ما هي البكتيريا وماذا تفعل؟
البكتيريا هي كائنات مجهرية وحيدة الخلية توجد بالملايين في كل بيئة ، داخل وخارج الكائنات الحية الأخرى.
بعض البكتيريا ضارة ، لكن معظمها يخدم غرضًا مفيدًا. إنها تدعم العديد من أشكال الحياة ، النباتية والحيوانية على حد سواء ، وتستخدم في العمليات الصناعية والطبية.
يُعتقد أن البكتيريا هي أول الكائنات الحية التي ظهرت على الأرض منذ حوالي 4 مليارات سنة. أقدم الأحافير المعروفة هي لكائنات شبيهة بالبكتيريا.
يمكن للبكتيريا أن تستخدم معظم المركبات العضوية وبعض المركبات غير العضوية كغذاء ، ويمكن للبعض أن يعيش في الظروف القاسية.
الاهتمام المتزايد بوظيفة ميكروبيوم الأمعاء هو إلقاء ضوء جديد على الأدوار التي تلعبها البكتيريا في صحة الإنسان.
ما هي البكتيريا؟
البكتيريا هي كائنات وحيدة الخلية.
البكتيريا هي كائنات وحيدة الخلية ليست نباتات ولا حيوانات.
عادة ما يقيس طولها بضعة ميكرومتر وتوجد معًا في مجتمعات الملايين.
يحتوي غرام التربة عادةً على حوالي 40 مليون خلية بكتيرية. عادة ما يحتوي المليلتر من الماء العذب على حوالي مليون خلية بكتيرية.
تشير التقديرات إلى أن الأرض تحتوي على ما لا يقل عن 5 نونليون بكتيريا ، ويُعتقد أن معظم الكتلة الحيوية للأرض تتكون من البكتيريا.
أنواع
هناك أنواع مختلفة من البكتيريا. طريقة واحدة لتصنيفها هي بالشكل. هناك ثلاثة أشكال أساسية.
- كروية: تسمى البكتيريا على شكل كرة cocci ، والبكتيريا المفردة هي coccus. تشمل الأمثلة مجموعة المكورات العقدية ، المسؤولة عن "التهاب الحلق".
- على شكل قضيب: تُعرف باسم العصيات (عصية المفرد). بعض البكتيريا على شكل قضيب منحنية. تُعرف هذه باسم vibrio. تشمل أمثلة البكتيريا على شكل قضيب عصيات الجمرة الخبيثة (الجمرة الخبيثة) ، أو الجمرة الخبيثة.
- لولبية: تُعرف باسم spirilla (المفرد spirillus). إذا كان ملفهم ضيقًا جدًا ، فيُعرفون باسم اللولبيات. داء اللولبية النحيفة ومرض لايم والزهري تسببها بكتيريا من هذا الشكل.
هناك العديد من الاختلافات داخل كل مجموعة شكل.
بنية
تختلف الخلايا البكتيرية عن الخلايا النباتية والحيوانية. البكتيريا هي بدائيات النوى ، مما يعني أنه ليس لديها نواة.
تشمل الخلية البكتيرية:
- الكبسولة: طبقة موجودة على السطح الخارجي لجدار الخلية في بعض البكتيريا.
- جدار الخلية: طبقة مكونة من بوليمر يسمى ببتيدوجليكان. يعطي جدار الخلية البكتيريا شكلها. يقع خارج غشاء البلازما. يكون جدار الخلية أكثر سمكًا في بعض البكتيريا ، وتسمى البكتيريا موجبة الجرام.
- غشاء البلازما: يوجد داخل جدار الخلية ، وهو يولد الطاقة وينقل المواد الكيميائية. الغشاء قابل للاختراق ، مما يعني أن المواد يمكن أن تمر من خلاله.
- السيتوبلازم: مادة هلامية داخل غشاء البلازما تحتوي على مادة وراثية وريبوزومات.
- الحمض النووي: يحتوي على جميع التعليمات الجينية المستخدمة في تطوير ووظيفة البكتيريا. يقع داخل السيتوبلازم.
- الريبوسومات: هذا هو المكان الذي يتم فيه تصنيع البروتينات أو تصنيعها. الريبوسومات هي جسيمات معقدة تتكون من حبيبات غنية بالـ RNA.
- السوط: يستخدم للحركة لدفع بعض أنواع البكتيريا. هناك بعض البكتيريا التي يمكن أن تحتوي على أكثر من نوع واحد.
- بيلي: هذه الزوائد الشبيهة بالشعر الموجودة على السطح الخارجي للخلية تسمح لها بالالتصاق بالأسطح ونقل المادة الوراثية إلى خلايا أخرى. هذا يمكن أن يساهم في انتشار المرض بين البشر.
تغذية
تتغذى البكتيريا بطرق مختلفة.
تحصل البكتيريا غيرية التغذية أو غيرية التغذية على طاقتها من خلال استهلاك الكربون العضوي. يمتص معظمها المواد العضوية الميتة ، مثل اللحم المتحلل. بعض هذه البكتيريا الطفيلية تقتل مضيفها ، بينما يساعدها البعض الآخر.
تصنع البكتيريا ذاتية التغذية (أو مجرد ذاتية التغذية) طعامها ، إما من خلال:
- التمثيل الضوئي ، باستخدام ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون ، أو
- التخليق الكيميائي ، باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء والمواد الكيميائية مثل الأمونيا والنيتروجين والكبريت وغيرها.
تسمى البكتيريا التي تستخدم التمثيل الضوئي بالتأثيرات الضوئية. بعض الأنواع ، على سبيل المثال البكتيريا الزرقاء ، تنتج الأكسجين. ربما لعبت هذه دورًا حيويًا في تكوين الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض. والبعض الآخر ، مثل بكتيريا الهليوبكتريا ، لا ينتج الأكسجين.
تُعرف تلك التي تستخدم التخليق الكيميائي باسم chemoautotrophs. توجد هذه البكتيريا بشكل شائع في فتحات المحيط وفي جذور البقوليات ، مثل البرسيم والبرسيم والبازلاء والفول والعدس والفول السوداني.
اين تعيش؟
يمكن العثور على البكتيريا في التربة ، والمياه ، والنباتات ، والحيوانات ، والنفايات المشعة ، وفي أعماق قشرة الأرض ، والجليد القطبي والأنهار الجليدية ، والينابيع الساخنة. توجد بكتيريا في طبقة الستراتوسفير ، على ارتفاع يتراوح بين 6 و 30 ميلاً في الغلاف الجوي ، وفي أعماق المحيط يصل عمقها إلى 32800 قدم أو 10000 متر.
يمكن أن تنمو البكتيريا الهوائية ، أو البكتيريا الهوائية ، فقط في الأماكن التي يوجد فيها أكسجين. يمكن لبعض الأنواع أن تسبب مشاكل للبيئة البشرية ، مثل التآكل ، والقاذورات ، ومشاكل نقاء المياه ، والروائح الكريهة.
يمكن أن تنمو البكتيريا اللاهوائية فقط في حالة عدم وجود أكسجين. في البشر ، يحدث هذا في الغالب في الجهاز الهضمي. يمكن أن تسبب أيضًا الغازات والغرغرينا والتيتانوس والتسمم الغذائي ومعظم التهابات الأسنان.
يمكن أن تعيش الكائنات اللاهوائية الاختيارية ، أو البكتيريا اللاهوائية الاختيارية ، إما مع الأكسجين أو بدونه ، لكنها تفضل البيئات التي يوجد فيها الأكسجين. توجد في الغالب في التربة والمياه والنباتات وبعض النباتات الطبيعية للإنسان والحيوان. الامثله تشمل السالمونيلا.
Mesophiles ، أو البكتيريا المتوسطة ، هي البكتيريا المسؤولة عن معظم الإصابات البشرية. تتكاثر في درجات حرارة معتدلة ، حوالي 37 درجة مئوية. هذه هي درجة حرارة جسم الإنسان.
الامثله تشمل الليسترية المستوحدة, Pesudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, المكورات العنقودية الذهبية, العقدية البيروجينية, العقدية الرئوية, الإشريكية القولونية، و كلوستريديوم كلويفيري.
تحتوي الفلورا المعوية البشرية ، أو ميكروبيوم الأمعاء ، على بكتيريا ميسوفيليك المفيدة ، مثل النظام الغذائي الملبنة الحمضة.
يمكن للبكتيريا المتطرفة ، أو البكتيريا شديدة التحمل ، تحمل الظروف التي تعتبر شديدة للغاية بالنسبة لمعظم أشكال الحياة.
يمكن لعشاق الحرارة العيش في درجات حرارة عالية ، تصل إلى 75 إلى 80 درجة مئوية ، ويمكن أن يعيش عشاق الحرارة في درجات حرارة تصل إلى 113 درجة مئوية.
تعيش البكتيريا في أعماق المحيط في ظلام دامس بواسطة فتحات حرارية ، حيث ترتفع درجة الحرارة والضغط. يصنعون طعامهم عن طريق أكسدة الكبريت الذي يأتي من أعماق الأرض.
تشمل الكائنات المتطرفة الأخرى ما يلي:
- الهالوفيلات ، توجد فقط في بيئة مالحة
- الحمضية ، وبعضها يعيش في بيئات حمضية مثل درجة الحموضة 0
- القلويات ، الذين يعيشون في البيئات القلوية حتى درجة الحموضة 10.5
- نفسية ، وجدت في درجات الحرارة الباردة ، على سبيل المثال ، في الأنهار الجليدية
يمكن للأشخاص المتطرفين البقاء على قيد الحياة حيث لا يستطيع أي كائن حي آخر.
التكاثر والتحول
قد تتكاثر البكتيريا وتتغير باستخدام الطرق التالية:
- الانشطار الثنائي: شكل من أشكال التكاثر اللاجنسي ، حيث تستمر الخلية في النمو حتى ينمو جدار خلوي جديد عبر المركز ، مكونًا خليتين. هذه منفصلة ، مما يجعل خليتين مع نفس المادة الجينية.
- نقل المادة الجينية: تكتسب الخلايا مادة وراثية جديدة من خلال عمليات تعرف باسم الاقتران أو التحول أو التنبيغ. يمكن أن تجعل هذه العمليات البكتيريا أقوى وأكثر قدرة على مقاومة التهديدات ، مثل الأدوية المضادة للمضادات الحيوية.
- الأبواغ: عندما تكون بعض أنواع البكتيريا منخفضة الموارد ، فإنها يمكن أن تشكل الأبواغ. تحتوي الأبواغ على مادة الحمض النووي للكائن الحي وتحتوي على الإنزيمات اللازمة للإنبات. إنها شديدة المقاومة للضغوط البيئية. يمكن أن تظل الجراثيم غير نشطة لعدة قرون ، حتى تحدث الظروف المناسبة. ثم يمكن إعادة تنشيطها وتصبح بكتيريا.
- يمكن أن تعيش الأبواغ خلال فترات الإجهاد البيئي ، بما في ذلك الأشعة فوق البنفسجية (UV) وأشعة جاما ، والجفاف ، والجوع ، والتعرض للمواد الكيميائية ، ودرجات الحرارة القصوى.
تنتج بعض البكتيريا الأبواغ الداخلية ، أو الأبواغ الداخلية ، بينما ينتج البعض الآخر الأبواغ الخارجية ، والتي يتم إطلاقها في الخارج. تُعرف هذه باسم الخراجات.
المطثية هو مثال للبكتيريا المكونة للبوغ. هناك حوالي 100 نوع من المطثية، بما فيها كلوستريديوم بوتولينيم (C. botulinim) أو التسمم الغذائي ، المسؤول عن نوع قاتل من التسمم الغذائي ، و المطثية العسيرة (C. صعب) ، الذي يسبب التهاب القولون ومشاكل معوية أخرى.
الاستخدامات
غالبًا ما يُعتقد أن البكتيريا سيئة ، لكن الكثير منها مفيد. لم نكن لنعيش بدونهم. من المحتمل أن يكون الأكسجين الذي نتنفسه ناتجًا عن نشاط البكتيريا.
بقاء الإنسان
تلعب العديد من البكتيريا في الجسم دورًا مهمًا في بقاء الإنسان. تقوم البكتيريا الموجودة في الجهاز الهضمي بتفكيك العناصر الغذائية ، مثل السكريات المعقدة ، إلى أشكال يمكن للجسم استخدامها.
تساعد البكتيريا غير الخطرة أيضًا في الوقاية من الأمراض عن طريق احتلال الأماكن التي تريد البكتيريا المسببة للأمراض أن تلتصق بها. تحمينا بعض البكتيريا من المرض بمهاجمة مسببات الأمراض.
تثبيت النيتروجين
تأخذ البكتيريا النيتروجين وتطلقه للاستخدام النباتي عندما تموت. تحتاج النباتات إلى النيتروجين في التربة لتعيش ، لكنها لا تستطيع أن تفعل ذلك بنفسها. لضمان ذلك ، تحتوي العديد من بذور النباتات على حاوية صغيرة من البكتيريا تُستخدم عندما تنبت النبتة.
تقنية غذائية
بكتيريا حمض اللاكتيك ، مثل اكتوباكيللوس و المكورات اللبنية جنبا إلى جنب مع الخميرة والعفن ، أو الفطريات ، تستخدم لإعداد الأطعمة مثل الجبن وصلصة الصويا والناتو (فول الصويا المخمر) والخل والزبادي والمخللات.
ليس التخمير مفيدًا فقط في حفظ الأطعمة ، ولكن بعض هذه الأطعمة قد تقدم فوائد صحية.
على سبيل المثال ، تحتوي بعض الأطعمة المخمرة على أنواع من البكتيريا تشبه تلك المرتبطة بصحة الجهاز الهضمي. تؤدي بعض عمليات التخمير إلى ظهور مركبات جديدة ، مثل حمض اللاكتيك ، والتي يبدو أن لها تأثيرًا مضادًا للالتهابات.
هناك حاجة إلى مزيد من التحقيقات لتأكيد الفوائد الصحية للأطعمة المخمرة.
البكتيريا في الصناعة والبحث
يمكن للبكتيريا تكسير المركبات العضوية. هذا مفيد لأنشطة مثل معالجة النفايات وتنظيف انسكابات النفط والنفايات السامة.
تستخدم الصناعات الدوائية والكيميائية البكتيريا في إنتاج مواد كيميائية معينة.
تُستخدم البكتيريا في البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية والأبحاث الجينية ، لأنها يمكن أن تنمو بسرعة ويسهل التعامل معها نسبيًا. 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. ليس لها عواقب بيئية غير مرغوب فيها مرتبطة باستخدام مبيدات الآفات.
المخاطر
يمكن أن تسبب بعض أنواع البكتيريا أمراضًا للإنسان ، مثل الكوليرا والدفتيريا والدوسنتاريا والطاعون الدبلي والالتهاب الرئوي والسل والتيفوئيد وغيرها الكثير.
إذا تعرض جسم الإنسان لبكتيريا لا يتعرف عليها الجسم على أنها مفيدة ، فسوف يهاجمها جهاز المناعة. يمكن أن يؤدي رد الفعل هذا إلى ظهور أعراض التورم والالتهاب التي نراها ، على سبيل المثال ، في الجرح المصاب.
مقاومة
في عام 1900 ، كان الالتهاب الرئوي والسل والإسهال أكبر ثلاثة أسباب فتاكة في الولايات المتحدة. أدت تقنيات التعقيم وأدوية المضادات الحيوية إلى انخفاض كبير في الوفيات الناجمة عن الأمراض البكتيرية.
ومع ذلك ، فإن الإفراط في استخدام المضادات الحيوية يجعل علاج العدوى البكتيرية أكثر صعوبة. مع تحور البكتيريا ، تصبح أكثر مقاومة للمضادات الحيوية الموجودة ، مما يجعل علاج العدوى أكثر صعوبة. تتحول البكتيريا بشكل طبيعي ، لكن الإفراط في استخدام المضادات الحيوية يسرع هذه العملية.
"حتى لو تم تطوير أدوية جديدة ، دون تغيير السلوك ، ستظل مقاومة المضادات الحيوية تهديدًا كبيرًا."
منظمة الصحة العالمية (WHO)
لهذا السبب ، يدعو العلماء والسلطات الصحية الأطباء إلى عدم وصف المضادات الحيوية ما لم يكن ذلك ضروريًا ، ويدعو الناس إلى ممارسة طرق أخرى للوقاية من الأمراض ، مثل نظافة الطعام الجيدة ، وغسل اليدين ، والتطعيم ، واستخدام الواقي الذكري.
ميكروبيوم الأمعاء
أدت الأبحاث الحديثة إلى وعي جديد ومتزايد حول كيفية تفاعل جسم الإنسان مع البكتيريا ، وخاصة مجتمعات البكتيريا التي تعيش في الأمعاء ، والمعروفة باسم ميكروبيوم الأمعاء ، أو فلورا الأمعاء.
في عام 2009 ، نشر الباحثون نتائج تشير إلى أن النساء المصابات بالسمنة كن أكثر عرضة للإصابة بنوع معين من البكتيريا ، سيلينوموناس نوكسيا (S. noxia), في أفواههم.
في عام 2015 ، وجد العلماء في جامعة نورث كارولينا أن أمعاء الأشخاص المصابين بفقدان الشهية تحتوي على بكتيريا "مختلفة جدًا" ، أو مجتمعات ميكروبية ، مقارنة بالأشخاص الذين لا يعانون من هذه الحالة. يقترحون أن هذا قد يكون له تأثير نفسي.
تاريخ
منذ أكثر من 2000 عام ، اقترح المؤلف الروماني ، ماركوس تيرينتيوس فارو ، أن المرض قد يكون ناتجًا عن حيوانات صغيرة تطفو في الهواء. ونصح الناس بتجنب أماكن المستنقعات أثناء أعمال البناء لأنها قد تحتوي على حشرات صغيرة جدًا بحيث لا ترى العين أنها تدخل الجسم عن طريق الفم والأنف وتسبب الأمراض.
في القرن السابع عشر ، ابتكر العالم الهولندي أنتوني فان ليوينهوك مجهرًا أحادي العدسة رأى به ما أسماه بالحبيبات ، والتي عُرفت فيما بعد باسم البكتيريا. يعتبر أول عالم ميكروبيولوجي.
في القرن التاسع عشر ، قال الكيميائيان لويس باستير وروبرت كوخ أن الجراثيم تسبب الأمراض. كان هذا معروفًا باسم نظرية الجرثومة.
في عام 1910 ، أعلن العالم بول إيرليش عن تطوير أول مضاد حيوي ، سالفارسان. استخدمه لعلاج مرض الزهري. كما كان أول عالم يكتشف البكتيريا باستخدام البقع.
في عام 2001 ، صاغ Joshua Lederburg مصطلح "ميكروبيوم الأمعاء" ، ويسعى العلماء في جميع أنحاء العالم حاليًا إلى وصف وفهم هياكل وأنواع واستخدامات "نباتات الأمعاء" أو البكتيريا في جسم الإنسان.
مع مرور الوقت ، من المتوقع أن يلقي هذا العمل ضوءًا جديدًا على مجموعة واسعة من الظروف الصحية.
