Table of Contents
البكتيريا هي كائنات مجهرية أحادية الخلية موجودة بالملايين في كل بيئة سواء داخل أو خارج الكائنات الحية الأخرى.
بعض البكتيريا ضارة، ولكن معظمها مفيد، وهي تدعم العديد من أشكال الحياة، سواء النباتية أو الحيوانية، وتستخدم في العمليات الصناعية والطبية.
يعتقد أن البكتيريا كانت أول كائنات حية تظهر على الأرض منذ حوالي 4 مليارات سنة، أقدم الأحافير المعروفة هي كائنات حية تشبه البكتيريا.
يمكن للبكتيريا استخدام معظم المركبات العضوية وبعض المركبات غير العضوية كغذاء، وبعضها يمكن أن ينجو من الظروف القاسية.
إن الاهتمام المتزايد بوظيفة ميكروب الأمعاء هو إلقاء ضوء جديد على الأدوار التي تلعبها البكتيريا في صحة الإنسان.
ما هي البكتيريا؟
البكتيريا هي كائنات أحادية الخلية ليست من النباتات ولا من الحيوانات.
لا تتعدى بضعة ميكرو مترات في الطول في العادة وتتواجد متجمعة مع بعضها البعض بالملايين.
يحتوي الجرام من التربة عادة على حوالي 40 مليون خلية بكتيرية، ويحتوي المليلتر من الماء العذب على حوالي مليون خلية بكتيرية.
وتحتوي الأرض كما قدر العلماء على ما لا يقل عن 5 بلايين من البكتيريا، ويعتقد أن معظم الكتلة الحيوية للأرض تتكون من البكتيريا.
أنواع البكتيريا
هناك العديد من أنواع البكتيريا المختلفة، وهناك طريقة واحدة لتصنيفها وهي على حسب الشكل.
هناك ثلاثة أشكال أساسي:
- الكروية: تسمى البكتيريا التي على شكل كرة كوشي، والبكتيريا الواحدة هي كوكس ومن أمثلتها: المجموعة العقدية المسؤولة عن “التهاب الحلق”
- العصوية: تُعرف هذه العصيات باسم العصيات الفريدة، بعض البكتيريا على شكل قضيب منحني، وتعرف هذه باسم vibrio. ومن أمثلة هذه البكتيريا التي على شكل قضيب العصيات الخبيثة (Bacillus anthracis (B. anthracis) أو الجمرة الخبيثة .
- الحلزونية: هذه هي المعروفة باسم spirillus
إذا كان ملفهم ضيق جدًا فهي تعرف باسم اللولبيات. يحدث داء البريميات ،ومرض لايم، والزهري بسبب البكتيريا من هذا الشكل.
هناك العديد من الاختلافات داخل مجموعة كل شكل.
تركيب البكتيريا
تختلف الخلايا البكتيرية عن الخلايا النباتية والحيوانية، البكتيريا من بدائيات النواة، مما يعني أنها لا تملك نواة .
الخلية البكتيرية تشمل:
- الكبسولة: طبقة وجدت على السطح الخارجي لجدار الخلية في بعض البكتيريا.
- جدار الخلية: طبقة مصنوعة من بوليمر يدعى ببتيدوغليكان peptidoglycan. جدار الخلية يعطي البكتيريا شكلها.
ويقع خارج غشاء البلازما، جدار الخلية هو أكثر سمكًا في بعض البكتيريا.
- غشاء البلازما: يوجد داخل جدار الخلية، وهذا يولد الطاقة وينقل المواد الكيميائية، الغشاء قابل للنفاذ، مما يعني أن المواد يمكن أن تمر من خلاله.
- السيتوبلازم: مادة جيلاتينية داخل غشاء البلازما تحتوي على مواد وراثية ورايبوزومات.
- DNA : يحتوي على جميع التعليمات الوراثية المستخدمة في تطوير ووظيفة البكتيريا، وهو تقع داخل السيتوبلازم.
- الريبوسومات: حيث يتم تصنيع البروتينات أو توليفها، الريبوسومات هي جسيمات معقدة تتكون من حبيبات غنية بالحمض النووي الريبي.
- Flagellum : يستخدم هذا للحركة، لدفع بعض أنواع البكتيريا، هناك بعض البكتيريا التي يمكن أن يكون لها أكثر من واحد.
- Pili : هذه الزوائد التي تشبه الشعر على السطح الخارجي للخلية تسمح لها بالالتصاق بالأسطح ونقل المواد الجينية إلى الخلايا الأخرى. هذا ما يساعد في انتشار المرض في البشر.
التغذية
تتغذى البكتيريا بطرق مختلفة.
البكتيريا غير ذاتية التغذية، تحصل على طاقتها من خلال استهلاك الكربون العضوي
معظمها يمتص المواد العضوية الميتة، مثل اللحم المتحلل، بعض هذه البكتيريا الطفيلية تقتل مضيفها، في حين أن البعض الآخر يساعده.
البكتيريا ذاتية التغذية تصنع غذائها إما من خلال:
- البناء الضوئي باستخدام أشعة الشمس والمياه وثاني أكسيد الكربون.
- أو التخليق الكيميائي باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء والمواد الكيميائية مثل الأمونيا والنيتروجين والكبريت وغيرها.
تسمى البكتيريا التي تستخدم التمثيل الضوئي photoautotrophs بعض الأنواع، على سبيل المثال: البكتيريا الزرقاء تنتج الأكسجين.
وربما لعبت هذه دورًا حيويًا في خلق الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض، الأنواع الأخرى مثل heliobacteria لا تنتج الأكسجين.
تلك التي تستخدم chemosynthesis تعرف باسم chemoautotrophs. توجد هذه عادة في فتحات المحيط وفي جذور البقوليات مثل: البرسيم، والبرسيم، والبازلاء، والفول، والعدس، والفول السوداني.
أين تعيش؟
يمكن أن تنشط البكتيريا حتى في البيئات القاسية، مثل الأنهار الجليدية.
يمكن العثور عليها في التربة والمياه والنباتات والحيوانات والنفايات المشعة، في أعماق قشرة الأرض، والجليد القطبي والأنهار الجليدية.
الينابيع الساخنة، توجد البكتيريا في طبقة الستراتوسفير، ما بين 6 و 30 ميلاً في الغلاف الجوي، وفي أعماق المحيط وصولاً إلى عمق 32800 قدم أو 10000 متر.
يمكن أن تنشط البكتريا الهوائية فقط حيث يوجد أكسجين،و يمكن لبعض الأنواع أن تسبب مشاكل للبيئة البشرية مثل التآكل والتلوث ومشاكل في المياه والروائح الكريهة.
البكتريا اللاهوائية يمكن أن تنمو فقط حيث لا يوجد أكسجين في البشر، وهذا هو في الغالب في الجهاز الهضمي.
يمكن أن تسبب أيضًا الغرغرينا الغازية ، الكزاز ، التسمم الغذائي، ومعظم التهابات الأسنان.
يمكن أن تعيش البكتريا اللاهوائية الاختيارية إما مع أو بدون أكسجين، ولكنها تفضل البيئات التي يوجد فيها أكسجين.
توجد في الغالب في التربة والمياه والنباتات وبعض النباتات الطبيعية من البشر والحيوانات ومن أمثلتها السالمونيلا.
ميوفيلس أو البكتريا mesophilic هي البكتيريا المسؤولة عن معظم العدوى البشرية.
تنشط في درجات الحرارة المعتدلة حوالي 37 درجة مئوية، هذه هي درجة حرارة الجسم البشري.
ومن الأمثلة على ذلك الليستريا مونوسيتوجينيس، بيزودوموناس مالوفتيليا، ثيوباسيلوس نوفيلوس، ستافيلوكوكوس أوريوس، بكتيريا بروتينات العقدية، العقدية الرئوية، الإشريكية القولونية، والكلوستريديوم كلوفيري.
تحتوي البكتريا المعوية البشرية أو ميكروبات الأمعاء على بكتريا mesophilic مفيدة مثل Lactobacillus acidophilus.
يمكن للبكتيريا شديدة البرودة تحمل الظروف التي تعتبر مختلفة للغاية بالنسبة لمعظم أشكال الحياة.
يمكن للبكتيريا الحرارية أن تعيش في درجات حرارة عالية تصل إلى 75 إلى 80 درجة مئوية (C) .
ويمكن أن تكون ذات درجات الحرارة المرتفعة في درجات حرارة تصل إلى 113 درجة مئوية.
في أعماق المحيط تعيش البكتريا في ظلام تام من خلال فتحات حرارية، حيث تكون درجة الحرارة والضغط مرتفعين.
يصنعون طعامهم بأنفسهم عن طريق أكسدة الكبريت الذي يأتي من أعماق الأرض.
تشمل الأنواع المختلفة الأخرى:
- الهالوفيلات والتي وجدت فقط في البيئة المالحة.
- Acidophiles وبعضها يعيش في بيئات حمضية مثل pH0
- Alkaliphiles الذين يعيشون في بيئات تصل فيها درجة الحموضة إلى 10،5 .
- Psychrophiles وجدت في درجات الحرارة المنخفضة على سبيل المثال: في الأنهار الجليدية
ويستطيع المتطفلون البقاء على قيد الحياة حيث لا يستطيع أي كائن آخر أن يعيش.
الاستنساخ والتحول
قد تتكاثر البكتريا وتتغير باستخدام الطرق التالية:
- الانشطار الثنائي: شكل لا جنسي للتكاثر ، حيث تستمر الخلية في النمو حتى ينمو جدار خلوي جديد عبر المركز، مما يشكل خليتين منفصلتين لهما نفس المادة الوراثية.
- نقل المادة الوراثية: تكتسب الخلايا مادة جينية جديدة من خلال عمليات تعرف باسم الاقتران أو التحول أو التحويل. هذه العمليات يمكن أن تجعل البكتريا أقوى وأكثر قدرة على مقاومة التهديدات مثل المضادات الحيوية .
- الجراثيم: عندما تكون بعض أنواع البكتريا منخفضة الموارد، فإنها يمكن أن تشكل الأبواغ.
تحتوى الجراثيم على مادة DNA الموجودة في الكائن الحي وتحتوي على الإنزيمات اللازمة لإنباتها.
فهي مقاومة للغاية للضغوط البيئية. يمكن أن تبقى الجراثيم غير نشطة لعدة قرون، حتى تحدث الظروف المناسبة، ثم يمكن إعادة تنشيطها وتصبح البكتريا.
- يمكن للبكتيريا البقاء على قيد الحياة من خلال فترات الإجهاد البيئي، بما في ذلك الأشعة فوق البنفسجية (UV) وأشعة غاما، التجفيف، التجويع، التعرض الكيميائي، ودرجات الحرارة القصوى.
الاستخدامات
غالبًا ما يُنظر إلى البكتيريا على أنها سيئة، ولكن العديد منها مفيد، لن نكون موجودين بدونهم
و ربما تم تكوين الأكسجين الذي نتنفسه من نشاط البكتيريا.
بقاء الإنسان
تلعب العديد من البكتريا في الجسم دورًا مهمًا في بقاء الإنسان،تحلل البكتريا الموجودة في الجهاز الهضمي المواد المغذية مثل السكريات المعقدة إلى أشكال يمكن أن يستخدمها الجسم.
تساعد البكتريا غير الخطرة أيضًا على الوقاية من الأمراض من خلال احتلال الأماكن التي تريد البكتيريا المسببة للأمراض أو المسببة للأمراض الارتباط بها.
بعض البكتريا تحمينا من الأمراض من خلال مهاجمة مسببات الأمراض.
تثبيت النيتروجين
تأخذ البكتريا النيتروجين وتطلقه لكي يستخدمه النبات عندما تموت، تحتاج النباتات إلى النيتروجين في التربة لكي تعيش.
لكن لا يمكنها القيام بذلك بنفسها، لضمان ذلك تحتوي العديد من بذور النباتات على حاوية صغيرة من البكتيريا التي تستخدم عند براعم النبات.
التقنية غذائية
صناعة الجبن تشتمل على البكتيريا.
تستخدم بكتيريا حمض اللاكتيك مثل Lactobacillus و Lactococcus مع الخميرة والعفن، أو الفطريات لإعداد الأطعمة مثل: الجبن، صلصة الصويا ، natto (حبوب الصويا المخمرة) ، الخل، الزبادي، والمخللات.
ليس التخمر مفيدًا للحفاظ على الأطعمة فحسب، بل إن بعض هذه الأطعمة قد تقدم فوائد صحية.
على سبيل المثال: تحتوي بعض الأطعمة المخمرة على أنواع من البكتيريا المشابهة لتلك المرتبطة بالصحة المعدية المعوية.
تؤدي بعض عمليات التخمر إلى مركبات جديدة، مثل حمض اللاكتيك، والتي يبدو أنها لها تأثير مضاد للالتهاب.
البكتيريا في الصناعة والبحوث
يمكن للبكتيريا تكسير المركبات العضوية، هذا مفيد لبعض الأنشطة مثل معالجة النفايات وتنظيف التسربات النفطية والنفايات السامة.
تستخدم الصناعات الصيدلانية والكيميائية البكتيريا في إنتاج بعض الكيماويات.
تستخدم البكتيريا في البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية والأبحاث الجينية، لأنها يمكن أن تنمو بسرعة ومن السهل نسبيا التلاعب بها.
يستخدم العلماء البكتيريا لدراسة كيفية عمل الجينات والإنزيمات.
هناك حاجة للبكتيريا لصنع المضادات الحيوية.
Bacillus thuringiensis (BT) هي بكتيريا يمكن استخدامها في الزراعة بدلاً من المبيدات الحشرية
مخاطر البكتيريا
بعض أنواع البكتيريا يمكن أن تسبب الأمراض في البشر مثل الكوليرا، الدفتريا، الزحار، الطاعون، الالتهاب الرئوي، السل، التيفويد، وغيرها الكثير.
إذا تعرض جسم الإنسان للبكتيريا التي لا يعرفها الجسم كمساعد، فسيهاجمها جهاز المناعة
يمكن أن يؤدي هذا التفاعل إلى أعراض التورم والالتهاب التي نراها على سبيل المثال في جرح مصاب.
مقاومة البكتيريا
في عام 1900 كان الالتهاب الرئوي، والسل، والإسهال أكبر ثلاثة أمراض قاتلة في الولايات المتحدة ، وقد أدت تقنيات التعقيم وأدوية المضادات الحيوية إلى انخفاض كبير في الوفيات الناجمة عن الأمراض البكتيرية.
ومع ذلك فإن الإفراط في استخدام المضادات الحيوية يجعل العدوى البكتيرية أكثر صعوبة في علاجها.
مع تحور البكتيريا تصبح أكثر مقاومة للمضادات الحيوية الموجودة، مما يجعل العدوى أكثر صعوبة في علاجها.
تتحول البكتيريا بشكل طبيعي لكن الإفراط في استخدام المضادات الحيوية يعمل على تسريع هذه العملية.
ولهذا السبب يدعو العلماء والسلطات الصحية الأطباء إلى عدم وصف المضادات الحيوية ما لم يكن ذلك ضروريًا، ولكي يمارس الناس طرقًا أخرى للوقاية من المرض مثل النظافة الغذائية الجيدة وغسل اليدين والتطعيم.
ميكروبات الأمعاء
لقد أدت الأبحاث الحديثة حول كيفية تفاعل جسم الإنسان مع البكتيريا، وخاصة مجتمعات البكتيريا التي تعيش في الأمعاء، والمعروفة باسم ميكروبات الأمعاء، أو فلورا الأمعاء.
في عام 2009 نشر الباحثون نتائج تشير إلى أن النساء المصابات بالسمنة أكثر عرضة لنوع معين من البكتيريا سيلينوموناس نوكسيا(S. noxia ) في الفم.
في عام2015 وجد العلماء في جامعة نورث كارولينا أن أمعاء الأشخاص الذين يعانون من فقدان الشهية تحتوي على بكتيريا “مختلفة جدًا” أو الجسيمات الميكروبية مقارنةً بالأشخاص الذين لا يعانون من هذه الحالة، ويرون أن هذا قد يكون له تأثير نفسي.
المصدر
- جامعة كاليفورنيا – بيركلي: مورفولوجيا البكتيرية
- الطب المخبري: تفسير البقع غرام للالمتخصص في علم المايكروبيولوجي
- CDC: MRSA Infections