بحث عن البكتيريا وأنواعها وتركيب الخلية البكتيرية

البكتيريا (بالإنجليزية: Bacteria) هي كائنات حية وحيدة الخلية لا تحتوي على نواة وغير مرئية بالعين المجردة حيث لا يتجاوز طولها بضع ماكروميترات، يُعتقد أنها أول الكائنات الحية التي ظهرت على الكرة الأرضية قبل حوالي 4 مليارات سنة، حيث أن معظم الكتلة الحيوية للأرض تتكون من البكتيريا، وتنقسم البكتيريا إلى نوع نافع للإنسان مثل تلك التي تعيش بشكل طبيعي في الجهاز الهضمي، ونوع ضار يسبب الأمراض.

تعتبر البكتيريا جزء رئيسياً من النظم البيئية للأرض حيث تعيش ضمن سلاسل وأزواج داخل وخارج الكائنات الحية الأخرى، كما تعيش على الأسطح وفي المياه وفي التربة وفي الأنهار الجليدية والينابيع الساخنة وفي كل مكان، حتى أنها تصل لطبقة الستراوتوسفير على ارتفاع 6 إلى 30 ميلاً عن الغلاف الجوي، وفي أعماق المحيطات يصل وجودها لعمق 10000متر، ويحتوي الميلي ليتر من الماء العذب مليون خلية بكتيرية، بينما يحتوي الغرام الواحد من التربة على ما يقارب 40 مليون خلية بكتيرية، وتشير بعض الإحصائيات أن الأرض تحتوي على حوالي 5 نونليون من البكتيريا.

البكتيريا هي كائنات وحيدة الخلية كما ذكرنا، وتتألف البكتيريا أو الخلية البكتيرية بشكل عام من مكونات أساسية تكون موجودة في جميع أنواع البكتيريا، ومكونات ثانوية تتواجد في بعض الأنواع وتختفي في أخرى مثل:

• جدار الخلية Cell wall: مكون أساسي في جميع أنواع البكتيريا وهو الجدار الخلوي الذي يحيط بالخلية البكتيرية، يمثل 20 إلى 40 بالمائة من مجموع مكونات الخلية البكتيرية، ويتكون من مادة تسمى ببتيدوغليكان، يغلف الخلية البكتيرية ويعطيها شكلها الخارجي، كما يعمل على حماية المكونات الداخلية للخلية البكتيرية، ويعطيها القوة والصلابة والليونة في نفس الوقت، وتختلف سماكة هذا الجدار حسب نوع البكتيريا.
• الغشاء البلاسمي أو الغشاء الخلويPlasma membrane : من المكونات الأساسية أيضاً الغشاء الخلوي وهو عبارة عن غشاء شفاف ورقيق جداً، يوجد داخل جدار الخلية البكتيرية، له دور في تغذية الخلية لأنه يعمل على تنظيم مرور المواد الكيميائية إلى داخل وخارج الخلية، كما أنه مسؤول عن التنفس والإخراج في الخلية، ويعمل أيضاً على توليد الطاقة.
• السيتوبلاسما Cytoplasm: السيتوبلاسما من المكونات الأساسية للخلية البكتيرية وهي عبارة عن مادة هلامية تتكون بشكل رئيسي من الماء والأملاح التي تعطيها القوام اللزج ومكونات الخلية الأخرى، توجد داخل الغشاء الخلوي، وتحتوي على المادة الوراثية للبكتيريا، يحدث بداخلها معظم التفاعلات الحيوية وتساعد عضيات الخلية على القيام بدورها.
• المنطقة النووية Nucleoid: مكون أساسي للخلية البكتيرية توجد داخل السيتوبلاسما تتكون من الحمض النووي DNA، وتحمل الصفات الوراثية للخلية التي تنتقل وتتطور من جيل إلى آخر.
• كبسولCapsule: مكون إضافي ثانوي يوجد في بعض أنواع البكتيريا حيث تكون البكتيريا قادرة على إنتاج مادة جلاتينية تسمى كبسول وهي طبقة منظمة توجد خارج الخلية حول الجدار الخلوي لا يمكن إزالتها بسهولة، وتكون وظيفتها حماية البكتيريا من البلعمة عن طريق كريات الدم البيضاء، كما أنها تعطي البكتيريا قوة لأنها تمنع الجهاز المناعي من التعرف على البكتيريا، وتحميها من الجفاف.
• البلازميد Plasmid: مكون غير أساسي يوجد في بعض أنواع البكتيريا حيث تحتوي بعض الخلايا على حمض نووي غير الحمض النووي الأساسي يسمى البلازميد له القدرة على الانقسام ذاتياً بعيداً عن انقسام DNA الخلية، ويحتوي على عدد من الجينات التي تحمل صفات هامة للخلية، ويكون قادر على الانتشار بسهولة من خلية إلى أخرى مما يجعل وجوده من الأسباب التي تجعل هناك مقاومة للصادات الحيوية على هذا النوع من البكتيريا.
• الريبوسومRibosomes: هي عبارة عن جسيمات معقدة التركيب توجد في سيتوبلاسما الخلية أو في الغشاء، تتكون من حبيبات غنية بالحمض RNA، يتم فيها تصنيع البروتينات.
• السوط Flagellum: مكون غير أساسي في الخلية البكتيرية يشبه الذيل ويطلق عليه اسم عضو الحركة، يتكون من مواد بروتينية على شكل سياط يمتد من السيتوبلازما إلى خارج الخلية، وتكون مهمته مساعدة الخلية البكتيرية على الحركة، وهنالك أنواع تحتوي سوط واحد وأنواع تحتوي على عدة سياط.
• الشعيرات أو الأهداب Pili: من المكونات الغير الأساسية وهي زوائد هدبية تشبه الشعيرات توجد على سطح الخلية البكتيرية تحيط بها من كل الاتجاهات، تساعد في عملية الالتصاق على سطح الخلايا الأخرى المضيفة لكي تصيبها، وتنقل المادة الوراثية إليها، وهذا ما يكون وراء نقل الأمراض إلى البشر.

تم تصنيف أنواع البكتيريا بناءً على عدة عوامل يختلف كل منها عن الآخر، على الشكل التالي:

تصنيف أنواع البكتيريا حسب شكلها:

1. بكتيريا كروية أو المكورة Cocci: بكتيريا لها الشكل الكروي أو الدائري مثل بكتيريا المكورات العنقودية (streptococcus group) وهي البكتيريا التي تسبب التهابات الحلق والبلعوم وغيرها من الالتهابات عند الإصابة بها.
2. عصويةBacilli: شكلها عصوي مثل بكتيريا الجمرة الخبيثة anthraxتعد من البكتيريا الضارة والخطيرة على الإنسان.
3. حلزونية Spirilla: شكلها حلزوني ملتوي وتسمى اللولبية أيضاً، تسبب العديد من الأمراض مثل مرض الزهري.

تصنيف أنواع البكتيريا حسب حاجتها للأكسجين:

1. هوائية: يحتاج هذا النوع من البكتيريا إلى الأكسجين ليعيش وينمو وينتج طاقة.
2. لا هوائية: البكتيريا في هذا النوع لا تحتاج الأكسجين للبقاء على قيد الحياة، وهنالك بعض السلالات منها تموت بمجرد تعرضها للأكسجين.

تصنيف أنواع البكتيريا حسب طريقة تغذيتها:

• ذاتية التغذية Autotrophic: يتغذى هذا النوع من البكتيريا عن طريق إما البناء الضوئي photosynthesis ويتم ذلك باستخدام الماء وضوء الشمس وغاز ثاني أكسيد الكربون وتقوم بإنتاج الأكسجين، أو التخليق والتمثيل الكيميائي chemosynthesis وتستخدم فيه البكتيريا الماء وغاز ثاني أكسيد الكربون ومواد كيميائية مثل الكبريت أو النتروجين أو الأمونيا.
• غير ذاتية التغذيةheterotrophs : تتغذى هذه البكتيريا من خلال استهلاك الكربون العضوي أو تحلل وامتصاص المواد العضوية الميتة.

تصنيف أنواع البكتيريا حسب استجابتها لصبغة الغرام: صبغة الغرام هي مادة صبغية تستخدم للتفريق بين أنواع البكتيريا، فتبعاً لسماكة الجدار الخلوي تستجيب البكتيريا لهذه الصبغة وتتلون وتصنف بالشكل التالي:

• موجبة الغرام: عندما يكون جدار الخلية البكتيرية سميك نوعاً ما سوف يتلون باللون البنفسجي عند تطبيق صبغة الغرام، حيث تدخل الصبغة إلى الطبقة السميكة من الجدار الخلوي.
• سالبة الغرام: عندما يكون الجدار الخلوي رقيقاً لا تتمكن الصبغة من الوصول للجدار وتلوينه والاختزان داخله، فيظهر باللون الأحمر مما يدل أن هذه البكتيريا سلبية تجاه صبغة الغرام.

تكاثر لا جنسي: يحدث التكاثر اللاجنسي في الشروط المناسبة من درجة حرارة وغذاء وأكسجين ويمكن حدوثه بشكلين مختلفين هما:

• الانشطار الثنائي: تتكاثر البكتيريا لا جنسياً عن طريق الانشطار الثنائي، حيث يرتبط الكروموسوم وهو المادة الوراثية للبكتيريا بالجدار الخلوي فيعطي إشارة للخلية البكتيرية كي تتهيأ للانقسام، ثم يتوسع الجدار الخلوي ويزداد حجمه، ويتضاعف DNA ضمن الخلية، ثم يبدأ جدار الخلية بالانخماص نحو الداخل، ويزداد الانخماص نحو المنتصف حتى يصبح الحمض النووي بمنطقتين مختلفتين مما يسمح بالانقسام إلى خليتين جديدتين تملكان نفس المعلومات الجينية.
• التبرعم: التكاثر بالتبرعم يتشكل فيه انتفاخ صغير يسمى برعم صغير على جانب واحد داخل الخلية البكتيرية الأم، يتطور ويزداد نموه وحجمه بشكل تدريجي، إلى أن يصل لحجم معين، ثم ينفصل عن الخلية الأم، وقد تكون الخلية الجديدة متطورة أكثر من الخلية الأم وغالباً ما يكون بينهما اختلافات كوجود سياط لدى الخلية الناتجة لا يوجد عند الخلية الأم.​​​​​​​

تكاثر جنسي: يحدث التكاثر الجنسي بآلية الاقتران بين سلالتين مختلفتين في الصفات الوراثية لنوع واحد من البكتيريا، حيث يتم دمج للخليتين معاً فينتج سلالة جديدة تختلف وظيفياً عن السلالتين التي تم دمجهما ويتم الاقتران، ولا يهدف هذا النوع لزيادة العدد وإنما تغيير الحمض النووي ليقاوم ويعطي سلسلة أقوى ومقاومة أكثر بالشكل التالي:

1. تتم عملية الاقتران بين خلية معطية وخلية مستلمة، تحتوي الخلية المعطية على عامل خصوبة يحتوي على DNAفي سيتوبلاسما الخلية، كما تحتوي على زوائد تسمى هلب اقتران أو هلب جنسي وتمثل الخلية الذكرية المعطية، أما الخلية المستلمة هي الخلية الأنثوية لا تحتوي على عامل خصوبة ولا هلب اقتران، ولكن كلا الخليتين يحتويان على كروموسوم.
2. تقترن الخلية المستلمة والخلية المعطية بواسطة الهلب الجنسي الذي يمتد على شكل جسر اقتران بينهما.
3. ينفصل جزء من الكروموسوم في الخلية المعطية ويندمج مع عامل الخصوبة ويذهب الجزء المنفصل إلى الخلية المستلمة عبر جسر الاقتران، ويتمم الكروموسوم نفسه ليعود لنفس حجمه.
4. الجزء المنتقل يندمج مع كروموسوم الخلية المستلمة بعد أن يحل جزء منه مساوِ تماماً للجزء المندمج.
   وبهذه الطريقة تنتج خلية جديدة تملك معلومات جينية مختلفة تماماً عن الخليتين الأصليتين. [3-4]

معظم البكتيريا التي تعيش في جسم الإنسان ومن حوله تقدم له العديد من الفوائد، على عكس الأفكار المتعارف عليها بأن البكتيريا هي كائنات مضرة للإنسان، مثل:

• فوائد للجهاز الهضمي: يحتوي الجهاز الهضمي على بكتيريا نافعة تدعم صحة الأمعاء وتساعد في تفكيك الطعام وهضمه، وتمنع تكاثر البكتيريا الضارة في الجهاز الهضمي والتي تسبب له الاضطرابات الهضمية والالتهابات المعوية، وتسمى البروبيوتيك وتم تصنيعها دوائياً لتحسين عمل الجهاز الهضمي.
• تمنع تكاثر البكتيريا الضارة: البكتيريا النافعة تنمو بشكل طبيعي في الجسم ووجودها يمنع تكاثر البكتيريا الضارة في جميع أعضاء الجسم، فمثلاً توجد على الجلد وبالتالي تقاوم وتمنع الإنتانات والالتهابات الجلدية، كما توجد في الجهاز التكاثري الأنثوي فتمنع حدوث التهابات مهبلية، وأحد الأخطاء الشائعة هو المبالغة في استخدام المطهرات أو الصادات الحيوية لأنها تقتل هذه البكتيريا النافعة مما يساهم في نمو وتكاثر البكتيريا الضارة، فنجد استخدام الصوابين في الأماكن الحساسة من الأسباب التي تؤدي لالتهابات تناسلية.
• الصناعة الغذائية: تدخل البكتيريا في عمليات التصنيع الغذائية فهي تسبب التخمر الذي يؤدي لتحويل الحليب إلى لبن رائب كما تساهم في تحويل الخضروات إلى مخلل.
• تفكك المواد الميتة وتحلل الجثث: البكتيريا لها فوائد هامة لكوكب الأرض بشكل عام كونها تعمل على تفكيك الجثث وتحللها في التربة، فلولا هذا التحلل لتراكمت الجثث وتناثرت الغازات السامة وانتشرت الأمراض.
• معالجة النفايات: تعمل البكتيريا على تفكيك المركبات العضوية والتخلص من النفايات السامة والتخلص من بقايا النفط، فهي تساهم في تخليص الكوكب من هذه المنتجات السامة.
• الصناعة الدوائية: تم التخلص من العديد من الأمراض باستخدام الداء نفسه وهو البكتيريا حيث تم تطوير اللقاحات من خلال إعطاء البكتيريا المسببة للمرض بعد أن يتم تضعيفها أو قتلها تماماً، وتعطى للطفل بجرعة دقيقة، ثم يصنع الجسم أضداد تقاوم هذه البكتيريا، وعند الإصابة فيها تكون مناعة الطفل قادرة على مقاومتها وقتلها، وبذلك تم صنع الدواء من الداء نفسه.
• الأبحاث العلمية والجينية: البكتيريا من الكائنات الحية سريعة النمو جداً وتدخل بشكل كبير في الدراسات والأبحاث العلمية والجينية خاصة أنه يمكن استخدامها لفهم كيفية عمل الجينات والأنزيمات ويمكن الحصول على النتائج بسرعة.

• ​​​​​​​تسبب العديد من الأمراض للإنسان: الجانب السلبي من البكتيريا هو البكتيريا الضارة التي تسبب العديد من الأمراض التي تتدرج خطورتها على الإنسان من التهابات البلعوم والسبيل التنفسي إلى الالتهابات الرئوية والقلبية والمعوية والبولية، كما أن هنالك بكتيريا خطيرة جداً مثل تلك المسببة للسل والكوليرا وغيره من الأمراض.
• تفسد الأطعمة: الأطعمة المكشوفة تكون معرضة للبكتيريا الموجودة في الهواء وعند تراكم البكتيريا عليها سوف تفسد هذه الأطعمة وتتعفن، كما أن وجود طعام في أماكن تختلف فيها درجة الحرارة على مدار الساعة أو فيها رطوبة عالية يجعلها وسط ملائم لنمو البكتيريا التي تفسد هذه الأطعمة.
• تقلل من خصوبة التربة: من أضرار البكتيريا أنها تسبب نزع النيتروجين من التربة عن طريق تحويل مركب النيتروجين في التربة إلى نيتروجين حر وبالتالي تقلل من خصوبة التربة.
• الأسلحة البيولوجية: تستخدم بعض التقنيات الحديثة العلمية كأسلحة بيولوجية مدمرة حيث يمكن إنتاج كائنات حية بكتيرية مخبرياً مقاومة للصادات الحيوية تخزن في أماكن معينة لمنع موتها ولتبقى صالحة لفترة طويلة، ويتم إطلاقها في مواقع استراتيجية تستخدم في الحروب فعند إطلاقها تكون شديدة العدوى وتسبب أمراض خطيرة مثل الطاعون والجمرة الخبيثة.
• تدمير الأثاث: بعض الأنواع من البكتيريا عندما تتواجد في ظروف ملائمة للنمو تتسبب في إتلاف الأثاث المنزلي مثل الأدوات الخشبية والأقمشة وذلك نتيجة تأثيرها على السيللوز المكون لهم.