البكتيريا
تشكل البكتيريا مجموعة الكائنات بدائية النوى ، تعامل معها الإنسان دون أن يراها فقد عرف أنها تسبب المرض واستعمل بعضها في عمليات تخمر مختلفة . ولقد كان لاكتشاف المجهر الأثر الكبير في التعرف عليها .
أول من اكتشف وجود البكتيريا العالم الكيميائي الفرنسي "باستير" حيث اكتشف البكتيريا الهوائية واللاهوائية من خلال تجاربه على التخمر واكتشف أيضاً طعومها وارتبط اسمه بعملية البسترة لقتل الكائنات الحية المجهرية التي يمكن ان توجد بالسوائل وخاصة الحليب .
أما العالم الألماني روبرت كوخ فقد أسهم في اكتشاف علاقة البكتيريا بالمرض وأول من عمل مزارع نقية للبكتيريا .
بكتيريا
الجرثومة أو البكتيريا (Bacteria وباليونانية القديمة : bakterion عصيات) كائنات حية دقيقة وحيدة الخلية منها المكورات والعصيات وهي تتجمع مع بعضها وتأخذ أشكالا متعددة مثل عقد أو سبحة فتسمى مكورات عقدية أو على شكل عنقود فتسمى مكورات عنقودية. تتراوح أبعاد البكتريا بين 0.5-5 ميكرومتر مع أن التنوع الواسع للبكتريا يمكن أن يظهر تعدد أشكال كبير جدا. تدرس البكتريا في ما يدعى علم البكتيريا أو الباكتريولوجيا الذي يعتبر فرعا من فروع علم الأحياء الدقيقة. كانت البكتيريا من أولى أشكال الحياة التي ظهرت على سطح الأرض وهي موجودة في معظم المواطن على هذا الكوكب. كما تستوطن التربة، الماء، ينابيع المياه الحارة الحمضية والكبريتية، المخلفات الإشعاعي ، والأجزاء العميقة من القشرة الأرضية. أيضًا تعيش البكتيريا في النباتات والحيوانات (انظر:تعايش (أحياء))، كما تزدهر في المركبات الفضائية المأهولة بالبشر.
يحتوي الجرام الواحد من التربة على ما يقارب 40 مليون خلية بكتيرية، ويوجد حوالي مليون خلية بكتيرية في الملي لتر الواحد من المياه العذبة. يقدر عدد البكتيريا في الأرض بحوالي 5×1030مكونة بذلك كتلة بيولوجية تتعدى كل الحيوانات والنباتات. للبكتيريا دور حيوي في عملية إعادة تدوير المواد الغذائية حيث أن خطوات عديدة في عملية الدورة الغذائية تعتمد على هذه الكائنات، مثل عملية تثبيت النيتروجين من الغلاف الجوي وعملية التعفن. في البيئات الحيوية المحيطة بالشقوق الحرارية المائية والشقوق الباردة (في المحيطات) تقوم البكتيريا بتوفير الغذاء اللازم للحفاظ على الحياة عن طريق تحويل بعض المركبات الذائبة كسلفايد الهيدروجين والميثان إلى طاقة. في 17 مارس عام 2013 توصل الباحثون إلى معلومات تشير إلى أن البكتيريا تتواجد في خندق ماريانا وهو أعمق منطقة على الأرض.
توصل باحثون آخرون إلى دراسات مشابهة تشير إلى أن الميكروبات تعيش داخل صخور تبلغ 1900 قدم بعيدًا تحت قاع البحر تحت 8500 قدم من المحيط مقابل السواحل الشمالية الغربية للولايات المتحدة. ووفقا لما يذكره أحد الباحثين "بإمكانك إيجاد الميكروبات في كل مكان – لديهم قدرة عالية على التكيف مع أي ظرف وبيئة ويمكنهم البقاء على قيد الحياة أينما كانوا".
ولقد ارتبط اسم البكتيريا كثيراً بالأمراض التي تسببها للإنسان ولكن الاكتشافات الحديثة والتقدم السريع الذي حدث في العلوم التطبيقية أظهرت أن البكتيريا تلعب دوراً هاماً في كثير من الصناعات الغذائية والدوائية والتخلص من المواد العضوية وغير العضوية وكذلك معالجة المياه العادمة والمعالجة الحيوية لمخلفات المزارع واستخدامها في إنتاج الطاقة وغاز الميثان .
* أصل التسمية
كلمة بكتيريا هي الجمع من كلمة بكتيريم في اللاتنية الجديدة، وتُرجمت للغة اليونانية من الكلمة اليونانية (βακτήριον (baktērion، وهي تصغير كلمة βακτηρία baktēria)) [13] وتعني "قضيب أو عصا لأن أول أنواع البكتيريا التي تم اكتشافها كانت على شكل عصا. هناك خلاف في استخدام المصطلح العربي بين من يستخدم كلمة "جراثيم" بشكل واسع كمقابل ل "Germ" وتبقى البكتريا مقابل ل "Bacteria" لكن البعض الآخر يستخدم مصطلح جراثيم كمقابل لكلمة Bacteria أيضا.مصطلح "بكتريا" استخدم تاريخيا لكل بدائيات النوى أحادية الخلية المجهرية، ومع ان هذا ما زال شائعا في الحياة اليومية إلا أن تطور علم الأحياء الدقيقة كشف عن تفصيلات تفرق بشكل واضح بين الفيروسات والبكتريا والفطريات. وبشكل أكبر بين منحيين في التطور ضمن البكتريا نفسها أنتجا صنفين (انظر نظام ثلاثي النطاقات): بكتيريا حقيقية وعواتق أي جراثيم قديمة. حاليا يطلق عليهم اسم بكتيريا التي نتحدث عنها هنا وعتائق.
* الجدول الزمني للتطور والتاريخ التطوري للحياة
منذ ما يقارب أربعة بلايين سنة كانت أسلاف البكتيريا الحديثة كائنات حية دقيقة أحادية الخلية وشكلت أول مظهر من مظاهر الحياة على سطح الأرض. وخلال ثلاثة بلايين سنة كانت جميع الكائنات الحية الدقيقة كائنات مجهرية، كما كانت البكتيريا والعتائق (نوع من الجراثيم) أشكالا مهيمنة على الحياة . وعلى الرغم من وجود مستحثات بكتيريه مثل ستروماتوليت، فإن إفتقارها إلى التشكل المميز أدى إلى منعها من أن تُستخدم لدراسة تاريخ التطور البكتيري أو أن تؤرخ زمن نشأة بعض العينات البكتيرية الخاصة. على كل حال يمكن استخدام التسلسل الجيني في إعادة بناء النظام البكتيري التطوري وهذه الدراسات تشير إلى أن البكتيريا تفرعت من سلالة الكائنات حقيقية النواة (نوع من أنواع البكتيريا).
* الخصائص العامة للبكتيريا :
1. كائنات دقيقة مجهرية بدائية النوى .
2. تتميز ببساطة التركيب :
إذ تتركب من جدار وغشاء خلويين يحيطان بالسيتوبلازم الذي يحوي كروموسوماً حلقياً واحد DNA ولا يحتوي على بروتين الهستون وقد يحتوي على واحد أو اكثر من جزيئات DNA على شكل دوائر صغيرة تسمى البلازميدات وتتكاثر بصورة مستقلة عن الكروموسوم ، والرايبوسومات وبعض الأجسام التخزينية .
. تأتي صلابة جدارها لوجود متعدد الببتيد (ببتيد وغلايكان peptedoglycon) ويكون هذا الجدار متعدد الطبقات في البكتيريا موجبة الغرام ، أو رقيقاً محاطاً بغلاف خارجي مكون من سكريات دهنية وبروتينات في البكتيريا سالبة الغرام .
4. توجد أغلفة خارج الجدار الخلوي مثل الأغمدة – وقد تحاط بعض أنواعها بطبقة مخاطية تسمى المحفظة Capsule تشكل غطاء وتخزن المواد الغذائية وتزيد من قدرة بعض أنواع البكتيريا في إحداث المرض .
5. يختلف حجم الخلية البكتيرية فمنها ما هو متناهي الصغر كما في الميكوبلازما يتراوح قطر خليتها بين 100-200 نانومتر – ومنها ما هو كبير قد يصل إلى 500 نانومتر . كما في بكتيريا القولون العصوية .
6. تتكاثر بالانشطار الثنائي البسيط
7. تتغذى على المواد العضوية وغير العضوية تحت الظروف الهوائية واللاهوائية وبعضها ذاتي التغذية .
*- الاسواط :
تعد الأسواط وسيلة الحركة في كثير من أنواع البكتيريا وهي تتركب من مادة الغلاجين وقد يوجد عليها سوط واحد في أحد قطبي الخلية أو سوط في كل قطب أو مجموعة من الأسواط على أحد قطبي الخلية أو سوط في كل قطب أو مجموعة من الأسواط على أحد القطبين أو كلاهما أو قد تحيط الاسواط بجسم الخلية .
. تنتشر على سطح خلايا أنواع من البكتيريا سالبة الغرام تراكيب تسمى الشعيرات وهي مشابهة للأسواط ، إلا أنها أقصر ومن وظائفها :
* تساعد البكتيريا في الالتصاق بالسطح .
* هناك نوع منها يسمى الشعيرات الجنسية يساعد على نقل المواد الوراثية أثناء عملية الاقتران .
*. لكي تتم رؤية خلايا البكتيريا بوضوح تحت المجهر نحتاج إلى استعمال أصباغ مختلفة وهي :
أ) الأصباغ العادية :
مثل أزرق المثيلين وهو أكثرها استعمالاً تظهر البكتيريا مصبوغة باللون الأزرق .
ب) صبغة غرام Gram Stain :
ـ وهي تتلخص في استعمال صبغتين مختلفتين هما : البنفسج البلوري Crystal violet والصفرانين Safranin
ـ تأخذ بعض أنواع البكتيريا الصبغة البنفسجية فقط وتسمى موجبة لصبغة الغرام .
ـ تأخذ أنواع أخرى صبغة الصفرانين وتظهر حمراء أو زهرية وتسمى بكتيريا سالبة لصبغة الغرام وبذلك يمكن تمييز هذين النوعين من البكتيريا وتصنيفها – ويعتمد ذلك على تركيب الجدار الخلوي لكل نوع .
ج) الصبغة المقاومة للحمض acid fast stain : كالمستخدمة في بكتيريا السل .
د) أصباغ خاصة تساعد على إظهار بعض التراكيب الخلوية : مثل الأبواغ ، الأسواط أو المحفظة.
ج) بكتيريا لولبية :
وهي أكبرها حجماً مثل بكتيريا مرض الزهري .
* الظروف الملائمة لتكاثر البكتيريا ونموها
تتميز البكتيريا بمقدرتها على التأقلم حسب الظروف المحيطة ومما تحتاجه البكتيريا :
1) الغذاء :
تقسم البكتيريا حسب طريقة تغذيتها إلى :
أ ) ذاتية التغذية: حيث تقوم بتجهيز احتياجاتها الغذائية من عناصر أو مركبات غير عضوية ومنها :
· ذاتية التغذية الضوئية تستخدم الطاقة الشمسية للقيام بعملية البناء الضوئي .
· ذاتية التغذية الكيمائية حيث تستخدم الطاقة الكيميائية الناتجة من أكسدة العناصر والمواد الكيميائية لتثبيت ثاني أكسيد الكربون وبناء احتياجاتها من المواد العضوية مثل اكسدة النيتروجين أو الكبريت أو مركباتهما .
ب) غير ذاتية التغذية :
أي عضوية التغذية وتحصل على الطاقة اللازمة لها عن طريق التحليل الكيميائي للمركبات العضوية كالكربوهيدرات والدهون والبروتينات كما يحدث في عملية التخمر (التنفس اللاهوائي) أو استخدام الاكسجين مباشرة كما في التنفس الهوائي للحصول على الطاقة اللازمة .
2) الماء :
يعد الماء وسطاً مناسباً لنشاط البكتيريا وتكاثرها حيث يشكل 80% من كتلتها الخلوية ولذلك فإن عملية التجفيف تساعد في حفظ الغذاء أطول فترة ممكنة حيث لا تتمكن البكتيريا من التكاثر بعيداً عن الرطوبة .
3)درجة الحرارة :
تزداد أنشطة البكتيريا الأيضية بازدياد درجة الحرارة إلى أن تصل إلى حد تعيق فيه نمو البكتيريا فتثبطه "درجة الحرارة العظمى" حيث تؤثر في الأنزيمات والحمض النووي DNA والرايبوسومات فتحد من نشاطها وتقتلها أما درجات الحرارة الصغرى فتحد من نمو البكتيريا ونشاطها دون أن تقتلها .
4) الرقم الهيدروجيني (pH):
تنمو غالبية أنواع البكتيريا في الوسط المتعادل إلا أن بعضها ينمو في أوساط حمضية فتسمى البكتيريا الحمضية، وأنواع أخرى تنمو في أوساط قاعدية وتسمى البكتيريا القاعدية .
5) الأوكسجين :
يمكن تقسيم البكتيريا إلى ثلاثة أنواع رئيسية حسب احتياجها للأكسجين .
أ. بكتيريا هوائية :
تحتاج إلى وجود كمية من الأكسجين كعامل رئيسي في عمليات الأيض والتحول الغذائي لإنتاج الطاقة.
ب. بكتيريا لاهوائية :
ويعد الاكسجين ساماً لها – حيث تعتمد في إنتاج طاقتها في عمليات التنفس اللاهوائية أما عند وجود الاكسجين فإنه ينتج مواد كيميائية مؤكسدة تتلف أجزاء الخلية وأنزيماتها وتؤدي إلى موتها .
ج. بكتيريا لاهوائية اختيارية : تستطيع العيش بجود الاكسجين أو عدمه .
6)تأثير المضادات الحيوية والمواد المطهرة :
وجود هذه المواد لها أثر فعّال في تثبيط نمو البكتيريا والقضاء عليها وكذلك بالنسبة للمواد الكيماوية المعقمة antiseptics .
* تكاثر البكتيريا :
* تتكاثر البكتيريا بالانشطار الثنائي بنسب هندسية متصاعدة
(1 ، 2 ، 4 ، 8 ، 16 ، 32 , ...) .
* تتفاوت سرعة الانقسام من نوع إلى آخر .
* تتراوح المدة اللازمة لانقسام الخلية الواحدة بين 20 دقيقة واكثر من يوم واحد .
* يمر نمو الخلايا بمراحل يطلق عليها أطوار النمو وهي :
1. طور الركود : لا تنقسم فيه الخلية ولكنها تكون تراكيبها وعضياتها والمواد اللازمة للانقسام .
2.طور النمو : ( الطور اللوغاريتمي ) وتكون سرعة انقسام الخلايا بنسب هندسية متصاعدة .
3. طور التوقف أو الثبات "عدد الخلايا الناتجة = عدد الخلايا الميتة"
4. طور الهبوط أو الموت : تزداد نسبة الخلايا الميتة ( وتكون سرعة الموت لوغاريتمية أيضاً )
* في البكتيريا العصوية : تنقسم الخلايا في مستوى واحد وإذا بقيت متصلة شكلت سلسلة من الخلايا ( مرض الجمرة الخبيثة ) .
* في البكتيريا الكروية : تنقسم الخلايا في مستويات مختلفة وينتج تجمعات بكتيرية مميزة .
وقد تنقسم في مستوى واحد وتبقى متصلة على شكل سلاسل (بكتيريا السبحية)
أو قد تنقسم في مستويين متعامدين يشكلان صفائح منتظمة (بكتيريا البيديوكوكس)
أو في ثلاثة مستويات متعامدة مع بعضها لتشكل مكعباً من ثماني خلايا (بكتيريا السارسينا)
أو ثلاثة مستويات غير متعامدة أو منتظمة لتشكل عنقوداً غير منتظم (بكتيريا المكورات العنقودية) .
ومما هو جدير بالذكر لا يوجد تكاثر جنسي في البكتيريا ولا يتم فيها انقسام منصف وذلك نظراً لأنها غير حقيقية النوى ولا تحتوي إلا على كروموسوم واحد فقط ولكن يوجد هناك انتقال للمادة الوراثية يتم بثلاث طرائق رئيسية هي :
أ) التحول : وهو انتقال حمض DNA من البيئة المحيطة إلى داخل الخلية وقد يحدث عبور تتبادل فيه المواد والمعلومات الوراثية لتنشأ صفات جديدة في الخلية البكتيرية المستلمة ( المستقبلة ) .
ب) الاقتران : وهو انتقال العوامل الوراثية من خلية بكتيرية معطية إلى خلية مستقبلة عن طريق الاتصال المباشر بينهما بواسطة الشعيرات الجنسية .
ج) النقل : حيث يتم انتقال العوامل الوراثية من فيروس ( لاقم البكتيريا ) إلى خلية بكتيرية ( راجع تكاثر الفيروسات ) .
الآثار الاقتصادية للبكتيريا :
ليست البكتيريا كلية مسببة للأمراض أو مضرة بالكائنات الحية وإنما للبكتيريا فوائد جمة في الصناعات والبيئة ولولا وجود البكتيريا لأصبحت الحياة غير ممكنة على وجه الأرض .
1. البكتيريا والطعام :
الطعام يمثل بيئة جيدة لنمو البكتيريا وتكاثرها وتسبب حالات من التسمم الغذائي مثل :
· السالمونيلا : تسبب الاسهالات
· الكلوستريديوم : تسبب التسمم الغذائي البوتيوليني botulism .
2. البكتيريا والصناعات الغذائية :
تلعب البكتيريا دوراً هاماً في الصناعات الغذائية مثل :
الألبان / الأجبان / الزبدة / المخللات / إنتاج الحموض العضوية مثل حمض الخليك وحمض اللبن وانتاج بروتين الخلية الواحدة الذي يستعمل كغذاء للماشية والدواجن .
3. البكتيريا والصناعة : ـ انتاج بعض الهرمونات مثل الانسولين عن طريق هندسة الجينات
ـ صناعة المضادات الحيوية الحديثة .
ـ صناعة بعض المواد العضوية (الستيرويدات – الفيتامينات) .
4. البكتيريا والبيئة :
تنظيف البيئة ومعالجة المياه العادمة والتخلص من المواد العضوية وغير العضوية من مخلفات المصانع والمنازل بما فيها من عناصر ثقيلة سامة كالرصاص والزئبق ومعالجة المخلفات لانتاج الطاقة من غاز الميثان ومعالجة التلوث بالبقع النفطية وفي دورات العناصر في الطبيعة كدورة الكربون والكبريت والنيتروجين وكذلك تسهم مع الفطريات في تحليل الأجسام الميتة مما يساعد في خصوبة التربة .
5. البكتيريا والإنسان :
تعيش بعض أنواع البكتيريا معيشة تكافلية في أمعاء الانسان والحيوان فهي تساعد في هضم بعض المواد الدهنية وهضم السليلوز كما تساعد في بناء فيتاميني K , B في أمعائه .
6.البكتيريا والحشرات :
تنتج بعض أنواع البكتيريا العضوية بلورات سامة مرافقة للأبواغ الداخلية تستخدم في القضاء على كثير من الحشرات الممرضة التي تتخذ من هذه البكتيريا غذاء لها.
* البكتيريا ورواد الفضاء :
أوضح فريق بحث في جامعة ولاية أريزونا الأمريكية من خلال العمل في موقع تابع لـ"ناسا" أن الجهاز المناعي لرواد الفضاء يضعف خلال الرحلة، ما يزيد من خطورة الإصابة بالعدوى، فضلاً عن أن البكتيريا تصبح أكثر ضراوة في الفضاء ما يتسبب بالأمراض.
وقالت المشرفة على فريق العمل شيرلي نيكرسون إن "بكتيريا السالمونيلا تصبح أكثر ضراوة وقدرة على التسبب بالمرض،" مضيفة أنها تصبح أكثر مقاومة لعوامل عدة مثل الاحماض الموجودة في المعدة.
وتزيد خطورة إصابة رواد الفضاء، الذين يقضون فترات زمنية أطول في الفضاء، بعدوى الامراض نتيجة تناول المياه المعاد تدويرها وتنفس الهواء المعاد تدويره.
وأشار أحد المسؤولين عن صحة طاقم الفضاء في "ناسا" مارك نوت: "نحن في حرب مستمرة مع الكائنات الحية الدقيقة، بسبب قدرتها على التكيف بسرعة في بيئة الفضاء،" مشيراً إلى أن "البيئة المجهدة لرحلات الفضاء تضعف من فعالية الجهاز المناعي في تأدية وظائفه، ما يسبب بعض أنواع البكتيريا مثل الزائفة الزنجارية."
وأكد نوت أن "الكائنات الحية الدقيقة لا تؤثر جميعها على الصحة بشكل سلبي،" شارحاً أن "بعض أنواع بكتيريا المكورات العنقودية الذهبية والتي تسبب مجموعة من الأعراض مثل التسمم الغذائي، تصبح حميدة في الجاذبية الصغرى."
وتأمل نيكرسون، من خلال دراسة التغيرات في البكتيريا المسببة للأمراض مثل السالمونيلا، أن يتم توفير يئة صحية سليمة لرواد الفضاء بالإضافة إلى تطوير عقاقير ولقاحات تساهم في صحة البشر على الأرض، موضحة أن "علاج العدوى أصبح أمراً في غاية الصعوبة، إذ لا يوجد لقاحات لسالمونيلا التسمم الغذائي والتي تعتبر أحد الأسباب الرئيسية في نقل البكتيريا عبر الغذاء في جميع أنحاء العالم."
مقطع تشريحي للبكتريا
تشكل البكتيريا مجموعة الكائنات بدائية النوى ، تعامل معها الإنسان دون أن يراها فقد عرف أنها تسبب المرض واستعمل بعضها في عمليات تخمر مختلفة . ولقد كان لاكتشاف المجهر الأثر الكبير في التعرف عليها .
أول من اكتشف وجود البكتيريا العالم الكيميائي الفرنسي "باستير" حيث اكتشف البكتيريا الهوائية واللاهوائية من خلال تجاربه على التخمر واكتشف أيضاً طعومها وارتبط اسمه بعملية البسترة لقتل الكائنات الحية المجهرية التي يمكن ان توجد بالسوائل وخاصة الحليب .
أما العالم الألماني روبرت كوخ فقد أسهم في اكتشاف علاقة البكتيريا بالمرض وأول من عمل مزارع نقية للبكتيريا .
بكتيريا
الجرثومة أو البكتيريا (Bacteria وباليونانية القديمة : bakterion عصيات) كائنات حية دقيقة وحيدة الخلية منها المكورات والعصيات وهي تتجمع مع بعضها وتأخذ أشكالا متعددة مثل عقد أو سبحة فتسمى مكورات عقدية أو على شكل عنقود فتسمى مكورات عنقودية. تتراوح أبعاد البكتريا بين 0.5-5 ميكرومتر مع أن التنوع الواسع للبكتريا يمكن أن يظهر تعدد أشكال كبير جدا. تدرس البكتريا في ما يدعى علم البكتيريا أو الباكتريولوجيا الذي يعتبر فرعا من فروع علم الأحياء الدقيقة. كانت البكتيريا من أولى أشكال الحياة التي ظهرت على سطح الأرض وهي موجودة في معظم المواطن على هذا الكوكب. كما تستوطن التربة، الماء، ينابيع المياه الحارة الحمضية والكبريتية، المخلفات الإشعاعي ، والأجزاء العميقة من القشرة الأرضية. أيضًا تعيش البكتيريا في النباتات والحيوانات (انظر:تعايش (أحياء))، كما تزدهر في المركبات الفضائية المأهولة بالبشر.
يحتوي الجرام الواحد من التربة على ما يقارب 40 مليون خلية بكتيرية، ويوجد حوالي مليون خلية بكتيرية في الملي لتر الواحد من المياه العذبة. يقدر عدد البكتيريا في الأرض بحوالي 5×1030مكونة بذلك كتلة بيولوجية تتعدى كل الحيوانات والنباتات. للبكتيريا دور حيوي في عملية إعادة تدوير المواد الغذائية حيث أن خطوات عديدة في عملية الدورة الغذائية تعتمد على هذه الكائنات، مثل عملية تثبيت النيتروجين من الغلاف الجوي وعملية التعفن. في البيئات الحيوية المحيطة بالشقوق الحرارية المائية والشقوق الباردة (في المحيطات) تقوم البكتيريا بتوفير الغذاء اللازم للحفاظ على الحياة عن طريق تحويل بعض المركبات الذائبة كسلفايد الهيدروجين والميثان إلى طاقة. في 17 مارس عام 2013 توصل الباحثون إلى معلومات تشير إلى أن البكتيريا تتواجد في خندق ماريانا وهو أعمق منطقة على الأرض.
توصل باحثون آخرون إلى دراسات مشابهة تشير إلى أن الميكروبات تعيش داخل صخور تبلغ 1900 قدم بعيدًا تحت قاع البحر تحت 8500 قدم من المحيط مقابل السواحل الشمالية الغربية للولايات المتحدة. ووفقا لما يذكره أحد الباحثين "بإمكانك إيجاد الميكروبات في كل مكان – لديهم قدرة عالية على التكيف مع أي ظرف وبيئة ويمكنهم البقاء على قيد الحياة أينما كانوا".
ولقد ارتبط اسم البكتيريا كثيراً بالأمراض التي تسببها للإنسان ولكن الاكتشافات الحديثة والتقدم السريع الذي حدث في العلوم التطبيقية أظهرت أن البكتيريا تلعب دوراً هاماً في كثير من الصناعات الغذائية والدوائية والتخلص من المواد العضوية وغير العضوية وكذلك معالجة المياه العادمة والمعالجة الحيوية لمخلفات المزارع واستخدامها في إنتاج الطاقة وغاز الميثان .
* أصل التسمية
كلمة بكتيريا هي الجمع من كلمة بكتيريم في اللاتنية الجديدة، وتُرجمت للغة اليونانية من الكلمة اليونانية (βακτήριον (baktērion، وهي تصغير كلمة βακτηρία baktēria)) [13] وتعني "قضيب أو عصا لأن أول أنواع البكتيريا التي تم اكتشافها كانت على شكل عصا. هناك خلاف في استخدام المصطلح العربي بين من يستخدم كلمة "جراثيم" بشكل واسع كمقابل ل "Germ" وتبقى البكتريا مقابل ل "Bacteria" لكن البعض الآخر يستخدم مصطلح جراثيم كمقابل لكلمة Bacteria أيضا.مصطلح "بكتريا" استخدم تاريخيا لكل بدائيات النوى أحادية الخلية المجهرية، ومع ان هذا ما زال شائعا في الحياة اليومية إلا أن تطور علم الأحياء الدقيقة كشف عن تفصيلات تفرق بشكل واضح بين الفيروسات والبكتريا والفطريات. وبشكل أكبر بين منحيين في التطور ضمن البكتريا نفسها أنتجا صنفين (انظر نظام ثلاثي النطاقات): بكتيريا حقيقية وعواتق أي جراثيم قديمة. حاليا يطلق عليهم اسم بكتيريا التي نتحدث عنها هنا وعتائق.
* الجدول الزمني للتطور والتاريخ التطوري للحياة
منذ ما يقارب أربعة بلايين سنة كانت أسلاف البكتيريا الحديثة كائنات حية دقيقة أحادية الخلية وشكلت أول مظهر من مظاهر الحياة على سطح الأرض. وخلال ثلاثة بلايين سنة كانت جميع الكائنات الحية الدقيقة كائنات مجهرية، كما كانت البكتيريا والعتائق (نوع من الجراثيم) أشكالا مهيمنة على الحياة . وعلى الرغم من وجود مستحثات بكتيريه مثل ستروماتوليت، فإن إفتقارها إلى التشكل المميز أدى إلى منعها من أن تُستخدم لدراسة تاريخ التطور البكتيري أو أن تؤرخ زمن نشأة بعض العينات البكتيرية الخاصة. على كل حال يمكن استخدام التسلسل الجيني في إعادة بناء النظام البكتيري التطوري وهذه الدراسات تشير إلى أن البكتيريا تفرعت من سلالة الكائنات حقيقية النواة (نوع من أنواع البكتيريا).
* الخصائص العامة للبكتيريا :
2. تتميز ببساطة التركيب :
إذ تتركب من جدار وغشاء خلويين يحيطان بالسيتوبلازم الذي يحوي كروموسوماً حلقياً واحد DNA ولا يحتوي على بروتين الهستون وقد يحتوي على واحد أو اكثر من جزيئات DNA على شكل دوائر صغيرة تسمى البلازميدات وتتكاثر بصورة مستقلة عن الكروموسوم ، والرايبوسومات وبعض الأجسام التخزينية .
. تأتي صلابة جدارها لوجود متعدد الببتيد (ببتيد وغلايكان peptedoglycon) ويكون هذا الجدار متعدد الطبقات في البكتيريا موجبة الغرام ، أو رقيقاً محاطاً بغلاف خارجي مكون من سكريات دهنية وبروتينات في البكتيريا سالبة الغرام .
4. توجد أغلفة خارج الجدار الخلوي مثل الأغمدة – وقد تحاط بعض أنواعها بطبقة مخاطية تسمى المحفظة Capsule تشكل غطاء وتخزن المواد الغذائية وتزيد من قدرة بعض أنواع البكتيريا في إحداث المرض .
5. يختلف حجم الخلية البكتيرية فمنها ما هو متناهي الصغر كما في الميكوبلازما يتراوح قطر خليتها بين 100-200 نانومتر – ومنها ما هو كبير قد يصل إلى 500 نانومتر . كما في بكتيريا القولون العصوية .
6. تتكاثر بالانشطار الثنائي البسيط
7. تتغذى على المواد العضوية وغير العضوية تحت الظروف الهوائية واللاهوائية وبعضها ذاتي التغذية .
*- الاسواط :
تعد الأسواط وسيلة الحركة في كثير من أنواع البكتيريا وهي تتركب من مادة الغلاجين وقد يوجد عليها سوط واحد في أحد قطبي الخلية أو سوط في كل قطب أو مجموعة من الأسواط على أحد قطبي الخلية أو سوط في كل قطب أو مجموعة من الأسواط على أحد القطبين أو كلاهما أو قد تحيط الاسواط بجسم الخلية .
. تنتشر على سطح خلايا أنواع من البكتيريا سالبة الغرام تراكيب تسمى الشعيرات وهي مشابهة للأسواط ، إلا أنها أقصر ومن وظائفها :
* تساعد البكتيريا في الالتصاق بالسطح .
* هناك نوع منها يسمى الشعيرات الجنسية يساعد على نقل المواد الوراثية أثناء عملية الاقتران .
*. لكي تتم رؤية خلايا البكتيريا بوضوح تحت المجهر نحتاج إلى استعمال أصباغ مختلفة وهي :
أ) الأصباغ العادية :
مثل أزرق المثيلين وهو أكثرها استعمالاً تظهر البكتيريا مصبوغة باللون الأزرق .
ب) صبغة غرام Gram Stain :
ـ وهي تتلخص في استعمال صبغتين مختلفتين هما : البنفسج البلوري Crystal violet والصفرانين Safranin
ـ تأخذ بعض أنواع البكتيريا الصبغة البنفسجية فقط وتسمى موجبة لصبغة الغرام .
ـ تأخذ أنواع أخرى صبغة الصفرانين وتظهر حمراء أو زهرية وتسمى بكتيريا سالبة لصبغة الغرام وبذلك يمكن تمييز هذين النوعين من البكتيريا وتصنيفها – ويعتمد ذلك على تركيب الجدار الخلوي لكل نوع .
ج) الصبغة المقاومة للحمض acid fast stain : كالمستخدمة في بكتيريا السل .
د) أصباغ خاصة تساعد على إظهار بعض التراكيب الخلوية : مثل الأبواغ ، الأسواط أو المحفظة.
ج) بكتيريا لولبية :
وهي أكبرها حجماً مثل بكتيريا مرض الزهري .
* الظروف الملائمة لتكاثر البكتيريا ونموها
تتميز البكتيريا بمقدرتها على التأقلم حسب الظروف المحيطة ومما تحتاجه البكتيريا :
1) الغذاء :
تقسم البكتيريا حسب طريقة تغذيتها إلى :
أ ) ذاتية التغذية: حيث تقوم بتجهيز احتياجاتها الغذائية من عناصر أو مركبات غير عضوية ومنها :
· ذاتية التغذية الضوئية تستخدم الطاقة الشمسية للقيام بعملية البناء الضوئي .
· ذاتية التغذية الكيمائية حيث تستخدم الطاقة الكيميائية الناتجة من أكسدة العناصر والمواد الكيميائية لتثبيت ثاني أكسيد الكربون وبناء احتياجاتها من المواد العضوية مثل اكسدة النيتروجين أو الكبريت أو مركباتهما .
ب) غير ذاتية التغذية :
أي عضوية التغذية وتحصل على الطاقة اللازمة لها عن طريق التحليل الكيميائي للمركبات العضوية كالكربوهيدرات والدهون والبروتينات كما يحدث في عملية التخمر (التنفس اللاهوائي) أو استخدام الاكسجين مباشرة كما في التنفس الهوائي للحصول على الطاقة اللازمة .
2) الماء :
يعد الماء وسطاً مناسباً لنشاط البكتيريا وتكاثرها حيث يشكل 80% من كتلتها الخلوية ولذلك فإن عملية التجفيف تساعد في حفظ الغذاء أطول فترة ممكنة حيث لا تتمكن البكتيريا من التكاثر بعيداً عن الرطوبة .
3)درجة الحرارة :
تزداد أنشطة البكتيريا الأيضية بازدياد درجة الحرارة إلى أن تصل إلى حد تعيق فيه نمو البكتيريا فتثبطه "درجة الحرارة العظمى" حيث تؤثر في الأنزيمات والحمض النووي DNA والرايبوسومات فتحد من نشاطها وتقتلها أما درجات الحرارة الصغرى فتحد من نمو البكتيريا ونشاطها دون أن تقتلها .
4) الرقم الهيدروجيني (pH):
تنمو غالبية أنواع البكتيريا في الوسط المتعادل إلا أن بعضها ينمو في أوساط حمضية فتسمى البكتيريا الحمضية، وأنواع أخرى تنمو في أوساط قاعدية وتسمى البكتيريا القاعدية .
5) الأوكسجين :
يمكن تقسيم البكتيريا إلى ثلاثة أنواع رئيسية حسب احتياجها للأكسجين .
أ. بكتيريا هوائية :
تحتاج إلى وجود كمية من الأكسجين كعامل رئيسي في عمليات الأيض والتحول الغذائي لإنتاج الطاقة.
ب. بكتيريا لاهوائية :
ويعد الاكسجين ساماً لها – حيث تعتمد في إنتاج طاقتها في عمليات التنفس اللاهوائية أما عند وجود الاكسجين فإنه ينتج مواد كيميائية مؤكسدة تتلف أجزاء الخلية وأنزيماتها وتؤدي إلى موتها .
ج. بكتيريا لاهوائية اختيارية : تستطيع العيش بجود الاكسجين أو عدمه .
6)تأثير المضادات الحيوية والمواد المطهرة :
وجود هذه المواد لها أثر فعّال في تثبيط نمو البكتيريا والقضاء عليها وكذلك بالنسبة للمواد الكيماوية المعقمة antiseptics .
* تكاثر البكتيريا :
* تتكاثر البكتيريا بالانشطار الثنائي بنسب هندسية متصاعدة
(1 ، 2 ، 4 ، 8 ، 16 ، 32 , ...) .
* تتفاوت سرعة الانقسام من نوع إلى آخر .
* تتراوح المدة اللازمة لانقسام الخلية الواحدة بين 20 دقيقة واكثر من يوم واحد .
* يمر نمو الخلايا بمراحل يطلق عليها أطوار النمو وهي :
1. طور الركود : لا تنقسم فيه الخلية ولكنها تكون تراكيبها وعضياتها والمواد اللازمة للانقسام .
2.طور النمو : ( الطور اللوغاريتمي ) وتكون سرعة انقسام الخلايا بنسب هندسية متصاعدة .
3. طور التوقف أو الثبات "عدد الخلايا الناتجة = عدد الخلايا الميتة"
4. طور الهبوط أو الموت : تزداد نسبة الخلايا الميتة ( وتكون سرعة الموت لوغاريتمية أيضاً )
* في البكتيريا العصوية : تنقسم الخلايا في مستوى واحد وإذا بقيت متصلة شكلت سلسلة من الخلايا ( مرض الجمرة الخبيثة ) .
* في البكتيريا الكروية : تنقسم الخلايا في مستويات مختلفة وينتج تجمعات بكتيرية مميزة .
وقد تنقسم في مستوى واحد وتبقى متصلة على شكل سلاسل (بكتيريا السبحية)
أو قد تنقسم في مستويين متعامدين يشكلان صفائح منتظمة (بكتيريا البيديوكوكس)
أو في ثلاثة مستويات متعامدة مع بعضها لتشكل مكعباً من ثماني خلايا (بكتيريا السارسينا)
أو ثلاثة مستويات غير متعامدة أو منتظمة لتشكل عنقوداً غير منتظم (بكتيريا المكورات العنقودية) .
ومما هو جدير بالذكر لا يوجد تكاثر جنسي في البكتيريا ولا يتم فيها انقسام منصف وذلك نظراً لأنها غير حقيقية النوى ولا تحتوي إلا على كروموسوم واحد فقط ولكن يوجد هناك انتقال للمادة الوراثية يتم بثلاث طرائق رئيسية هي :
أ) التحول : وهو انتقال حمض DNA من البيئة المحيطة إلى داخل الخلية وقد يحدث عبور تتبادل فيه المواد والمعلومات الوراثية لتنشأ صفات جديدة في الخلية البكتيرية المستلمة ( المستقبلة ) .
ب) الاقتران : وهو انتقال العوامل الوراثية من خلية بكتيرية معطية إلى خلية مستقبلة عن طريق الاتصال المباشر بينهما بواسطة الشعيرات الجنسية .
ج) النقل : حيث يتم انتقال العوامل الوراثية من فيروس ( لاقم البكتيريا ) إلى خلية بكتيرية ( راجع تكاثر الفيروسات ) .
الآثار الاقتصادية للبكتيريا :
ليست البكتيريا كلية مسببة للأمراض أو مضرة بالكائنات الحية وإنما للبكتيريا فوائد جمة في الصناعات والبيئة ولولا وجود البكتيريا لأصبحت الحياة غير ممكنة على وجه الأرض .
1. البكتيريا والطعام :
الطعام يمثل بيئة جيدة لنمو البكتيريا وتكاثرها وتسبب حالات من التسمم الغذائي مثل :
· السالمونيلا : تسبب الاسهالات
· الكلوستريديوم : تسبب التسمم الغذائي البوتيوليني botulism .
2. البكتيريا والصناعات الغذائية :
تلعب البكتيريا دوراً هاماً في الصناعات الغذائية مثل :
الألبان / الأجبان / الزبدة / المخللات / إنتاج الحموض العضوية مثل حمض الخليك وحمض اللبن وانتاج بروتين الخلية الواحدة الذي يستعمل كغذاء للماشية والدواجن .
3. البكتيريا والصناعة : ـ انتاج بعض الهرمونات مثل الانسولين عن طريق هندسة الجينات
ـ صناعة المضادات الحيوية الحديثة .
ـ صناعة بعض المواد العضوية (الستيرويدات – الفيتامينات) .
4. البكتيريا والبيئة :
تنظيف البيئة ومعالجة المياه العادمة والتخلص من المواد العضوية وغير العضوية من مخلفات المصانع والمنازل بما فيها من عناصر ثقيلة سامة كالرصاص والزئبق ومعالجة المخلفات لانتاج الطاقة من غاز الميثان ومعالجة التلوث بالبقع النفطية وفي دورات العناصر في الطبيعة كدورة الكربون والكبريت والنيتروجين وكذلك تسهم مع الفطريات في تحليل الأجسام الميتة مما يساعد في خصوبة التربة .
5. البكتيريا والإنسان :
تعيش بعض أنواع البكتيريا معيشة تكافلية في أمعاء الانسان والحيوان فهي تساعد في هضم بعض المواد الدهنية وهضم السليلوز كما تساعد في بناء فيتاميني K , B في أمعائه .
6.البكتيريا والحشرات :
تنتج بعض أنواع البكتيريا العضوية بلورات سامة مرافقة للأبواغ الداخلية تستخدم في القضاء على كثير من الحشرات الممرضة التي تتخذ من هذه البكتيريا غذاء لها.
* البكتيريا ورواد الفضاء :
أوضح فريق بحث في جامعة ولاية أريزونا الأمريكية من خلال العمل في موقع تابع لـ"ناسا" أن الجهاز المناعي لرواد الفضاء يضعف خلال الرحلة، ما يزيد من خطورة الإصابة بالعدوى، فضلاً عن أن البكتيريا تصبح أكثر ضراوة في الفضاء ما يتسبب بالأمراض.
وقالت المشرفة على فريق العمل شيرلي نيكرسون إن "بكتيريا السالمونيلا تصبح أكثر ضراوة وقدرة على التسبب بالمرض،" مضيفة أنها تصبح أكثر مقاومة لعوامل عدة مثل الاحماض الموجودة في المعدة.
وتزيد خطورة إصابة رواد الفضاء، الذين يقضون فترات زمنية أطول في الفضاء، بعدوى الامراض نتيجة تناول المياه المعاد تدويرها وتنفس الهواء المعاد تدويره.
وأشار أحد المسؤولين عن صحة طاقم الفضاء في "ناسا" مارك نوت: "نحن في حرب مستمرة مع الكائنات الحية الدقيقة، بسبب قدرتها على التكيف بسرعة في بيئة الفضاء،" مشيراً إلى أن "البيئة المجهدة لرحلات الفضاء تضعف من فعالية الجهاز المناعي في تأدية وظائفه، ما يسبب بعض أنواع البكتيريا مثل الزائفة الزنجارية."
وأكد نوت أن "الكائنات الحية الدقيقة لا تؤثر جميعها على الصحة بشكل سلبي،" شارحاً أن "بعض أنواع بكتيريا المكورات العنقودية الذهبية والتي تسبب مجموعة من الأعراض مثل التسمم الغذائي، تصبح حميدة في الجاذبية الصغرى."
وتأمل نيكرسون، من خلال دراسة التغيرات في البكتيريا المسببة للأمراض مثل السالمونيلا، أن يتم توفير يئة صحية سليمة لرواد الفضاء بالإضافة إلى تطوير عقاقير ولقاحات تساهم في صحة البشر على الأرض، موضحة أن "علاج العدوى أصبح أمراً في غاية الصعوبة، إذ لا يوجد لقاحات لسالمونيلا التسمم الغذائي والتي تعتبر أحد الأسباب الرئيسية في نقل البكتيريا عبر الغذاء في جميع أنحاء العالم."
