باکتری چیست؟ | ساختار، عملکرد و انواع آن
نگاهی به باکتری‌ها و ساختار آن‌ها
باکتری چیست؟
باکتری ها که به صورت مفرد “باکتریوم” نامیده می‌شوند، از خانواده سلول‌های پروکاریوتی هستند و جزو اصلی‌ترین گروه‌ها در پیکره پروکاریوت‌ها محسوب می‌شوند.
باکتری‌ها دارای بسیاری از ویژگی‌ها و خصوصیات موجودات زنده هستند. آن‌ها از سلول تشکیل شده‌اند و DNA موجود در آن‌ها اطلاعات ژنتیکی را حمل می‌کند. برخی از گونه‌های باکتری قادر به تولیدمثل هستند و برای رشد خود نیاز به دریافت انرژی از محیط پیرامون دارند. اغلب، به دلیل ارتباط باکتری‌ها با عوامل بیماری‌زا، آن‌ها بیشتر از جنبه بیماری‌زایی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. با این حال، باید توجه داشت که باکتری‌ها نقش بسیار مهمی در اکوسیستم دارند و در ایجاد نظم و هماهنگی بین چرخه‌های زیستی موجودات زنده کمک می‌کنند.
وظایف باکتری‌ها در اکوسیستم:
- تغییر نیتروژن جوی به شرایط مناسب برای حیات گیاهان
- ایجاد ارتباط و هماهنگی بین ارگانیسم‌ها و تعامل دو طرفه
- تجزیه مواد دفعی و بازیافت آن‌ها
- تسهیل جریان هضم غذا در دستگاه گوارش
- نقش مؤثر در تولید برخی مواد غذایی در صنایع غذایی
- تصفیه فاضلاب‌ها
- نقش ویژه در تولید داروها و درمان‌های نوین پزشکی
ساختار سلولی باکتری‌ها
باکتری‌ها از نظر ساختاری ساده هستند. DNA آن‌ها که حامل اطلاعات ژنتیکی است، در داخل سلول شناور است. یکی از ویژگی‌های مهم باکتری‌ها، دیواره سلولی آن‌ها است. بر اساس تفاوت‌هایی در ساختار دیواره سلولی، باکتری‌ها به دو گروه گرم مثبت و گرم منفی تقسیم می‌شوند. این تفاوت‌ها در دیواره سلولی با استفاده از روش رنگ‌آمیزی گرم (Gram staining) مشخص می‌شود.
باکتری‌های گرم منفی: غشای خارجی آن‌ها از نوع لیپوپلی‌ساکارید است و پس از رنگ‌آمیزی، به رنگ صورتی تغییر رنگ می‌دهند. این باکتری‌ها لایه نازک پپتیدوگلیکان بین غشای خارجی و سیتوپلاسم دارند.
باکتری‌های گرم مثبت: این باکتری‌ها دیواره سلولی ضخیمی از پپتیدوگلیکان دارند که در رنگ‌آمیزی گرم، به رنگ بنفش در می‌آید. آن‌ها همچنین دارای اسید‌های تیکوئیک در دیواره سلولی خود هستند.
باکتری‌ها ممکن است ساختارهای خارج سلولی دیگری مانند تاژک (برای حرکت)، فیمبریا (برای اتصال) و پیلی (برای هم یوغی) نیز داشته باشند.
ساختار داخلی باکتری‌ها
ساختارهای داخلی باکتری‌ها نسبت به یوکاریوت‌ها کمتر پیچیده است. باکتری‌ها معمولاً دارای یک کروموزوم، ریبوزوم‌ها و چند ساختار خاص هستند. این ساختارها می‌توانند شامل غشای داخلی سلولی، وزیکول‌های گازی، مگنتوزوم‌ها و یا ذخیره‌سازی مواد مغذی باشند. بعضی از باکتری‌ها برای بقا در شرایط سخت محیطی و شیمیایی، قادر به ایجاد آندوسپور هستند. این توانایی بیشتر در باکتری‌های گرم مثبت مشاهده می‌شود.
انواع باکتری
باکتری‌ها موجودات میکروسکوپی و تک‌سلولی هستند که در محیط‌های مختلفی از جمله خاک، آب، بدن موجودات زنده و حتی شرایط سخت مانند چشمه‌های آب‌گرم و قطب‌ها زندگی می‌کنند. آن‌ها بر اساس ویژگی‌های مختلفی طبقه‌بندی می‌شوند:
1. بر اساس شکل ظاهری:
- کوکسی (Cocci): گرد و کروی هستند و می‌توانند به‌صورت تکی، دوتایی (دیپلوکوک)، زنجیره‌ای (استرپتوکوک)، یا خوشه‌ای (استافیلوکوک) دیده شوند.
- باسیلی (Bacilli): میله‌ای و استوانه‌ای شکل هستند و معمولاً به‌صورت تکی یا زنجیره‌ای قرار می‌گیرند. مثال: باسیلوس سوبتیلیس.
- اسپیریلی (Spirilli): مارپیچی و حلزونی‌شکل هستند و به‌راحتی در مایعات حرکت می‌کنند. مثال: اسپیروکت‌ها که عامل بیماری سیفلیس هستند.
- ویبریو (Vibrio): خمیده و شبیه ویرگول یا کاما هستند. مثال: ویبریو کلرا که عامل وباست.
2. بر اساس نحوه تنفس و نیاز به اکسیژن:
- هوازی اجباری: برای زنده ماندن به اکسیژن نیاز دارند (مانند باسیلوس سوبتیلیس).
- بی‌هوازی اجباری: اکسیژن برای آن‌ها سمی است و فقط در نبود اکسیژن زنده می‌مانند (مانند کلستریدیوم بوتولینوم).
- بی‌هوازی اختیاری: در حضور یا عدم حضور اکسیژن می‌توانند زنده بمانند و رشد کنند (مانند اشریشیا کلی).
- میکروآئروفیل: به مقدار کمی اکسیژن نیاز دارند، ولی غلظت‌های بالای آن برایشان سمی است.
3. بر اساس نحوه تغذیه و متابولیسم:
- اتوترف (خودکفا): از مواد غیرآلی (مانند دی‌اکسید کربن) برای تولید انرژی استفاده می‌کنند.
- فتواتوتروف: از نور خورشید برای تولید انرژی استفاده می‌کنند (مانند باکتری‌های سبز-آبی).
- شیمیواتوتروف: از مواد شیمیایی غیرآلی (مانند گوگرد یا آهن) انرژی می‌گیرند.
- هتروترف (دگرکفا): از مواد آلی موجود در محیط تغذیه می‌کنند (مانند اکثر باکتری‌های بیماری‌زا).
4. بر اساس دیواره سلولی (رنگ‌آمیزی گرم):
- گرم مثبت: دیواره ضخیم و غنی از پپتیدوگلیکان دارند و در رنگ‌آمیزی گرم به رنگ بنفش دیده می‌شوند (مانند استرپتوکوک‌ها).
- گرم منفی: دیواره نازک‌تر و پیچیده‌تری دارند و در رنگ‌آمیزی گرم به رنگ صورتی یا قرمز دیده می‌شوند (مانند اشریشیا کلی).
5. بر اساس نقش در محیط یا بدن موجودات زنده:
- مفید: مانند باکتری‌های روده که به هضم غذا کمک می‌کنند.
- بیماری‌زا (پاتوژن): باعث ایجاد بیماری‌هایی مانند سل، وبا و طاعون می‌شوند.
- نوتروفیل (خنثی): نه مفید و نه مضر هستند و به‌عنوان فلور طبیعی در محیط‌ها زندگی می‌کنند.
این تنوع فوق‌العاده در شکل، نحوه تغذیه و تنفس، و ساختار دیواره سلولی به باکتری‌ها امکان می‌دهد در انواع محیط‌ها و شرایط زنده بمانند و تکامل یابند.
تکثیر و تولید مثل باکتری‌ها
باکتری‌ها عمدتاً از طریق تقسیم دوتایی تولیدمثل می‌کنند که منجر به تولید دو سلول دختر کاملاً یکسان می‌شود. به همین دلیل، رشد جمعیت باکتری‌ها به‌طور نمایی انجام می‌گیرد.
برخی از باکتری‌ها تولیدمثل خود را به روش هم یوغی انجام می‌دهند. در این روش، یک باکتری ماده ژنتیکی خود را به باکتری دیگری از طریق یک لوله بلند به نام پیلی جنسی منتقل می‌کند. این انتقال می‌تواند شامل کروموزوم یا پلاسمید باشد و موجب ایجاد تنوع ژنتیکی در جمعیت باکتری‌ها می‌شود.
حرکت و جابجایی باکتری‌ها
باکتری‌ها به روش‌های مختلفی حرکت می‌کنند. آن‌ها با استفاده از تاژک، سوار شدن بر باکتری‌های دیگر یا تغییر در شناوری خود قادر به حرکت هستند. اسپیروچت‌ها که نوعی خاص از باکتری‌ها هستند، رشته‌های محوری در ساختار خود دارند که به آن‌ها امکان حرکت به‌صورت پیچشی را می‌دهد.
حرکت برخی از باکتری‌ها مانند E.coli به دو حالت متفاوت انجام می‌شود: حرکت به جلو یا شنا کردن و حرکت به حالت غلت زدن.
باکتری‌های مفید و مضر
باکتری‌ها در همه جا، از خاک و آب گرفته تا بدن انسان و حیوانات، وجود دارند. بسیاری از باکتری‌ها در بدن انسان به‌ویژه در دستگاه گوارش به وفور یافت می‌شوند. یکی از رایج‌ترین باکتری‌های موجود در دستگاه گوارش انسان Escherichia coli است که به سیستم ایمنی بدن سازگاری پیدا کرده است. برهم خوردن تعادل این باکتری‌ها در روده می‌تواند منجر به بیماری‌های گوارشی مانند اسهال شود.
باکتری‌ها همچنین می‌توانند به‌عنوان پاتوژن یا بیماری‌زا عمل کنند و منجر به بیماری‌هایی مانند تب حصبه، کزاز، سفلیس و ذات‌الریه شوند. برخی از باکتری‌ها نیز می‌توانند باعث عفونت‌های خطرناک در دام‌ها و گیاهان شوند.
ویژگی‌های مفید باکتری‌ها
با وجود برخی اثرات مضر، باکتری‌ها نقشی حیاتی در حفظ تعادل محیط‌زیست دارند. مهم‌ترین نقش آن‌ها تجزیه مواد مختلف است. باکتری‌ها به‌عنوان تجزیه‌کنندگان مواد آلی، بافت‌های موجودات مرده را تجزیه کرده و آن‌ها را به نیتروژن و کربن تبدیل می‌کنند.
همچنین باکتری‌ها در بازیافت فاضلاب و تجزیه زباله‌ها از محیط‌های کشاورزی و صنعتی مؤثر هستند. آن‌ها می‌توانند در تخریب سموم دفع آفات و مواد شیمیایی خطرناک مانند سیانیدهای فلزی کمک کنند.
باکتری‌ها در تولید مواد غذایی و داروها
باکتری‌ها در تولید مواد غذایی تخمیر شده مانند ماست، پنیر و نان نقشی کلیدی دارند. همچنین، در زیست فناوری نوین، از باکتری‌ها برای تولید داروهای نوترکیب استفاده می‌شود.
نتیجه‌گیری
باکتری‌ها موجودات میکروسکوپی پیچیده و تأثیرگذاری هستند که هم جنبه‌های مثبت و هم منفی دارند. آن‌ها به‌طور عمده در اکوسیستم به‌عنوان تجزیه‌کنندگان مواد آلی و تولیدکنندگان مواد غذایی تخمیر شده شناخته می‌شوند، در حالی که برخی از انواع آن‌ها ممکن است عامل بیماری‌ها و عفونت‌ها باشند.
