باکتریها
هدف‌های رفتاری: در پایان این مطلب، فراگیر باید بتواند:
۱- جایگاه میکروارگانیسم‌ها را در میان موجودات زنده توضیح دهد.
۲- تفاوت بین سلول جانوران و گیاهان را بیان کند.
٣- پروتیستهای پروکاریوتیک و یوکاریوتیک را توضیح دهد.
۴- نحوه دسته‌بندی و نامگذاری باکتریها را توضیح دهد.
۵- معیارهای رده‌بندی باکتریها را بیان کند.
۶- نامگذاری علمی باکتریها را توضیح دهد.
۷- عوامل مؤثر در تعیین شکل و اندازه باکتریها در محیط کشت را توضیح دهد.
۸- اشکال مختلف باکتری‌های کروی و میله‌ای را رسم کرده، نامگذاری نماید.
۹- اکتینومیست را توضیح دهد.
۱۰- قسمتهای اصلی تشکیل دهنده باکتریها و وظایف آنها را نام ببرد.
۱۱- باکتریها را از نظر تعداد و طرز قرار گرفتن تارهای لرزان تقسیم‌بندی نماید.
۱۲- تفاوت بین اسپور و باکتری و چگونگی تشکیل اسپور را بیان نماید.
۱۳- رشد و تکثیر و انواع آن در باکتریها را تعریف نماید.
۱۴- مراحل مختلف رشد باکتریها را روی نمودار نمایش دهد.
۱۵- عوامل مختلف مؤثر بر رشد باکتریها را شناخته، آنها را دسته‌بندی کند.
موقعیت باکتریها در طبقه‌بندی موجودات زنده
جایگاه میکروارگانیسم‌ها: تا قرن هجدهم میلادی کلیه موجودات زنده را در یکی از سلسله‌های گیاهی یا جانوری قرار می‌دادند و طبقه‌بندی موجودات زنده در دو سلسله گیاهی و جانوری بر مبنای مشاهده اختلافات تشریحی و عملی بین موجودات زنده صورت می‌گرفت. با کاوش محققان تدریجا معلوم شد که بعضی از موجودات را نمی توانیم در سلسله جانوران یا در سلسله گیاهان قرار دهیم. بعضی از این موجودات در پاره‌ای از خصوصیات به گیاهان و در پاره‌ای از خصوصیات به جانوران شباهت داشتند و بعضی دیگر نیز خصوصیاتشان نه به گیاهان و نه به جانوران شباهت داشت.
نواقص موجود و نارضایتی در رده‌بندی باعث گردید که یکی از پیروان مکتب داروین به نام هکل (Haeckel) چاره‌ای برای این مشکل بیندیشد.
جدول ۱- تفاوت بین سلولهای جانوری و گیاهی آوندی
|
| گیاهان | جانوران |
| منبع انرژی | فتوسنتز (نور خورشید) | مواد آلی (انرژی شیمیایی) |
| کلروفیل | وجود دارد | – |
| ماده ذخیره‌ای | نشاسته | گلیکوژن – چربی |
| حرکت فعال | ندارد | دارد |
| ساختمان دیواره سلولی | دارند | ندارد |
| نحوه رشد | باز (در تمام طول زندگی و کاملا ثابت نیستند) | بسته (تا دوران بلوغ و پس از آن ثابت است) |
پیشنهاد هکل: در سال ۱۸۶۶ میلادی، به سیستم موجود یک سلسله سوم اضافه شد تا میکروارگانیسم‌ها را در خود جای دهد. هکل این گروه را «پروتیست‌ها» (Protists) نامید. یعنی موجودات ابتدایی یا اولیه (Firstlife) که آغازیان ترجمه شده است. آغازیان شامل باکتریها، جلبکها، قارچها و پروتوزوئرها هستند. و ویروسها شامل این دسته‌بندی نمی‌شوند زیرا با خصوصیات ویژه‌ای که دارند از سایر موجودات ذره بینی متمایزند و ساده ترین و کوچکترین موجودات زنده محسوب می‌شوند.
طبقه‌بندی آغازیان: آغازیان به دو دسته پست و عالی تقسیم می‌شوند.
پروتیستهای پروکاریوتیک (Procaryotic) و یوکاریوتیک (Eucaryotic) (اوکاریوتیک): بین ساختار سلولی آغازیان عالی و آغازیان پست تفاوت‌های اساسی وجود دارد. این تفاوتها زمانی آشکار گردید که دانشمندان توانستند اجزای کوچک و بسیار ریز درون سلول را مشاهده نمایند و ترکیب شیمیایی اجزای درون سلول را مشخص سازند و در نتیجه پروتیستهای پست را پروکاریوتیک و پروتیستهای عالی را یوکاریوتیک نامگذاری کنند.
آغازیان عالی (یوکاریوتیک) عبارتند از: قارچها، جلبکها و پروتوزوئرها که دارای هسته کامل و مشخص می‌باشند.
جدول ۲ – ۲ تقسیم‌بندی موجودات زنده بر مبنای پیشنهاد هکل
| موجودات زنده | گیاهان | دانه دار |
|
| سرخسها |
| ||
| خزه‌ها و هپاتیکها |
| ||
| جانوران | مهره داران |
| |
| بی مهره گان |
| ||
| آغازیان | عالی | قارچها | |
| جلبکها | |||
| پروتوزوئرها | |||
| پست | باکتریها |
شکل ۱- یک یاخته پروکاریوتیک
آغازیان پست (پروکاریوتیک) به موجودات تک سلولی که فاقد غشای هسته و میتوکندری است گفته می‌شود.
تفاوت یاخته‌های پروکاریوتیک و اوکاریوتیک از نظر ساختمان و فعالیت مخصوصا از جنبه انتقال خواص ژنتیک، متابولیسم انرژی، ورود و خروج مواد مورد نیاز بسیار زیاد است. (جدول ۳) با تقسیم‌بندی هکلی پروتیست‌ها شامل پروتوزوا، قارچها، جلبکها هستند که او کاریوتی می‌باشند و از نظر خواص یاخته‌ای از گیاهان و حیوانات قابل تمایز نیستند. همه باکتریها پروکاریوت هستند.
مطالعه آزاد
جدول ۳- اختلاف اساسی بین سلولهای اوکاریوتیک (یوکاریوتیک) و پروکاریوتیک
| نام گروه | اوکاریوتیک | پروکاریوتیک |
| هسته | از پرده مشخص پوشیده شده است، چندین کروموزوم، یاخته‌های رویشی، دی پلوئید یا پلی پلوئید | پرده هسته‌ای وجود ندارد. تنها یک کروموزوم (یک گروه اتصال ژنها) وجود دارد. |
| DNA | تقسیم شدن به وسیله میتوز – میوز متصل به پروتئینهای قلیایی است. هیستونها) که در کروموزوم وجود دارند. | میتوز و میوز وجود ندارد. هیستون موجود نیست ولی احتمالا به پلی آمینها متصل است. |
| جدار یاخته‌ای | عدم وجود مجموعه موکو پیتیدی. جدار وجود ندارد (حیوانات). یا از سلولز تشکیل شده است (گیاهان) و یا از کتین (قارچها، مخمرها) تشکیل شده است. | مجموعه موکوپپتیدی که شامل اسیدهای L- آمینه و اسید دی آمینوپملیک (یا L – لیزین) است. به وسیله لیزوزیم متلاشی می‌شود و سنتز آن را پنی سیلین متوقف می‌کند. |
| واحدهای تنفسی | میتوکندری | میتوکندریها موجود نیست یا ابتدایی است (مزوزومها) |
| واحدهای فتوسنتزی | کلروپلاست | کلروپلاست موجود نیست. عضوکهای غشایی و یا وزیکولی (کروموتوفورها) وجود دارد. |
| حرکات آمیبی شکل | وجود یا عدم آن | عدم وجود |
| اعضای حرکتی | تاژکها با ساختمان پیچیده که شامل چندین الیاف است. | تاژکها از یک لیف واحد (اوباکتریا) یا لیف محوری (اسپیرکتها) تشکیل شده اند. |
شکل ۲- نمایش فرضی یک یاخته یوکاریوتیک
طبقه‌بندی باکتریها
دسته‌بندی (تاکسونومی) (Taxonomy): طبقه‌بندی و نامگذاری گیاهان و جانوران و میکروارگانیسم‌ها تاکسونومی‌نامیده می‌شود که از دو کلمه یونانی تاکسیک (Taxis) به معنی ترتیب و نظام و نوموس (Nomos) (ناموس) به معنی قاعده و قانون گرفته شده است. باکتریها را به ترتیب زیر دسته‌بندی می‌کنند.
نامگذاری علمی‌باکتری‌ها: نامگذاری علمی‌باکتری‌ها براساس اسم جنس و اسم گونه و به صورت لاتین نوشته می‌شوند. اسم جنس همیشه با حروف بزرگ مشخص می‌گردد ولی اسم گونه احتیاجی به حروف بزرگ ندارد. نام اول مربوط به جنس باکتری است و اغلب با شکل، نام کاشف و سایر مشخصات که از زبان لاتین اخذ می‌شود مربوط می‌باشد. و نام دوم، نام گونه و عنوان صفتی است که تولید بیماری، رنگ و سایر خواص نام اول را توصیف می‌کند. برای مثال در نام باسیلوس آنتراسیس (Bacillus anthracis)، باسیلوس مشخص کننده باکتری‌های میله‌ای گرم مثبت هاگدار و هوازی است و آنتراسیس یعنی زغالی. بدین صورت که این نوع باسیلوس بیماری آنتراکس یا تب زغالی (شاربون) را ایجاد می‌کند.
اسامی جنس را می توان به اولین حرف یا چند حرف اول آن خلاصه کرد در صورتی که اسامی‌گونه را نمی توان به صورت مخفف نوشت ضمنا بسیاری از نامهای اصلی از نام کاشفین گرفته شده است برای مثال اشریشیا (Escherichia) از نام دانشمند آلمانی اشریش، شیگلا از نام ایمنی شناس ژاپنی شیگلا (Shigella) و سالمونلا (Salmonella) از نام میکروب شناس آمریکایی سالمون ریشه می‌گیرد. علاوه بر این در بسیاری از موارد باکتری را به نام بیماری که ایجاد می‌نماید نامگذاری می‌کنند. بعضی از باکتریها را چون در آزمایشات روتین روزانه با آنها برخورد می‌شود می توان با اسامی غیرعلمی‌نیز نامید مانند: اشریشیاکلی و یا پنوموکوکوس (Pneum coccus) (ذات الریه).
اصول طبقه‌بندی باکتریها: در سال ۱۹۵۸ میلادی کتابی تحت عنوان قوانین بین المللی نامگذاری باکتریها یا ویروسها یا JCNBV تدوین گردید. طبقه‌بندی اساسی باکتریها در کتاب برجی (Bergey’s manual of Determinative Bacteriology) مشخص گردیده است. این کتاب در سال ۱۹۲۳ میلادی اولین بار منتشر گردید و مهمترین کتاب تاکسونومیکی برای میکروب شناسان است اما می‌توان به بعضی از عوامل مؤثر برای متمایز کردن اشاره نمود:
– نحوه حرکت، اندازه و شکل ظاهری: باکتریها از لحاظ وجود ساختارهایی نظیر تاژه یا اندام حرکتی، اسپوروپیلی و همچنین از نظر خصوصیات ظاهری مانند شکل و اندازه از یکدیگر متمایز می‌شوند و این ویژگی‌ها در بعضی از موارد در رده‌بندی و شناسایی آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
– ترتیب اسیدهای آمینه: ترتیب اسیدهای آمینه در یک پروتئین نشانگر مستقیم ترتیب بازی ژن مربوط می‌باشد. از این رو با مقایسه ترتیب اسیدهای آمینه پروتئینهای دو باکتری می‌توان نسبت بین آن دو را تعیین نمود. هر قدر تشابه پروتئین بیشتر باشد به همان نسبت خویشاوندی بین دو باکتری بیشتر است.
– آزمایشات بیوشیمیایی: فعالیت آنزیمی‌باکتری‌ها غالبا برای متمایز کردن آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال در میان باکتری‌های روده گونه اشریشیا و آنتروباکتر را می‌توان براساس تخمیر لاکتوز و تولید CO2 از سالمونلا و شیگلا که فاقد این فعالیت هستند متمایز ساخت.
– آزمایشات سرم شناسی: باکتریها دارای خاصیت آنتی ژنی هستند و با تزریق در بدن حیوانات می توانند آنتی‌کر تولید کنند. سرم واجد این قبیل آنتی کرها را آنتی سرم می‌نامند که به طور تجارتی برای شناسایی باکتری‌های مهم از نظر پزشکی در دسترس قرار دارد. هنگامی که یک باکتری ناشناخته از بیماری جدا می‌شود می توان آن را به کمک آنتی سرم شناسایی کرد.
– رنگ آمیزی: این روش گرچه در سال ۱۸۸۴ میلادی، توسط پزشک دانمارکی هانس کریستین گرم (Hans christian Gram) شناخته شد ولی هم اکنون از اهمیت خاصی برخوردار است. باکتری‌هایی که با این روش رنگ آمیزی می‌شوند، ممکن است به رنگ بنفش (گرم مثبت) یا رنگ قرمز (گرم منفی) مشاهده شوند. تصور می‌شود که این تمایز رنگی مربوط به اختلاف لایه سطحی یا دیواره سلولی این دو نوع باکتری می‌باشد. از این رو، باکتریها به دو دسته گرم منفی و گرم مثبت تقسیم می‌شوند.
شکل و اندازه باکتریها
شکل ظاهری و طرز قرار گرفتن باکتریها: باکتریها موجودات تک سلولی هستند که به اشکال مختلف مانند: گرد، میله‌ای و مارپیچی مشاهده می‌شوند. شکل باکتریها بسته به شرایط محیط کشت و سن آنها متفاوت است بنابراین برای مطالعه آنها، شکل باکتری‌های جوان را در محیط مناسب و درجه حرارت مطلوب در نظر می‌گیرند.
شکل باکتریها از دو نظر مورد توجه است: ۱- انفرادی ۲- تجمعی (Colony) مشخصات کلونی مانند: اندازه، شکل، بافت، قوام، غلظت و رنگ است که در دسته‌بندی باکتریها دارای ارزش افتراقی می‌باشد.
با توجه به تنوع گونه‌ای باکتریها در چهار دسته و شکل فرعی مورد شناسایی قرار گرفته است:
الف – کوکسیها (باکتری‌های کروی): طول و عرض این باکتریها تقریبا مساوی است. بسیاری از آنها شبیه به یک کره واقعی هستند البته کوکسیها ممکن است شبیه به دانه‌های لوبیا، کلیه یا مشعل باشند.
باکتری‌های کروی را بر حسب آرایش بعد از تقسیم، طبقه‌بندی می‌نمایند.
۱- میکروکوکسی‌ها (micrococcus): باکتری‌های گردی هستند که به صورت منفرد و نامرتب کنار هم قرار می‌گیرند.
۲- دیپلوکوکوس‌ها (Diplococcus): هرگاه تقسیم سلولی فقط در یک سطح انجام شود و کوکسیها به صورت دوتا دوتا کنار هم قرار گیرند دیپلوکوکوس خوانده می‌شوند. مثلا عامل بیماری ذات الریه نوعی دیپلوکوکوس می‌باشد.
۳- استرپتوکوکوس‌ها (Streptococcus): باکتری‌هایی کروی هستند که به صورت دانه‌های تسبیح و زنجیروار کنار هم قرار می‌گیرند.
۴- تترادها (تتراکوکوس‌ها) (Tetracoccus): این باکتری‌های کروی به صورت گروههای چهارتایی تجمع می یابند.
۵- سارسینا (Sarcina): کوکسی‌هایی هستند که به صورت دسته‌هایی هشت‌تایی یا بیشتر کنار یکدیگر تجمع می‌کنند.
۶- استافیلوکوکوس‌ها (Staphylococcus): در باکتری‌های کروی هرگاه تقسیم سلولی در دو یا چند سطح انجام گیرد نحوه اجتماعشان به صورت گروههای نامنظم شبیه به خوشه انگور دیده می‌شود.
ب- باسیلها (Bacillus) (باکتری‌های میله‌ای): طول این باکتریها بیشتر از عرض آن است. تفاوت بین طول و عرض این باکتریها متنوع است. مثلا برخی از باسیلها طول و عرض یکسانی دارند (کوکو باسیل) و برخی دیگر کاملا کشیده و رشته‌ای هستند. وضعیت انتهای باسیلها برای تشخیص آنها مهم است. انتهای این باکتریها ممکن است مقطع و چهارگوش، مدور یا کشیده باشد.
باسیلها برحسب طرز قرار گرفتن در کنار یکدیگر به صورت‌های زیر دیده می‌شوند.
۱- باسیل‌های منفرد: این باسیلها نامرتب و نامنظم اند و به صورت درهم کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. اغلب باسیلها به این حالت دیده می‌شوند.
۲- دیپلوباسیلها: این باسیلها به صورت جفت جفت کنار هم قرار می‌گیرند.
۳- استرپتوباسیل: هرگاه باسیلها به صورت زنجیره‌ای دنبال هم قرار گیرند به آنها استرپتوباسیل می‌گویند.
ج – ویبریو (Vibrio): این باکتریها خمیده هستند و شبیه به موز می‌باشند.
د- اسپیریلها (Spirill): باکتری‌های این گروه ساختمان مارپیچی دارند.
– اندازه باکتریها: اندازه باکتریها را بر حسب میکرومتر (میکرومتر برابر با ۱۰۰۰ نانومتر می‌باشد.) یا میکرون (µm) میسنجند که برابر با ۶-۱۰ متر و یا میلیمتر است. اندازه باکتری‌های کوچک که کمتر از میکرون می‌باشند
شکل ۳- شکل و ترتیب قرار گرفتن باکتریها
برحسب نانومتر (nm) و یا آنگستروم (یک آنگستروم ۰/۰۱ نانومتر می‌باشد.) (A) سنجیده می‌شود. باکتریها معمولا حدود ۵/۰ تا ۱ میکرومتر قطر و حدود ۱/۵ تا ۲/۵ میکرومتر طول دارند. باکتری‌های کروی قطری حدود ۰/۷۵ تا ۲ میکرون دارند و باکتری‌های میله‌ای شکل بر مبنای کوچک یا بزرگ بودن به طور متوسط عرضی معادل ۰/۲ تا ۱ میکرومتر و طولی معادل ۰/۷ تا ۳ میکرون دارند.
روش اندازه گیری باکتریها: باکتریها بسیار کوچکند ولی می توان ابعاد آنها را به طور دقیق اندازه گیری نمود. دستگاه اندازه گیری باکتریها میکرومتر نامیده می‌شود. این دستگاه شامل صفحه شیشه‌ای و گرد است که بر روی آن خطوطی مدرج حک شده است. فاصله خطوط پس از تنظیم میکرومتر در هر میکروسکوپ مشخص می‌شود. (مثلا یک میکرون) برای اندازه گیری ابعاد باکتریها، تیغک شیشه‌ای حاوی آنها را طوری قرار می‌دهند که باکتریها در مجاورت میکرومتر چشمی قرار گیرند. بدین ترتیب اندازه آنها از روی درجات مختلف میکرومتر تعیین می‌شود.
