باکتری چیست؟ – ساختار، عملکرد و انواع آن کدام است؟

باکتری از اولین جانداران پدید آمده در زمین است که در بین ارگانیسم های پروکاریوتی، بزرگترین گروه محسوب می شود. بسیاری از ویژگی هایی که در یک موجود زنده باید باشد را باکتریها دارا هستند. این موجودات در زندگی بشر بسیار حائز اهمیت هستند،

به طوری که انواع باکتری ها درفرآیندهای مختلف بدن از تنفس گرفته تا هضم غذا دخالت دارند. کتاب علوم پایه نهم به معرفی باکتری ها پرداخته است. باکتریها همچنین در بسیاری از چرخه های مواد غذایی نیز دخالت دارند. ین مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به ما کمک می کند تا اطلاعاتی درباره این ارگانیسم ها و اهمیت آن ها به دست آوریم.

باکتری چیست؟

باکتری ها موجودات تک سلولی هستند که تمام آنچه که برای ادامه حیات خود نیاز دارند را دارا می باشند. این موجودات که به صورت تکی باکتریوم نامیده می شود، جزء دسته سلول های پروکاریوتی هستند. یعنی سلولی است که فاقد هسته و اندامک می باشد و ماده ژنتیکی آن در داخل سلول آزادانه می چرخد. در قرن ۱۷ میلادی بود که برای بار اول آنتونی فیلیپس فان لیوونهوک توانست باکتریها را با نمونه گیری از دهان خود شناسایی کند که به پدر علم میکروب شناسی نیز شهرت یافت. در همه جای کره ی زمین باکتریها وجود دارند و بدون آن ها امکان زندگی برای انسان ها امکان پذیر نیست. باکتریها به شکل میله ای، مارپیچی و یا کروی هستند.

از ویژگی هایی که تایید کننده زنده بودن باکتری ها است می توان چند مورد را نام برد. اول این که این موجودات متشکل از سلول هستند. بعد اینکه انتقال اطلاعات ژنتیکی باکتریها از طریق DNA انجام می شود. برای این که باکتریها بتوانند رشد کنند و به تولید مثل بپردازند باید از محیط انرژی بگیرند. همچنین بعضی از باکتریها تولید مثل جنسی می کنند.

عملکرد مفید باکتری ها در طبیعت

علاوه بر این که بیشتر باکتری ها باعث ایجاد بیماری می شوند، ولی بسیاری از آن ها دارای نقش های ارزشمد و مفید در طبیعت هستند. به عنوان مثال باکتریها در فرآیند تثبیت نیتروژن، تبدیل نیتروژن اتمسفر به شکلی که مورد نیاز گیاهان است، دخالت می کنند. در موردی دیگر، برخی از باکتریها در زندگی همزیستی با دیگر ارگانیسم ها هستند و در این نوع زندگی هر دو طرف از وجود هم بهره می گیرند. از طرفی مواد دفعی موجودات زنده می تواند توسط باکتریها بازیافت شود. یک سری باکتریهایی هستند که در هضم غذا، یا برخی در تصفیه فاضلاب، برخی در تولید مواد غذایی و مواد دارویی نقش دارند.

ساختار سلولی

باکتری ها همان طور که گفته شد جزء سلول های پروکاریوتی است، بنابراین این سلول ساده دارای اندامک هایی که غشا داشته باشند مانند هسته، میتوکندری و کلروپلاست نیستند.

داخل سلولی : سیتوپلاسم در داخل سلول دارای یک سیستم کلوئیدی اسفنجی بوده و حاوی آب نمک و مواد محلول است. در داخل سلول باکتریها ریبوزوم ها و یک کروموزوم فشرده و پیچ خورده وجود دارد. همچنین داخل آن ها وزیکول های گازی، ذخیره کننده های مواد مغذی و یا اندامک هایی می باشد که به باکتری های مغناطیسی برای جهت یابی کمک می کنند چون این اندامک ها دارای یک سری کریستال های مغناطیسی هستند. همه ی مواد داخل سلولی توسط دو لایه ای از جنس لیپید با پروتئین احاطه شده که اگر این غشا نباشد، سلول با خارج شدن محتویات آن به بیرون، خواهد مرد.

دیواره سلولی : چون غلظت مواد داخل باکتریها نسبت به محیط بیرون زیاد است، به همین دلیل علاوه بر دیواره ی غشا، این سلول ها توسط دیواره ی کلفت دیگری با ضخامت بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ نانومتری، احاطه شده است. این دیواره به باکتریها شکل می دهد.

در ساختار برخی باکتریها ممکن است کپسول (از جنس ژلاتین بوده و دیواره سلولی را پوشانده)، تاژک (وسیله حرکتی باکتریها)، تار یا پیلی (با چسبیدن به باکتریهای دیگر میکروب منتقل می کند) وجود داشته باشد.

انواع باکتری ها

بر اساس تفاوت در ساختار دیواره ی آن ها می توانند به دو دسته ی گرم مثبت و گرم منفی تقسیم شوند. باکتریهای گرم منفی که با رنگ آمیزی گرم، به رنگ صورتی در می آیند دارای غشای لیپوپلی ساکاریدی و یک لایه ی نازک پپتیدوگلیکان هستند. این باکتریها، حساس نسبت به آنتی بیوتیک ها هستند. باکتریهای گرم مثبت که در رنگ آمیزی گرم، بنفش می شوند، پوشش باکتریهای گرم منفی را ندارند ولی در دیواره سلولی خود دارای اسیدهای تیکوئیک و یک پپتیدوگلیکان کلفت دارند. این باکتری ها در مقابل آنتی بیوتیک ها مقاوم هستند.

تکثیر و تولید مثل

باکتریها برای بقا نیاز به تولید مثل و تکثیر دارند همان طور که همه ی جانداران برای بقا، این عمل را انجام می دهند. باکتریها وقتی به اندازه ی کافی بزرگ شده و ژنوم آن ها برای دو باکتری کافی باشد می توانند این کار را از طریق شکافت یاخته و بدون نیاز به جفت، انجام دهند. وقتی باکتری ها تقسیم شده و به دو باکتری کاملا مشابه با خصوصیات ژنتیکی کاملا یکسان تبدیل می شوند، هیچ تنوع زیستی را در پی نخواهند داشت. اما در روش تولید مثلی دیگری که باعث ایجاد تنوع زیستی و ژنتیکی در باکتری ها می شود، ماده ی ژنتیکی از طریق لوله ای که پیلوس جنسی نام دارد از باکتری مثبت به یک باکتری منفی وارد می شود.

غذای باکتری ها

باکتریها نیز برای زنده ماندن احتیاج به مواد غذایی دارند. بر این اساس یک دسته به نام باکتریهای اتوتروف هستند که برای زنده ماندن و تولید انرژی، از آب، نور و مواد شیمیایی استفاده می کنند. سیانوباکتریها نمونه ای از این باکتری ها هستند که نور خورشید را به اکسیژن تبدیل می کنند. اما دسته ای دیگر از باکتریها به نام هتروتروف ها هستند مانند باکتریهای تجزیه کننده محیطی که برای زنده ماندن از مواد آلی استفاده می کنند. به طور کلی می توان گفت هر ماده ای که جزء مواد دفعی برای انسان هاست، مورد مصرف برای باکتریها خواهد بود.

طبقه بندی باکتری ها

باکتریها را از لحاظ شکل و ساختار طبقه بندی می کنند. بر طبق اولین دسته بندی بر اساس ریخت شناسی، باکتریها به چهار دسته ی باسیلی (میله مانند)، کوکوسی (کروی)، اسپریلوم (مارپیچی) و ویبریو (میله ای خمیده) تقسیم شدند. بعد از اینکه رنگ آمیزی گرم روی باکتریها توسط «هانس کریستین گرم» انجام شد، بر اساس خواص دیواره سلولی، باکتریها را به چهار دسته گراسیلی کوت، فرمی کوت، مولی کوت و مندوزی کوت تقسیم کرد. اساس طبقه بندی باکتریها مدام در حال توسعه است طوری که باکتریها بر اساس متابولیسم آن ها و ترکیب شیمیایی سلولی نیز طبقه بندی شده اند.

باکتریهای مضر برای انسان

باکتری ها در همه جا حتی در بدن انسان ها حضور دارند و توسط هوا به همه جا منتقل می شوند و در جاهایی که شرایط برای تکثیر آن ها مهیا باشد رشد می کنند. برخی از باکتریها در دسته ی پاتوژن ها (ذرات بیماری زا) قرار می گیرند و باکتری های سرماخوردگی و طاعون نمونه ای از آن هاست. همین طاعون (باکتری میله ای شکلی که با نیش کک، موش و خرگوش به انسان ها منتقل می شود) در زمانی که هنوز آنتی بیوتیک ها ساخته نشده بودند، جان بیش از ۱۰۰ میلیون انسان را گرفت. بیماری های دیگری مانند وبا، مننژیت، حصبه، ذات الریه همچنین بعضی از انواع گلودردها نیز از این نوع پاتوژن ها هستند. باکتریهای بیماری زا از راه هوا، غذا، آب و حتی حشرات منتقل می شوند. سالمونا (عامل عفونت روده گوساله) و آنتراکس (باکتری کشنده در گاو گوسفند) نمونه هایی از باکتریهای مضر هستند.

برای مقابله با باکتریها امروزه آنتی بیوتیک های مختلفی وجود دارد که از رشد و تکثیر آن ها جلوگیری می کند. همچنین می توان یک سری کارهای پیشگیرانه نیز برای مقابله با آن ها انجام داد. مثل شستن دست ها، رعایت بهداشت فردی، ضد عفونی کردن ابزار و وسایل جراحی و دندانپزشکی و … از این دسته هستند.

باکتریهای مفید

از مهمترین باکتریهای مفید باکتریهایی هستند که درتجزیه اجساد جانداران نقش دارند. این باکتریها مواد مغذی مورد نیاز برای چرخه ی مواد غذایی را فراهم کرده و با تجزیه و تبدیل این مواد آلی، موادی تولید می کنند که دارای نیتروژن و کربن است و غذای مورد نیاز گیاهان می باشد. باکتریهایی هستند که می توانند بسیاری ترکیبات آلی را به مواد معدنی تبدیل کنند و یا برخی از انواع باکتریها باعث هضم هیدروکربن ها در نفت می شوند و یا باکتری هایی که از آلوده شدن دریاها توسط نفت جلوگیری می کنند.

همچنین از مهمترین باکتری های مفید، آن هایی هستند که در فرآیند تثبیت نیتروژن نقش دارند. در این فرآیند نیتروژن اتمسفر به شکل نیترات یا آمونیاک تبدیل می شود که بتواند به راحتی توسط گیاهان مورد استفاده قرار گیرند. وجود باکتریها در صنایع غذایی برای تهیه ی پنیر، ترشی، کلم ترش و… (غذاهای تخمیر شده) به همراه کپک ها و مخمرها مورد نیاز است. بعد از مصرف غذا توسط انسان، باکتری هایی هستند که با شکستن آن ها (مخصوصا نان، ذرت، سیب زمینی و…) به ذرات کوچکتر به هضم این مواد کمک می کنند.

یک نمونه باکتری سازگار با سیستم ایمنی بدن در لوله گوارش وجود دارد که اشرشیاکولی نامیده می شود. اگر تعداد متعادل آن ها بر هم بخورد مشکلات گوارشی ایجاد می کند.

تفاوت ویروس ها و باکتریها

ویروس ها و باکتری ها از لحاظ بیولوژیکی باهم تفاوت دارند. باکتریها جزء موجودات زنده بوده و دارای سلول هستند و تمام مواد مورد نیاز برای حیاتشان را خودشان به طور مستقل دارند. برخی از باکتریها همان طور که در بالا نیز گفته شد، مضر و برخی دیگر مفید هستند. اما ویروس ها در مقایسه با باکتریها، اول این که جزء موجودات زنده دسته بندی نمی شوند و دارای هسته و اندامک نیستند، به عبارتی سلول نیستند و برای ادامه حیات و رشد خود به سلول های دیگر محتاج هستند. ویروس ها از باکتریها خیلی کوچکتر هستند و عامل بیماری زا و عفونی می باشند و هیچ وجود مفیدی ندارند.

انواع باکتری های بیماری زا

استرپتوکوک پنومونیه یکی از باکتری های بیماریزا است. این باکتری ها که اغلب به عنوان “پنوموکوک” شناخته می شوند، به طور معمول در بینی و حلق بسیاری از افراد بدون ایجاد عفونت وجود دارند. بنابراین این ناقلان سالم در جمعیت هستند که باکتری را به افراد مسن، کودکان یا سایر افراد مستعد منتقل می کنند که ممکن است بیماری جدی در بین آنها رخ دهد.

استافیلوکوکوس اورئوس به عنوان بخشی از فلور پوست در حدود یک سوم جمعیت انسان وجود دارد، بدون اینکه باعث بیماری شود. بسته به نوع و سیستم ایمنی فرد مبتلا، استافیلوکوکوس اورئوس می تواند پوست و استخوان و حتی جریان خون را آلوده کند. در بیمارستان ها، شایع ترین علت عفونت های بعد از جراحی است.

اشرشیاکلی (E. coli) یک انتروباکتری است که معمولاً بدون ایجاد بیماری در روده انسان و حیوانات زندگی می کند. اگر این باکتری ها به جای دیگری از بدن بروند، مانند دستگاه ادراری تحتانی، شکم یا مغز در نوزادان، می توانند باعث عفونت شوند. آنها می توانند باعث تب، تهوع، استفراغ، گرفتگی معده و اسهال شوند که در برخی موارد می تواند کشنده باشد.

کلبسیلا پنومونیه یکی دیگر از گونه های انتروباکتری است که معمولاً در دستگاه گوارش انسان و حیوانات سالم وجود دارد. با این حال، یکی از شایع ترین مقصران برای ایجاد عفونت های مرتبط با بیمارستان و همچنین عفونت های دستگاه ادراری و دستگاه تنفسی، به ویژه ذات الریه است. در نوزادان، کلبسیلا پنومونیه می تواند جریان خون را آلوده کند و منجر به افزایش نرخ مرگ و میر شود. این نوع باکتری همچنین این توانایی را دارد که به راحتی انواع مختلفی از مقاومت آنتی بیوتیکی را بدست آورد.

همچنین باید به اسینتوباکتر بومانی و سودوموناس آئروژینوزا اشاره کرد که از جمله پاتوژن های بیمارستانی هستند، زیرا عمدتاً در بیمارستان ها و خانه های مراقبت عفونت ایجاد می کنند. مقاومت این دو گونه باکتریایی به آنتی بیوتیک های آخرین راه حل مانند کارباپنم ها و پلی میکسین ها در سطح ملی و جهانی در حال افزایش است.