.6578. PMC 33863. PMID 9618454.
  3. ^ Whitman WB, Coleman DC, Wiebe WJ.. Prokaryotes: the unseen majority. Proc Natl Acad Sci U S A. 1998 Jun 9;95(12):6578-83.
  4. ^ a b Rappé MS, Giovannoni SJ (2003). "The uncultured microbial majority". Annual Review of Microbiology 57: 369–94. doi:10.1146/annurev.micro.57.030502.090759. PMID 14527284
  5. Sears CL (2005). "A dynamic partnership: celebrating our gut flora". Anaerobe 11 (5): 247–51. doi:10.1016/j.anaerobe.2005.05.001. PMID 16701579
  6. "2002 WHO mortality data". Retrieved 2007-01-20.
  7. http://www.sciencedaily.com/releases/2010/09/100901191137.htm
  8. Ishige T, Honda K, Shimizu S (2005). "Whole organism biocatalysis". Current Opinion in Chemical Biology 9 (2): 174–80. doi:10.1016/j.cbpa.2005.02.001. PMID 15811802
  9. Woese CR, Kandler O, Wheelis ML (1990). "Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 87 (12): 4576–9. Bibcode 1990PNAS...87.4576W. doi:10.1073/pnas.87.12.4576. PMC 54159. PMID 2112744.
  10. Ciccarelli FD, Doerks T, von Mering C, Creevey CJ, Snel B, Bork P (2006). "Toward automatic reconstruction of a highly resolved tree of life". Science 311 (5765): 1283–7. Bibcode:2006Sci...311.1283C. doi:10.1126/science.1123061. PMID 16513982. 
  • Single-Cell Organisms: Bacteria and Viruses by Patricia Kite, Publisher: Raintree, 2008
  • Molecular Genetics of Bacteria by Snyder, Publisher: American Society Microbiolgy, 2007